10.09.2021 - CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences

Se desarrolla un proceso ecológico de síntesis de materiales orgánicos para la industria de materiales de alto rendimiento

Producción ecológica con un 25% de ahorro de costes iniciales

Hasta ahora, la producción de materiales a partir de sustancias orgánicas sólo era posible con el uso de disolventes altamente tóxicos. Un equipo dirigido por la profesora de la Uni Konstanz y IP adjunta del CeMM, Miriam Unterlass, ha desarrollado ahora un método para fabricar sustancias orgánicas aptas para su uso como materiales de alto rendimiento de forma ecológica y completamente no tóxica, generándolas únicamente en agua caliente. El estudio representa un hito importante en la producción ecológica de materiales orgánicos y, por tanto, también supone un importante incentivo para cambiar los materiales inorgánicos por los orgánicos y renovables. Además, el método es respetuoso con el medio ambiente, rentable, fácil de usar y también reduce el peso de los productos.

Muchos de los productos que utilizamos a diario, como las pilas recargables y los materiales electrónicos, se fabrican con sustancias inorgánicas, que cada vez son más escasas en nuestro planeta. Los químicos buscan formas de sustituir los materiales inorgánicos por materiales orgánicos hechos de carbono, nitrógeno, hidrógeno u oxígeno. Para hacer que estas sustancias sean utilizables para las aplicaciones deseadas, se siguen utilizando productos químicos altamente tóxicos, los llamados disolventes. Este es precisamente el problema que la química Miriam Unterlass, profesora de la Universidad de Constanza e investigadora principal adjunta del Centro de Investigación de Medicina Molecular CeMM de la Academia Austriaca de Ciencias, aborda en su estudio actual como parte de su proyecto FWF START. Explica que "los materiales orgánicos tienen muchas características positivas: pueden obtenerse a partir de materias primas renovables, son respetuosos con el medio ambiente y, sobre todo, son extremadamente ligeros. Con nuestro proceso, ahora también podemos producirlos y hacerlos utilizables completamente libres de disolventes tóxicos, de forma muy sencilla y económica. En nuestro estudio actual, nos hemos centrado en la producción de materiales especialmente porosos que se necesitan para la fabricación de materiales de alto rendimiento, especialmente en la industria, por ejemplo para sistemas de filtrado, membranas para pilas de combustible, pero también para el aislamiento en la electrónica."

La conexión con el agua

Mientras que las sustancias inorgánicas, como las sales, son solubles en agua, las orgánicas son apolares y no se disuelven con el agua en estado convencional. Para su nuevo método, la autora del estudio, Marianne Lahnsteiner, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Unterlass en el CeMM, y la directora del proyecto, Miriam Unterlass, calentaron el agua y descubrieron que también cambiaba su capacidad en el proceso. "Al calentar moléculas que sólo contienen oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y carbono en agua entre 180 y 250 grados y bajo presión, estas moléculas pueden unirse. Dependiendo de la temperatura y la duración de este proceso, se consiguen así diferentes estructuras, que hemos podido explorar en detalle en cientos de experimentos", dijo Unterlass, "por lo que ahora sabemos exactamente qué estructuras crea cada uno, a qué temperatura y tiempo de procesamiento". Los materiales de nuestro estudio se desarrollaron específicamente como materiales de alto rendimiento y, en consecuencia, son especialmente estables a la temperatura y robustos".

Cribado, filtrado y conducción

En un gramo del material producido por Lahnsteiner y Unterlass hay unos enormes 7250 mm3 de espacio hueco. Por ello, ofrece -según su forma- las características perfectas para filtrar, separar y conducir moléculas, y eso con un peso reducido. Para hacer más observables las estructuras creadas por el proceso, los investigadores colaboraron con el grupo de investigación del científico de redes Jörg Menche, profesor de la Universidad de Viena y también investigador principal adjunto del CeMM. El grupo de investigación de Menche utilizó la Inteligencia Artificial para analizar las estructuras y patrones emergentes a partir de las imágenes de microscopía. "Con la ayuda de la Inteligencia Artificial, fuimos capaces de categorizar rápidamente una variedad de estructuras emergentes de manera que sabemos cómo lograr sintéticamente estas estructuras", dijo Lahnsteiner.

Producción ecológica con un 25% de ahorro de costes iniciales

"El smog es un signo clave de la contaminación ambiental. Por desgracia, los procesos químicos son en parte responsables de su formación, por el uso de disolventes tóxicos. Con nuestro nuevo método, estamos creando una alternativa enormemente importante para el procesamiento de materiales orgánicos que no requiere en absoluto esos disolventes tóxicos. Al mismo tiempo, se utilizan elementos muy comunes en lugar de los raros", dijo Unterlass. "Además, el proceso es muy rentable. El uso de agua frente a los disolventes tóxicos en la producción de materiales porosos ahorra un 25% del coste. Y no producimos contaminantes".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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