La gran química vive del petróleo y del gas desde hace un siglo: amoniaco, fertilizantes, combustibles líquidos. Un proyecto europeo ha ensayado otra vía, en la que las reacciones no se empujan con calor, sino con electricidad renovable y un gas ionizado que apenas se calienta. Y todo depende de un detalle poco conocido: sin el catalizador adecuado, ese plasma no sirve de nada. Detrás hay una forma muy concreta de razonar — la de los parámetros, las condiciones y las comparaciones, que es lo que mide el test del final.
En el instituto se enseñan tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El plasma, el cuarto, aparece como mucho en una nota al margen. Es un gas sobrecalentado en el que los átomos se dividen en electrones libres e iones positivos, y en el laboratorio se ha convertido en una herramienta química de primer orden. La razón es sencilla: dentro de un plasma hay partículas con energía suficiente para atacar moléculas que, en condiciones normales, se niegan a reaccionar.
El truco está en cómo se entrega la electricidad. Al pulsar (modular) la potencia de entrada muy deprisa, en escalas de nanosegundos a microsegundos, se controla con precisión la producción de electrones de alta energía mientras las moléculas de gas de alrededor se mantienen frías. Ese método de excitación eléctrica, llamado plasma de modulación rápida, genera procesos de plasma frío o plasma no térmico (NTP).
Con él se pueden transformar moléculas pequeñas y poco reactivas, como el dióxido de carbono, el nitrógeno diatómico, el metano o el agua, a temperaturas y presiones cercanas a las del ambiente. Sin hornos y sin reactores trabajando a decenas de atmósferas.
Activar las moléculas es solo la mitad del problema. Para que la reacción vaya hacia el compuesto que interesa, y no hacia una mezcla inservible, hace falta un catalizador. Y ahí aparece la dificultad que ocupó al proyecto SCOPE, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI): el catalizador también puede detener las moléculas que el plasma acaba de activar, en lugar de actuar conjuntamente con ellas. El equipo estudió, modelizó y aplicó esa interacción sinérgica entre el plasma no térmico y los catalizadores sólidos hasta obtener un efecto que supera la suma de las partes.
La ventaja práctica del NTP es que permite operar en condiciones mucho más suaves que la catálisis térmica convencional y encaja bien con las energías renovables, es decir, con la electrificación de los procesos químicos. Con una huella de carbono mucho menor, de hasta más del 90 %, el equipo lo llevó a tres reacciones industriales principales:
«Hemos desarrollado, por ejemplo, nuevos procesos para producir fertilizantes de forma distribuida a partir del nitrógeno atmosférico», afirma el coordinador del proyecto, Gabriele Centi, de la Universidad de Messina, Italia. «Los fertilizantes sintéticos son esenciales para la seguridad alimentaria mundial, ya que proporcionan el nitrógeno necesario para cultivar alimentos para casi la mitad de la población mundial».
Fabricar donde se usa cambia la logística de un sector entero: menos transporte y menos dependencia de unas pocas plantas gigantes.
SCOPE se centró en la química a gran escala, pero la tecnología sale de ahí con facilidad. En agricultura, el plasma frío sirve para tratar las semillas antes de la siembra. «Este proceso, libre de productos químicos, mejora la absorción de agua, aumenta las tasas de germinación y favorece un crecimiento inicial más robusto de las plantas, lo que ayuda a los agricultores a aumentar el rendimiento de los cultivos al tiempo que reduce la necesidad de tratamientos químicos», añade Centi.
En la industria maderera, el tratamiento deja las superficies más receptivas a los recubrimientos protectores. En la alimentaria influye en la formación de cristales en materiales como el chocolate, que gana brillo, textura y el característico crujido en cuestión de minutos, en lugar de las horas del templado convencional. También se exploran la esterilización de equipos médicos, la depuración del aire y del agua y la mejora de la eficiencia energética en la fabricación.
«El plasma frío es increíblemente versátil y contribuye a una fabricación, una agricultura, una asistencia sanitaria, una protección medioambiental e incluso una industria alimentaria más sostenibles», señala Centi. Para quien mira hacia la universidad, eso se traduce en un terreno donde se cruzan la química, la ingeniería química y la tecnología de procesos: reactores, catalizadores, medidas y parámetros que se cambian de uno en uno. Bastante trabajo de laboratorio y bastante modelización.
El plasma no térmico combinado con catalizadores sólidos permite fabricar sustancias químicas básicas con energías renovables, en condiciones suaves y con una huella de carbono de hasta más del 90 % menor. SCOPE lo ha demostrado en la fijación de nitrógeno, en la valorización del metano y en la conversión de dióxido de carbono en combustibles líquidos. «Lo que hace que el plasma frío resulte especialmente interesante es que permite llevar a cabo muchos de estos procesos con un menor consumo energético y menos productos químicos, lo que lo convierte en una tecnología importante para un futuro más sostenible», concluye Centi.
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