Saltar apartados

La Universitat d'Alacant usa la impressió 3D per a desenvolupar catalitzadors avançats per a aplicacions mediambientals i energètiques

Aquesta nova metodologia permet obtenir monòlits amb diferents estructures geomètriques més fàcils i barates de produir

Disminueixen les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle, en benefici del medi ambient, i purifiquen l’hidrogen necessari per a les piles de combustible 

 

EquipoInvest
Patente1
Patente2
Patente3
Patente4

Imatges: 1. L’equip d’investigació al complet. En el centre, Dolores Lozano i Agustín Bueno. 2. Monòlit en impressora 3D. 3.Monòlit en impressora 3D. 4. Monòlits i pols sobre plat per a la reacció química. 5. Monòlits realitzats amb geometries i composicions diferents.

  

Alacant. Dimecres, 17 de juny del 2020

Les impressores 3D estan demostrant tenir moltes més aplicacions que per a les que van ser creades inicialment. A la Universitat d’Alacant s’han usat per a dissenyar i fabricar catalitzadors avançats per a aplicacions mediambientals, amb la finalitat de reduir les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle, com és el diòxid de carboni (CO2), i aplicacions energètiques com, per exemple, purificar l’hidrogen que es necessita en les piles de combustible, dispositius que es plantegen com una alternativa ecològica als motors de vehicles convencionals.

Aquestes aplicacions s’han aconseguit gràcies a la nova metodologia per a dissenyar i fabricar catalitzadors avançats utilitzant impressió 3D desenvolupada i patentada per l’equip d’investigadors dirigits pels catedràtics de Química Inorgànica de la UA, Agustín Bueno López i Dolores Lozano Castelló. La patent és fruit del treball de tots dos juntament amb un equip compost per quatre doctorands i una investigadora contractada postdoctoral. Els científics han demostrat que les impressores 3D ofereixen una alternativa barata, ràpida i amb multitud de possibilitats per a dissenyar i fabricar l’interior dels monòlits, peces que formen els catalitzadors.

Els monòlits amb estructura cel·lular, tipus «bresca d’abella», s’utilitzen com a suport de catalitzadors en moltes reaccions de catàlisi heterogènia a nivell industrial i també en motors. En aquestes reaccions tenen un paper protagonista els gasos que reaccionen entre si i els sòlids o pols, que actuen com a catalitzadors. Aquests dos actors participen a l’interior del monòlit i hi produeixen les reaccions químiques, i transformen, per exemple, els gasos tòxics en no tòxics, o obtenen un producte final desitjat.

En l’actualitat aquests monòlits s’obtenen per extrusió, per la qual cosa només es poden obtenir monòlits amb canals paral·lels. La possibilitat que els sòlids pogueren quedar dipositats en estructures geomètriques del monòlit milloraria les reaccions químiques gràcies al millor aprofitament de la pols. Precisament, això és el que s’ha aconseguit utilitzant la metodologia patentada a la UA, consistent a dissenyar i fabricar catalitzadors amb canals amb dissenys avançats, mitjançant la impressió 3D com a alternativa al mètode estàndard d’extrusió.

L’elevat cost de la pols usada com a catalitzador és el motiu pel qual resulta important el seu aprofitament. Aquest material, que actua com a fases actives del catalitzador, el sintetitza el grup d’investigació de la UA en el laboratori. «Són materials molt cars i poc abundants, basats en metalls, com el platí, pal·ladi, rodi o òxids de ceri», explica Agustín Bueno. Ací rau la importància d’haver aconseguit canals interiors en el monòlit amb formes geomètriques i dissenys avançats.

Un dels punts claus en aquestes aplicacions de catàlisi heterogènia és optimitzar el contacte entre els gasos i els sòlids, problema que ha resolt l’equip d’investigació. Com assegura Dolores Lozano «amb la impressió 3D és possible fabricar monòlits amb noves composicions, com per exemple, ceràmica, carbó, polímers, i amb nous dissenys de canals, no sols canals paral·lels com s’obtenen actualment per extrusió, sinó amb dissenys avançats, fet que permetrà dissenyar i desenvolupar catalitzadors optimitzats per a les reaccions de catàlisi heterogènia, on els reactius estan en fase gas, millorant així els catalitzadors convencionals usats».

L’ús d’aquesta mena de catalitzadors permet disminuir les emissions d’efecte d’hivernacle, ja que s’ha emprat en la reacció de metanació de diòxid de carboni (CO2), reacció en la qual el CO2 es converteix en metà, resultant de gran interès per a la valorització del CO2. Avui dia la conversió i la utilització de CO2 és una solució atractiva i prometedora per a disminuir les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle. Agustín Bueno explica com en aquesta investigació s’ha aconseguit augmentar de manera considerable la velocitat de metanació de CO2, mitjançant suports de catalitzadors avançats dissenyats i fabricats amb impressió 3D.

D’altra banda, l’oxidació selectiva de monòxid de carboni (CO) és una reacció necessària per a purificar l’hidrogen utilitzat en piles de combustibles. Aquest tipus de dispositius es plantegen com una alternativa ecològica als motors convencionals de combustió. «Els nous dissenys de catalitzadors fabricats amb impressió 3D en la investigació desenvolupada a la UA permeten optimitzar la seua composició, i també la geometria dels monòlits, sintetitzant catalitzadors amb un comportament excel·lent en l’oxidació selectiva de CO, treballant de forma més eficient i a temperatures menors als 150 o C», afirma Dolores Lozano.

L’avanç que suposen aquests nous catalitzadors arriba tant als vehicles, com a la indústria, on el 90% dels processos químics utilitzen catalitzadors.

La metodologia i els catalitzadors avançats obtinguts en aquesta investigació obrin noves rutes de síntesi basades en impressió 3D per a dissenyar catalitzadors heterogenis òptims per a altres reaccions. Ara l’equip està treballant en la fabricació de monòlits amb diferents geometries i diferents composicions, com per exemple, ceràmica o carbó.

 

 

 

 

Actualitat Universitària


Universitat d'Alacant
Carretera de Sant Vicent del Raspeig s/n
03690 Sant Vicent del Raspeig
Alacant (Spain)

Tel: (+34) 96 590 3400

Fax: (+34) 96 590 3464

Per a més informació: informacio@ua.es, i per a temes relacionats amb aquest servidor web: webmaster@ua.es

Carretera de Sant Vicent del Raspeig, s/n - 03690 Sant Vicent del Raspeig - Alacant - Tel.: 96 590 3400 - Fax: 96 590 3464