Memòria 1087

Dels meteorits i l’origen de la vida a la Química Industrial. Memòria llegida per acadèmic electe Sr. Jordi Llorca i Piqué a l’acte de la seva recepció del dia 12 de juny de 2025, discurs de resposta per l’acadèmic numerari Excm. Sr. Miquel A. Pericàs i Brondo.

Té sentit preguntar-nos «què tenen en comú un reactor químicindustrial i un meteorit»? Per molt diferents que d’entrada ens puguin semblar,crida l’atenció que tots dos poden contenir sòlids que actuïn com acatalitzadors per a dur a terme reaccions químiques entre gasos.

En el cas dels reactors industrials, la funció delcatalitzador és òbvia. El catalitzador serveix per a accelerar unatransformació química, és a dir, per a trencar i fer nous enllaços entremolècules, i també per a seleccionar entre diferents productes d’una reacció enels casos en què hi ha més d’un camí de reacció. La importància de la catàlisien la indústria per a fabricar nous compostos (plàstics, fertilitzants,polímers, fàrmacs…) és cabdal, però també ho és el tractament de gasos iefluents perjudicials per al medi ambient i per a la salut. Els fums emesospels vehicles amb motors de combustió, per exemple, suposen un greu perill quecal tractar, com també ho són les emissions dels gasos d’efecte d’hivernacle,especialment diòxid de carboni i metà. La catàlisi heterogènia —que té lloctípicament entre gasos en presència d’un catalitzador sòlid— és imprescindibleper a dur a terme aquestes transformacions d’una manera ràpida, efectiva i ambel mínim esforç (energia).

Per la seva banda, en la majoria dels meteorits mésprimitius hi ha fases metàl·liques i minerals que tenen propietatscatalítiques. Els cossos progenitors dels meteorits es van formar fa més dequatre mil sis-cents milions d’anys a partir d’un núvol de gas i pols quecontenia una mescla rica en hidrogen i monòxid de carboni. Aquesta mescla,coneguda en la indústria com a gas desíntesi, pot originar molècules orgàniques en presència de determinatscatalitzadors, com ara alguns dels que hi ha als meteorits. S’han identificatcentenars de molècules orgàniques individuals en els meteorits moltes de lesquals es troben també en els éssers vius. Per això és versemblant la teoria queles molècules orgàniques que van arribar a la Terra a través dels meteorits vanoriginar l’aparició de la vida, o hi van contribuir. Això, de moment, no hopodem demostrar. En tot cas, l’existència d’aquestes molècules orgàniques enels meteorits demostra que la catàlisi és un fenomen universal i que pot tenirimplicacions interessants. Aquesta i altres característiques de la naturalesadels meteorits fan que la seva recuperació i el seu estudi siguin importants.Cada meteorit caigut o trobat ens pot proveir informació nova o complementària dela que ja tenim.

Sigui en els meteorits o en un catalitzador industrial,és tot un repte científic identificar amb precisió la naturalesa i el comportamentdels centres actius del catalitzador;allà on realment té lloc la transformació química. Els centres actius acostumena ser nanopartícules o grups d’àtoms ancorats a un suport, on la interfícieentre els àtoms metàl·lics i el suport té un paper clau. Sovint, els centresactius canvien la seva estructura durant el procés de la reacció. Lacoordinació o adsorció de les molècules dels reactius trasbalsa l’estructura i ladensitat electrònica original, i dona lloc al moviment dels àtoms delcatalitzador adoptant morfologies singulars. Per a poder estudiar aquestcomportament dinàmic dels centres actius, calen tècniques de caracteritzacióavançades, capaces d’enregistrar imatges a escala atòmica (microscòpiaelectrònica de transmissió d’aberracions corregides) o fer espectroscòpia en condicionsde reacció, tot mesurant simultàniament la composició dels gasos resultants dela reacció. És el que es coneix com a tècniques operando, en què l’ús de la radiació sincrotró és particularment útil.

Amb el coneixement profund de les característiques delscentres actius podem ser capaços de dissenyar nous catalitzadors d’una maneraracional, «a mida» per als processos ja existents i per als processos encaraper descobrir. Davant d’un escenari de canvi climàtic i de crisi energètica perl’ús irresponsable de combustibles fòssils, l’enginyeria de la reacció químicapot contribuir amb solucions enginyoses als reptes que presenten els nousvectors energètics, com l’hidrogen i els combustibles sintètics.

Tornant a la pregunta inicial sobre la relació entre elreactor químic industrial i un meteorit, no deixa de sorprendre que, malgrat elsalt en el temps, els catalitzadors que avui emprem per a fer gasolinasintètica en l’àmbit industrial, per exemple, són els mateixos que trobem enels meteorits i que van formar les molècules orgàniques que contenen.

Text complet