Dos de los principales retos científicos a nivel mundial de la actualidad están relacionados con la producción de nuevas fuentes de energía y con el control de las emisiones de CO2 generados, en gran parte, por el uso de los combustibles fósiles. Dentro desde este contexto, desde hace 7 años, el laboratorio de Heriberto Pfeiffer se ha dedicado al estudio de diferentes materiales cerámicos de elementos alcalinos y alcalinotérreos con aplicaciones ambientales. Las características básicas de estos cerámicos han resultado ser bastante adecuadas para la captura química (quimisorción) de dióxido de carbono (CO2) en un amplio intervalo de temperaturas. Algunos de los materiales cerámicos más estudiados en los últimos 14 años, dentro de este contexto, son los silicatos de litio (Li4SiO4 y Li2SiO3), el aluminato de litio (Li5AlO4) y diferentes zirconatos de litio y sodio (Li2ZrO3, Li6Zr2O7 y Na2ZrO3). Cada uno de los materiales antes mencionados presentan ventajas y desventajas en el proceso de quimisorción de CO2. Sin embargo, uno de los materiales que mas interés está despertando es el Na2ZrO3 debido a su amplio intervalo de temperaturas (200-800 °C) en el cual este material es capaz de capturar CO2, su estabilidad térmica y también debido a sus propiedades estructurales. El Na2ZrO3 es un cristal monoclínico en estructura laminar, en la cual los iones sodio se encuentran localizados en la interlamina. Específicamente, en nuestro grupo de trabajo hemos realizados algunos estudios sobre este cerámico, encontrando un gran potencial de estudio y posibles aplicaciones. Paralelamente, el Li2ZrO3, si bien no es el material con mejores capacidades de captura de CO2, éste es quizás el material más estudiado en este contexto, lo que puede ayudar a un mejor entendimiento de las propiedades y fenómenos presentes en la captura química de CO2 en los zirconatos de elementos alcalinos. Por otro lado, hace apenas unos meses fue publicado un artículo internacional en el que se presentó la posible aplicación del metasilicato de litio (Li2SiO3) como catalizador en la producción de biocombustibles a partir de aceites, nuevamente gracias a las propiedades básicas de este material. Por lo tanto, en nuestro laboratorio estamos realizando actualmente algunas pruebas preliminares con los diferentes zirconatos alcalinos, observándose resultados muy interesantes y positivos (conversiones mayores al 90 % de eficiencia). Por lo tanto, en el presente proyecto PAPIIT, se propone estudiar sistemáticamente el zirconato de sodio en el proceso de captura de CO2. Se pondrá especial énfasis en las siguientes 3 líneas de trabajo: 1) Estudio y entendimiento del mecanismo de reacción involucrado en el proceso de captura de CO2 a nivel atómico y micrométrico. 2) Síntesis, caracterización y evaluación de la captura de CO2 en el zirconato de sodio dopado con potasio (K-Na2ZrO3), así como en la formación de diferentes soluciones sólidas ([Na2-xMx]ZrO3 ó Na2[Zr1-yNy]O3, donde M = Li ó N = Al, Si, etc). 3) Uso del Na2ZrO3, del K-Na2ZrO3 y de las soluciones sólidas antes propuestas como catalizadores en la producción de biocombustibles a partir de aceites. Por lo tanto, los materiales propuestos en este proyecto tienen potenciales aplicaciones como captores de CO2 para mitigar uno de los problemas ambientales mas importantes, y al mismo tiempo se podrían usar como catalizadores en la producción de biocombustibles, generando una nueva alternativa energética.

Las contribuciones del proyecto se podrían dividir en los siguientes aspectos: I) Científicas, II) Formación de recursos humanos y III) Tecnológicas. I) La contribución científica esta totalmente relacionada a la generación de resultados en dos grandes líneas de investigación, 1) la captura de CO2 en el Na2ZrO3 y sus soluciones sólidas y 2) En la producción de biocombustibles usando el Na2ZrO3 y sus soluciones sólidas como catalizadores. En el primer aspecto se trabajará arduamente en el estudio de la captura de CO2 en el Na2ZrO3 dopado con diferentes cantidades de potasio y en distintas soluciones sólidas con formula general [Na2-xMx]ZrO3 ó Na2[Zr1-yNy]O3. Además se analizarán diferentes factores secundarios (concentración, flujo de gas, mezclas de gases, etc) todo esto para entender el mecanismo de reacción y optimizar los procesos de captura. Referente también se trabajará con el Na2ZrO3 y sus soluciones sólidas en la producción de biocombustibles variando factores como temperatura, relaciones molares catalizador/solución y tiempo de reacción, entre otros. De todo este trabajo se espera poder publicar cuando menos 9 ó mas artículos internacionales en revistas de alto factor de impacto y la asistencia a varios congresos internacionales y nacionales. II) En cuanto a la formación de recursos humanos se espera que diferentes alumnos puedan obtener su grado de licenciatura o posgrado realizando sus trabajos de tesis dentro del proyecto. Lorena Martínez de la Cruz, Brenda C. Alcántar Vázquez y Ma. Teresa Flores deberán terminar sus estudios de doctorado y obtener el grado correspondiente. En cuanto a los alumnos de Maestría se espera que se incorporen al proyecto entre 2 y 3 estudiantes. Finalmente, en cuanto a los alumnos de licenciatura también se espera la incorporación de más de 3 estudiantes que realicen sus tesis de grado dentro del proyecto. III) En cuanto a la contribución tecnológica esta se podría generar principalmente en la parte de producción de biocombustibles, y la forma de concretar esta contribución sería mediante la escritura y envío de una solicitud de patente relacionada a esta parte del proyecto ante el IMPI. Finalmente, vale la pena mencionar que los resultados generados en este proyecto pretenden contribuir en la futura y necesaria solución de dos grandes problemas mundiales, 1) la captura de CO2 (un problema ambiental) y 2)en la producción de biocombustibles (un problema energético).