Químicos de la Universidad de Oxford (Reino Unido) han desarrollado un método totalmente nuevo para generar por primera vez fluoroquímicos, fundamentales para muchas industrias, sin utilizar el peligroso gas fluoruro de hidrógeno, según publican en la revista ‘Science’.
El innovador método se inspira en el proceso de biomineralización que forma los dientes y los huesos y podría tener un impacto inmenso en la mejora de la seguridad y la huella de carbono de una industria mundial en crecimiento.
Los fluoroquímicos son un grupo de productos químicos que tienen una amplia gama de aplicaciones importantes -incluidos polímeros, productos agroquímicos, productos farmacéuticos y las baterías de iones de litio en teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos- con un mercado global de US$21,400 millones en 2018 (unos €19,000 millones).
En la actualidad, todos los productos fluoroquímicos se generan a partir del gas tóxico y corrosivo fluoruro de hidrógeno (HF) en un proceso que consume mucha energía. A pesar de las estrictas normas de seguridad, en las últimas décadas se han producido numerosos vertidos de HF, a veces con accidentes mortales y efectos medioambientales perjudiciales.
Para desarrollar un método más seguro, un equipo de químicos de la Universidad de Oxford, junto con colegas de la empresa derivada de Oxford FluoRok, el University College de Londres y la Universidad Estatal de Colorado (Estados Unidos), se inspiraron en el proceso natural de biomineralización que forma los dientes y los huesos. Normalmente, el propio HF se produce haciendo reaccionar un mineral cristalino llamado fluorita (CaF2) con ácido sulfúrico en condiciones muy duras, antes de utilizarlo para fabricar fluoroquímicos. Con el nuevo método, los fluoroquímicos se fabrican directamente a partir del CaF2, evitando por completo la producción de HF: un logro que los químicos llevaban décadas buscando.
En el nuevo método, el CaF2 en estado sólido se activa mediante un proceso inspirado en la biomineralización, que imita el modo en que los minerales de fosfato cálcico se forman biológicamente en dientes y huesos. El equipo molió CaF2 con sal de fosfato potásico en polvo en un molino de bolas durante varias horas, mediante un proceso mecanoquímico que ha evolucionado a partir de la forma tradicional de moler especias con un mortero.
El producto en polvo resultante, denominado Fluoromix, permitió la síntesis de más de 50 fluoroquímicos diferentes directamente a partir de CaF2 , con un rendimiento de hasta el 98%. El método desarrollado tiene el potencial de racionalizar la cadena de suministro actual y disminuir las necesidades energéticas, ayudando a cumplir los futuros objetivos de sostenibilidad y a reducir la huella de carbono de la industria.
Resulta emocionante que el proceso en estado sólido desarrollado fuera tan eficaz con fluorita de grado ácido (> 97%, CaF2) como con CaF2 de grado reactivo sintético. El proceso representa un cambio de paradigma para la fabricación de fluoroquímicos en todo el mundo y ha llevado a la creación de FluoRok, una empresa derivada centrada en la comercialización de esta tecnología y en el desarrollo de fluorinaciones seguras, sostenibles y rentables. Los investigadores esperan que este estudio anime a científicos de todo el mundo a aportar soluciones disruptivas a problemas químicos complejos, con la perspectiva de obtener beneficios para la sociedad.
Calum Patel, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford y uno de los autores principales del estudio, explica que “la activación mecanoquímica del CaF2 con una sal de fosfato fue un invento apasionante porque este proceso aparentemente sencillo representa una solución muy eficaz a un problema complejo; sin embargo, quedaban grandes interrogantes sobre el funcionamiento de esta reacción. La colaboración fue clave para responder a estas preguntas y avanzar en nuestra comprensión de esta nueva e inexplorada área de la química del flúor. Las soluciones satisfactorias a los grandes retos surgen de enfoques y conocimientos multidisciplinares, y creo que este trabajo pone de manifiesto su importancia”.
Por su parte, la autora principal, la profesora Véronique Gouverneur FRS, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford, que concibió y dirigió este estudio, afirma que “el uso directo del CaF2 para la fluoración es un santo grial en este campo, y hace décadas que se busca una solución a este problema. La transición a métodos sostenibles para la fabricación de productos químicos, con un impacto reducido o nulo sobre el medio ambiente, es hoy un objetivo prioritario que puede acelerarse con programas ambiciosos y un replanteamiento total de los procesos de fabricación actuales”.
“Este estudio representa un paso importante en esta dirección porque el método desarrollado en Oxford tiene el potencial de aplicarse en cualquier lugar del mundo académico y la industria, minimizar las emisiones de carbono, por ejemplo acortando las cadenas de suministro, y ofrecer una mayor fiabilidad ante la fragilidad de las cadenas de suministro mundiales”, concluye.
