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Ingenieros de la Universidad de Michigan han diseñado un nuevo reactor químico para producir un ingrediente importante para plásticos, adhesivos, fibras de alfombra, limpiadores domésticos y más a partir de gas natural. La idea podría reducir los costos de fabricación en una economía posterior al petróleo en millones de dólares.
El documento de investigación se ha publicado en la revista Science.
El reactor crea propileno, un químico fundamental que también se utiliza para fabricar una larga lista de productos químicos industriales, incluyendo ingredientes para el caucho nitrilo que se encuentra en mangueras y sellos automotrices, así como guantes protectores azules.
La mayoría del propileno utilizado actualmente proviene de refinerías de petróleo, que lo recogen como subproducto de refinar petróleo crudo en gasolina. A medida que el petróleo y la gasolina pierden popularidad a favor del gas natural, la energía solar y eólica, la producción de propileno y otros productos derivados del petróleo podría no satisfacer la demanda actual sin nuevas formas de producirlos.
El gas natural extraído de esquistos posee una alternativa potencial al propileno proveniente del petróleo crudo. Es rico en propano, que se asemeja lo suficiente al propileno como para ser un material precursor prometedor, pero los métodos actuales para producir propileno a partir de gas natural aún son demasiado ineficientes para cerrar la brecha entre la oferta y la demanda.
Suljo Linic, Profesor Colegiado Martin Lewis Perl de Ingeniería Química y autor correspondiente del estudio publicado en Science explicó: "Es muy difícil convertir económicamente el propano en propileno. Se necesita calentar esa reacción para llevarla a cabo, y los métodos estándar requieren temperaturas muy altas para producir suficiente propileno. A esas temperaturas, no se obtiene solo propileno, sino depósitos de carbono sólido y otros productos no deseados que perjudican al catalizador. Para regenerar el reactor, necesitamos quemar los depósitos de carbono sólido con frecuencia, lo que hace que el proceso sea ineficiente."
El nuevo sistema de reactor de los investigadores produce eficientemente propileno a partir de gas de esquisto al separar el propano en propileno y gas de hidrógeno. También proporciona al hidrógeno una salida, cambiando el equilibrio entre la concentración de propano y los productos de reacción de una manera que permite producir más propileno. Una vez separado, el hidrógeno también puede quemarse de manera segura lejos del propano, calentando lo suficiente el reactor para acelerar las reacciones sin producir compuestos no deseados.
Esta separación se logra a través de los tubos de membrana anidada y de fibra hueca del reactor. El tubo más interno está compuesto por materiales que dividen el propano en propileno y gas de hidrógeno. Mientras que los tubos mantienen la mayor parte del propileno dentro de la cámara más interna, el gas de hidrógeno puede escapar a una cámara externa a través de poros en una capa de membrana del material.
En esa cámara, el gas de hidrógeno se quema de manera controlada al mezclar cantidades precisas de oxígeno.
Debido a que el hidrógeno puede quemarse dentro del reactor y operar bajo presiones de propano más altas, la tecnología podría permitir a las plantas producir propileno a partir de gas natural sin instalar calentadores adicionales.
Según estimaciones de los investigadores, una planta que produce 500,000 toneladas métricas de propileno al año podría ahorrar hasta $23.5 millones en comparación con otros métodos que utilizan gas de esquisto. Estos ahorros se suman a los ahorros operativos derivados de quemar el hidrógeno producido en la reacción, en lugar de otros combustibles.
La investigación fue financiada por la Oficina de Ciencias Básicas de la Energía del Departamento de Energía de EE. UU., el Instituto de Manufactura Rápida y la Fundación Nacional de Ciencias. Los materiales del reactor se estudiaron en el Centro de Caracterización de Materiales de Michigan. El equipo está buscando protección por patente con la ayuda de U-M Innovation Partnerships y está buscando socios para llevar la tecnología al mercado. Suljo Linic también es profesor de sistemas integrativos y diseño.
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Aunque el propileno no es algo en lo que piense cada consumidor al comprar, está presente en casi todos los productos de diseño, y si no en el producto en sí, es probable que el empaque contenga algo de propileno. Es un material común en el mundo moderno.
Por Brian Westenhaus vía New Energy and Fuel
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