A finales de abril, unos 60 expertos de diez países se reunieron en Marl en el taller "Plasma, catálisis y películas finas para procesos de conversión". El tema central fue el desarrollo de catalizadores que favorezcan eficazmente las reacciones químicas mediante la tecnología del plasma. El objetivo es electrificar la industria química y diseñar procesos más eficientes desde el punto de vista energético.
Animados debates en la comunidad del plasmaEltaller fueorganizadopor la European Research Association for Thin Films (EFDS), la red de expertos Plasma Germany, el Atmospheric Pressure Plasma User Group (AK-adp) y la German Catalysis Society (GeCatS). El comité internacional del programa estaba formado, entre otros, por representantes expertos de la Universidad de Amberes, la Universidad de Stuttgart y el INP Greifswald. Inicialmente se analizó el efecto de los catalizadores y el diseño de procesos y reactores. Los participantes debatieron sobre la influencia de los plasmas en las reacciones químicas y el diseño de los reactores. La atención se centró en sistemas de ejemplo como la síntesis de amoníaco, la pirólisis de metano y la producción de gases nitrosos. También se habló de la degradación de sustancias problemáticas como los PFAS o los NOx mediante plasma.
Las tecnologías de plasma se consideran cada vez más la clave para aumentar la eficiencia energética en los procesos electrificados, ya que producen especies altamente reactivas que requieren menos energía de activación para las reacciones químicas. Esto permite que los procesos funcionen a temperaturas más bajas, que los equilibrios químicos se desplacen a favor de los productos deseados o que se mejore la selectividad de las reacciones de forma selectiva. Sin embargo, las especies reactivas generadas por el plasma pueden perjudicar la funcionalidad de los catalizadores existentes al iniciar nuevos mecanismos moleculares en las superficies o desplazar la ventana del proceso a zonas desfavorables. Por ello, el desarrollo de nuevos catalizadores compatibles con el plasma está en el centro del debate. No sólo deben armonizar con las especies reactivas del plasma, sino también tener una elevada selectividad y funcionar en condiciones óptimas de proceso. Por lo tanto, es importante desarrollar materiales que sean a la vez estables y lo suficientemente flexibles como para cumplir los complejos requisitos de la catálisis por plasma.
Replanteamiento de los procesos químicos
Uno de los temas centrales del taller fue el diseño de las geometrías de los reactores modernos. Deben proporcionar espacio suficiente para que el plasma se forme eficazmente, mientras que las especies activas se generan lo suficientemente cerca del catalizador como para reaccionar químicamente antes de la relajación. Las interacciones directas entre el plasma y el lecho del catalizador permiten caminos de difusión cortos. Al mismo tiempo, el tamaño limitado de los espacios entre las partículas del catalizador y los materiales portadores obliga a replantearse la estructura y la porosidad de los catalizadores.
Los ingenieros de procesos deben replantearse los procesos químicos. Deben diseñarse rutas de síntesis completas más eficientes utilizando reacciones alternativas. Surgen posibilidades apasionantes en el procesamiento posterior de los productos de reacción, que a menudo provoca un gasto energético considerable en el proceso global. Si las nuevas vías de reacción permiten una preparación más sencilla y menos intensiva en energía, todo el proceso se vuelve más eficiente, aunque el paso de reacción real parezca inicialmente más complejo.
En el taller también se habló de la flexibilidad de los procesos químicos. Los procesos tradicionales suelen requerir un funcionamiento continuo para no dañar los catalizadores. Los nuevos diseños de procesos permiten una mayor adaptabilidad, de modo que los procesos pueden iniciarse o detenerse según sea necesario. Esta flexibilidad permite adaptar las reacciones químicas a las fluctuaciones de los precios de la energía o de la utilización de la red eléctrica, por ejemplo durante los picos energéticos o las fases favorables de la electricidad. Así pues, la industria química no sólo puede ser más eficiente desde el punto de vista energético, sino también más dinámica y resistente a las influencias externas. Desde la perspectiva de la industria, la capacidad de escalar procesos y la eficiencia energética desempeñan un papel importante en el desarrollo. El rediseño de procesos no sólo puede servir para la electrificación, sino que también debe ofrecer una ventaja económicamente viable para construir una industria que funcione de forma sostenible.
Perspectivas de investigación y desarrollo
En general, los expertos coincidieron en que cada proceso requiere sus propias soluciones individuales. En la actualidad, los científicos trabajan intensamente en la comprensión fundamental de las reacciones en la superficie del catalizador. La comprensión mecánica de las reacciones permite desarrollar reactores eficaces y rutas de síntesis favorables.
El programa se completó con dos visitas a la empresa Evonik de Marl y al Instituto Fraunhofer de Tecnología Medioambiental, Seguridad y Energía UMSICHT de Duisburgo. Los participantes aprovecharon la mesa redonda de clausura para entablar estimulantes debates.
Continuarán en otoño: del 13 al 16 de octubre de 2025 se celebrará en Dresde la "Conferencia internacional sobre películas finas y tratamiento de superficies" (V2025), una vez más con un programa prometedor (véase p. 1048).
