Reactores catalíticos para mejorar la calidad de vida

Un reactor químico es un equipo en el que se producen sustancias nuevas por reacción química a partir de materias primas. En muchas reacciones, la presencia de ciertas sustancias, denominadas catalizadores, hace que la reacción tenga lugar a mayor velocidad, y con mayor selectividad hacia los productos deseados. Aunque desconocidos para el gran público, los procesos catalíticos son fundamentales para el bienestar que disfrutamos en los países desarrollados. Sin ellos, beneficios que damos por sentados, como la disponibilidad de alimentos abundantes, alta esperanza de vida, movilidad, o posibilidad de acceso generalizado a la cultura, serían imposibles. En efecto, los procesos catalíticos son la base de la fabricación de productos tan dispares como fertilizantes, combustibles, fibras textiles, productos de limpieza o medicamentos, imprescindibles en campos tan distintos como la agricultura, la industria, o la vida diaria.

Los procesos catalíticos ofrecen muchas posibilidades de investigación: desarrollo de mejores catalizadores y nuevos diseños de reactores para fabricar productos de mejor calidad, más eficientemente, con menos consumo de energía y menor impacto ambiental. Los procesos catalíticos también se aplican en ingeniería ambiental, para la depuración de corrientes contaminantes. Procesos más eficientes, mejor uso de materias primas y energía, reducción de emisiones contaminantes: en definitiva, contribución al desarrollo sostenible y a la mejora de la calidad de vida.

Nuestro grupo desarrolla diversas investigaciones en estos campos. Desarrollamos catalizadores para el tratamiento de emisiones de aire contaminado con metano u otros compuestos orgánicos (como las ventilaciones de minas de carbón o tratamiento de venteos de depósitos de hidrocarburos) por combustión catalítica. Mediante este proceso, se elimina la toxicidad de las emisiones, y disminuye mucho su contribución al efecto invernadero. En este campo hemos desarrollado catalizadores que destacan por su resistencia a la presencia de compuestos con azufre. También trabajamos en un nuevo tipo de reactor químico que se puede aplicar a este proceso: el reactor de lecho fijo con inversión periódica del sentido del flujo (RFR). Aunque la reacción de combustión del metano desprende calor, en estas emisiones suele estar en concentraciones muy bajas, de modo que en los reactores convencionales es necesario añadir combustible para conseguir una temperatura suficientemente elevada para que la reacción tenga lugar. Permutando periódicamente la dirección con la que la alimentación atraviesa el reactor, los RFR consiguen trabajar sin necesidad de combustible auxiliar, e incluso pueden permitir recuperar parte de la energía desprendida en la combustión. Esta aplicación es de gran interés para el aprovechamiento energético de corrientes como las ventilaciones de minas de carbón, cuyo aprovechamiento no es viable con las tecnologías convencionales. También estudiamos la aplicación de estos reactores a la eliminación de óxidos de nitrógeno, contaminantes atmosféricos muy peligrosos, por reducción catalítica selectiva con amoniaco.

Los compuestos orgánicos clorados son ampliamente usados en procesos como el desengrasado de metales, o la limpieza en seco. Estos compuestos, emitidos incontroladamente, son extremadamente peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. El método convencional de tratamiento de estos residuos, la incineración, es caro y potencialmente peligroso, porque se pueden formar sustancias muy nocivas como las dioxinas. Nuestro grupo trabaja en un proceso alternativo, la hidrodecloración catalítica. En este proceso, el cloro contenido en los residuos se une a hidrógeno, formando cloruro de hidrógeno, muy fácil de separar y neutralizar, quedando las moléculas orgánicas libres de cloro, por lo que son casi inocuas y fáciles de recuperar o destruir de forma segura por combustión. En este campo, investigamos la hidrodecloración aplicada a residuos industriales, emisiones gaseosas y a aguas contaminadas. Buscamos catalizadores activos, selectivos hacia los productos completamente declorados (que son los seguros ambientalmente), y durables, en condiciones de reacción (presión y temperatura) moderadas, para que el proceso sea factible a nivel industrial.

Además, nuestro grupo de investigación trabaja en la aplicación de reactores catalíticos innovadores a procesos industriales. Se trata de desarrollar configuraciones de reactores químicos alternativos a los usados tradicionalmente en la industria, buscando mayor eficacia y ahorrando materias primas y energía, con las consiguientes ventajas económicas y medioambientales. Estudiamos la aplicación de los reactores de membrana inerte (la pared del reactor es una membrana que permite la dosificación progresiva de un reactivo a lo largo del reactor), y de lecho circulante (el catalizador circula entre dos equipos, en los que se oxidada y reduce sucesivamente), a reacciones de oxidación parcial, como la obtención de anhídrido maleico a partir de butano, o de ácido acrílico a partir de propano. El anhídrido maleico y el ácido acrílico son importantes productos intermedios en la fabricación de fibras.

Otros temas en los que trabajamos son el desarrollo de adsorbentes (basados en carbones activos o zeolitas) para la separación de hidrocarburos en corrientes gaseosas contaminadas, y para la retención selectiva de CO2 en gases de combustión, el desarrollo de catalizadores para su uso en reacciones de fabricación de combustibles a partir de biomasa (reacciones de aldolización, hidrogenación e hidrodesoxigenación), y la modelización y control automático de procesos químicos.

Nuestro grupo trata de conjugar calidad científica con la aplicación de las investigaciones a problemas prácticos. Por ello procuramos trabajar en contacto con industrias, de nuestra región, del resto de España o internacionales. Fruto de estas relaciones han sido proyectos en colaboración con compañías como AGR, Arcelor, Asturpharma, Atochem, Bayer, Haldor-Topsoe o DuPont. Deseamos manifestar nuestro agradecimiento a estas firmas, así como a las Agencias Públicas de promoción de la investigación, asturiana, española y europea.