Investigadores de la Universidad de Tokio han desarrollado una técnica innovadora que utiliza microondas para mejorar significativamente la eficiencia de los procesos de calentamiento industrial en síntesis química. Los métodos de calefacción tradicionales a menudo desperdician energía al calentar volúmenes mayores de lo necesario, lo que genera ineficiencia. En cambio, este nuevo enfoque apunta a concentrar el suministro de energía exactamente donde se necesita, lo que resulta en una mejora de la eficiencia de aproximadamente 4,5 veces en comparación con los métodos existentes.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor Fuminao Kishimoto del Departamento de Ingeniería de Sistemas Químicos, enfatiza la importancia de refinar las reacciones químicas para abordar los desafíos climáticos urgentes. Aunque la reducción de las emisiones de CO2 y la transición a la energía verde son cruciales, el método del equipo ofrece beneficios potenciales en diversos procesos industriales, especialmente en la síntesis química.
Kishimoto señaló que las reacciones químicas normalmente sólo ocurren en áreas localizadas de los materiales. El calentamiento convencional distribuye la energía por todo el reactor, pero las microondas pueden concentrar el calor en ubicaciones atómicas específicas. Los investigadores aprovecharon este principio sintonizando las microondas a frecuencias de alrededor de 900 megahercios, lo que es óptimo para excitar los materiales de zeolita utilizados en sus experimentos.
El proceso se compara con un horno microondas convencional, aunque la aplicación presenta numerosas complejidades. El equipo desarrolló una instalación experimental especializada en la famosa instalación de radiación sincrotrón SPring-8 de Japón para validar la precisión del suministro de energía a sitios atómicos individuales. Lograr esta precisión requirió años de investigación y experimentación.
La zeolita, un material parecido a una esponja, desempeña un papel crucial en el proceso. Con tamaños de cavidad ajustables, la zeolita proporciona un mayor control sobre los factores de reacción. Los iones de indio en las cavidades de la esponja funcionan como antenas, convirtiendo eficientemente la energía de las microondas en calor, que luego se transfiere a los reactivos que fluyen a través del material. Este método permite reacciones químicas a temperaturas más bajas, lo que potencialmente facilita procesos como la descomposición del agua y la conversión de metano, que son esenciales para la producción de productos combustibles.
Además, la técnica tiene aplicaciones prometedoras en la captura y el reciclaje de CO2, ya que puede facilitar la conversión de metano y al mismo tiempo mejorar el reciclaje de plásticos.
A pesar de su potencial, aún quedan varios desafíos antes de que la técnica pueda ampliarse para su adopción industrial. Los complicados requisitos de materiales y las dificultades para medir temperaturas a escala atómica complican la implementación práctica. Además, el proceso aún enfrenta problemas relacionados con pérdidas de calor y electricidad, a pesar de las importantes mejoras de eficiencia observadas.
Kishimoto enfatizó la ambición del equipo de ampliar la aplicación de esta técnica de microondas a otras reacciones químicas importantes y optimizar el diseño del catalizador para mejorar la sostenibilidad y escalabilidad. Aunque la tecnología aún se encuentra en la fase de laboratorio, los investigadores esperan demostraciones a escala piloto en la próxima década. El camino hacia una adopción industrial más amplia dependerá de los avances en tecnología e infraestructura energética, para lo cual el equipo está buscando asociaciones comerciales para el codesarrollo.
