Obtener oxígeno del aire para usos industriales
El oxígeno puro, que se obtiene habitualmente separándolo del aire mediante membranas, es un requisito de muchos procesos importantes para la industria. La eficiencia del propio proceso de separación se ve limitada actualmente por la baja permeabilidad de las membranas de transporte de oxígeno (OTM). Además, aún no existe ninguna tecnología capaz de producir OTM finas estables. Los socios del proyecto «Nanostructured surface activated ultra-thin oxygen transport membrane» (NASA-OTM) se propusieron superar estos inconvenientes. Para ello centraron su atención en aplicaciones específicas relacionadas con la energía, en concreto una para reducir las emisiones de las plantas de combustibles fósiles y dos para convertir el metano en productos útiles. La oxicombustión es un proceso por el cual un combustible fósil se quema con oxígeno puro. Los productos de la reacción son vapor de agua y dióxido de carbono (CO2) casi puro, fáciles de separar, lo que resulta ideal para lograr una captura y almacenamiento de carbono (CAC) eficiente. La reacción de acoplamiento oxidativo de metano (AOM) y la reacción de Andrussow (AR) se utilizan para sintetizar, a partir del metano, productos químicos de utilidad industrial. Los socios del proyecto estudiaron dos clases diferentes de materiales cerámicos basados en diferencias estructurales: perovskitas y fluoritas. Los primeros tienen una elevada permeabilidad pero una estabilidad limitada y resultan adecuados para aplicaciones relacionadas con oxicombustibles. Las fluoritas tienen una baja permeabilidad y una gran estabilidad y se adaptan bien a aplicaciones de OCM y AR. La optimización de la porosidad de los soportes porosos para membranas ultrafinas que contienen perovskita (Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-d o BSCF) permitió a los investigadores minimizar las barreras de difusión y lograr la máxima permeabilidad obtenida hasta la fecha. Este resultado es particularmente prometedor cuando se pretende reducir los costes de generación de oxígeno puro para la CAC por oxicombustión. La activación de la superficie catalítica de las membranas de fluorita permitió a los investigadores aumentar la cinética de la reacción y la superficie de intercambio y obtener así un rendimiento muy alto en la reacción de AOM. Debido a la formación de subproductos indeseables durante el proceso catalítico, los socios de NASA-OTM tuvieron menos éxito con las membranas de fluorita en la aplicación AR y tendrán que seguir investigando. Ambas clases de materiales ya se han aplicado con éxito como películas ultrafinas utilizando la técnica de pulverización catódica, o «sputtering», por magnetrón (MS). Aunque la permeabilidad que obtuvieron con la película que contiene perovskita (La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d o LSCF) fuera limitada, los científicos demostraron que era posible mejorarla mediante un soporte metálico y capas intermedias de fluorita de cerio (óxido mixto de cerio gadolinio o CGO). La naturaleza funcional de esta arquitectura prometedora justifica la continuidad de la investigación. Los miembros del consorcio NASA-OTM han desarrollado OTM a base de cerámicas para la separación de oxígeno puro del aire que hacen vislumbrar nuevas perspectivas. El desarrollo y la optimización del comportamiento del transporte complejo de estos montajes de membrana de varias capas auguran una considerable reducción de las emisiones de CO2 en las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles.
