La química catalítica, pieza clave de la transición hacia la energía verde
El plasma se considera el cuarto estado de la materia(se abrirá en una nueva ventana) después del sólido, el líquido y el gaseoso. Se trata de un gas sobrecalentado en el que los átomos se dividen en electrones libres e iones positivos. Al pulsar (modular) rápidamente la potencia de entrada a una escala de nanosegundos a microsegundos, se puede controlar con precisión la producción de estos electrones de alta energía. Además, las moléculas de gas circundantes se mantienen frías, lo que maximiza la eficacia química y energética. Este método avanzado de excitación eléctrica, conocido como «plasma de modulación rápida», puede generar procesos de plasma frío o de plasma no térmico (NTP, por sus siglas en inglés(se abrirá en una nueva ventana). Estos pueden utilizarse para la conversión química de moléculas pequeñas y poco reactivas, como el dióxido de carbono, el nitrógeno diatómico, el metano y el agua, a temperaturas y presiones cercanas a las ambientales. Sin embargo, se necesita un catalizador para controlar estas reacciones y producir de forma selectiva los compuestos deseados. Esto requiere un nuevo método, ya que el catalizador también puede detener la reacción de las moléculas activadas por el plasma en lugar de actuar conjuntamente con ellas.
Menor repercusión ambiental
El equipo del proyecto SCOPE(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el CEI, abordó este reto mediante el estudio, la modelización y la aplicación de la interacción sinérgica entre el NTP y los catalizadores sólidos. Esta combinación genera un efecto que supera la suma de sus efectos individuales. La ventaja de los procesos NTP es que permiten operar en condiciones muy suaves en comparación con los procesos catalíticos térmicos convencionales. La tecnología también es muy adecuada para su integración con energías renovables y, por lo tanto, para la electrificación de los procesos químicos. El equipo del proyecto SCOPE utilizó el NTP, que tiene una huella de carbono mucho menor (de hasta más del 90 %), en tres reacciones industriales principales. Estas fueron la fijación de nitrógeno, la valorización del metano para producir hidrocarburos de cadena de carbono más larga y la conversión de dióxido de carbono en combustibles solares líquidos. «Hemos desarrollado, por ejemplo, nuevos procesos para producir fertilizantes de forma distribuida a partir del nitrógeno atmosférico», afirma el coordinador del proyecto, Gabriele Centi, de la Universidad de Messina(se abrirá en una nueva ventana), Italia. «Los fertilizantes sintéticos son esenciales para la seguridad alimentaria mundial, ya que proporcionan el nitrógeno necesario para cultivar alimentos para casi la mitad de la población mundial».
Amplia aplicabilidad en todos los sectores
Aunque SCOPE se centró en mejorar los procesos químicos a gran escala, la tecnología específica tiene aplicaciones que van mucho más allá de la industria química. «El plasma frío es increíblemente versátil y contribuye a una fabricación, una agricultura, una asistencia sanitaria, una protección medioambiental e incluso una industria alimentaria más sostenibles», señala Centi. En agricultura, por ejemplo, el plasma frío puede utilizarse para tratar las semillas antes de la siembra. «Este proceso, libre de productos químicos, mejora la absorción de agua, aumenta las tasas de germinación y favorece un crecimiento inicial más robusto de las plantas, lo que ayuda a los agricultores a aumentar el rendimiento de los cultivos al tiempo que reduce la necesidad de tratamientos químicos», añade Centi. Por su parte, en la industria maderera, el tratamiento con plasma hace que las superficies de la madera sean más receptivas a los recubrimientos protectores. «Como resultado, los fabricantes pueden lograr el mismo nivel de protección con una cantidad significativamente menor de material de recubrimiento, lo que reduce tanto los costes como el impacto medioambiental», continúa Centi.
Un futuro brillante
El plasma también tiene su aplicación en la producción alimentaria, ya que influye en la formación de cristales en materiales como el chocolate para obtener un producto con mayor brillo, mejor textura y el característico «crujido» que esperan los consumidores. Esto puede conseguirse ahora en cuestión de minutos, en lugar de las horas que requieren los métodos de templado convencionales. Se están explorando unos métodos similares para esterilizar los equipos médicos, desarrollar nuevos materiales, depurar el aire y el agua(se abrirá en una nueva ventana) y mejorar la eficiencia energética en la fabricación. «Lo que hace que el plasma frío resulte especialmente interesante es que permite llevar a cabo muchos de estos procesos con un menor consumo energético y menos productos químicos, lo que lo convierte en una tecnología importante para un futuro más sostenible», concluye Centi.
