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Un equipo de científicos de ExxonMobil y del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha descubierto un nuevo material potencialmente revolucionario que podría reducir significativamente la cantidad de energía (junto con otros procesos de separación, en hasta un 25%) y las emisiones de dióxido de carbono asociadas con la producción de etileno.

Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Science.

Zeolita de sílice con una estructura única

Los investigadores de ExxonMobil y el ITQ han descubierto que el nuevo material, compuesto por una zeolita de sílice con una estructura única, puede usarse en procesos de separación de gases como la recuperación de etileno de corrientes que contienen etano y etileno.

Las zeolitas son materiales microporosos utilizados frecuentemente como adsorbentes y catalizadores en procesos químicos. En el caso de la zeolita ITQ-55, la separación se realiza con un grado de selectividad sin precedentes a temperatura ambiente.

Los resultados del trabajo podrían aplicarse también al diseño de nuevos materiales para ser utilizados como adsorbentes o membranas en diferentes aplicaciones de separación de gases asociadas a la fabricación de productos químicos.

Ejemplo de colaboración universidad-industria

Vijay Swarup, vicepresidente de investigación y desarrollo de ExxonMobil Research and Engineering Company, afirma que "la destilación criogénica, procedimiento que se emplea actualmente para la separación del etileno a escala comercial, es un proceso que consume mucha energía".

"Sin embargo", prosigue Swarup, "si se aplica este nuevo material a escala comercial, se podría reducir significativamente la cantidad de energía y de emisiones asociadas con la producción de etileno. Se trata de un excelente ejemplo de colaboración entre la industria y la universidad, centrada en impulsar soluciones para mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de carbono de los procesos industriales".

Separación selectiva de etileno y etano

El etileno es un componente fundamental en la producción de productos químicos y plásticos muy utilizados en la vida diaria, por lo que la búsqueda de tecnologías alternativas para separar el etileno del etano con un bajo consumo energético se ha convertido en un campo de investigación muy activo.

Si bien los fabricantes de productos químicos han evaluado una serie de alternativas a la destilación criogénica, incluidos nuevos adsorbentes y procesos de separación, la mayoría de estas tecnologías alternativas se ven obstaculizadas por una baja selectividad y eficiencia, así como por la imposibilidad de regenerar los adsorbentes cuando éstos se degradan durante su uso por la presencia de contaminantes.

El nuevo material ITQ-55 es capaz de separar selectivamente el etileno del etano gracias a su exclusiva estructura porosa y flexible. Construido a partir de unidades en forma de corazón que se interconectan a través de canales alargados y flexibles, el nuevo material permite el paso de las moléculas de etileno, más planas, mientras que no admite el acceso de las moléculas de etano, de forma más cilíndrica. Así, el nuevo material actúa como un tamiz molecular flexible.

Avelino Corma: "Estamos entusiasmados con este descubrimiento"

Avelino Corma, profesor de investigación del CSIC y coautor de la investigación, señala que "el ITQ-55 es un material muy interesante, cuya combinación única de tamaño de poros, topología, flexibilidad y composición química, resulta en un material altamente estable e inerte químicamente capaz de adsorber etileno y filtrar el etano. Estamos entusiasmados con este descubrimiento y esperamos continuar nuestra fructífera colaboración con ExxonMobil".

En la actualidad, el ITQ-55 se encuentra a la espera de la realización de investigaciones adicionales antes de que el nuevo material pueda ser considerado para la comercialización a gran escala. La fundamental se centrará en la incorporación del material a una membrana para su empleo industrial, así como en el desarrollo de nuevos materiales para la separación de gases.

Desafío a largo plazo

Gary Casty, jefe de sección de catálisis de ExxonMobil Research and Engineering Company, añade: "Nuestro objetivo final de reemplazar la destilación criogénica es un desafío a largo plazo que requerirá muchos más años de investigación y pruebas, dentro y fuera del laboratorio. Nuestros próximos pasos se enfocarán hacia una mejor comprensión del potencial de este nuevo material zeolítico".

Las plantas químicas representan aproximadamente el 8% de la demanda mundial de energía y aproximadamente el 15% del crecimiento proyectado de la demanda hasta el año 2040. A medida que la población mundial y el nivel de vida aumenten, la demanda de bienes de consumo, materiales de construcción, productos electrónicos y otros derivados petroquímicos continuará creciendo.

ExxonMobil tiene como misión mejorar la eficiencia industrial para satisfacer la creciente necesidad de energía del mundo al tiempo que se minimiza el impacto ambiental.

ExxonMobil

ExxonMobil, la mayor compañía internacional de petróleo y gas que cotiza en bolsa hoy en día, utiliza la tecnología y la innovación para ayudar a satisfacer las crecientes necesidades de energía del mundo.

ExxonMobil posee un catálogo de recursos líder en la industria, es uno de los mayores refinadores y comercializadores de productos derivados del petróleo, y su compañía química es una de las más relevantes del mundo.

El ITQ

El Instituto de Tecnología Química (ITQ) es un centro mixto de investigación creado en 1990 por el CSIC y la UPV. En la actualidad, es sin duda un centro de referencia internacional en el área de la catálisis, los nuevos materiales (especialmente zeolitas) y la fotoquímica.