Un reactor inspirado en una bombilla incandescente ha permitido alcanzar temperaturas superiores a 1.200 °C concentrando el calor en un fino filamento metálico. La tecnología, desarrollada por la Universidad Nacional de Singapur (NUS), busca reducir el consumo energético y las emisiones de varios procesos industriales. Su funcionamiento y sus primeras aplicaciones han sido documentados en investigaciones publicadas en Nature Chemical Engineering, Nature Communications y Nature Sustainability.
Las bombillas tradicionales se consideran poco eficientes porque buena parte de la electricidad que reciben acaba convertida en calor y no en luz. El equipo dirigido por el profesor Yan Ning decidió aprovechar esa aparente desventaja para diseñar un reactor químico compacto. La corriente eléctrica atraviesa un filamento que se calienta con rapidez, de modo que la energía queda concentrada en el punto exacto donde resulta necesaria.
El planteamiento evita elevar la temperatura de toda la estructura, como sucede en numerosos equipos industriales alimentados mediante la combustión de carburantes. Aunque el filamento supera los 1.200 ºC, las zonas que lo rodean permanecen considerablemente más frías. Esta distribución térmica permite acelerar determinadas reacciones, controlar mejor la formación de los productos y limitar el gasto energético asociado al calentamiento general del reactor.
Hidrógeno a partir de amoníaco
Una de las primeras aplicaciones fue la descomposición del amoníaco en hidrógeno y nitrógeno. Este compuesto se investiga como vehículo para transportar hidrógeno porque puede almacenarse y trasladarse con mayor facilidad, pero recuperar después el gas de manera eficiente sigue siendo un obstáculo. Con el reactor inspirado en la bombilla, los investigadores consiguieron una conversión prácticamente completa mediante un dispositivo mucho más pequeño que los sistemas convencionales de capacidad comparable.
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Los resultados de esta prueba aparecieron publicados en el anteriormente citado artículo de Nature Chemical Engineering. La NUS trabaja ahora con un socio industrial para estudiar la posible incorporación del sistema a futuras soluciones energéticas basadas en amoníaco. Como el filamento funciona con electricidad, la plataforma también podría utilizar energía procedente de fuentes renovables y reducir así la dependencia de combustibles en operaciones que requieren temperaturas extremas.
El mismo diseño fue probado posteriormente para el reciclaje de polietileno y polipropileno, dos materiales presentes en envases y numerosos productos de consumo. Algunos métodos actuales descomponen los residuos en mezclas de sustancias difíciles de separar y reutilizar. El reactor de Singapur obtuvo componentes químicos más sencillos que podrían servir como materia prima para fabricar nuevos plásticos. Este trabajo se publicó en Nature Communications.
El equipo que ha diseñado y fabricado el reactor (NUS)
La tercera investigación, recogida por Nature Sustainability, abordó la conversión del metano en etileno, compuestos aromáticos e hidrógeno. El filamento aporta el calor necesario para activar una molécula especialmente estable, mientras las superficies catalíticas trabajan a temperaturas inferiores y orientan la creación de productos útiles. “Nuestro objetivo es desarrollar tecnologías prácticas que puedan apoyar la transición hacia un futuro bajo en carbono”, afirmó Yan Ning. “Estos estudios muestran cómo una idea sencilla inspirada en un objeto doméstico conocido puede adaptarse para abordar distintos retos de la industria química”, añadió.