El peróxido de hidrógeno, el hermano de mal genio del agua, ha ayudado a los humanos a combatir las infecciones desde que descubrimos sus propiedades antisépticas hace casi dos siglos. Desafortunadamente, es bastante inestable, por lo que es difícil de transportar donde sea necesario.
Ahora, los investigadores han encontrado una forma bastante simple de generar el químico a partir del agua, el aire y la electricidad, y podría ser justo lo que necesitan las comunidades remotas.
El proceso, desarrollado por ingenieros químicos en el MIT, podría algún día utilizarse para crear dispositivos portátiles que usen catalizadores no tóxicos para transformar electroquímicamente un suministro de agua en un asesino de gérmenes respetuoso con el medio ambiente.
La fórmula química del peróxido de hidrógeno es simple: es solo una molécula de agua con algo de oxígeno adicional, o H2
En estos días, el peróxido de hidrógeno es valorado por sus propiedades de blanqueamiento y saneamiento, demostrando ser efectivo para matar microbios en concentraciones relativamente bajas mientras se degrada de manera relativamente rápida y segura en el medio ambiente.
Para satisfacer la demanda, la mayoría de los métodos de tamaño industrial dependen de lo que se conoce como proceso de antraquinona, que reduce las moléculas de oxígeno utilizando hidrógeno tomado de metano con un poco de ayuda de un catalizador.
Produce abundante peróxido de hidrógeno, pero también es un proceso de alto consumo energético que depende de los recursos de combustibles fósiles. Es importante destacar que no se reduce muy fácilmente.
Si usted es un negocio de pulpa de madera o una unidad médica estacionada en el medio de la nada, eso deja solo dos maneras de tener el material en sus manos: arriesgarse a importarlo en cantidades suficientes o usar otro método para producir el suyo.
"Hay una comunidad en crecimiento interesada en el peróxido de hidrógeno portátil, debido a la apreciación de que realmente satisfaría muchas necesidades, tanto en el lado industrial como en términos de salud humana y saneamiento". dice el ingeniero químico Yogesh Surendranath.
El segundo oxígeno unido libremente al peróxido de hidrógeno está dispuesto a casarse con otras moléculas sin mucha introducción. Para los productos químicos orgánicos en el material vivo, este es un proceso destructivo que hace que el peróxido sea perfecto para matar los patógenos.
Pero también significa que es rápido reaccionar con otros materiales de manera intensiva en energía. Transportar concentraciones superiores al 35 por ciento a larga distancia es una receta para el desastre.
En cuanto a la fabricación de la suya, la mayoría de los procesos existentes son lentos e ineficientes, y producen grandes cantidades de agua por solo un chorrito de peróxido de hidrógeno. Para evitar esto, los procesos pueden utilizar aditivos tóxicos como el plomo o el mercurio.
Para desarrollar un método mejor y más ecológico, Surendranath y su equipo volvieron al proceso de antraquinona para ver qué podría mejorarse.
En lugar de tomar hidrógeno del metano, el agua puede descomponerse en hidrógeno y oxígeno a través de la electrólisis, utilizando nada más complicado que una corriente eléctrica que pasa entre un par de electrodos.
El hidrógeno se puede pasar al catalizador de antraquinona como de costumbre, que se transporta a través de un sistema donde se mezcla con un disolvente y luego se introduce en una solución oxigenada para formar peróxido de hidrógeno.
Teóricamente, otros materiales podrían cumplir el mismo papel de mediador que la antraquinona. El proceso de electrólisis junto con la transferencia paso a paso del catalizador que transporta hidrógeno es la clave para hacer que el proceso sea eficiente sin la necesidad de elementos potencialmente peligrosos.
"Es un proceso increíble porque tomas abundantes cosas, agua, aire y electricidad, que puedes obtener localmente, y lo usas para hacer este importante químico que puedes usar para limpiar el medio ambiente y para el saneamiento y la calidad del agua " dice Surendranath.
Ahora, todavía no podemos esperar ver nada en el mercado usando esta tecnología, al menos en el futuro cercano, pero de todos modos es un concepto emocionante.
El equipo logró demostrar que funciona a través de una maqueta de prueba de concepto en el laboratorio que utilizó una cantidad bastante modesta de energía, y notaron que todavía hay mucho margen de mejora.
"Una de las formas de hacerlo es aumentar la concentración del mediador y, afortunadamente, nuestro mediador ya se ha utilizado en baterías de flujo a concentraciones realmente altas, por lo que creemos que hay una ruta para poder aumentar esas concentraciones". dice Surendranath.
Esta investigación fue publicada en Joule.