Tercer Milenio

En colaboración con ITA

Catalizadores sostenibles para lograr transformaciones químicas más eficientes y con menos residuos

Necesitamos procesos químicos más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente para afrontar la crisis climática. 

Celda electroquímica para realizar estudios catalíticos
Celda electroquímica para realizar estudios catalíticos
Concha Ramos

La crisis climática es un gran desafío para nuestra sociedad y, para abordarlo, necesitamos procesos químicos más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. Esto implica el desarrollo de nuevos procesos y catalizadores para aumentar su eficacia y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El grupo de investigación en Arquitectura Molecular Inorgánica, perteneciente al Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (centro mixto CSIC-Unizar), trabaja en el desarrollo de nuevos catalizadores.

Muchos países, entre ellos la Unión Europea, se han comprometido a reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero para limitar el aumento de la temperatura media mundial a 1,5°C. En particular, el llamado Pacto Verde Europeo consiste en una serie de medidas adoptadas con el fin de reducir estas emisiones en al menos un 55% para 2030.

Un catalizador es una sustancia que se añade a una reacción para aumentar la velocidad de la misma sin sufrir cambios químicos significativos. Estos catalizadores ayudan a aumentar la eficacia de una reacción y reducir subproductos no deseados. Actualmente, muchos procesos químicos utilizan catalizadores que contienen metales nobles, como el oro, el rodio, el paladio y el platino, que tienen un coste elevado y son relativamente escasos. Dado que se espera que sus fuentes se agoten en el futuro, una de las estrategias que estudia en el grupo de investigación en Arquitectura Molecular Inorgánica del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (CSIC-Unizar) se centra en encontrar sustitutos más baratos y abundantes. En particular, el grupo investiga el desarrollo de catalizadores que contienen metales abundantes de la primera serie de transición.

También se trabaja en el uso de la electroquímica, que permite estudiar la relación entre la energía eléctrica y la energía química, para el desarrollo de procesos de interés energético que puedan reducir la dependencia de la sociedad actual en los combustibles fósiles. El desarrollo de nuevos procesos más sostenibles puede ayudar a combatir el cambio climático a medio y largo plazo, mientras que los estudios basados en electrocatálisis deben contribuir a solventar el problema energético actual, en el contexto de la economía del hidrógeno, principal alternativa a los combustibles fósiles a día de hoy.

El proyecto


  • Objetivos: diseñar y sintetizar nuevos catalizadores para transformaciones de interés industrial que reduzcan la cantidad de residuos generados y la eficacia de las reacciones, mejorando la eficacia de las reacciones y la sostenibilidad del proceso global.
  • Participantes: el equipo está formado por los integrantes del grupo de Arquitectura Molecular Inorgánica del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad de Zaragoza).
  • Financiación: 181.500 euros.
  • Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia, Investigación y Universidades.

¿Qué es la electrocatálisis?

La electrocatálisis implica el uso de un catalizador para aumentar la velocidad de una reacción química que involucra electricidad (una reacción electroquímica). Este tipo de procesos se utilizan ampliamente en muchas industrias, incluyendo el almacenamiento de energía, en baterías de litio y las celdas de combustible. En particular, las principales reacciones involucradas en las celdas de combustible en estas tecnologías de energía renovable son las reacciones de reducción de oxígeno, la reducción de CO₂ y las reacciones de evolución de oxígeno y de evolución de hidrógeno, todas las cuales requieren catalizadores. En este sentido, la electrocatálisis, que puede convertir energía eléctrica en energía química, es una herramienta esencial para alcanzar la meta de neutralidad climática en 2050 como parte del Pacto Verde Europeo y, por lo tanto, reducir nuestra huella de carbono mucho más rápido de lo que lo hemos hecho hasta ahora.

¿Qué es el hidrógeno verde?

El hidrógeno gas se presenta como un portador de energía alternativo a los combustibles fósiles. A diferencia de estos, la energía generada a partir del hidrógeno gas no emite CO₂, lo que lo convierte en una fuente de energía cero-emisiones. Sin embargo, para que el hidrógeno sea una fuente de energía limpia, es importante que su producción no genere emisiones de CO₂. Hablamos de hidrógeno verde cuando el hidrógeno se produce a través de la electrólisis del agua (H₂O ->→ H₂ + 1/2 O₂) utilizando electricidad generada por fuentes de energía renovables. En la actualidad, el mayor desafío es el alto costo energético del proceso de electrólisis. No obstante, gracias al rápido avance de la tecnología y al desarrollo de catalizadores más eficientes capaces de reducir el voltaje necesario para la reacción, se espera que pronto se alcance la competitividad óptima. Esta estrategia permitiría aprovechar la energía generada en momentos de bajo consumo y picos de producción de fuentes de energía renovable, como las tecnologías solares y eólicas. Por lo tanto, el uso de metales abundantes y electrocatálisis para obtener hidrógeno a partir de fuentes renovables contribuiría a proporcionar una solución para el almacenamiento de energía a largo plazo y a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

¿Cómo influye la abundancia natural del metal?

Numerosos procesos industriales para la preparación de compuestos de uso generalizado se llevan a cabo mediante el uso de catalizadores que contienen metales denominados nobles (rodio, iridio, paladio, platino, etc.), ya que presentan una elevada actividad y estabilidad. Sin embargo, su uso intensivo está generando gran preocupación tanto por el aumento de los costes como por su agotamiento de fuentes naturales. Una interesante estrategia para solventar este problema consiste en la preparación de catalizadores que incluyan metales mucho más abundantes en la corteza terrestre –hierro, cobre, cobalto, etc.– para sustituir a los que contienen metales nobles. De esta manera, no solo se reducen los costes, sino que, además, encajan con los principios de la economía circular, lo que lo hace más atractiva su aplicación.

Cristina Tejel y Ana M. Geer Instituto De Síntesis Química Y Catálisis Homogénea (Unizar-CSIC)

Con la colaboración de la Unidad de Cultura Científica de la Universidad de Zaragoza

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