Un proyecto europeo desarrollará una tecnología para la síntesis hidrotermal de nanopartículas

Un total de 17 socios forman parte del proyecto europeo del VII Programa Marco Shyman (Sustainable Hydrothermal Manufacturing of Nanomaterials), una iniciativa que busca desarrollar a escala industrial una tecnología con gran potencial en la producción de nanopartículas de gran tonelaje, denominada síntesis hidrotermal continua, según informan desde UVa/DICYT. En el proyecto, que cuenta con un presupuesto de 9,5 millones de euros, 6,8 aportados por la Comisión Europea, participa el Grupo de Procesos a Alta Presión de la Universidad de Valladolid (UVa), que llevará a cabo una labor fundamental.

Como detalla el profesor Juan García Serna, del Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, uno de los investigadores del grupo de la UVa, en la Comunidad Internacional existe la necesidad de disponer de tecnologías que permitan aumentar la producción de nanopartículas, pero de una forma ‘verde’ y sostenible, de bajo coste y al mismo tiempo capaz de obtener materiales de alta calidad.

La síntesis hidrotermal es una de ellas, y son varios los proyectos a nivel mundial que tratan de desarrollarla para aumentar la capacidad de producción. Japón, Estados Unidos y Corea son líderes en esta tecnología y grupos como el del profesor Tadafumi Adschiri (Universidad de Tohoku, Japón), que cuentan con sus propios dispositivos y procesos patentados, han invertido importantes recursos en esta línea.

En el caso de Shyman, el objetivo es llevar a escala industrial una tecnología patentada por la Universidad de Nottingham (Reino Unido), en concreto por el laboratorio del profesor Edward Lester, coordinador general del proyecto.

Shyman intenta desarrollar este tipo de tecnología de fluidos supercríticos para producir nanopartículas en Europa. “Es una tecnología compleja y el corazón del proceso, donde se suelen basar todas las patentes, es el tipo de reactor, el dispositivo donde se realiza la conversión. La tecnología del proyecto Shyman se llama de contraflujo, donde el fluido caliente y el frío entran enfrentados y por una especie de flotación se produce la mezcla y la reacción con gran eficiencia", explica García Serna.

Esta tecnología, que ha sido ya testada en el laboratorio, se trasladará ahora a una planta de demostración que se está construyendo en las inmediaciones de la sede de la empresa Promethean Particles (la ‘start-up’ del Grupo de la Universidad de Nottingham), con capacidad para producir en torno a 100 toneladas al año.

Dentro del consorcio del proyecto, algunos grupos aportarán sus conocimientos en torno a esta tecnología y otros se encargarán de buscar aplicaciones para estas nanopartículas. El Grupo de Procesos a Alta Presión de la UVa, el segundo socio con mayor peso dentro del proyecto tras la Universidad de Nottingham —recibirá un aporte de la Comisión Europea de 529.940 euros—, contribuirá con su ‘know-how’ en tres tareas diferentes.

La primera es el diseño de la planta de demostración, es decir, su ingeniería básica. “Hemos colaborado activamente en la elaboración de los balances de materia, los diagramas de flujo y la tecnología básica. También en los análisis de seguridad de la planta, la instrumentación (Diagrama de P&ID –Diagrama de Tuberías e Instrumentación) y control más genérico. Por otro lado, hemos colaborado en las bases fundamentales para operación en cuanto a recuperación del calor, para la sostenibilidad de la planta, para reducir su consumo energético y para la operabilidad con agua supercrítica", apunta el investigador de la UVa.

La segunda parte en la que participa la UVa es la de simulación y modelizado del reactor. Para ello, emplean una tecnología denominada Dinámica Computacional de Fluidos (CFD, por sus siglas en inglés), un modelado matemático que permite realizar la simulación prácticamente en tres dimensiones. Utilizando los datos de los ensayos de laboratorio de la planta básica de la Universidad de Nottingham, se trata de representar cómo se comporta el fluido dentro del reactor y predecir y escalar el sistema a la planta industrial prevista.

Finalmente, el Grupo de Procesos a Alta Presión ha llevado a cabo una tarea socio-científica, con la organización de la Escuela de Verano SHYMAN entre el 28 de mayo y el 3 de junio del pasado año. La Escuela reunió a cerca de 40 estudiantes que realizan el doctorado en las distintas entidades participantes en el proyecto y también en otros países extranjeros. Durante el curso se impartieron temáticas relacionadas con la dinámica del proyecto y el último día se llevó a cabo una jornada de puertas abiertas para institutos, a la que asistieron alumnos y profesores de primero de Bachillerato de distintos centros de Valladolid. La Escuela se cerró con una conferencia a cargo de Eric Beckman, de la Universidad de Pittsburg (Estados Unidos), una de las máximas figuras en química e ingeniería verde del mundo.

Vista 3D del diseño de la planta Shyman.

Las nanopartículas que se producirán en el marco de Shyman son fundamentalmente dióxido de titanio y óxido de hierro, aunque también se sintetizará óxido de cerio y zirconio entre otros. El objetivo es que los socios industriales puedan incorporarlas a sus distintos productos y generar un valor añadido. Polímeros híbridos cargados con nanopartículas que puedan incorporar nuevas características a los materiales, como mayor o menor conductividad térmica, conductividad eléctrica o magnetismo; recubrimientos superficiales avanzados; nuevas prótesis biocompatibles, o componentes electrónicos novedosos serán algunas de las aplicaciones.

El Grupo de Procesos a Alta Presión, dirigido por María José Cocero, ha obtenido la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los grupos de investigación de la comunidad que cuentan con un mayor nivel de calidad y de producción científica.