Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur ha diseñado un reactor eléctrico con un funcionamiento que está inspirado en el de las bombillas incandescentes tradicionales. El sistema concentra toda su energía en un filamento metálico que logra superar los 1.200 grados en unos pocos segundos, mientras que el resto de la estructura se mantiene a una temperatura mucho más baja.
Esta tecnología ya ha superado con éxito las primeras pruebas para la extracción de hidrógeno del amoníaco, la descomposición de plásticos y transformar metano en compuestos químicos de interés. De momento los avances llevados a cabo se limitan al ámbito del laboratorio.
El calor se concentra en un filamento
El principio es el mismo que el de una bombilla clásica, es decir, la corriente eléctrica atraviesa un filamento que ofrece resistencia y se calienta por efecto Joule. Los científicos han querido llevar este mecanismo al terreno de la química.
En vez de subir la temperatura de todo el recinto, los gases y las paredes del reactor, la energía se aplica sobre un hilo de metal que está expuesto a un calor extremo. De esta forma, las altas temperaturas se generan justo en la zona exacta donde tiene lugar la reacción.
Al funcionar mediante electricidad, el reactor se podría alimentar de manera directa con energías renovables. En cualquier caso, su huella ambiental va a depender de cómo se genere esa energía y de la eficiencia que demuestre el sistema cuando se construyan modelos de mayor tamaño.
Hidrógeno a más de 1.500 grados
Durante una de las pruebas de laboratorio, el equipo empleó un filamento de tungsteno que llegó a alcanzar los 1.500 grados para descomponer el amoníaco en nitrógeno e hidrógeno.
En ese experimento, el dispositivo logró convertir hasta el 99,995% del amoníaco. Después de lograr estos resultados, los investigadores proponen un diseño a mayor escala que resultaría bastante más compacto que el de los reactores industriales de referencia en el sector.
Plásticos convertidos en nuevas moléculas
El grupo de trabajo también ha hecho pruebas con polietileno y polipropileno, plásticos muy comunes en envases de uso diario.
El incremento de temperatura, al ser tan rápido, consigue romper las cadenas químicas de estos polímeros. Cuando se han dado las mejores condiciones del ensayo, se ha conseguido que un 65% de los productos obtenidos fueran monómeros, los componentes básicos que se necesitan para fabricar plástico nuevo.
Para este proceso se utilizó un filamento de acero inoxidable que ofreció un rendimiento muy cercano al de otros metales bastante más caros. Habrá que ver cómo se comporta con residuos reales, que suelen venir mezclados, con restos de suciedad, humedad o tintes que podrían entorpecer el resultado.
Metano convertido en productos útiles
En otro de los experimentos se recurrió a un filamento de molibdeno a alta temperatura para activar el metano, combinado con una capa de paladio más fría que se encargaba de orientar el sentido de las reacciones.
Con este montaje alcanzaron un rendimiento próximo al 40% en etileno y compuestos aromáticos, que son materias primas muy buscadas en la industria química. A esto se sumó un rendimiento en hidrógeno del 62%.
Además, los científicos lograron que la mayor parte del carbono sólido quedase depositado en el propio filamento, lo que permite su posterior limpieza y reutilización.
Todas estas pruebas han combinado metales, temperaturas y ajustes diferentes, pero compartiendo la misma base: llevar el calor extremo solo al punto donde hace falta.
El reto ahora pasa por comprobar si estos reactores aguantan funcionando durante largos periodos de tiempo, si admiten materiales sin tratar y si su explotación resulta rentable a nivel industrial. Solo así se sabrá si el mecanismo que usaban las viejas bombillas puede servir también para reducir emisiones en la industria química.
Los resultados de las investigaciones se han publicado en Nature Chemical Engineering, Nature Communications y Nature Sustainability..
