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Por norma, los combustibles como la gasolina y el diésel deben pasar por un proceso que reduce la cantidad de compuestos azufrados (desulfuración) para que sean menos contaminantes y se puedan comercializar. Como estos procesos son costosos y peligrosos por utilizar compuestos tóxicos, una ingeniera química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) desarrolló y puso a prueba dos compuestos alternativos obtenidos a partir de la cafeína –que es más económica y fácil de manipular–, los cuales alcanzaron porcentajes prometedores de desulfuración.
La desulfuración se realiza con el fin de que cuando se dé la combustión –es decir cuando los carros, aviones y otras máquinas están funcionando– estos compuestos azufrados no se conviertan en dióxido de azufre, un gas dañino para el medioambiente y la salud, entre otras cosas porque puede desencadenar una lluvia ácida.
“Actualmente existen leyes que regulan que las cantidades mínimas sean de 10 partes por millón (ppm), y aunque también hay métodos tradicionales para lograrlo, estos utilizan compuestos muy tóxicos, son procesos costosos e implican un gran gasto de energía”, explica la ingeniera química Laura Sofía Benavides Maya, estudiante de la Maestría en Ingeniería – Materiales y Procesos de la UNAL Sede Medellín.
Por eso se propuso buscar una alternativa a partir de la creación y el uso de líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos, que hacen más sostenible el proceso de desulfuración. “Los líquidos iónicos son sales orgánicas o inorgánicas, compuestas por cationes y aniones (cargas positivas y negativas), con puntos de fusión por debajo de los 100 ºC, lo que ayuda a que se gaste menos energía en calentamientos, entre otras cosas”, continúa.
Así mismo, tienen baja toxicidad, capacidad de regenerarse y son fáciles de preparar porque no requieren etapas de purificación. “Por otro lado, los solventes eutécticos profundos son mezclas que aceptan y donan enlaces de hidrógeno, de manera que al combinar porciones específicas reducen su punto de fusión y dan paso a un líquido con propiedades similares a los líquidos iónicos”.
De un proceso costoso a uno económico
En la actualidad ya se han desarrollado líquidos iónicos a partir de imidazol, un compuesto orgánico que contiene carbono, nitrógeno e hidrógeno, y que aún así suele ser muy costoso (alrededor de 452 dólares por kilogramo), lo que ha limitado su aplicación a gran escala. “De ahí el interés por utilizar cafeína (que ronda los 131 dólares por kilogramo), un compuesto de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que contiene en su estructura un anillo de imidazol”.
Así pues, la investigadora Benavides, con la asesoría de la profesora Luz Marina Ocampo Carmona, directora del grupo de investigación Ciencia y Tecnología de Materiales, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, utilizó cafeína comercial para obtener los líquidos iónicos de interés. “Primero hicimos que reaccionara con cloruro de hidrógeno anhidro (sin agua) en una atmósfera inerte, con el fin de convertirla en una sal de amonio cuaternario”.
Así se obtuvo clorhidrato de cafeína, el cual se caracterizó mediante técnicas como espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. “Buscábamos comprobar que en ese clorhidrato se había formado el enlace nitrógeno-hidrógeno en el anillo de imidazol”, agrega.
Posteriormente agregó tricloruro de hierro –en dos cantidades diferentes– con el fin de obtener un líquido iónico con viscosidad manejable. “Por otro lado, sintetizamos dos solventes eutécticos profundos utilizando etilenglicol (donante de enlaces de hidrógeno) y los pusimos a prueba, al igual que los líquidos iónicos, en la desulfuración de un combustible modelo, es decir creado en laboratorio”.
De este modo evidenció que con el líquido iónico se lograba un porcentaje máximo de desulfuración del 12,9 % mientras con el solvente eutéctico profundo hasta un 17,4 %. “Aunque son resultados prometedores, vimos que los anillos aromáticos de azufre son débiles como aceptores de puentes de hidrógeno, lo que se podría reflejar en los bajos índices de desulfuración”, agrega.
Este análisis es el punto de partida de otras investigaciones que busquen mejorar los procesos de desulfuración actuales. “Dichos aspectos se pueden mejorar aplicando más etapas de extracción en el proceso; reciclando los líquidos iónicos y los solventes eutécticos; evaluando tiempos más prolongados; y considerando otros aniones para la síntesis, por ejemplo”.
La investigación está enmarcada en el proyecto “Desarrollo de líquidos iónicos a base de cafeína para la desulfuración de combustibles”, código Hermes 54126. La profesora Ocampo menciona que “a futuro esperamos consolidar análisis que lleven a cabo un proceso similar, pero obteniendo la cafeína de residuos de café, lo que haría aún más sostenible la actividad”.
