Proyectos de Investigación

El proyecto FOMAG se centra en la aplicación de novedosas técnicas de sinterizado rápido, como el Sinterizado Flash (FS), el Sinterizado Flash Reactivo (SFR) y el Sinterizado Flash Multifásico (MPFS), para la síntesis de óxidos de alta entropía (HEOs) con propiedades magnéticas de interés tecnológico. A pesar de que la técnica FS se propuso por primera vez en 2010, la SFR en 2018 y la MPFS en 2022, el interés por este proceso ha experimentado un notable crecimiento en diversas áreas científicas debido a su gran potencial científico y tecnológico.

Estas técnicas permiten la fabricación de materiales cerámicos a temperaturas y tiempos considerablemente inferiores a los requeridos por los métodos de sinterización convencionales, mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica a través de la muestra. Además, las condiciones experimentales particulares de las técnicas Flash hacen posible la obtención de materiales cerámicos densos y nanoestructurados, lo cual resulta desafiante mediante métodos convencionales. De manera significativa, el sinterizado Flash no solo reduce de forma drástica el consumo energético necesario para el procesamiento de materiales cerámicos, sino que también amplía sus aplicaciones a nuevos materiales con fines tecnológicos. En este contexto, los HEOs son una clase emergente de materiales cerámicos que contienen cinco o más cationes en composiciones equimolares. La singularidad de estos sistemas, propuestos por primera vez en 2015, radica en su extrema complejidad química, combinada con su simplicidad cristalográfica, ya que los átomos se ordenan en una única estructura cristalina relativamente sencilla, superando las separaciones de fases típicas de sistemas altamente dopados. En términos de la estructura local, estos materiales constan de un número excepcionalmente alto de combinaciones diferentes de enlaces metal-oxígeno-metal, lo que afecta de manera inherente las interacciones magnéticas en función de factores como la geometría de coordinación, la valencia y el tipo de cationes metálicos circundantes. Esto da lugar a una diversidad de respuestas magnéticas muy interesantes.

FOMAG propone la aplicación de las técnicas FS, RFS y MPFS en la producción de HEOs con propiedades magnéticas, aprovechando las ventajas intrínsecas de estas técnicas, especialmente en la obtención de una alta densidad en sistemas donde esto resulta especialmente desafiante.

El agua es uno de los recursos naturales que, por su carácter limitado y variable, tanto en cantidad como en calidad, debe ser protegido con especial intensidad, en consonancia con los Objetivos Medioambientales que apoyan la transición ecológica: el uso sostenible y la protección de los recursos hídricos y marinos, la economía circular, la prevención y control de la contaminación y la protección y recuperación de la biodiversidad y los ecosistemas. Estudios realizados en colaboración con la Confederación Hidrográfica del Ebro indican que las fuentes puntuales urbanas son las presiones que en la mayoría de los casos son la causa del incumplimiento de los objetivos de calidad ambiental establecidos por la DMA. Estos incumplimientos están relacionados principalmente con la contaminación microbiológica en las aguas receptoras de estos vertidos. Generalmente, al no existir una exigencia legal, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales no incluyen procesos de desinfección que reduzcan la carga microbiológica de los efluentes y, en consecuencia, estos agentes se incorporan a las aguas naturales, limitando el uso que se hace de ellas, especialmente en el abastecimiento de poblaciones y en el uso recreativo (baño y otros). Asimismo, dicha contaminación en las aguas residuales limita la posibilidad de su posterior reutilización, reduciendo la capacidad de aumentar la disponibilidad de recursos hídricos. Es importante destacar que, la reutilización del agua para el riego agrícola también puede contribuir a la economía circular al recuperar los nutrientes del agua regenerada y aplicarlos a los cultivos y reduciendo la necesidad de uso suplementarias de fertilizantes minerales. Por lo tanto, es necesario intensificar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales mediante procesos no convencionales que mejoren la calidad del agua tratada con el objetivo final de permitir una reutilización segura de los efluentes (reglamento (UE) 2020/741). Por otro lado, el control de más parámetros microbiológicos es esencial para un correcto análisis de aplicación de las tecnologías. Consciente de esta necesidad, el grupo AySA lleva años desarrollando proyectos centrados en procesos convencionales y no convencionales, basados en procesos fotocatalíticos, aplicados a desinfección de aguas y control microbiológico en EDARs. El objetivo principal de este proyecto es seleccionar la mejor tecnología de desinfección de aguas residuales urbanas tratadas para su aplicación a gran escala mediante la mejora de los procesos de oxidación avanzada previamente estudiados en desinfección de este tipo de aguas. Además, el control microbiológico, no sólo de los indicadores bacterianos utilizados convencionalmente, sino también de los protozoos y de las bacterias endosimbióticas que se encuentran en el interior de las amebas, se considera muy relevante en este proyecto ya que, hasta donde sabemos, no existen estudios con una variedad tan amplia de microorganismos potencialmente patógenos. Se espera que este enfoque realista minimice el impacto en aguas receptoras y aumente la reutilización reduciendo el riesgo sanitario y ambiental.

