Por: Fabricio Espejel Ayala (Cideteq)
Actualmente, vivimos una crisis de salud, social y económica, considerada como la más importante que la humanidad ha padecido. El sistema de salud de una gran mayoría de países podría colapsar debido al alto número de personas que se agravan a causa de una complicación respiratoria de los enfermos. No obstante, la prevención puede ser una manera de disminuir el riesgo que la enfermedad covid-19 evolucione a condiciones graves y, eventualmente, al fallecimiento de una persona.
Si bien, hay condiciones de enfermedades crónicas que se pueden evitar como diabetes, hipertensión y obesidad, existen otras, de carácter ambiental que también podrían disminuir el riesgo mencionado. En épocas de invierno existe una mayor cantidad de gente que se enferma de gripe e influenza debido a la disminución de las defensas corporales o la deficiencia de vitamina D, entre otros factores. También, existe evidencia científica que relaciona la presencia de ciertos contaminantes atmosféricos con la posibilidad de desarrollar una enfermedad como las mencionadas y que éstas evolucionen a neumonía o una enfermedad pulmonar obstructiva crónica.
Uno de los contaminantes que pueden desencadenar problemas de vías respiratorias es el ozono (O3). El O3 malo (pues también existe el bueno que nos protege de los rayos ultravioleta) es una sustancia química que puede ocasionar asma, bronquitis, enfisema, entre otras complicaciones de las vías respiratorias. El O3 es un contaminante secundario; es decir, se forma en la atmósfera a partir de la reacción del NO (óxido nítrico) y el oxígeno (O2). El NO forma parte de la familia de los óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales se generan, principalmente, por la quema de combustibles fósiles.
Los NOx son considerados contaminantes primarios que se comenzaron a estudiar casi a finales del siglo pasado cuando en la ciudad de Los Ángeles, California, surgieron serios problemas de contaminación atmosférica. A partir de este y otros sucesos, comenzaron a desarrollarse tecnologías que permitieron abatir la generación de NOx generados en los automotores, principalmente.
De ahí se originó el convertidor catalítico de tres vías; se llama de esa manera debido a que tiene tres objetivos: 1) oxidar el monóxido de carbono (CO) que se podría generar por deficiencia de O2 en el motor; 2) oxidar a CO2 y H2O el resto de hidrocarburos que no se queman y, c) reducir químicamente los NOx a O2 y N2.
Si bien esta tecnología llegó para quedarse, aún existe una presencia significativa de NOx en el aire, sobre todo, en las grandes urbes. Por ejemplo, en el inventario de emisiones de la Ciudad de México 2016 se observa que la emisión de NOx fue de 52,437 toneladas/año, las cuales representaron el 86 por ciento del total de emisiones de NOx generados. Lo anterior indica que el convertidor catalítico puede funcionar pero, debido al incremento del parque vehicular, la cantidad de NOx que se generan todavía es significativa y se espera que siga en aumento.
Es por ello que se plantean alternativas que permitan disminuir la concentración de estos contaminantes en el aire.
Una de estas opciones es la fotocatálisis, que es un proceso que se genera en la superficie de un material llamado fotocatalizador. En esta reacción, los electrones de la banda de valencia saltan a la banda de conducción generando procesos de oxidación y reducción, o mejor dicho, generando especies reductoras y oxidantes. Este desarrollo se lleva acabo utilizando la luz solar, es decir, la energía solar se convierte en energía química para acelerar la velocidad de reacción que genera radicales libres. La fotocatálisis se utiliza en el tratamiento de aguas residuales que contienen contaminantes que no se pueden remover o degradar por tratamientos convencionales, como los biológicos.
La degradación de los NOx presentes en el aire vía fotocatálisis se lleva a cabo mediante dos maneras: 1) oxidación de NO a nitrato (NO3) sobre la superficie del fotocatalizador y, luego, el NO3 es removido por la lluvia y, 2) conversión, vía reducción fotocatalítica, del NO a N2 y O2, los cuales son componentes naturales del aire.
Actualmente, existen fotocatalizadores que han demostrado un alto desempeño en la reacción de reducción de NO pero que son muy costosos o su método de preparación requiere técnicas sofisticadas.
En el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) se han desarrollado fotocatalizadores que se han evaluado a nivel laboratorio para reducir, vía fotocatálisis, el NO. Los resultados han permitido corroborar que materiales como titanatos de sodio, zeolitas modificadas, y cerámicos impregnados con dióxido de titanio (TiO2), permiten la degradación de hasta un 80 por ciento de NO presente en una concentración de 550 ppm (partes por millón), probados en el sistema experimental utilizado.
Si bien ya se realizó la prueba del concepto, esto es, se ha demostrado que los fotocatalizadores preparados con métodos simples y de bajo costo funcionan para degradar NO, el siguiente paso es proponer su aplicación o uso. Una de las propuestas es mezclar el fotocatalizador en pinturas o en concreto para que estos queden expuestos a los NOx, y a otros contaminantes y puedan ser degradados. La investigación continúa y se esperan resultados que permitan la generación de conocimiento aplicado para resolver problemas tan graves como la contaminación atmosférica.
Referencias bibliográficas
A., Faustini, M., Stafoggia, P., Colais, G., Berti, L., Bisanti, E. Cadum, A., Cernigliaro, S., Mallone, C. Scarnato, F., Forastiere. “Air pollution and multiple acute respiratory outcomes”. European Respiratory Journal. 2013. 42: 3014-313. DOI: 10.1183/0903936.00128712.
Secretaria del Medio Ambiente de la Ciudad de México. “Inventario de emisiones de la Ciudad de México 2016”. Dirección General de la Gestión del Aires. Dirección de Programas de Calidad del Aire e Inventario de Emisiones. Ciudad de México, 2018.
Cueto Bastida M. A. “Síntesis de titanato de sodio para la degradación fotocatalítica de NOx”. Tesis de Maestría, Cideteq. 2019.
Silva de la Portilla P. S. “Síntesis y caracterización de un material tipo espuma cerámica-óxido metálico (Cerox) para la descomposición fotocatalítica de NOx”. Tesis de Maestría. Cideteq. 2019.
Asociación Ibérica de la Fotocatálisis. ¿Qué es la fotocatálisis?
Autor
El doctor Fabricio Espejel Ayala es ingeniero químico por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con maestría y doctorado realizados en la misma casa de estudios. Desde mayo del año 2014 se desempeña como investigador asociado en el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq). Actualmente, es el coordinador del núcleo académico de Agua y Medio Ambiente de la Dirección de Ciencia del Cideteq. Correo electrónico: fespejel@cideteq.mx.
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