Los fluoroquímicos son un grupo de productos químicos que tienen una amplia gama de aplicaciones importantes, incluidos polímeros, agroquímicos, productos farmacéuticos y baterías de iones de litio en teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos, con un mercado global de $ 21,400 millones en 2018. Actualmente, todos los 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, los derrames de HF se han producido numerosas veces en las últimas décadas, a veces con accidentes fatales y efectos ambientales perjudiciales.

Para desarrollar un enfoque más seguro, un equipo de químicos de la Universidad de Oxford junto con colegas de FluoRok, el University College London y la Universidad Estatal de Colorado, se inspiraron en el proceso de biomineralización natural que forma los dientes y los huesos. Normalmente, el propio HF se produce haciendo reaccionar un mineral cristalino llamado espato flúor (CaF2) con ácido sulfúrico en condiciones adversas, antes de utilizarlo para fabricar productos fluoroquímicos. En el nuevo método, los fluoroquímicos se fabrican directamente a partir de CaF2, evitando por completo la producción de HF: un logro que los químicos han buscado durante décadas.

En el nuevo método, el CaF2 en estado sólido se activa mediante un proceso inspirado en la biomineralización, que imita la forma en que los minerales de fosfato de calcio se forman biológicamente en los dientes y los huesos. El equipo molió CaF2 con sal de fosfato de potasio en polvo en un molino de bolas durante varias horas, mediante un proceso mecanoquímico que ha evolucionado a partir de la forma tradicional en que molemos las especias con un mortero.

El producto en polvo resultante, llamado 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 optimizar la cadena de suministro actual y disminuir los requisitos de energía, lo que ayuda a cumplir los objetivos de sostenibilidad futuros y reducir la huella de carbono de la industria.

Sorprendentemente, el proceso de estado sólido desarrollado fue 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 que se centra en la comercialización de esta tecnología y el desarrollo de fluoraciones seguras, sostenibles y rentables. Los investigadores esperan que este estudio aliente a los científicos de todo el mundo a proporcionar soluciones disruptivas a problemas químicos desafiantes, con la perspectiva de un beneficio social.

Calum Patel, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford y uno de los autores principales del estudio, dice:

«La activación mecanoquímica de CaF2 con una sal de fosfato fue un invento emocionante porque este proceso aparentemente simple representa una solución muy eficaz para un problema complejo; sin embargo, quedaban grandes interrogantes sobre cómo funcionaba esta reacción. La colaboración fue clave para responder estas preguntas y avanzar en nuestra comprensión de esta nueva área inexplorada de la química del flúor. Las soluciones exitosas para grandes desafíos provienen de enfoques y experiencia multidisciplinarios, creo que el trabajo realmente capta la importancia de eso.’

La autora principal, la profesora Véronique Gouverneur FRS, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford, quien concibió y dirigió este estudio, dice:

‘El uso directo de CaF2 para la fluoración es un santo grial en el campo, y se ha buscado una solución a este problema durante décadas. La transición a métodos sostenibles para la fabricación de productos químicos, con un impacto negativo reducido o nulo en el medio ambiente, es hoy un objetivo de alta prioridad 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 implementarse en cualquier lugar de la academia y la industria, minimizar las emisiones de carbono, por ejemplo, acortando las cadenas de suministro y ofrecer una mayor confiabilidad a la luz de la fragilidad de las cadenas de suministro globales.