La emisión de CO2 representa actualmente un 77% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero con origen antropogénico, propiciando un aumento paulatino del calentamiento global del planeta con las consecuentes y nefastas repercusiones medioambientales que ello supone. Por tanto, es indudable la necesidad de propiciar una transición hacia una economía donde el uso intensivo de combustibles fósiles no sea el eje prioritario, favoreciendo el desarrollo de procedimientos de transformación y aprovechamiento químicos respetuosos con el medio ambiente mediante el uso de fuentes energéticas alternativas. El proyecto “Desarrollo de plasmas intermitentes operados con electricidad renovable para la eliminación y revalorización de CO2”, RENOVACO2, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas, que involucran altas presiones y temperaturas y usan catalizadores térmicos con elementos contaminantes y de difícil reciclado. 

El objetivo principal del proyecto MOTHERESE es el desarrollo de un nuevo concepto de almacenamiento termoquímico de energía basado en el proceso de “Calcium-Looping”. La novedad del concepto radica en disminuir la escala del componente de almacenamiento y dotarlo de un carácter modular, fácilmente integrable en plantas de generación de energía de diversa naturaleza, almacenable y móvil. El subproyecto 2 se se centra en los aspectos relacionados con el desarrollo de materiales adecuados a estas nuevas condiciones de operación, así como a la optimización de las mismas a esta nueva escala.

Se pretende abordar el desarrollo de estos materiales haciendo hincapié en técnicas de preparación que favorezcan morfologías y microestructuras que optimicen (i) la cinética de las reacciones sólido-gas, con el objeto de reducir los tiempos de residencia, (ii) estabilidad multicíclica, minimizando la desactivación por sinterizado y bloqueo de poros, y (iii) superficie activa, maximizando la cantidad de reactivo disponible para conversión en cada ciclo. Esto se conseguirá utilizando las técnicas de freeze casting y freeze granulation, especialmente adecuadas para la fabricación de estructuras cerámicas con porosidad abierta y morfología dirigida. También se plantea el uso de aditivos que mejoren el rendimiento del material. Finalmente, se contempla la integración del material activo y aditivos de alta conductividad térmica en estructuras tridimensionales estables, que no solo mejoren la ciclabilidad y eficiencia del material activo sino también asegure transferencias de calor rápidas y eficientes, necesarias para el sistema modular. Finalmente, se van a explorar nuevas condiciones de operación compatibles con la nueva escala, desde presiones reducidas hasta altas presiones de hasta 5 bares, manteniendo siempre un ciclo cerrado que evite la necesidad de separación de gases.

MOTHERESE apuesta por la economía circular, por lo que apunta al uso, como fuente de los aditivos e incluso del propio material activo, CaO, de subproductos y residuos procedentes de otras industrias, favoreciendo el aprovechamiento de residuos. Entre los planteados, escoria de acería, carbonatos biogénicos (moluscos), materiales celulósicos y cascarilla de arroz (fuente de SiO₂).

Para abordar estos objetivos, el subproyecto  cuenta con un equipo multidisciplinar de químicos, ingenieros, físicos y especialistas en materiales con experiencia en la gestión y participación en proyectos de investigación nacionales e internacionales, incluyendo proyectos relevantes centrados en almaceamiento termoquímico de energía. Además, el equipo tiene una red internacional de colaboradores tanto académicos como industriales que permitiría en la explotación de los resultados obtenidos y la propuesta de nuevos proyectos internacionales en esta misma línea.