Nota: Este articulo
fue escrito antes de la pandemia del coronavirus
Este metal precioso
es muy valioso para nuestros coches y dispositivos electrónicos
Así es el borofeno, el material que ha arrebatado al grafeno el podio al
elemento más exótico y prometedor.
El paladio nunca ha sido un metal barato. Es escaso y tiene un sinfín de
aplicaciones, y en estas circunstancias son las leyes del mercado las
que mandan. La escasa oferta y la importante demanda solo pueden acarrear una
consecuencia: su precio
necesariamente será alto. Aun así, que a principios del pasado mes de
enero haya conseguido
superar el precio del oro, algo que no sucedía desde 2002, y se haya
colocado como el metal
precioso más cotizado del planeta, sorprende.
Sí, el paladio es
escaso, pero… ¿por qué es tan valioso? Sencillamente, porque sus propiedades
fisicoquímicas lo hacen idóneo para ser utilizado en los catalizadores de los
coches de gasolina y diésel. Y también en los condensadores y otros componentes de
nuestros dispositivos electrónicos. Estas son las dos aplicaciones más
frecuentes, pero tiene otras también importantes. Hay quien incluso asigna a
este metal un rol esencial en ese bonito sueño que es la fusión fría, y que,
por el momento, no tiene visos de hacerse realidad. Al menos a medio plazo. Estas son algunas de las razones
por las que merece la pena que conozcamos un poco mejor el paladio.
Un metal precioso por
derecho: qué es y dónde se encuentra
El paladio es un elemento químico con número atómico 46, lo
que significa que un átomo de este elemento tiene 46 protones en su núcleo y
otros tantos electrones orbitando en torno a él. La coincidencia entre el
número de protones, que tienen carga eléctrica positiva, y el de electrones,
que tienen carga eléctrica negativa, es una propiedad que provoca que la carga eléctrica global del átomo
sea neutra. El símbolo que nos permite localizarlo en la tabla periódica
de elementos es Pd, y forma parte del grupo del platino, que está constituido por seis
metales, debido a que sus propiedades fisicoquímicas son muy similares.
Su color plateado y
su escasez han provocado que desde la antigüedad el paladio haya sido
considerado un metal precioso, pero lo que lo hace tan apreciado más allá de su
aspecto son sus propiedades. Y es que en contacto con el aire no se oxida, es blando y
maleable, es el metal del
grupo del platino menos denso y con el punto de fusión más bajo, y, lo
que es mucho más sorprendente, es capaz de absorber unas cantidades enormes de hidrógeno molecular
(H2) a temperatura ambiente.
Precisamente, esta última propiedad es la que en gran medida lo coloca como el
candidato ideal para ser utilizado en los catalizadores de los coches,
como veremos en la siguiente sección del artículo, debido a que puede absorber hasta 900 veces
su propio volumen en hidrógeno molecular. No es necesario que
profundicemos mucho más en las propiedades fisicoquímicas de este elemento,
pero nos viene bien tener unas ligeras nociones acerca del carácter químico del paladio porque pueden
ayudarnos a entender por qué resulta tan valioso para algunas industrias, como
la automovilística o la electrónica, entre otras.
Solo un apunte más antes de dejar la química atrás: en la naturaleza podemos
encontrarlo bajo la forma de siete isótopos, seis de ellos estables, y, por
tanto, no radiactivos. Los isótopos son átomos que pertenecen a un mismo
elemento químico, por lo que tienen el mismo número de protones, pero difieren
en el número de neutrones, lo que provoca que su masa sea distinta. Curiosamente, las propiedades
químicas de los isótopos son las mismas, pero sus propiedades físicas no son
idénticas como consecuencia de su distinta masa atómica.
Ya tenemos algunas
nociones acerca de las propiedades fisicoquímicas del paladio que nos ayudan a
intuir por qué es un metal valioso, pero aún tenemos pendiente confirmar que
realmente es escaso. En la naturaleza casi siempre se encuentra bajo la forma de
aleaciones con otros metales del grupo del platino, como el propio platino, el
rodio o el rutenio, e, incluso, en aleación con el oro. El problema es que para obtener una pequeña
cantidad de paladio es necesario procesar cantidades enormes de mineral, lo que
encarece aún más su obtención. Eso sí, la buena noticia es que debido a
que suele encontrarse junto a otros metales valiosos, como los que he
mencionado en este mismo párrafo, el níquel o el cobre, el esfuerzo que es necesario llevar a cabo para
extraerlo y procesarlo se ve recompensado por la posibilidad de obtener
varios metales muy apreciados.
