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domingo, febrero 5, 2023

La Universidad de Zaragoza obtiene una Advanced Grant, para desarrollar un revolucionario microreactor para una química más ecológica

El proyecto (HECTOR) “Microreactores asistidos por microondas: Desarrollo de un reactor de fase gas altamente eficiente con calentamiento directo del catalizador”, de Jesús Santamaría ha sido una de las 13 propuestas españolas seleccionadas en la convocatoria 2010 por el Consejo Europeo de Investigación (ERC). En total, el ERC ha recibido 2.009 solicitudes en todos los campos, de las que se han financiado 266.

Las Avanced Grants son proyectos extremadamente competitivos, que el ERC define como “altamente ambiciosos, de carácter pionero, no convencional, cuyo objetivo es obtener una innovación radical, que trascienda el campo de una disciplina concreta”. Su solicitud está restringida a investigadores senior, que puedan presentar una trayectoria investigadora de alta calidad durante al menos diez años. Se diferencia así de las Starting Grants, que también concede el ERC, dirigidas a investigadores de alto potencial en los comienzos de su carrera. Dos investigadores de la Universidad de Zaragoza obtuvieron Starting Grants en la convocatoria 2009, pero es la primera vez que el campus aragonés logra una Advanced Grant.

Programa IDEAS del 7º Programa Marco
Ambos proyectos forman parte de un programa de excelencia del ERC, que pertenece al programa IDEAS del 7º Programa Marco de la Unión Europea (Cooperación, Personas, Capacidades e Ideas). Con un presupuesto de 7,5 billones de euros para el periodo 2007-2013, el Programa IDEAS pretende fortalecer la excelencia, el dinamismo, y la creatividad de la investigación europea, fomentando la investigación básica en la frontera del conocimiento.

El Programa de Advanced Grants tiene como objetivo brindar apoyo a proyectos excelentes de investigación en las fronteras del conocimiento, liderados por investigadores destacados y de reconocido prestigio, de cualquier parte del mundo, que quieran desarrollar su proyecto en una institución de un país de la UE-27 o de un país asociado.

España, en séptima posición
La convocatoria 2010 es la tercera de Advanced Grants. De las 2009 propuestas presentadas en esta edición, 266 han sido aprobadas con un porcentaje de éxito del 13%. En esta convocatoria, España, con un 4,9% de los beneficiarios ha quedado situada en séptima posición, por detrás de Reino Unido, Alemania, Francia, Suiza, Italia y Holanda.

La convocatoria se divide en 3 paneles: Ciencias Físicas e Ingeniería: 902 propuestas presentadas / 123 aprobadas, de las que seis son españolas. (La propuesta de Jesús Santamaría corresponde a este panel); Ciencias de la vida: 621 propuestas presentadas / 99 aprobadas; Ciencias sociales y humanidades: 486 propuestas presentadas / 44 aprobadas.

De las 13 propuestas aprobadas en España, siete corresponden a universidades: U. Zaragoza, U. Vigo, U. Pompeu Fabra (2), U. Autónoma de Barcelona, U. Politécnica de Madrid y U. País Vasco.

Área tecnológica emergente
La Universidad de Zaragoza, con el proyecto HECTOR, desarrollará su investigación en el campo de los microreactores catalíticos calentados por microondas. Se trata de un área tecnológica emergente (los microreactores), que se combina con un aporte de energía no convencional (microondas) de forma que se posibilita el calentamiento directo del catalizador. Esto permitirá suministrar energía al centro activo del catalizador, manteniendo comparativamente fría la masa de reactantes y productos de la reacción. Su éxito permitiría mejoras sustanciales respecto a los procesos químicos convencionales, con grandes ahorros de energía y aumentos de la selectividad de reacción.

Los beneficios que se esperan
Controlar la velocidad y selectividad de las transformaciones químicas es un sueño persistente de la Humanidad desde la Edad Media. Una de las formas de acelerar una reacción química es aumentar la temperatura. Otra forma de acelerar reacciones es utilizar un catalizador. Se usan en la industria química, la farmacéutica o alimentaria. Y están presentes en la vida cotidiana, por ejemplo, eliminando contaminantes en el escape del coche, o en estufas catalíticas.

A pesar de utilizar catalizadores, la mayoría de las reacciones exigen calentar los reactivos a temperaturas elevadas para que la reacción tenga lugar, lo que puede suponer un gasto de energía considerable. Por ejemplo, para eliminar por combustión un contaminante que está en una concentración muy baja (partes por millón) en aire es preciso calentar toda la masa de reactantes (aire mas contaminante) a varios cientos de grados. Esto implica un derroche de energía, ya que de toda la masa que se calienta, sólo va a reaccionar una parte ínfima (el contaminante).

¿No sería mucho mejor poder calentar sólo aquella parte del catalizador –el centro activo- donde la reacción se va a producir, para que el contaminante al llegar a ese centro (que está a temperatura suficientemente alta) reaccione, mientras que el resto de la masa de aire permanece a temperaturas mucho más bajas? Esto es precisamente lo que intenta hacer el proyecto, suministrar energía sólo a aquella región donde va a tener lugar la reacción, y evitar en lo posible el calentamiento del resto.

Además del ahorro energético, este concepto tiene otras ventajas muy importantes desde el punto de vista de la reacción química. Por ejemplo, en aquellas reacciones en las que se forma un producto intermedio que es valioso pero inestable, en un reactor convencional, donde todo el reactor ha alcanzado una alta temperatura, es probable que sufra nuevas reacciones y se degrade. Por el contrario, en el nuevo reactor que se desarrolla en este proyecto, cuando el producto abandona el centro activo se encuentra en una corriente gaseosa con una temperatura mucho menor, lo que le protege de reacciones de degradación. Esto permitirá aumentar el rendimiento al producto deseado en una multitud de reacciones, con el consiguiente ahorro de materias primas.

Objetivos concretos del proyecto HECTOR
El proyecto HECTOR utilizará, en lugar de un calentamiento convencional, (donde el calor se suministra desde el exterior), un calentamiento por medio de microondas, que permite aportar energía directamente al interior del volumen del cuerpo que se calienta.

Además, diseñará un catalizador con centros activos formados por materiales nanoestructurados que absorban preferentemente las microondas, mientras que el resto (soporte catalítico y reactantes) se encuentra a temperatura inferior.

Por último, desarrollará un reactor especial (microreactor) donde la transferencia de masa sea muy rápida, de forma que se facilite el “encuentro” de los reactantes con el centro activo calentado por microondas.

La intervención de la Nanotecnología
Los centros activos absorbedores de microondas se van a diseñar a partir de materiales nanoestructurados (zeolitas nanoporosas, nanopartículas metálicas), que se prepararán en el Instituto de Nanociencia. Iguamente, los microreactores y otras instalaciones especiales que el proyecto requiere para estudiar el calentamiento por microondas, se van a construir utilizando las instalaciones de microfabricación existentes en el INA.

Universidad de Zaragoza – http://www.agenciasinc.es/

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