En un avance significativo para la química industrial, investigadores de la Universidad de Rochester han desarrollado nuevos algoritmos que arrojan luz sobre las interacciones atómicas involucradas en la conversión de propano en propileno, un proceso esencial para la producción de innumerables objetos cotidianos, desde contenedores de plástico hasta muebles de exterior. Este trabajo innovador se basa en hallazgos anteriores de un estudio de 2021. Cienciaque demostró que el uso de catalizadores en tándem a nanoescala podría agilizar el proceso de conversión, aumentar el rendimiento y reducir los costos de producción. Sin embargo, comprender la dinámica atómica precisa de esta reacción sigue siendo difícil de alcanzar, lo que plantea desafíos a la hora de aplicar estos conocimientos a otros procesos industriales cruciales.
El estudio del equipo, publicado en la Revista de la Sociedad Química Estadounidenseutiliza métodos computacionales avanzados para analizar la complicada química que interviene cuando los catalizadores a nanoescala facilitan la transformación del propano. El investigador principal, Siddharth Deshpande, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y de Sostenibilidad, destacó la complejidad de las reacciones debido a los diferentes estados de los materiales involucrados. «Hay tantas posibilidades diferentes de lo que está sucediendo en los sitios catalíticamente activos, por lo que necesitamos un enfoque algorítmico para examinar de manera muy fácil y lógica la gran cantidad de posibilidades existentes y centrarnos en las más importantes», explica Deshpande.
Un elemento central de sus hallazgos es descubrir un comportamiento inesperado asociado con los óxidos presentes en la reacción. Deshpande y la estudiante de doctorado Snehitha Srirangam descubrieron que los óxidos se forman selectivamente alrededor de sitios metálicos defectuosos, un descubrimiento que es crucial para estabilizar el catalizador. Aunque los óxidos están compuestos de estructuras químicas variadas, su localización constante alrededor de estos defectos metálicos juega un papel crucial en la eficacia del proceso catalítico.
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la conversión de propano en propileno. Deshpande señaló que los conocimientos adquiridos y las herramientas algorítmicas desarrolladas podrían desempeñar un papel importante en el análisis de otras reacciones químicas, como la síntesis de metanol, que tiene aplicaciones más amplias, incluida la producción de pintura y pilas de combustible. Expresó su confianza en que estas revelaciones podrían ayudar a las empresas a idear métodos de producción más eficientes para el propileno y otros materiales industriales, alejándose de las prácticas de prueba y error de larga data que históricamente han definido este campo.
«Nuestro enfoque es muy general y puede abrir las puertas a la comprensión de muchos de estos procesos que han permanecido como un misterio durante décadas», afirmó Deshpande. Destacó la importancia de esta investigación no sólo para aclarar cómo funcionan los procesos existentes, sino también para allanar el camino para innovaciones que podrían remodelar el panorama industrial de fabricación de productos químicos en el futuro.
