Corma, Hartwig y Schwarz: Ciencias Básicas

El jurado les ha premiado por sentar las bases de los catalizadores que hacen posible una química más eficiente

El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas ha recaído en Avelino Corma, John F. Hartwig y Helmut Schwarz por impulsar avances fundamentales en el campo de la catálisis que han permitido «controlar y acelerar las reacciones químicas» para la obtención de productos en múltiples procesos industriales, según ha resaltado el jurado, «mejorando la eficiencia y reduciendo el consumo de energía».

Hongkun Park, titular de la Cátedra Mark Hyman Jr de Química y catedrático de Física en la Universidad de Harvard (Estados Unidos), y miembro del jurado ha destacado que, trabajando de manera independiente, los galardonados «han liderado a escala mundial las tres principales áreas de investigación para comprender y aplicar la catálisis, cubriendo así todo el espectro de este campo tan fundamental».

«Han liderado a escala mundial las tres principales áreas de investigación para comprender y aplicar la catálisis»

Acta del jurado

Desde el Instituto de Tecnología Química, Universitat Politècnica de València-CSIC, Avelino Corma ha sido el pionero de la llamada catálisis heterogénea, denominada así porque el catalizador y los agentes de la reacción química que se quiere acelerar se encuentran en distintas fases de la materia. En su caso, el catalizador es un sólido y los reactivos pueden ser gases o líquidos. Corma ha liderado la concepción y síntesis de materiales microporosos que actúan como catalizadores sólidos, en los que las reacciones se producen dentro de cavidades del tamaño de las moléculas.

Sus avances fundamentales en este campo se plasmaron en dos estudios publicados por ‘Nature’ en 1998 y 2006, y posteriormente una investigación publicada en Science en 2017, en las que se demostró el potencial de estos materiales microporosos para acelerar y controlar reacciones químicas de manera eficiente, abriendo así la puerta al desarrollo de una química menos contaminante y más sostenible. «En estos trabajos, a través del control de las cavidades en estos catalizadores sólidos, demostramos que podíamos controlar las reacciones, de tal manera que por ejemplo podíamos reducir su acidez y lograr así un menor impacto medioambiental».

«Corma es un investigador que, partiendo desde la ciencia básica, es capaz de aplicar sus resultados a retos sociales, como puede ser la sostenibilidad. Que el jurado le considere merecedor de un premio del prestigio internacional del Fronteras del Conocimiento da cuenta de su nivel científico. Y realmente encaja perfectamente con el nombre del premio, porque destaca su inquietud por mover las fronteras del conocimiento», afirma José Capilla, rector de la Universitat Politècnica de València y nominador del investigador valenciano.

Además de contribuir estos hallazgos de investigación básica, que han tenido un gran impacto internacional en el campo de la catálisis, Corma además es autor de más de 100 patentes con aplicaciones industriales que se están utilizando en la actualidad para mejorar la eficiencia y sostenibilidad en la producción de combustibles, plásticos, cosméticos y alimentos.

Catalizadores para fabricar medicamentos

Los catalizadores basados en metales que ha desarrollado el estadounidense John Hartwig (Universidad de California, Berkeley) han resultado fundamentales en la fabricación de medicamentos contra numerosas enfermedades, desde la leucemia hasta el VIH o la depresión. Su trabajo se ha centrado en la catálisis homogénea, en la que tanto el catalizador como las moléculas que experimentan la reacción química se encuentran en fase líquida, disueltos en una solución. Esto permite que las reacciones ocurran a temperaturas relativamente bajas, y que tengan lugar en posiciones muy precisas dentro de la molécula.

«Hay toda una serie de medicamentos aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos estadounidense (FDA) para enfermedades como la hepatitis C, el VIH, la depresión, la psoriasis y la leucemia, que se fabrican gracias a la disponibilidad de moléculas creadas con las reacciones que hemos desarrollado en mi laboratorio», afirma el galardonado.

En concreto, Hartwig ha centrado gran parte de su investigación en crear los llamados catalizadores organometálicos, formados por moléculas que contienen tanto un fragmento orgánico con carbono como un metal de transición, como el platino. Es precisamente el enlace entre el carbono y el metal el que facilita las reacciones químicas al proveer una plataforma sobre la que estas ocurren.

En el periodo más cercano, investiga los polímeros que forman los plásticos que utilizamos cotidianamente, tratando de deconstruir sus enlaces para aislar sus componentes y poder crear nuevos plásticos con ellos. «Ahora mismo el plástico se recicla de manera mecánica, pero este método abre la puerta al reciclaje químico, que nos permitirá encontrar soluciones para gestionar la gran cantidad de residuos de plástico que generamos», aventura.

Reacciones químicas átomo a átomo

A través de experimentos y herramientas computacionales, Helmut Schwarz (Universidad Técnica de Berlín) ha dilucidado el funcionamiento de algunas reacciones químicas átomo a átomo, con un nivel de detalle nunca visto. Ha realizado experimentos en fase gaseosa, aislando los átomos a nivel individual y controlando el entorno de la reacción para asegurarse de que el resultado se debía exclusivamente a un átomo concreto en lugar de a una combinación de múltiples factores. Lograron esto gracias al espectrómetro de masas, inventado hace más de un siglo pero nunca antes empleado para este fin.

A pesar de su enfoque puramente básico, los descubrimientos de Schwarz han transformado procesos industriales importantes como el de la fábrica alemana Degussa, que se dedica al refinamiento de metales preciosos y produce un compuesto de hidrógeno, carbono y nitrógeno usado en un gran número de aplicaciones. La propia fábrica desarrolló la manera de producir el compuesto combinando el metano con el amoníaco gracias a un catalizador. Pero se generaba carbón como producto secundario, que ensuciaba el catalizador y lo acababa desactivando. Schwarz logró revelar detalles clave sobre cómo funcionaba aquella reacción y, gracias a ellos, propuso una modificación en el catalizador que evitaba la formación de hollín. «Es un ejemplo práctico de cómo la investigación básica acabó ayudando a la empresa a mejorar sustancialmente un proceso», afirma Schwarz.

«Este premio está muy bien concedido por la importancia que tiene la investigación de la catálisis, que supone un 90% de todos los procesos productivos en la industria química y un 30% del PIB mundial. Helmut Schwarz ha hecho auténtica ciencia básica, pero además la ha demostrado experimentalmente. A él le debemos que haya incorporado elementos de la mecánica cuántica al conocimiento básico de las reacciones catalíticas», ha resaltado Jesús Ugalde, catedrático de Química Física de la Universidad del País Vasco y colaborador del profesor Schwarz.