Estudian con simulaciones cómo transformar biomasa en biocombustibles y bioproductos

Marcelo Javier Radurean, becario de la Universidad Nacional del Nordeste y profesor en Ciencias Químicas de la FaCENA, desarrolla una investigación orientada a comprender cómo moléculas derivadas de la biomasa interactúan con catalizadores sólidos.

El trabajo busca explicar, a escala molecular, de qué manera materiales microporosos pueden favorecer la transformación de residuos vegetales —como hojas, troncos, aserrín o cáscaras— en biocombustibles, fármacos, plásticos y otros productos de valor agregado.

La investigación se titula “Procesos sostenibles de conversión de biomasa: estudio de mecanismos de adsorción y reacción sobre catalizadores sólidos heterogéneos” y forma parte de una Beca de Estímulo a la Investigación Tipo I de la UNNE. Se desarrolla en el Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades del IQUIBA-NEA, dependiente del CONICET y la UNNE, bajo la dirección de la doctora María Fernanda Zalazar.

Simular lo que el laboratorio no logra detectar

Uno de los principales desafíos del proyecto es conocer qué ocurre durante las etapas intermedias de las reacciones químicas. Muchas de ellas suceden en tiempos extremadamente breves, por lo que resultan difíciles de observar mediante técnicas experimentales tradicionales.

Frente a esa limitación, Radurean utiliza herramientas de química computacional para modelar, a escala atómica, cómo las moléculas se acercan, se adhieren y reaccionan sobre la superficie de los catalizadores.

Estas simulaciones permiten identificar sitios activos, mecanismos de adsorción, estados de transición y barreras energéticas que influyen en la eficiencia del proceso.

El rol de las zeolitas

Los catalizadores estudiados son las zeolitas, materiales cristalinos microporosos con canales y cavidades de tamaño molecular.

Esos poros funcionan como pequeños reactores nanométricos donde las moléculas ingresan, se desplazan y reaccionan. La forma, el tamaño y la distribución de esos canales influyen directamente en la eficiencia y selectividad de las transformaciones químicas.

Uno de los casos de interés es la conversión de bioetanol en biobutanol. Según la literatura científica, esa reacción puede seguir una ruta directa o una ruta indirecta con varios pasos intermedios. Determinar cuál predomina según el catalizador es uno de los puntos que busca aclarar el estudio.

Objetivos del trabajo

El proyecto apunta a predecir cómo las moléculas derivadas de biomasa se adsorben sobre distintos catalizadores sólidos y a describir los pasos moleculares que llevan desde el contacto inicial hasta la formación de productos.

También busca analizar las interacciones entre los grupos funcionales de las moléculas orgánicas y los sitios activos del catalizador, para entender por qué algunos materiales resultan más eficientes que otros.

Metodología e impacto esperado

La investigación combina simulaciones computacionales con validación experimental. En la etapa teórica se emplean métodos de química cuántica para representar moléculas, catalizadores e interacciones. Luego, los resultados se contrastan con técnicas de laboratorio como la espectroscopía infrarroja FTIR.

Aunque se trata de investigación básica, sus resultados podrían aportar herramientas para mejorar procesos industriales vinculados con biorrefinerías y valorización de biomasa.

A futuro, el conocimiento generado podría orientar el diseño de catalizadores a medida, capaces de favorecer reacciones específicas y hacer más eficiente la producción de combustibles, químicos y materiales a partir de recursos vegetales.

Los avances serán presentados en revistas científicas internacionales y congresos, fortaleciendo la presencia de la UNNE y el CONICET en áreas como catálisis, química computacional y aprovechamiento sostenible de biomasa.