Científicos de ExxonMobil y del Instituto de Tecnología Química (ITQ) en Valencia, España, descubrieron un nuevo material potencialmente revolucionario que podría reducir significativamente la cantidad de energía y las emisiones asociadas con la producción de etileno. Dependiendo de la aplicación, el uso del nuevo material, junto con otros novedosos procesos de separación, podría dar como resultado una reducción de hasta el 25% en la energía necesaria para la separación de etileno, así como las emisiones de dióxido de carbono asociadas. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista científica Science.
Los investigadores de ExxonMobil e ITQ descubrieron que el nuevo material, compuesto de una zeolita de sílice estructurada de forma única, puede usarse en procesos de separación de gases, como la recuperación de etileno a partir de etano, con un grado de selectividad sin precedentes a temperatura ambiente. El nuevo material podría proporcionar información sobre el diseño de materiales adicionales para ser utilizados como adsorbentes o membranas en una variedad de diferentes aplicaciones de separación de gases asociadas con la fabricación de productos químicos. Las zeolitas son materiales porosos utilizados frecuentemente como adsorbentes y catalizadores en procesos químicos.
“La destilación criogénica, el proceso actual a escala comercial utilizado para la separación de etileno, es un proceso que consume mucha energía”, dijo Vijay Swarup, vicepresidente de investigación y desarrollo de ExxonMobil Research and Engineering Company. “Si se avanza a escala comercial, el uso de este nuevo material podría reducir significativamente la cantidad de energía y las emisiones asociadas con la producción de etileno. Este es otro gran ejemplo de colaboración entre la industria y una universidad que se centra en impulsar soluciones para mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de carbono de los procesos industriales “.
El etileno es un componente crítico en la producción de productos químicos y plásticos. Encontrar tecnologías alternativas de baja energía para separar el etileno del etano ha sido un desafío de larga data debido a sus propiedades similares. Si bien los fabricantes de productos químicos han evaluado una serie de alternativas a la destilación criogénica, incluidos nuevos adsorbentes y procesos de separación, muchas de estas tecnologías se ven obstaculizadas por una baja selectividad y una incapacidad para regenerarse cuando se exponen a contaminantes.
El nuevo material patentado, ITQ-55, es capaz de adsorber selectivamente etileno sobre etano como resultado de su exclusiva estructura de poros flexibles. Construido a partir de jaulas en forma de corazón interconectadas por aberturas alargadas flexibles de poro, el material permite la difusión de las moléculas de etileno más planas en oposición a las moléculas de etano de forma más cilíndrica. El nuevo material actúa como un tamiz molecular flexible.
“ITQ-55 es un material muy interesante cuya combinación única de dimensión de poro, topología, flexibilidad y composición química resulta en un material altamente estable e inerte que es capaz de adsorber etileno y filtrar el etano”, dijo el profesor Avelino Corma del Instituto de Tecnologia Quimica y coautor de la investigación. “Estamos entusiasmados con este descubrimiento y esperamos continuar nuestra fructífera colaboración con ExxonMobil”.
Se debe realizar una investigación adicional antes de que el material pueda ser considerado para una demostración y comercialización a gran escala. La investigación fundamental continuará centrándose en la incorporación del material en una membrana y el desarrollo de nuevos materiales adicionales para la separación de gases.
“Nuestro objetivo final de reemplazar realmente la destilación criogénica es un desafío a largo plazo que requerirá muchos años más de investigación y pruebas, dentro y fuera del laboratorio”, dijo Gary Casty, jefe de sección de catálisis de ExxonMobil Research and Engineering Company. “Nuestros próximos pasos se enfocarán en una mejor comprensión del potencial completo de este nuevo material de zeolita”.
Las plantas químicas representan aproximadamente el ocho por ciento de la demanda mundial de energía y aproximadamente el 15% del crecimiento proyectado de la demanda hasta el 2040. A medida que la población mundial y el nivel de vida continúan aumentando, la demanda de autopartes, materiales de vivienda, productos electrónicos y otros productos otros petroquímicos continuarán creciendo. Mejorar la eficiencia industrial es parte de la misión de ExxonMobil de satisfacer la creciente necesidad de energía del mundo mientras se minimizan los impactos ambientales.
