Impulsando el hidrógeno verde: la investigación de Cecilia Bustamante en materiales funcionales

Antofagasta 24 de Septiembre de 2025

Cecilia Bustamante, magíster en ingeniería química, nos explica cómo su investigación en materiales funcionales busca optimizar procesos industriales y avanzar hacia el uso de energías limpias.

A sus 25 años, Cecilia Bustamante acaba de dar un paso decisivo en su carrera científica: en agosto presentó con éxito su tesis “Síntesis y Caracterización de Materiales Funcionales para Procesos Químicos Industriales”, con la que obtuvo el grado de magíster en Ciencias de la Ingeniería Química en la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM).

Su investigación se enmarca en el proyecto “Investigación y Desarrollo en el Uso de Hidrógeno Verde desde la Región de Antofagasta” (Cód. R23F0001), financiado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) y ejecutado por Cicitem junto a distintas universidades, entre ellas la UTFSM. Un importante objetivo del proyecto es fortalecer la formación de jóvenes profesionales en un área clave para el futuro energético del país, las aplicaciones del hidrógeno verde.

Actualmente, Cecilia continúa explorando este campo en Países Bajos, donde hoy realiza su doctorado  centrado en la modificación y caracterización de materiales. Su vínculo con la química, sin embargo, viene de mucho antes: desde niña se sintió atraída por la ciencia, inspirada por su madre, profesora de química, y más tarde por la Dra. Tania Sandoval, su guía de tesis.

“En la universidad seguí rodeada de mujeres que me inspiraron a seguir en este camino. En particular, mi profesora guía, la doctora Tania Sandoval, me invitó a sumarme a un proyecto que lideraba. Para mí fue una gran oportunidad de aprender sobre modificación de materiales y funcionalización de superficies, áreas que me llamaban mucho la atención y que me permitieron vivir de cerca lo que significa hacer ciencia en el laboratorio”, recuerda Cecilia.

Con esa trayectoria inicial, conversamos con la joven investigadora para conocer más detalles sobre su trabajo de tesis y su visión sobre el rol del hidrógeno verde en la industria química.

¿Qué te motivó a elegir este tema tan específico sobre la “Síntesis y Caracterización de Materiales Funcionales para Procesos Químicos Industriales”?

Siempre quise aportar mi granito de arena para generar un cambio frente al cambio climático. Creo que eso está directamente relacionado con lo que uno puede hacer desde la ciencia y la investigación. Además, veo que Chile tiene una gran oportunidad de contribuir en energías renovables y, en particular, en el desarrollo del hidrógeno verde. Yo ya tenía conocimientos sobre estas áreas, y cuando surgió la posibilidad de sumarme a este proyecto, pensé: ‘¿por qué no?’. Estaba completamente alineado con mis ideales y con lo que desde hace tiempo quiero: involucrarme en ciencia que tenga un impacto real.

Antes de tu trabajo, ¿existían estudios previos en esta área o fue necesario explorar un terreno relativamente nuevo?

Para el sistema específico en el que trabajamos, con el objetivo de producir acrilonitrilo y así disminuir el costo de producción de hidrógeno verde, se planteó la unificación de dos reactores en un único reactor bifuncional. Para lograrlo, era necesario desarrollar un catalizador bifuncional.

Si bien existe literatura y reportes sobre catalizadores bifuncionales, la mayoría corresponde a otros tipos de sistemas. En nuestro caso, el punto de partida fue una investigación previa realizada por un tesista del profesor Iván Cornejo, quien estudió y simuló el comportamiento de este reactor bifuncional. Esa simulación nos motivó a dar el siguiente paso: si ya teníamos un modelo del reactor, ¿sería posible sintetizar el catalizador para hacerlo realidad? Y así surgió la base de mi tesis.

Para quienes no están familiarizados con la química o la ingeniería, ¿cómo explicarías de manera sencilla en qué consistió tu tesis y cuál era su objetivo principal?

La idea principal de mi tesis fue contribuir a la transición desde combustibles fósiles hacia fuentes de energía más amigables con el medio ambiente. Actualmente, producir hidrógeno verde no es competitivo frente a fuentes convencionales como el carbón o el gas natural, por lo que buscamos alternativas para reducir costos en procesos industriales que hoy dependen de combustibles fósiles.

