Innovación en materiales empleando residuos agroindustriales.

Dr. Luis A. Romero Cano

Profesor e Investigador Asociado

Dos problemas graves que hoy enfrenta la sociedad son la contaminación de agua y la alta demanda de energía. En ambos casos, una alternativa de solución innovadora es la síntesis de materiales basados en el carbono. Estos materiales se consideran amigables con el ambiente, porque su fabricación parte de residuos de difícil disposición. Como ejemplo de ello tenemos las cáscaras de cítricos. Se estima que en el mundo se producen 38.2 millones de toneladas al año, procedentes de la industria. Por ello, existe la necesidad de aprovecharlas para elaborar productos diferenciados y lograr su valorización. Diversos estudios muestran que estos residuos contienen grupos funcionales útiles, así como un alto contenido de carbono. Estas características lo convierten en un material de interés.

Actualmente, en los laboratorios de esta casa de estudios se desarrolla un proyecto de investigación para sintetizar nuevos materiales de carbono a partir de residuos agroindustriales.

Los primeros estudios se enfocaron en obtener un método para transformar las cáscaras en materiales adsorbentes. Para ello se empleó un secado a baja temperatura (110 °C). El material obtenido se probó en la eliminación de cobre y plata en agua en modo estático (163 mg Cu/g, 72 mg Ag/g) y continuo (52 mg Cu/g, 15 mg Ag/g). El proceso es similar al que realiza un filtro, donde el material actúa como una esponja en la que se retiene el contaminante. Esta investigación dio origen a un material alternativo, capaz de competir con carbones activados comerciales (J. Environ. Eng., 146(9), 04020100; J. Chem. Technol. Biotechnol., 94(2), 590-599).

Con la intención de obtener materiales atractivos para la industria electroquímica, se desarrolló una segunda etapa, en la cual sintetizamos materiales compuestos (composites) útiles en la elaboración de electrodos para detectar contaminantes (cobre y plata) en el agua. Un material composite es la combinación de dos o más materiales, que se complementan para obtener la respuesta deseada. Combinamos el material adsorbente anterior con polvo de grafito, para producir un material conductor de electricidad capaz de retener en su superficie el metal de interés. Los resultados mostraron que el material brinda excelentes límites de detección (2.5 μg Cu/L, 0.73 μg Ag/L) y de cuantificación (15 μg Cu/L, 1.04 μg Ag/L), evidenciando la posibilidad de obtener electrodos alternativos, preparados a partir de residuos, capaces de competir con materiales comerciales (Electroanalysis, 33(8), 19521962; J. Electroanal. Chem. 837, 22-29).

Actualmente trabajamos para generar nuevos materiales, buscando alternativas de almacenamiento de energía que puedan aplicarse en dispositivos portátiles; nos centramos en estudiar baterías, las cuales básicamente están formadas por un cátodo, un ánodo y una solución electrolítica. Hemos estudiado con detalle baterías ion-Na, que pueden ofrecer una alternativa económica y respetuosa con el ambiente. El reto actual consiste en diseñar ánodos que permitan altas capacidades de almacenamiento. Los últimos estudios demuestran que es posible utilizar materiales de carbón como ánodos. ¿Se imaginan una batería diseñada a partir de cáscaras de toronja? ¡Eso hicimos! Solo debíamos encontrar las condiciones de síntesis del material. A partir de un trabajo colaborativo con la Universidad de Granada, obtuvimos un carbón funcionalizado; se combinó con negro de carbón, y el composite se probó como ánodo en baterías ion-Na en la Universidad Autónoma Metropolitana, logrando capacidades de almacenamiento de 180 mAh/g durante 60 ciclos de carga/ descarga. Los resultados indican que es una estrategia efectiva y puede conducir a nuevas formas de reutilización de biomasa en aplicaciones de almacenamiento de energía (Electrochim. Acta, 326, 134973). <

En los laboratorios de la UAG se están realizando estudios de baterias ion-Na que ofrecen una alternativa económica y respetuosa al ambiente.