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Nuevas membranas y catalizadores para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en la industria química

La producción de etileno (C2H4) es uno de los procesos con mayor emisión de dióxido de carbono (CO2) de Europa. Un grupo de investigadores financiado con fondos europeos ha desarrollado un proceso rentable y respetuoso con el medio ambiente capaz de llevar la productividad a unos niveles imposibles con las tecnologías actuales.

Energía

El volumen de la producción de C2H4 es mayor que el de cualquier otro compuesto orgánico y la mayoría se emplea en el polietileno, el tipo de plástico más común. En Europa, la fabricación de C2H4 se realiza mediante el craqueo de la nafta, pero esto da lugar a grandes cantidades de CO2 como subproducto. Una manera de reducir la generación de CO2 es obtener el C2H4 a partir del metano (CH4), una sustancia mucho más abundante y barata que la nafta, además de ser menos contaminante. Sin embargo, el proceso para convertir CH4 en C2H4, conocido como acoplamiento oxidativo de metano (AOM), no es factible desde un punto de vista comercial porque tiene un nivel de productividad muy bajo. Los investigadores del proyecto MEMERE, financiado con fondos europeos, se han propuesto solucionar este problema, y para ello han diseñado y probado un nuevo reactor de membrana capaz de convertir directamente CH4 en C2H4 mediante el procedimiento integrado de separación de aire. El objetivo de la iniciativa era aumentar la productividad del etileno y, al mismo tiempo, reducir los costes de producción, la intensidad energética y el nivel de emisiones con respecto a lo ofrecido por las tecnologías actuales más avanzadas. El equipo logró desarrollar membranas de selección de oxígeno más baratas y resistentes, que contribuyen a la eficacia en la separación de aire y a una alimentación distributiva del oxígeno en el reactor. «El objetivo es lograr una validación y una prueba de concepto sólidas de la tecnología para el nivel de preparación tecnológica 5, por medio del diseño, la construcción, el funcionamiento y la validación de un módulo prototipo basado en la tecnología AOM que se integrará en una miniplanta transportada en un contenedor», explica Fausto Gallucci, coordinador del proyecto.

Un nuevo planteamiento

Los socios del proyecto se centraron en la separación de aire a través de membranas de conductividad mixta (iónica y electrónica) integradas en reactor, dentro de un reactor que funciona a altas temperaturas para el AOM. «Al combinar diferentes etapas del proceso en una sola unidad multifuncional, esperábamos obtener una productividad mucho mayor que con los reactores convencionales», comenta Gallucci. En el AOM hay separación de oxígeno, que se introduce en el reactor a través de membranas cerámicas, y la reacción se produce en un catalizador capaz de funcionar con una baja concentración de oxígeno. Esta combinación permite lograr niveles de producción más altos y costes más bajos que con las tecnologías estándar. Es por eso que el consorcio desarrolló catalizadores más estables bajo las condiciones de reacción, y sobre todo con bajas concentraciones de oxígeno, y creó membranas que se pudieran usar bajo condiciones reactivas. «Hemos desarrollado membranas porosas de óxido de magnesio para la alimentación de oxígeno a altas temperaturas, y las hemos ampliado y probado. Por otro lado, también hemos creado membranas de dos y tres fases para la separación de oxígeno en reactores con una gran cantidad de CO2, lo que es un auténtico veneno para la mayoría de membranas de O2 disponibles actualmente», afirma Gallucci.

Numerosas ventajas

La iniciativa MEMERE logró generar una gran cantidad de nuevos conocimientos: desde los fundamentos científicos hasta el análisis tecnoeconómico y de ciclo de vida. Gallucci añade: «Uno de los resultados más emocionantes fue el desarrollo de nuevas tecnologías para membranas y catalizadores 3D. Además, un gran número de estudiantes de doctorado y máster de ciencias pudieron trabajar directamente con la tecnología en estrecha colaboración con la industria». Una mejora en la eficiencia de la industria química ayudaría a Europa a ser más competitiva en el mercado mundial, lo que fomentaría las inversiones en tecnologías nuevas y más sostenibles y reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, el proyecto también aporta ventajas para la sociedad, ya que se crearían nuevos puestos de trabajo en el campo de las membranas y los catalizadores y en otros sectores industriales. «La tecnología MEMERE también se puede emplear a pequeña y mediana escala para convertir el CH4 producido en zonas remotas en las que actualmente es imposible explotar las tecnologías convencionales», concluye Gallucci.

Palabras clave

MEMERE, membrana, reactor, metano (CH4), catalizador, dióxido de carbono, acoplamiento oxidativo de metano (AOM)

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