“La beca Beatriu de Pinós me ofrece la oportunidad de poder traer a IQS un sistema innovador de calentamiento por radiofrecuencia con materiales avanzados y aplicarlo a la captura y conversión de CO2, y avanzar en proyectos para el reto de cambio climático.”
Las emisiones de CO₂ son uno de los mayores problemas medioambientales de nuestra sociedad, y siguen aumentando día a día alcanzando nuevos niveles de emisión récord. Muchas son las estrategias de investigación que se ponen en marcha para intentar reducirlas, y así hacer frente a este reto climático.
En el grupo GESPA – Grupo de Ingeniería y Simulación de Procesos Ambientales de IQS, el Dr. Javier Fernández García lidera el proyecto RFC + PU (Integrated Radiofrequency heated CO₂ captured and Plasma Utilisation), en el cual se busca desarrollar el potencial del calentamiento por radiofrecuencia y aplicar esta tecnología a la intensificación y mejora de ciclos de sorción/desorción para la captura de CO₂, y la posterior conversión/utilización del gas obtenido como materia prima en reactores de plasma. Para la realización de este proyecto, el Dr. Fernández García ha conseguido una de las prestigiosas becas Beatriu de Pinós de la Generalitat de Catalunya, concedida a través de la Agencia de Gestio d’Ajuts Universitaris i de Recerca – AGAUR.
Javier, siempre has tenido interés por temas relacionados con la ingeniería y el cambio climático, ¿correcto?
Así es. Llegué al grupo GESPA – IQS en el curso 2021-22. Anteriormente, mi doctorado en la Universidad de Oviedo se enmarcaba en el tratamiento de emisiones del sector de las minas de carbón, un proyecto europeo en el que colaboraban diversas universidades y empresas de diferentes países, centrado principalmente en temas de catálisis, reactores, balances energéticos y reducción de emisiones, todo relacionado con el cambio climático. Cuando acabé la tesis doctoral (2014), decidí seguir con la investigación y me fui a Inglaterra como postdoc: estuve en Warwick, en Leeds y en el University College London, donde trabajé en líneas de investigación relacionadas con integración de procesos y, sobre todo, con el uso de una nueva tecnología: el calentamiento por inducción o radiofrecuencia, la cual me gustaría ahora trasladar a diferentes aplicaciones.
Después, en 2021 me incorporé a IQS, donde colaboro con varios grupos de investigación: con el grupo GESPA, donde me gustaría implementar esta tecnología de calentamiento por radiofrecuencia en diferentes aplicaciones, como la captura y conversión de CO₂; pero también en áreas de Flow Chem – con los grupos GQF y Crisol –, donde quisiera integrar la misma tecnología en otras áreas como las reacciones homogéneas y heterogéneas, síntesis de productos farmacéuticos y la utilización de catalizadores para reacciones multifásicas en continuo.
Explícanos en qué consiste esta tecnología de calefacción por radiofrecuencia.
El sistema de calentamiento por inducción o radiofrecuencia se basa en disponer de un material magnético que, cuando se encuentra dentro de un campo magnético alterno, libera calor por efecto Joule. El calor que desprende este material se puede usar como fuente de calor en la unidad que lo requiera.
Se trata de un sistema de calentamiento con una alta eficiencia y, según previos balances de energía, se acoplaría con fuentes de energía renovables. De ahí su potencial para múltiples aplicaciones, como su integración en ingeniería de reacciones, en procesos combinados de reacción y separación, en tratamientos de aguas y en tratamientos de gases. De forma global, la tecnología contempla aspectos de cambio climático, ahorro energético y optimización de recursos.
¿Y cómo se aplica en un proceso de captura de CO₂? ¿Cómo lo integraréis en el proyecto RFC+PU?
