La transición energética se ha convertido en un tema crucial en el contexto social actual en el cual las preocupaciones por el cambio climático y la sostenibilidad están en el centro de las discusiones globales internacionales. En este cambio de paradigma y de modelo económico, el ingeniero químico juega un rol fundamental pues puede contribuir mucho a la transición energética usando sus habilidades y creo yo que debe asumir un papel de liderazgo o, al menos, ser un contribuyente principal en diversas áreas de investigación y desarrollo necesarias para construir el camino hacia una sociedad sostenible.
Podemos decir que la ingeniería química se encuentra en un punto de inflexión, donde la convergencia de tecnologías digitales avanzadas y la necesidad de la sostenibilidad están redefiniendo la profesión. Debemos aclarar que esta transición no es una simple adaptación de las tecnologías existentes sino que requiere metodologías nuevas para el desarrollo de materiales, reactores y procesos lo que implica una gran variedad de oportunidades de acción.
Seguidamente se detallan las principales áreas en las que los ingenieros químicos pueden participar y contribuir a acelerar la transición energética:
- Desarrollo y optimización de fuentes alternativas de energía. Se requieren nuevas fuentes de energía para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y optimizar el uso de las fuentes que ya se han integrado en las renovables. Entre las áreas de acción de los ingenieros químicos figuran:
- La valorización de residuos: Los ingenieros químicos son esenciales para diseñar la transformación de los residuos orgánicos, incluyendo residuos sólidos municipales, en productos químicos o combustibles. Esto implica el diseño de gasificadores que produzcan singas (gas de síntesis – una mezcla de CO y H2) a partir de diferentes tipos de materias primas para producir productos químicos diversos.
- El aprovechamiento de la biomasa: Será necesario que se diseñen soluciones que integren estrategias regionales, utilizando materias primas locales económicas y tecnologías flexibles que manejen una alta variedad de fuentes de biomasa para producir diferentes productos químicos, minimizando los costos de purificación y separación.
- Reducción y conversión del CO2: Deben Investigar la conversión electrocatalítica de CO2 en productos químicos y combustibles, como ácido oxálico, etanol o hidrocarburos de cadena más larga, permitiendo crear nuevas cadenas de valor y reducir la huella de carbono. La investigación actual se enfoca en catalizadores y células electroquímicas que mejoren la productividad.
- Integración de energías renovables en la producción química. Llamada también electrificación de la química, implica el uso de la energía eléctrica producida a partir de fuentes renovables en lugar del calor generado por los combustibles fósiles. Se requiere el rediseño de catalizadores, reactores y operaciones para acoplar las energías renovables en procesos electrocatalíticos, fácilmente escalables y que minimicen los costos de capital y de operación.
- Nuevas metodologías y herramientas de evaluación. Es fundamental construir y usar nuevas herramientas de evaluación que incluyan macro-tendencias socioeconómicas, evolución del mercado, competitividad de ecosistemas enteros, sostenibilidad, integración territorial, dinámicas no lineales de costos y análisis de costos extendidos al ciclo de vida y al análisis social. Los modelos tecno-económicos convencionales de evaluación de proyectos no pueden capturar los beneficios de la electrificación.
- Intensificación de los procesos:
La intensificación de procesos busca la reducción significativa en el número de pasos del proceso y su complejidad para disminuir los costos de inversión y operación, el impacto ambiental y la necesidad de plantas muy grandes. Existen ya ejemplos que incluyen la síntesis directa electrocatalítica de amoníaco (reduciendo en más del 90% la huella de carbono) o la del ácido acético a partir de CO2 (reduciendo la huella de carbono en más del 50%). - Captura, utilización y secuestro de carbono (CCUS):
Los ingenieros químicos deberían liderar la investigación en la captura de CO2 de fuentes estacionarias, desarrollando sorbentes sólidos regenerables y procesos innovadores para obtener corrientes de CO2 concentradas así como en la conversión catalítica de CO2 en combustibles. - Reciclaje de Materiales: Otra área de participación es el desarrollo de nuevas tecnologías para el reciclaje de polímeros y elastómeros, buscando ciclos cerrados que permitan reutilizar los materiales, de manera económica y eficiente, idealmente con energía renovable. Esto incluye la obtención de materiales nuevos, biodegradables y duraderos.
- Gestión del Agua y Desalinización:
También pueden realizar investigación sobre el tratamiento y uso de aguas residuales, la reducción del consumo de agua dulce en la industria y la agricultura y el desarrollo de nuevas generaciones de fertilizantes, por ejemplo para reducir la liberación de fósforo en el ciclo del agua. Son indispensables en el desarrollo de procesos de desalinización más eficientes y rentables, especialmente utilizando energía renovable como la solar y en la investigación de membranas permeables y la prevención de bioincrustaciones. - Biocombustibles:
Los ingenieros químicos están calificados para liderar programas de investigación en la conversión de biomasa, incluidos los residuos sólidos municipales y las algas, en combustibles, aprovechando su conocimiento en química, biología, diseño y escalamiento de procesos. - Almacenamiento de Energía:
Los ingenieros químicos están en una posición única para avanzar en el almacenamiento de energía en baterías (iones de litio, litio-aire, iones de sodio), en el almacenamiento de metano e hidrógeno en forma molecular y en la búsqueda de nuevas formas de almacenamiento de energía, lo cual es vital dada la intermitencia de la producción de las energías renovables. - Producción y Conversión de Gas Natural:
Tambien pueden desarrollar tecnologías ambientalmente aceptables para la creación de procesos innovadores para convertir el gas natural en combustibles líquidos y materias primas químicas. - Uso de Energía Renovable Directa:
Otras de las posibilidades de participar son la investigación en materiales para celdas solares, el desarrollo de sistemas eficientes de transferencia de calor para la generación de electricidad a partir de energía solar concentrada y el uso de la energía geotérmica en procesos químicos y biológicos.
En resumen, la ingeniería química está en capacidad de participar en la transición a un modelo sostenible adoptando un enfoque multidisciplinario e integral que va más allá de los paradigmas tradicionales de diseño y evaluación, lo que implica desarrollar nuevas herramientas de evaluación de procesos y proyectos; rediseñar procesos y tecnologías, desde el nivel molecular; e integrar las energías renovables y las fuentes alternativas de carbono de manera flexible, eficiente y rentable.
Fuentes
The critical contribution of chemical engineering to a pathway to sustainability. Hamid Asrastoopour/ Chemical Engineering Science 203 (2019) 247- 258.
IchemE (UK) – The chemical engineering challenge report (May 2024).
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