Científicos de ExxonMobil y del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de
València, han descubierto un nuevo material potencialmente revolucionario que
podría reducir significativamente la cantidad de energía y las emisiones asociadas con
la producción de etileno. Este nuevo material, junto con otros procesos de separación,
podría dar como resultado una reducción de hasta el 25 por ciento 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 Science.
Los investigadores de ExxonMobil y el ITQ han descubierto que el nuevo material,
compuesto por una zeolita de sílice con una estructura única, puede usarse en
procesos de separación de gases, como la recuperación de etileno de corrientes que
contienen etano y etileno. Las zeolitas son materiales microporosos utilizados
frecuentemente como adsorbentes y catalizadores en procesos químicos. En el caso de
la zeolita ITQ-55, la separación se realiza con un grado de selectividad sin precedentes
a temperatura ambiente. Los resultados del trabajo podrían aplicarse también al
diseño de nuevos materiales para ser utilizados como adsorbentes o membranas en
diferentes aplicaciones de separación de gases asociadas con la fabricación de
productos químicos.
"La destilación criogénica, el procedimiento que se emplea actualmente para la
separación del etileno a escala comercial, es un proceso que consume mucha energía", explica Vijay Swarup, vicepresidente de investigación y desarrollo de ExxonMobil
Research and Engineering Company. "Si se aplica este nuevo material a escala
comercial, podría reducir significativamente la cantidad de energía y las emisiones
asociadas con la producción de etileno. Este es otro excelente ejemplo de colaboración
entre la industria y la academia, 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 fundamental en la producción de productos químicos y
plásticos muy utilizados en la vida diaria, por lo que la búsqueda de tecnologías
alternativas para separar el etileno del etano con un bajo consumo energético se ha
convertido en un campo de investigación muy activo. Si bien los fabricantes de
productos químicos han evaluado una serie de alternativas a la destilación criogénica,
incluidos nuevos adsorbentes y procesos de separación, la mayoría de estas
tecnologías alternativas se ven obstaculizadas por una baja selectividad y eficiencia, así
como por la imposibilidad de regenerar los adsorbentes cuando éstos se degradan
durante su uso por la presencia de contaminantes.
El nuevo material ITQ-55 es capaz de separar selectivamente el etileno del etano
gracias a su exclusiva estructura porosa y flexible. Construido a partir de unidades en
forma de corazón que se interconectan a través de canales alargados y flexibles, el
nuevo material permite el paso de las moléculas de etileno, más planas, mientras que
no admite el acceso de las moléculas de etano, de forma más cilíndrica. Así, el nuevo
material actúa como un tamiz molecular flexible.
"La ITQ-55 es un material muy interesante, cuya combinación única de tamaño de
poros, topología, flexibilidad y composición química resulta en un material altamente
estable e inerte químicamente que es capaz de adsorber etileno y filtrar el etano",
señala el profesor de investigación del CSIC Avelino Corma, coautor de la investigación.
"Estamos entusiasmados con este descubrimiento y esperamos continuar nuestra
fructífera colaboración con ExxonMobil", añade.
Todavía se deben realizar investigaciones adicionales antes de que el nuevo material
pueda ser considerado para la comercialización a gran escala. La investigación
fundamental se centrará en la incorporación del material a una membrana para su
empleo industrial, así como en el desarrollo de nuevos materiales para la separación
de gases.
"Nuestro objetivo final de reemplazar la destilación criogénica es un desafío a largo
plazo que requerirá muchos más años de investigación y pruebas, dentro y fuera del
laboratorio", añade Gary Casty, jefe de sección de catálisis de ExxonMobil Research
and Engineering Company. "Nuestros próximos pasos se enfocarán hacia una mejor
comprensión del potencial de este nuevo material zeolítico".
Las plantas químicas representan aproximadamente el ocho por ciento de la demanda
mundial de energía y aproximadamente el 15 por ciento del crecimiento proyectado
de la demanda hasta el año 2040. A medida que la población mundial y el nivel de vida
aumentan, la demanda de bienes de consumo, materiales de construcción, productos
electrónicos y otros derivados petroquímicos continuará creciendo. ExxonMobil tiene como misión mejorar la eficiencia industrial para satisfacer la creciente necesidad de
energía del mundo mientras se minimiza el impacto ambiental.
ExxonMobil
ExxonMobil, la mayor compañía internacional de petróleo y gas que cotiza en bolsa,
utiliza la tecnología y la innovación para ayudar a satisfacer las crecientes necesidades
de energía del mundo. ExxonMobil posee un catálogo de recursos líder en la industria,
es uno de los mayores refinadores y comercializadores de productos derivados del
petróleo, y su compañía química es una de las más grandes del mundo.
El ITQ
El Instituto de Tecnología Química (ITQ) es un centro mixto de investigación creado en
1990 por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat
Politècnica de València. Es un centro de referencia internacional en el área de la
catálisis, los nuevos materiales (especialmente zeolitas) y la fotoquímica.
Pablo J. Bereciartua, Ángel Cantín, Avelino Corma, José L. Jordá, Miguel Palomino, Fernando Rey,
Susana Valencia, Edward W. Corcoran Jr., Pavel Kortunov, Peter I. Ravikovitch, Allen Burton, Chris Yoon,
Yu Wang, Charanjit Paur, Javier Guzman, Adeana R. Bishop, Gary L. Casty. Control of zeolite
framework flexibility and pore topology for separation of ethane and ethylene. Science. DOI:
10.1126/science.aao0092