El proyecto RFC+PU se basa en la captura de CO₂ mediante ciclos de captura por cambios de temperatura, conocida como TSA – Temperature Swing Adsorption. Estos ciclos de captura constan de adsorción del gas a baja temperatura y desorción a alta temperatura, según las condiciones que se utilicen en el proceso. La idea dentro de este proyecto es optimizar ciclos, mediante el uso de materiales específicamente diseñados para esta aplicación (tailored materials), y poder capturar y reutilizar este CO₂, de forma que se pueda disminuir el impacto climático y energético del proceso, y convertir el conjunto en un sistema de economía circular: el CO₂ que procede de un combustor, se convierte de nuevo en combustible u otra materia prima, completando así el círculo.
Primero de todo, necesitamos seleccionar los materiales a utilizar en las columnas de adsorción-desorción. Hasta ahora, se utilizaban materiales como el óxido de calcio en calcium-looping, pero requieren temperaturas muy altas en ambos ciclos (600º para adsorción y 850º para desorción). Por tanto, hemos de buscar y testar otros materiales más flexibles y de menor coste energético, como son las zeolitas y los MOFs (Metal Organic Frameworks). Se trata de materiales innovadores con alta capacidad de adsorción de CO₂ y que pueden trabajar en condiciones de temperatura más bajas, teniendo así un mucho menor impacto energético en el conjunto del proceso.
“Desarrollaremos materiales avanzados capaces de combinar el soporte magnético o fuente de calor con el material adsorbente de captura del CO₂”
Este es uno de los objetivos del proyecto: el desarrollo de estos materiales avanzados, tanto para la captura como para la conversión, que pueden combinar la fuente de calor con el material sorbente, sea el que sea (zeolitas o MOFs). El generador de radiofrecuencia consta de una bobina dentro de la cual se dispondrá el nuevo material adsorbente que tendrá una función dual: podrá generar calor – y que será la propia fuente de calor – y al mismo tiempo capturar el CO₂. Tenemos así la oportunidad de evaluar diferentes materiales avanzados para caracterizarlos y poder definir la operatividad global del proceso – cantidad de gas que se recupera, pureza del gas recuperado, etc. – a partir de cada uno de ellos, y todo ello en los ciclos de captura que se establezcan.
“El uso de estos materiales avanzados con función dual permitirá trabajar en condiciones de operación mucho más favorables desde el punto de vista del proceso y medioambiental”
¿Cuentas con alguna colaboración dentro de este proyecto?
Hemos hablado de la tecnología de captura. Pero una vez desorbido el CO₂, ¿cuál es la propuesta de reutilización del mismo?
Este es otro de los objetivos del proyecto: la utilización/conversión del gas recuperado. En IQS – GESPA disponemos de un reactor de plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD) en el que se optimizará la conversión y selectividad de la reacción para estudiar diferentes esquemas de transformación del CO₂ hacia otros productos de valor añadido. Este tipo de reactor también se podría acoplar con fuentes de energía renovables, como ya ha demostrado el Dr. J. Oriol Pou.
“Una vez recuperado el CO₂ capturado, lo utilizaremos como materia prima para su conversión en otros productos de valor añadido, en un reactor de plasma”
Aprovechando este equipo de IQS, combinaremos el sistema de captura por radiofrecuencia con la reutilización del CO₂ desorbido en el reactor DBD para utilizarlo como materia prima en la obtención de otros productos, como pueden ser metano, metanol, urea, etc.
Para realizar el proyecto RFC+PU, has conseguido una beca Beatriu de Pinós. ¿Qué supone para ti esta consecución?
Es una beca por tres años, cofinanciada por la Comisión Europea. Es una beca muy competitiva, pensada especialmente para recuperar el talento de los investigadores que se han formado en otros países y que podamos retornar hacia el nuestro. La beca me ofrece, así, la oportunidad de poder traer a IQS un sistema innovador de calentamiento, desarrollado previamente para catálisis, reacciones y captura de gases con adsorbentes de alta temperatura, y poder desarrollarlo y aplicarlo ahora con nuevos materiales y en condiciones medioambientales mucho más favorables. Con esta financiación, podemos crear la semilla para poder avanzar en proyectos de mayor impacto dentro de la química verde y acciones a favor de disminuir el conflicto climático. ¡Estoy muy muy contento!