Paladio
Los depósitos de paladio más abundantes que se conocen están
en los montes Urales, lo
que explica que actualmente Rusia produzca aproximadamente el 50% del paladio
que podemos encontrar en el mercado mundial. Otros países que también
tienen minas importantes de este metal son Sudáfrica, Canadá, Estados Unidos, Etiopía y
Australia, que se reparten el 50% restante. Si sumamos su escasez, su
costoso procesado y el hecho de que está en manos de unos pocos países, es
fácil intuir por qué es tan caro, actualmente más incluso que el oro.
Un apunte curioso es que es posible obtener paladio en los
reactores de fisión nuclear actuales a partir de los desechos del combustible
nuclear, pero el elevado
nivel de radiación emitida por este material y su complejo procesado han
provocado que este método de producción no se utilice.
Sin él los coches de
gasolina contaminarían mucho más
Como he mencionado en los primeros párrafos del artículo, una
de las aplicaciones más importantes que tiene el paladio actualmente consiste
en revestir la malla cerámica que incorporan los catalizadores, o convertidores
catalíticos, instalados tanto en los coches de gasolina como en los modelos
diésel, aunque a estos últimos han llegado más tarde. En el ámbito de la química un catalizador es una
sustancia que, debido a sus propiedades, es capaz de acelerar una reacción
química sin que su masa se vea alterada durante este proceso, conocido como catálisis.
Unas líneas más arriba hemos visto que el paladio tiene la
curiosa capacidad de absorber grandes cantidades de hidrógeno molecular, un gas inflamable, inodoro e
incoloro que contiene moléculas constituidas por dos átomos de hidrógeno.
En los catalizadores de los coches no se utiliza únicamente paladio; también pueden usarse los otros metales
del grupo del platino, como el propio platino o el rodio, con los que el
paladio comparte unas propiedades químicas similares. En cualquier caso, su
capacidad de absorción de las moléculas de hidrógeno permite utilizar el
paladio para reducir notablemente la cantidad de gases nocivos que expulsan los
motores de combustión interna.
Gracias al paladio y a los otros metales del grupo del
platino los catalizadores de nuestros coches consiguen neutralizar las emisiones de monóxido de
carbono (CO) e hidrocarburos, transformándolos en dióxido de carbono (CO2) y
vapor de agua (H2O). Al mismo tiempo, los óxidos de nitrógeno (NOx) se
disocian en nitrógeno molecular (N2) y oxígeno (O2), dos gases que forman parte
del aire que respiramos. Un
detalle importante es que para que este proceso funcione es necesario que la
temperatura de los elementos que intervienen en la reacción sea de al menos 426
grados centígrados, por lo que es necesario alojar el catalizador lo más
cerca posible del colector de escape, que está formado por los tubos que
recogen los gases de escape fruto de la combustión en el interior de los
cilindros del motor.
Como acabamos de ver, los convertidores catalíticos son unos aliados muy
valiosos, y, sobre el papel, parece que deberían ser capaces prácticamente de
evitar que los coches contaminen. Y no es así. Sobre la eficiencia de
los catalizadores podríamos hablar largo y tendido, pero lo que nos interesa en
este artículo es saber que cuando son nuevos y se encuentran en las mejores condiciones posibles su
eficiencia es muy alta (cercana al 99%), y decae algo con el uso. La
eficiencia mide la capacidad con la que un convertidor catalítico transforma
los gases nocivos en gases inocuos, o, al menos, en sustancias mucho más respetuosas con el hombre y el
medio ambiente, así como la habilidad con la que almacena oxígeno.
Escape
Para que el
convertidor catalítico trabaje en óptimas condiciones y su eficiencia no se
resienta es necesario monitorizar y actuar sobre la mezcla del combustible, un
proceso en el que ejerce un papel muy importante la sonda lambda. Este último
elemento es un sensor que evalúa en tiempo real la calidad de la combustión y
proporciona información a la centralita de la inyección electrónica para que
pueda regular la mezcla. Normalmente se considera que un catalizador con una eficiencia igual o superior al
92% realiza un buen trabajo, pero si decae por debajo de este valor es
una buena idea revisar el sistema de filtrado de sustancias contaminantes de
nuestro coche.
Este es el rol del
paladio en la electrónica de consumo
Las aplicaciones del
paladio van mucho más allá de su uso como elemento central en los convertidores
catalíticos de nuestros coches. En electrónica de consumo también es un elemento
muy apreciado por su versatilidad. Esta industria le ha dado varias
aplicaciones, pero una de las más relevantes consiste en utilizarlo,
normalmente en aleación con la plata, en los electrodos de los condensadores de
múltiples capas de cerámica. Un
condensador es un componente eléctrico que es capaz de almacenar energía potencial
bajo la forma de un campo eléctrico.
