Líneas de Investigación

  • Valorización de residuos

Se están explorando, en colaboración con COGERSA, nuevas alternativas para la valorización de distintos tipos de residuos, tales como rechazos de las plantas de triaje, residuos de vehículos fuera de uso, de construcción y demolición, etc. Como vías de aprovechamiento se explora tanto su utilización directa como combustible alternativo, especialmente en cementeras, como su aprovechamiento por rutas químicas y biológicas.
 
  • Diseño, modelización y simulación de reactores químicos innovadores (reactores de flujo inverso, reactores de membrana, reactores de goteo estructurados, lechos fluidizados circulantes, etc.)

Nuestro grupo de investigación tiene una amplia experiencia en la simulación precisa de reactores químicos (especialmente reactores no convencionales) utilizando avanzados programas matemáticos. La resolución numérica de las ecuaciones diferenciales obtenidas a partir de los balances diferenciales de momento, masa, energía y permite obtener los perfiles espaciales y temporales de las variables deseadas. Para estos propósitos, se han usado diferentes paquetes software (MATLAB, COMSOL). El principal objetivo de esta investigación es el desarrollo y optimación de reactores catalíticos para la combustión de metano y compuestos orgánicos volátiles (COVs) en emisiones gaseosas, llamados reactores de flujo inverso. Estos equipos permiten la recuperación del calor producido en la reacción a través de inversiones periódicas del flujo. Esta idea se ha extendido posteriormente a la eliminación de NOx. En este caso la inversión periódica del sentido de flujo permite la concentración del agente reductor en el interior del reactor, evitando las emisiones de este contaminante. Asimismo, también se ha trabajado en la modelización de reactores de membrana para la producción limpia de hidrógeno y la oxidación parcial de hidrocarburos, colaboración con Inasmet-Tecnalia, el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica y la Universidad Rey Juan Carlos. Asimismo, dentro de esta línea, el grupo de investigación participa actualmente en un Consorcio Europeo (LOWCARB) financiado por la Research Found for Carbon and Steal cuyo objetivo global es la minimización de la huella de carbono de la actividad minera en Europa. Dentro de este proyecto se ha trabajado en el diseño y simulación de reactores de combustión tanto térmicos como catalíticos.
 
  • Desarrollo de catalizadores para la oxidación catalítica de compuestos orgánicos volátiles

Se ha trabajado en el desarrollo de catalizadores para la combustión catalítica de distintos hidrocarburos y compuestos orgánicos volátiles (parafínicos, aromáticos, clorados, oxigenados) procedentes de distintas emisiones industriales. Se ha puesto especial interés en los procesos de combustión en corrientes reales, que incluyen compuestos que actúan como venenos de los catalizadores, así como mezclas de VOCs de difícil tratamiento conjunto. A modo de ejemplo, se han desarrollados catalizadores resistentes al envenenamiento catalítico producido por compuestos sulfurados (formulación patentada), catalizadores selectivos para la combustión de compuestos clorados, etc. También se han realizado estudios cinéticos tanto de la reacción de combustión, como del efecto inhibido observado en la combustión de mezclas de VOCs, o la desactivación catalítica.
 
  • Procesos catalíticos para la eliminación de compuestos organoclorados

Los compuestos organoclorados suponen un problema de primer orden, dada su elevada toxicidad y persistencia en el medio. Además, los métodos basados en la oxidación de estos compuestos, térmica o catalítica, dan lugar a la formación de sub-productos aún más tóxicos, tales como las dioxinas o el fosgeno. La hidrodecloración catalítica (reacción del compuesto clorado con hidrógeno en presencia de un catalizador) se plantea como una alternativa económica, limpia y eficaz para el tratamiento de estos efluentes, ya que cuando la hidrodecloración es completa, los productos de reacción son hidrocarburos y cloruro de hidrógeno, ambos fácilmente recuperables o de eliminación sencilla. Se ha estudiado la aplicación de esta reacción a la eliminación de estos compuestos tanto en fase orgánica (habitual en residuos en matriz orgánica), como acuosa. Los estudios han incluido el desarrollo de catalizadores, el estudio de la cinética, desactivación de catalizadores, etc.
 
  • Simulación y control de procesos industriales (reactores químicos, cristalizadores, destilaciones, etc.)

