La química computacional, la ciencia en el siglo XXI

Funciona como un laboratorio virtual que recurre al cómputo de alto rendimiento para calcular y visualizar procesos que no pueden hacerse experimentalmente y que sólo se infieren e imaginan.

En él se resuelven temas de la teoría de la química y la física mediante ecuaciones y métodos numéricos, o se generan gráficos en tercera dimensión para ver cómo es una molécula o una interacción.

Es la química computacional, una ciencia multidisciplinaria del siglo XXI que permite a científicos explorar cómo funcionan los procesos de la naturaleza en su parte más esencial, y con ese nuevo conocimiento desarrollar nuevos materiales para la industria, la química de alimentos o las energías renovables.

En el Instituto de Energías Renovables (IER), con sede en Temixco, Jesús Muñiz Soria, físico y doctor en Ciencia e Ingeniería de Materiales, recurre a la química computacional para analizar diversos procesos en favor de las energías limpias.

“La química computacional mezcla la física, química, matemáticas y ciencias de la computación; la idea es explorar, con estos métodos, los procesos que ocurren en un laboratorio, los cuales no podemos entender con los instrumentos que hay, incluso los más sofisticados. También es posible comprender aquéllos que son imposibles de hacer con esa instrumentación”, resumió.

Con la química computacional no se requiere el microscopio ni importa si el material tiene un recubrimiento. “Nos vamos más adentro, a la estructura molecular, agregó.

Muñiz Soria tiene una Cátedra Conacyt en el IER y estudia materiales de los supercapacitores, que son potentes condensadores que almacenan energía. Indaga en las estructuras moleculares de materiales basados en carbono (carbono estructurado, grafeno, nanotubos de carbono) y material amorfo.

“La intención es usarlos como otro instrumento donde se almacene energía de una manera más estable, por mayor tiempo, de forma muy eficiente y amigable con el medio ambiente. Buscamos que cuando se desechen no dañen el ambiente”, explicó.

Materiales fotovoltaicos

Otra línea de investigación de Muñiz Soria examina teóricamente con materiales orgánicos fotovoltaicos. “Es un megaproyecto con la Facultad de Química de la UNAM y el Departamento de Química de la Universidad de Harvard en el que buscamos sintetizar moléculas teóricas que se han venido calculando. Hay una base de datos muy grande en cuanto a estos orgánicos fotovoltaicos, que son moléculas hechas a base de carbono, nitrógenos y azufre, básicamente”, narró.

De este grupo se han seleccionado otros más pequeños. El IER busca estudiar de manera más puntual, por medio de la química computacional, las propiedades de esas moléculas.

Biocombustibles

Otro proyecto de Muñiz Soria se refiere a catálisis heterogénea para producción de biocombustibles, y la exploran desde la parte teórica.

“La idea es proponer catalizadores heterogéneos, básicamente óxidos metálicos o incluso metales de transición como oro, platino y cobre, con los cuales puede hacerse un proceso llamado transesterificación, que es un método en el cual los triglicéridos, estas moléculas orgánicas que están básicamente en todas las sustancias grasas, pueden transformarse en biocombustibles”, aclaró.

Los triglicéridos se encuentran en el cuerpo humano y en productos orgánicos como la soya, el piñón y otros cultivos de origen vegetal. “El aceite que se extrae de éstos puede usarse como biodiésel. Se conoce mucho de esta producción de biocombustibles desde años atrás, pero se desconoce bastante de lo que ocurre a nivel teórico y poco se sabe qué pasa en los átomos en esos procesos”, reconoció.

Hay varios estudios experimentales en los que se conoce este proceso de transesterificación con materiales metálicos, pero se desconoce mucho de cómo se realiza esta catálisis, porqué es efectiva. “Se ha usado empíricamente y funcionan bien, pero ahora sabremos cómo ocurre”, concluyó.

(Con información de Gaceta UNAM)