Muchos dispositivos electrónicos usan condensadores cerámicos
multicapa con electrodos de aleación de paladio y plata
La mayor parte de
ellos tiene una estructura relativamente sencilla: dos placas de material
metálico capaz de conducir la electricidad, denominadas electrodos, separadas
por un material aislante. Este último es el dieléctrico, un componente con una
conductividad eléctrica muy baja, que, por tanto, se comporta como un aislante.
Esta estructura es, precisamente, la que permite al condensador almacenar carga
eléctrica. El paladio
interviene en la composición de los electrodos, y la cerámica se utiliza en
estos condensadores como dieléctrico. Actualmente podemos encontrar
condensadores cerámicos multicapa en muchos de los dispositivos electrónicos
que utilizamos en nuestro día a día, como las placas base de nuestros
ordenadores, los televisores o los equipos de sonido.
El paladio también se usa con frecuencia, normalmente en
aleación con el níquel, como revestimiento de las zonas de contacto entre
componentes eléctricos, aunque en esta aplicación compite con el rodio, que,
como hemos visto, es uno de los metales del grupo del platino con los que
comparte algunas de sus propiedades fisicoquímicas. Otra aplicación habitual de este elemento químico
son los paneles de soldadura, especialmente los utilizados en joyería, debido a
su robustez y durabilidad.
El paladio y la fusión fría
La demanda de este elemento químico va más allá de las
industrias automovilística y de la electrónica de consumo. El paladio es muy popular en
joyería como alternativa a la plata y el oro blanco, en fotografía por su
capacidad de ser utilizado en las emulsiones que facilitan el revelado de la
película fotográfica y en electroquímica debido a su habilidad a la hora
de absorber enormes cantidades de hidrógeno a temperatura ambiente y con una
presión atmosférica normal. Pero lo más sorprendente es que también es un
elemento al que han recurrido durante las últimas décadas varios científicos
para intentar demostrar que la fusión fría es posible.
Esta técnica, la
fusión fría, aspira a recrear una fuente de obtención de grandes cantidades de
energía por medio de la fusión de núcleos atómicos en condiciones de
temperatura y presión cercanas a las del ambiente ordinario. Los reactores de
fusión nuclear experimentales en los que trabajan actualmente los científicos, como
ITER, necesitan que el plasma alcance una temperatura cercana a los doscientos
millones de grados Celsius para que los núcleos de deuterio y tritio se
fusionen, dando lugar a un núcleo de helio y un neutrón de alta energía, y
liberando una enorme cantidad de energía durante este proceso.
Hasta ahora los
experimentos que han intentado demostrar la viabilidad de la fusión fría no han
podido ser replicados, por lo que esta estrategia ha quedado desprestigiada
Como podemos imaginar, manejar un plasma con una temperatura
tan alta conlleva retos de una envergadura enorme, además de que la energía que
es necesario invertir para calentarlo es muy importante. Esto es, precisamente,
lo que pretende evitarnos la fusión fría. Así que, efectivamente, sobre el papel
pinta realmente bien. El
paladio ejerce un rol central en esta estrategia porque su enorme capacidad de
absorción de hidrógeno, en teoría, puede llegar a provocar, si se dan las
condiciones apropiadas, que los núcleos atómicos se acerquen lo suficiente para
que la interacción nuclear fuerte entre en acción y los fusione, liberando en
este proceso energía.
Fusionfria
Este es, grosso modo, el argumento al que han recurrido
durante las últimas décadas varios científicos para asegurar que habían
conseguido recrear en su laboratorio la tan ansiada fusión fría. Dos de los casos que tuvieron
más repercusión debido a la talla de los científicos involucrados en ellos
fueron el de los electroquímicos Martin Fleischmann, británico, y Stanley Pons,
estadounidense, en 1989, así como la demostración del físico japonés
Yoshiaki Arata y su equipo, en 2008. Todos ellos recurrieron, entre otros
elementos químicos, al paladio, y afirmaron haber llevado a cabo la fusión fría
con éxito.
El problema es que sus
experimentos no pudieron ser replicados a posteriori por otros equipos de
investigación, una condición inexcusable para dar como válido su logro, por lo
que la fusión fría fue perdiendo interés. Desde entonces otros
científicos han hecho esfuerzos muy importantes para entender los experimentos
que giran alrededor de las reacciones nucleares de baja energía, y los últimos
hallazgos reflejan que lo que realmente sucede no es que los núcleos atómicos
se fusionen entre sí, sino que los protones y los electrones interaccionan dando
lugar a nuevos neutrones. En
cualquier caso, es una línea de investigación interesante y es probable que nos
depare alguna sorpresa durante los próximos años.
