Taller internacional de la European Research Association for Thin Films (EFDS) en Marl sobre el desarrollo de tecnologías de plasma y catalizadores para la industria química
A finales de abril se celebró en Marl el taller internacional "Plasma, catálisis y películas finas para procesos de conversión". Casi 60 expertos de diez países intercambiaron ideas sobre cómo desarrollar catalizadores que catalicen activamente reacciones químicas en plasma. Estos impulsan numerosos enfoques de desarrollo, sobre todo en el contexto de la electrificación de la industria química y el diseño de procesos energéticamente eficientes, con el fin de lograr avances innovadores y económicos.
Varias redes se dedican conjuntamente a este tema. La Asociación Europea de Investigación sobre Capas Finas, junto con Plasma Alemania, el Grupo de Usuarios de Plasma a Presión Atmosférica (Ak-adp) y la Sociedad Alemana de Catálisis (GeCatS), coordinó un acto reconocido internacionalmente. Reunió a expertos de renombre de ambos campos. Un comité internacional del programa, formado por representantes del Instituto de Química de la Universidad de Amberes, el Instituto de Ingeniería de Procesos Interfaciales y Tecnología del Plasma de la Universidad de Stuttgart y el Instituto Leibniz de Ciencia y Tecnología del Plasma e. V., elaboró conjuntamente el programa.
Electrificación de la catálisis química mediante la tecnología del plasma
El acto comenzó con una visión en profundidad de los fundamentos de la conversión de gases. Expertos de renombre analizaron el efecto de los catalizadores, integraron en sus consideraciones el diseño de procesos y reactores y analizaron la influencia de los plasmas en las respectivas reacciones. El tema se ilustró con ejemplos de procesos actuales.
La atención se centró en tres sistemas de ejemplo centrales: en primer lugar, los expertos analizaron el amoníaco como fuente de energía y medio de transporte del hidrógeno. Mostraron cómo las tecnologías de plasma pueden apoyar la síntesis de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno. En segundo lugar, se centraron en la pirólisis del metano, que puede utilizarse para producir hidrógeno verde y productos de carbono de alta calidad. En tercer lugar, se centraron en la generación de gases nitrosos, necesarios para la producción de productos químicos como el ácido nítrico o el amoníaco. Además, utilizaron el plasma como herramienta para descomponer contaminantes como los óxidos de nitrógeno y los residuos de PFAS e investigaron su eficacia en este ámbito.
El plasma como clave para aumentar la eficiencia energética
Las tecnologías de plasma se reconocen cada vez más como la clave para aumentar la eficiencia energética en los procesos electrificados y abren interesantes perspectivas para la industria. Su capacidad para generar especies altamente reactivas que requieren menos energía de activación para las reacciones químicas encierra un enorme potencial. Como resultado, los procesos pueden funcionar a temperaturas más bajas -lo que ahorra energía-, los equilibrios químicos pueden desplazarse a favor de los productos deseados o la selectividad de las reacciones puede mejorarse específicamente.
Sin embargo, la interacción entre el plasma y los catalizadores también plantea problemas. 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 hacia zonas desfavorables. Esto ha puesto en el centro del debate el desarrollo de catalizadores innovadores compatibles con el plasma.
Estos nuevos catalizadores no sólo deben armonizar con las especies reactivas del plasma, sino también tener una elevada selectividad y funcionar en condiciones óptimas de proceso. El reto consiste en desarrollar materiales que sean a la vez estables y suficientemente flexibles para cumplir los complejos requisitos de la catálisis por plasma.
Otro tema de interés fue el diseño de las geometrías de los reactores modernos. Éstos 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 catalizador ofrecen aquí grandes ventajas, ya que permiten caminos de difusión cortos. Al mismo tiempo, el tamaño limitado de los huecos entre las partículas del catalizador y los materiales portadores obliga a replantearse la estructura y la porosidad de los catalizadores.
La combinación de catalizadores personalizados y diseños innovadores de reactores podría allanar el camino hacia una optimización revolucionaria de los procesos electrificados: eficientes, sostenibles y con un impacto revolucionario en la industria química.
Nuevos procesos innovadores para una industria química eficiente
Los ingenieros de procesos se enfrentan al reto de replantearse a fondo los procesos químicos. Los enfoques innovadores están abriendo oportunidades para organizar rutas de síntesis completas de forma más eficiente utilizando reacciones alternativas. Resulta especialmente interesante considerar el procesamiento posterior de los productos de reacción, que a menudo provoca un consumo de energía considerable en el proceso global. Si las nuevas vías de reacción permiten una preparación más sencilla y menos intensiva en energía, todo el proceso podría ser más eficiente, incluso si el paso de reacción real parece inicialmente más complejo.
Otro planteamiento interesante se refiere a la flexibilidad de los procesos químicos. Los procesos tradicionales suelen requerir un funcionamiento continuo, ya que las paradas y arranques podrían dañar los catalizadores. Los nuevos diseños de procesos podrían marcar la diferencia decisiva: permiten una mayor adaptabilidad para que los procesos puedan iniciarse o detenerse según sea necesario. Esta flexibilidad permite adaptar de forma óptima las reacciones químicas a las fluctuaciones de los precios de la energía o a la utilización de la red eléctrica, por ejemplo durante los picos de energía o las fases favorables de electricidad.
Estas innovaciones pueden hacer que la industria química no sólo sea más eficiente desde el punto de vista energético, sino también más dinámica y resistente a las influencias externas. Un cambio de paradigma que promete beneficios tanto ecológicos como económicos. Desde el punto de vista de la industria, la capacidad de ampliar los procesos y tener en cuenta la eficiencia energética desempeña un papel importante en el desarrollo. La economía debe funcionar de forma económica y no puede permitirse derrochar energía. El rediseño de procesos no puede servir sólo para la electrificación. Las inversiones deben aportar una ventaja económicamente viable para construir una industria que funcione de forma sostenible.
Perspectivas de innovación a través de la investigación y el desarrollo
En general, los expertos coincidieron en que cada proceso requiere sus propias soluciones individuales. En la actualidad, los científicos siguen trabajando intensamente en la comprensión fundamental de cómo se producen las reacciones en la superficie del catalizador. Sólo mediante una comprensión mecanicista de las reacciones pueden desarrollarse reactores eficientes y definirse rutas de síntesis favorables.
De los inspiradores debates surgieron numerosos enfoques y colaboraciones nuevos. El programa se completó con dos visitas a las instalaciones de Evonik en Marl y al Instituto Fraunhofer de Tecnología Medioambiental, Seguridad y Energía UMSICHT de Duisburgo.
Durante el debate interactivo, los participantes pudieron formular numerosas preguntas y obtener interesantes conocimientos sobre las instalaciones. Los participantes también aprovecharon la mesa redonda celebrada al final del acto para formular numerosas preguntas y debatir en un ambiente colegial e inspirador.
La próxima oportunidad de debatir en profundidad este apasionante tema será en la V2025, que se celebrará en Dresde del 13 al 16 de octubre de 2025. Este renombrado evento atrae cada dos años a más de 500 profesionales de la tecnología de superficies de vacío y plasma y combina una conferencia internacional con una impresionante exposición industrial.
Durante tres días llenos de innovaciones se presentarán los últimos desarrollos y aplicaciones. El 16 de octubre, en particular, estará dedicado a las tecnologías de plasma en la conversión de gases y ofrece una plataforma única para los debates técnicos y la creación de redes.
Las partes interesadas de la ciencia y la industria están cordialmente invitadas a participar activamente: Los pósters sobre temas relevantes pueden presentarse hasta el 31 de agosto.
