Ciencia

Las propiedades y comportamientos de una sustancia o un material están determinadas por su estructura más fundamental. El agua es agua por la forma en que dos átomos de hidrógeno se enlazan con uno de oxígeno; cualquier cambio en esa estructura produciría un compuesto radicalmente distinto. Y lo mismo aplica para toda la materia del universo. 

Conocer esas propiedades fundamentales desde el estudio teórico es la pasión de Francisco Núñez Zarur, egresado de la Universidad de Cartagena, que desde el pregrado se interesó en el estudio teórico de compuestos y reacciones químicas, muchas de las cuales tienen aplicaciones tecnológicas. “Con el conocimiento teórico detallado de una reacción química se puede mejorar el proceso y su eficiencia”, señala Francisco.

De ahí en adelante, con su pericia para las moléculas y los programas computacionales, Francisco viajó a hacer su maestría y doctorado en la Universidad Autónoma de Barcelona, donde estudió computacionalmente el comportamiento de ciertos materiales en procesos de catálisis homogénea.

Tras un par de años en el Instituto Federal de Tecnología en Zúrich, Suiza, Francisco sintió la necesidad de comenzar una carrera más independiente como investigador, sumado a la nostalgia tras siete años fuera de Colombia: “era hora de consolidar mi carrera como alguien más independiente: estar en un grupo, con un coordinador, pero dirigir mi propio proyecto, tenerlo bajo mi responsabilidad”.

Así que se presentó al programa Es tiempo de volver, con el que Colciencias apoya el regreso al país de investigadores que trabajan en el exterior. En la Universidad de Antioquia se integró como posdoctorando al grupo Química Física Teórica, del Instituto de Química. 

En el grupo, con el acompañamiento del profesor Albeiro Restrepo, Francisco desarrolla un trabajo que combina lo aprendido en sus anteriores instituciones. “Estudio una reacción llamada metátesis de alcanos; fue descubierta en 1997, pero se sabe muy poco de sus mecanismos fundamentales”, explica el investigador. 

‘Metátesis de alcanos’ no es una enfermedad

Los alcanos son un grupo de hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) utilizados como combustible desde hace 5000 años; algunos son tan familiares como el propano o el metano; los alcanos líquidos son esenciales para generar gasolina, y los sólidos se hallan, por ejemplo, en los asfaltos. Pueden tener una larga cadena de carbonos o una corta. 

“La idea es convertir alcanos de una cadena de carbono de una determinada longitud en alcanos de cadena más larga o más corta”, explica Francisco, pues dicha conversión permitiría variar los usos y propiedades. 

“Una de las aplicaciones más promisorias es la producción de combustibles en el rango de las gasolinas o diésel. De hecho, ya hay varios reportes académicos de síntesis de combustibles líquidos a partir de alcanos de cadena corta. Hay varios trabajos experimentales pero muy pocos trabajos teóricos sobre el mecanismo de esta reacción”, añade. 

Aquí llegamos al concepto de catálisis, que es cuando en una reacción se suma algún agente o sustancia al proceso y acelera la reacción. Eso pasa, por ejemplo, en el organismo humano, cuando una enzima, la lactasa, acelera la conversión de lactosa de la leche en dos azúcares más fáciles de digerir.  

Para la metátesis de alcanos se usan dos tipos de catalizadores: uno en fase homogénea, que es cuando catalizador y sustancia a catalizar (llamada sustrato) están en la mima fase (por ejemplo, dos líquidos) y catalizadores en fase heterogénea: aquellos que están en una fase distinta a la sustancia que será catalizada. Así, si la sustancia es líquida o gaseosa, el catalizador es un sólido: “una superficie de sílica y sílica-alúmina a los que se les ancla un complejo organometálico”. Francisco trabajará en este último tipo de catalizadores. 

El trabajo de Francisco Núñez consiste en analizar teóricamente el comportamiento del sustrato, los alcanos y del catalizador: “Con un conocimiento más detallado del mecanismo se puede mejorar el catalizador y la eficiencia de la reacción”. 

Investigar en Colombia 

Francisco hará su trabajo en dos etapas: una en la UdeA, en la que estudiará la reacción sobre el modelo computacional de unas cuantas moléculas, y otra, mucho más compleja que estudiará la reacción en un sólido extendido. 

“Para esa segunda etapa pretendo hacer una colaboración con alguien en Europa. Mi supervisor del doctorado en la UAB, Xavier Solans Monfort, es muy experto en este tipo de cálculos, y me puede guiar durante una estancia de pocos meses”. Una colaboración entre el grupo de la Alma Máter y uno internacional que podrá traer muchos más beneficios.

En Barcelona y en Zúrich, Francisco aprendió las técnicas y cálculos necesarios para estudiar tanto sistemas moleculares como sistemas periódicos, es decir, sólidos. “Aquí haré una mezcla de ambas cosas. Estudiaré una reacción de catálisis heterogénea, pero en la primera fase usaré técnicas para catálisis homogénea”.

“En Colombia hay muchas limitaciones para trabajar en ciencia, la primera y más obvia es el presupuesto”, expresa Francisco. “La otra, como una opinión muy personal, es la burocracia. Se gasta mucho tiempo haciendo trámites, papeleos”. 

Con todos los altos y bajos de esta primera versión del programa Es Tiempo de Volver, la Universidad jugó un papel esencial en sortear los obstáculos burocráticos para el trabajo y la adaptación de los investigadores. 

“Acá en la UdeA se manejan bastante bien las cosas, tienen mucha más experiencia con estos trámites que otras universidades colombianas. Es una suerte haber llegado aquí”, señala el químico. “La Universidad siempre ha abogado por el bienestar de nosotros y ha organizado cosas que Colciencias no había planeado bien”.

La conjunción de ciencia y docencia, tan importante en la calidad de la Alma Máter, es un rasgo que vive también en Francisco. “Siempre me ha gustado la docencia y quiero vincularme al sistema universitario colombiano. Sería genial quedarme en la Universidad de Antioquia, me ha gustado mucho”.