Químicos del mundo académico y de la industria debaten qué será noticia el próximo año

Seis expertos predicen las grandes tendencias de la química para 2023

Químicos del mundo académico y de la industria debaten qué será noticia el próximo año

Crédito: Will Ludwig/C&EN/Shutterstock

MAHER EL-KADY, DIRECTOR DE TECNOLOGÍA, NANOTECH ENERGY Y ELECTROQUÍMICO, UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, LOS ÁNGELES

Crédito: Cortesía de Maher El-Kady

Para eliminar nuestra dependencia de los combustibles fósiles y reducir nuestras emisiones de carbono, la única alternativa real es electrificar todo, desde los hogares hasta los coches. En los últimos años, hemos experimentado importantes avances en el desarrollo y la fabricación de baterías más potentes que se espera que cambien drásticamente la forma en que viajamos al trabajo y visitamos a amigos y familiares. Para garantizar la transición completa a la energía eléctrica, aún se requieren mejoras adicionales en la densidad energética, el tiempo de recarga, la seguridad, el reciclaje y el coste por kilovatio hora. Se espera que la investigación sobre baterías siga creciendo en 2023, con un número cada vez mayor de químicos y científicos de materiales colaborando para contribuir a la implantación de más coches eléctricos en las carreteras.

KLAUS LACKNER, DIRECTOR DEL CENTRO DE EMISIONES NEGATIVAS DE CARBONO DE LA UNIVERSIDAD ESTATAL DE ARIZONA

Crédito: Universidad Estatal de Arizona

A partir de la COP27 [la conferencia internacional sobre medio ambiente celebrada en noviembre en Egipto], el objetivo climático de 1,5 °C se volvió difícil de alcanzar, lo que enfatizó la necesidad de eliminar el carbono. Por lo tanto, en 2023 veremos avances en las tecnologías de captura directa de aire. Estas ofrecen un enfoque escalable para las emisiones negativas, pero son demasiado caras para la gestión de los residuos de carbono. Sin embargo, la captura directa de aire puede comenzar con pequeñas cantidades y crecer en número, no en tamaño. Al igual que los paneles solares, los dispositivos de captura directa de aire podrían producirse en masa. La producción en masa ha demostrado reducciones de costos considerables. 2023 podría ofrecer un vistazo a cuáles de las tecnologías propuestas pueden aprovechar las reducciones de costos inherentes a la fabricación en masa.

RALPH MARQUARDT, DIRECTOR DE INNOVACIÓN, EVONIK INDUSTRIES

Crédito: Evonik Industries

Frenar el cambio climático es una tarea crucial. Solo se logrará si utilizamos una cantidad significativamente menor de recursos. Una auténtica economía circular es esencial para ello. Las contribuciones de la industria química incluyen materiales innovadores, nuevos procesos y aditivos que facilitan el reciclaje de productos ya utilizados. Estos materiales hacen que el reciclaje mecánico sea más eficiente y permiten un reciclaje químico significativo incluso más allá de la pirólisis básica. Convertir los residuos en materiales valiosos requiere la experiencia de la industria química. En un ciclo real, los residuos se reciclan y se convierten en materias primas valiosas para nuevos productos. Sin embargo, debemos actuar con rapidez; nuestras innovaciones son necesarias ahora para impulsar la economía circular en el futuro.

SARAH E. O'CONNOR, DIRECTORA DEL DEPARTAMENTO DE BIOSÍNTESIS DE PRODUCTOS NATURALES, INSTITUTO MAX PLANCK DE ECOLOGÍA QUÍMICA

Crédito: Sebastian Reuter

Las técnicas ómicas se utilizan para descubrir los genes y enzimas que bacterias, hongos, plantas y otros organismos utilizan para sintetizar productos naturales complejos. Estos genes y enzimas pueden utilizarse, a menudo en combinación con procesos químicos, para desarrollar plataformas de producción biocatalítica respetuosas con el medio ambiente para innumerables moléculas. Ahora podemos aplicar la ómica a una sola célula. Predigo que veremos cómo la transcriptómica y la genómica unicelulares están revolucionando la velocidad con la que encontramos estos genes y enzimas. Además, la metabolómica unicelular ya es posible, lo que nos permite medir la concentración de sustancias químicas en células individuales, lo que nos proporciona una imagen mucho más precisa de cómo funciona la célula como fábrica química.

RICHMOND SARPONG, QUÍMICO ORGÁNICO, UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, BERKELEY

Crédito: Niki Stefanelli

Una mejor comprensión de la complejidad de las moléculas orgánicas, por ejemplo, cómo discernir entre la complejidad estructural y la facilidad de síntesis, seguirá surgiendo gracias a los avances en el aprendizaje automático, lo que también acelerará la optimización y predicción de reacciones. Estos avances impulsarán nuevas maneras de pensar en la diversificación del espacio químico. Una forma de lograrlo es mediante cambios en la periferia de las moléculas, y otra es modificar el núcleo de las moléculas editando sus esqueletos. Dado que los núcleos de las moléculas orgánicas están compuestos por enlaces fuertes como los enlaces carbono-carbono, carbono-nitrógeno y carbono-oxígeno, creo que veremos un aumento en el número de métodos para funcionalizar este tipo de enlaces, especialmente en sistemas no sometidos a tensión. Los avances en la catálisis fotorredox también probablemente contribuirán a nuevas direcciones en la edición de esqueletos.

ALISON WENDLANDT, QUÍMICA ORGÁNICA, INSTITUTO DE TECNOLOGÍA DE MASSACHUSETTS

Crédito: Justin Knight

En 2023, los químicos orgánicos seguirán llevando la selectividad al extremo. Anticipo un mayor crecimiento de los métodos de edición que ofrecen precisión atómica, así como nuevas herramientas para la personalización de macromoléculas. Me sigue inspirando la integración de tecnologías que antes eran adyacentes en las herramientas de la química orgánica: las herramientas biocatalíticas, electroquímicas, fotoquímicas y sofisticadas de la ciencia de datos son cada vez más comunes. Espero que los métodos que aprovechan estas herramientas sigan prosperando, brindándonos una química que nunca imaginamos posible.

Nota: Todas las respuestas se enviaron por correo electrónico.