El avance de las energías verdes está directamente relacionados con la obtención de nuevos materiales cristalinos. Las zeolitas, por ejemplo, son materiales porosos que se usan como catalizadores en la industria del petróleo y como tamices moleculares en la depuración de aguas. La eficacia de la energía solar depende de los cristales de silicio. Y el gran reto de la acumulación de energía reside en la mejora de la cristalización de materiales semiconductores.
¿Conoces el funcionamiento de una planta solar? ¿Sabes qué es una pila de combustible y un catalizador? ¿Te imaginas como depura el agua un tamiz molecular?
Las zeolitas son estructuras cristalinas microporosas con una altísima capacidad para hidratarse y deshidratarse reversiblemente debido a la presencia de poros y canales de un determinado tamaño en su estructura. Se han identificado unos 200 tipos de zeolitas según su estructura. La mayoria de estos tipos son sintéticos, pero algunos existen en la naturaleza en forma de minerales como la Leucita, la Heulandita o la Stilbita, que fue la primera zeolita conocida. Estos minerales aparecen en rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas; su estructura cristalina está formada por tetraedros que se reúnen dando lugar a una red tridimensional, en la que cada átomo de oxígeno es compartido por dos átomos de silicio.
2. Estructura cristalina de la heulandita
3. Estructura cristalina de la estilbita
Las zeolitas contribuyen de varias formas a un medio ambiente más límpio y seguro. Casi todas las aplicaciones de las zeolitas están dirigidas a solucionar problemas relacionados con la polución o el consumo energético en numerosos procesos industriales, tecnológicos y dosmésticos. Por su capacidad para absorber otras moléculas y de ablandar el agua están presentes, por ejemplo, en la mayoría de los detergentes sustituyendo a compuestos contaminantes basados en fosfatos, en acondicionadores de suelo para usos agrícolas, o en filtros de agua.
La zeolita de sodio A, mostrada arriba, se usa para reducir la dureza del agua mediante intercambio iónico. Esto ayuda a mejorar la eficiencia de los detergentes que la contienen y reduce la contaminación del agua y el consumo energético durante el lavado.
Algunas zeolitas presentan selectividad molecular a las sustancias que absorben, por lo que son altamente específicos para algunas aplicaciones catalíticas. Los catalizadores por definición, hacen que cualquier proceso químico sea más eficiente. Varias zeolitas sintéticas se usan como catalizadores en la industria petroquímica para romper las moléculas del gasoil y producir gasolina. En la industria nuclear, las zeolitas se usan para atrapar productos de fisión radioactivos. Su estuructura cristalina es muy estable y resistente a la radiación, por lo que, tras comprimir en caliente la zeolita cargada, estos residuos quedan atrapados en una cerámica muy estable, que reduce los riesgos de contaminación. Tras accidentes como el de Chernobyl o el de Fukushima Daiichi, se vertieron grandes cantidades de zeolita para atrapar evitar que buena parte del cesio radioactivo fuera dispersado en el mar. Otras zeolitas se estan desarrollando para utilizarse como almacenadores de biogas, puesto que es posible atrapar el gas en sus cavidades con una eficacia mayor que cualquier otro método conocido.
¿Sabías que…?
- Las zeolitas naturales se conocen desde hace 200 años. Las zeolitas sintéticas se producen desde los años 50 del siglo XX. Actualmente se producen más de 12000 toneladas de unas 100 zeolitas diferentes.
- Las zeolitas sintéticas se usan profusamente como catalizadores en la industria petroquómica. Este uso ha sido considerado uno de los mayores logros de la química en el siglo XX, y consume más de 10000 millones de dolares en estros productos.
- El mayor uso de zeolitas sin embargo corresponde a la fabricación de detergentes para ropa, que consume casi 2 millones de toneladas de zeolitas al año.
- El desastre nuclear de Fukisima produjo altos niveles de contaminación por Césio-134, Césio-137 y otros isótopos radioactivos. Inmediatamente despues del desastre se comenzó a verter zeolitas al mar alrededor de la central para atrapar e inmovilizar estospeligrosos isótopos radioactivos.
- Las zeolitas naturales se forman por alteración de rocas volcánicas y capas de cenizas cuando estas reaccionan con aguas alcalinas subterráneas.
- Muchos edificios zapotecas cerca de Oxaca, Mexico, estan construidos con toba volcánica constituida casi exclusivamente de zeolitas. Lo mismo sucede con muchos edificios de Napoles, construidos con “tuffo giallo napolitano”, tambien una toba zeolítica y con numerosas catedrales y edificios públicos centroeuropeos.
- Las zeolitas naturales son los filtros conocidos más eficaces para absorver el dióxido de azufre producido por la combustión de carbón con alto contenido en azufre y que es la causa de la lluvia ácida.
Para saber más…
- Puedes aprender más sobre el uso de cristales de silicio en energía solar en el panel “Cristales: tecnologías de hoy y del mañana“
- La entrada sobre zeolitas de la Wikipedia contiene una abundante información sobre el tema (http://es.wikipedia.org/wiki/Zeolita en castellano o http://en.wikipedia.org/wiki/Zeolite en ingles)