El grupo de investigación ha trabajado en diferentes procesos de simulación y control, algunos de ellos en colaboración con el sector industrial (Bayer, DuPont, REPSOL, etc). Algunos ejemplos son el diseño y simulación de unidades de destilación extractiva, diseño de bucles de control para unidades de precipitación y cristalización (incluyendo procedimientos de enfriamiento programado y detección del punto de siembra) en industrias farmacéuticas, diseño del bucle de control de reactores químicos, optimación de procedimientos de lixiviación para la recuperación de materiales procedentes de residuos y minerales, etc. También se ha realizado en este grupo de investigación la simulación y optimación de procesos químicos completos utilizando programas comerciales de simulación.
 
  • Desarrollo de adsorbentes y procesos de adsorción con fines ambientales (eliminación de VOCs, captura de CO2, eliminación de compuestos emergentes en aguas, etc.)

Se ha trabajado extensamente en el estudio de fenómenos de adsorción empleando la técnica de la cromatografía inversa de gases. El objetivo principal de estas investigaciones es la obtención de propiedades físico-químicas que permitan caracterizar la interacción entre el adsorbato y distintos tipos de adsorbentes, tratando de obtener correlaciones sistemáticas entre la fuerza y capacidad de adsorción y propiedades químicas del sólido y del adsorbato. Esta técnica se ha aplicado tanto a la caracterización de adsorbentes comerciales (carbones activos, alúminas, zeolitas), como a materiales emergentes (nanotubos de carbono, nanofibras, MOFs, etc.). Asimismo, en el marco de una Acción Integrada con el Instituto para la Catálisis y el Medio Ambiente de Lyon (IRC-LYON-CNRS) se ha trabajado en el desarrollo de materiales alcalinos para la captura de CO2, comparando con el carbón activo (el adsorbente más habitual) o materiales como zeolitas. En este contexto, se han desarrollado sistemáticas basadas en la desilicación de las zeolitas, que permiten la obtención de adsorbentes eficaces. En vista de los resultados obtenidos, se ha ampliado el campo de actuación a materiales derivados de hidrotalcitas, estructuras de óxidos mixtos de aluminio y magnesio con un elevado volumen de mesoporos; así como al óxido de magnesio. En ambos casos, se trata de materiales de bajo coste y cuya capacidad de adsorción puede modularse mediante tratamientos físico-químicos sencillos. En el campo de la adsorción en fase acuosa, se está estudiando el desarrollo de procesos de adsorción como técnica de pre-concentración de contaminantes emergentes (o microcontaminantes) en aguas. Esta técnica permite la posterior aplicación de otras técnicas catalíticas o electrocatalíticas a la destrucción de estos contaminantes.
 
  • Procesos catalíticos de obtención de biocombustibles

El objetivo de esta línea de investigación es la obtención de biocombustibles a partir de biomasa no alimentaria (biocombustibles de segunda generación), tales como residuos agroforestales, celulósicos, etc. Las vías de aprovechamiento se basan fundamentalmente en el procesado catalítico de estos residuos: hidrólisis del residuo, reacciones de aumento de la longitud de la cadena carbonada (condensación aldólica) y reacciones de hidrogenación e hidrodesoxigenación. Así se ha estudiado la hidrogenación hidrolítica como técnica que permite la transformación directa de celulosa y hemicelulosa en polioles de alto valor añadido o compuestos carbonílicos. También se han estudiado reacciones de condensación aldólica en fase acuosa. Estas reacciones permiten la transformación de compuestos carbonílicos de cinco o seis átomos de carbono en compuestos de mayor longitud carbonada. Estos compuestos pueden ser transformados en combustibles diésel mediante procesos de hidrogenación completa. Otra temática abordada en esta línea de investigación es el hidrotratamiento de aceites de pirólisis, ricos en compuestos oxigenados aromáticos. Dentro de esta línea también se estudian procesos destinados a la revalorización de productos derivados de la biomasa tales como bioetanol o acetona (ABE), con el fin de obtener productos químicos de mayor valor añadido (alcoholes de Guebert, isoforonas, etc). Por último, también se esta explorando una nueva ruta de corrientes procedentes de la gasificación de biomasa (gas de síntesis), consistente en su transformación en dimetiléter y la transformación de este en dimetoximetano, un aditivo de combustibles de alto valor añadido.