Me enfoque en el acrilonitrilo, un compuesto cuyo uso se prevé que aumente en los próximos años y que es posible de producir usando hidrógeno verde y, por ende  abre una importante oportunidad de desarrollo. Analizamos cómo reducir los costos en su producción unificando dos etapas de reacción: primero, la síntesis de amoníaco, y luego la producción de acrilonitrilo.

Para lograrlo, era necesario un catalizador único y bifuncional, capaz de facilitar ambas reacciones de manera eficiente. En mi tesis, me enfoqué en sintetizar un catalizador específico de acrilonitrilo, el catalizador de molibdato de bismuto en una fase determinada, porque sus características permiten que la reacción se lleve a cabo de la mejor manera posible.

¿Cuánto tiempo te llevó desarrollar esta investigación, desde la idea inicial hasta la presentación final?

La investigación me tomó aproximadamente un año. Al principio, el foco estuvo en entender los procedimientos de síntesis del catalizador y los distintos métodos disponibles, ya sea por precipitación o por síntesis hidrotermal. Todo comenzó con la revisión de literatura.

Luego pasamos a la experimentación en el laboratorio, tratando de replicar las condiciones reportadas en los estudios previos. Pero rápidamente nos dimos cuenta de que no siempre funcionan tal cual: hay muchos factores que influyen, desde los equipos y la humedad del ambiente hasta pequeños detalles como la manipulación de los materiales. Por eso, una parte importante del trabajo fue probar, ajustar y mejorar la metodología.

Una vez que logramos sintetizar el catalizador bajo condiciones óptimas, procedimos a caracterizarlo para confirmar que tenía las propiedades necesarias. Finalmente, el objetivo fue producir una cantidad suficiente de catalizador para realizar pruebas posteriores en el reactor, evaluando su comportamiento bajo condiciones reales de reacción.

¿Con qué desafíos técnicos o personales te encontraste durante el proceso?

Fueron varios desafíos. En mi tesis de pregrado ya había trabajado con materiales funcionales, pero allí lo que hacía era modificar materiales que ya existían, agregándoles funcionalidades a la superficie. En cambio, en este proyecto tuve que sintetizar un material totalmente desde cero. Solo sabíamos qué necesitábamos, pero no teníamos el material, lo que hizo que el proceso fuera mucho más desafiante.

Además, se trataba de un tema diferente a lo que yo ya conocía: al trabajar con un catalizador, tuve que profundizar en el estudio de reacciones químicas y entender qué parámetros las afectan. También fue necesario aprender a usar técnicas de caracterización distintas a las que había utilizado antes, lo que sumó un nuevo nivel de complejidad al proyecto.

¿Cuáles fueron los principales resultados o hallazgos que obtuviste con tu trabajo?

El resultado principal de nuestro trabajo fue lograr sintetizar una fase específica del catalizador. Este catalizador puede presentar distintos sitios activos según su fase: beta, gamma, o alfa. Estudios anteriores habían logrado sintetizar el catalizador, pero nunca habían obtenido la fase alfa, que según nuestros análisis es la que presenta mejores características para la síntesis de acrilonitrilo.

Nuestro desafío era precisamente encontrar la metodología que permitiera obtener esta fase de interés, y lo logramos: identificamos el procedimiento adecuado que nos permitió sintetizar el catalizador en la fase alfa, cumpliendo así el objetivo central de la investigación.

Finalmente, ¿qué consejo le darías a las mujeres STEM o a los jóvenes investigadores que están por iniciar una tesis o un proyecto científico?

Creo que es muy importante seguir desarrollando la investigación en Chile y ampliar las posibilidades de aplicar estos conocimientos. Por ejemplo, los estudiantes de doctorado deberían tener más oportunidades, no solo en la academia, sino también en la industria. Fortalecer el vínculo entre investigación e industria es clave, no solo en el norte del país, sino en todo Chile. Tenemos las capacidades, y si conectamos la ciencia con la industria, podemos lograr grandes avances a nivel nacional.

Para las mujeres que se dedican a áreas STEM, los desafíos son aún mayores. Muchas veces surgen dudas o el síndrome del impostor, preguntándonos si realmente se está haciendo bien el trabajo o si se merece estar allí. Lo importante es confiar en uno mismo, seguir desarrollando habilidades y rodearse de personas que inspiran. He tenido la suerte de contar con mujeres que me han motivado toda mi vida, y eso marca una gran diferencia. Además, es fundamental cuidar la salud mental: dedicar tiempo al ocio y a actividades fuera del trabajo ayuda a mantener el equilibrio y a sostener la motivación a largo plazo.