Una «autopista molecular» de alto rendimiento podría transformar los procesos industriales
Una nueva tecnología de membranas que permite una separación de moléculas más rápida y precisa podría mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de los procesos industriales que consumen mucha energía.
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Investigadores de ingeniería química de la Universidad de Queensland han desarrollado una tecnología que permite que las moléculas se desplacen de forma eficiente a través de las membranas sin afectar al rendimiento de la separación.
El profesor Xiwang Zhang, ingeniero químico y director del Centro Dow de Innovación en Ingeniería Sostenible de la UQ y del Centro de Excelencia ARC para la Transformación Electroquímica Ecológica del Dióxido de Carbono, afirmó que este avance resuelve un reto que llevaba mucho tiempo planteándose en el ámbito de la tecnología de membranas.
«Permitir que las moléculas se desplacen más rápido, al tiempo que se mantiene una precisión de separación excepcional, reduce potencialmente el consumo de energía en estos procesos industriales», afirmó.
«Las industrias necesitan membranas capaces de procesar grandes volúmenes de materiales rápidamente, permitiendo al mismo tiempo que solo pasen las moléculas deseadas.
«Pero cuanto más rápido se mueven las moléculas a través de una membrana, más difícil resulta separarlas con precisión.
«Superar esta disyuntiva ha sido uno de los mayores retos de la ciencia de las membranas».
Para abordar el problema, los investigadores se fijaron en el interior de la propia membrana, centrándose en diminutos canales de menos de un nanómetro de ancho, unas 100 000 veces más finos que un cabello humano.
«Estos canales son como “autopistas moleculares” y constituyen un componente crucial de la tecnología de membranas, aunque a menudo presentan barreras de fricción y adhesión», explicó el profesor Zhang.
«Es muy difícil rediseñar esta autopista, así que nos planteamos una pregunta sencilla: en lugar de limitarnos a cambiar el tamaño o la composición química de estas autopistas, ¿podríamos hacerlas dinámicas para ayudar a las moléculas a moverse más rápido?
«La introducción de iones de amonio autorrotatorios en los nanocanales podría mejorar drásticamente el transporte molecular.
«La movilidad natural de las partículas de amoníaco ayudó a convertir un canal que antes era rígido y estático en un entorno de transporte dinámico que favorece una mejor transferencia de energía y un movimiento eficiente.
«Las moléculas autorrotatorias son como un torniquete que nos ayuda a regular el tráfico molecular con precisión, al tiempo que mantienen a las moléculas en rápido movimiento.
«En esencia, hemos mejorado las autopistas para obtener lo mejor de ambos mundos: velocidad y selectividad».
En experimentos de separación de etanol y agua, los investigadores demostraron con éxito una mejora de diez veces en la precisión de la separación en comparación con una membrana de filtración estándar.
«Nuestra nueva membrana aumentó el transporte de agua en aproximadamente un 44 % y redujo el de etanol en un 90 %», afirmó el profesor Zhang.
El profesor Zhang señaló que el siguiente paso consistiría en trasladar la tecnología a aplicaciones prácticas, entre las que se incluyen las separaciones industriales eficientes desde el punto de vista energético, la recuperación de recursos, la utilización del CO₂ y la protección del medio ambiente.
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