Entrevista al Dr. Javier Fernández, professor i investigador d’IQS

Les emissions de CO₂ són un dels majors problemes mediambientals de la nostra societat, i segueixen augmentant dia a dia, assolint nous nivells record d’emissió. Moltes són les estratègies de recerca que es duen a terme per intentar reduir-les, i així fer front a aquest repte climàtic.

En el grup GESPA – Grup d’Enginyeria i Simulació de Processos Mediambientals d’IQS, el Dr. Javier Fernández García lidera el projecte RFC + PU (Integrated Radiofrequency heated CO₂ captured and Plasma Utilisation), en el qual es busca desenvolupar el potencial de l’escalfament per radiofreqüència i aplicar la tecnologia a la intensificació i millora de cicles de sorció/desorció per a la captura de CO₂, i la posterior conversió/utilització del gas obtingut com a matèria primera en reactors de plasma. Per a la realització del projecte, el Dr. Fernàndez Garcia ha aconseguit una de les prestigioses beques Beatriu de Pinós de la Generalitat de Catalunya, concedida a través de l’Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca – AGAUR.

Javier, sempre has tingut interès per temes relacionats amb l’enginyeria i el canvi climàtic, correcte?

Així és. Vaig arribar al grup GESPA – IQS el curs 2021-22. Anteriorment, el meu doctorat a la Universitat d’Oviedo s’emmarcava en el tractament d’emissions del sector de les mines de carbó, un projecte europeu on col·laboraven universitats i empreses de diferents països, centrat principalment en temes de catàlisi, reactors, balanços energètics i reducció d’emissions, tot relacionat amb el canvi climàtic. Quan vaig acabar la tesi doctoral (2014), vaig decidir seguir amb la recerca i me’n vaig anar a Anglaterra com investigador postdoc: vaig estar a Warwick, a Leeds i a la University College London, on vaig treballar línies de recerca relacionades amb la integració de processos i, sobretot, en l’ús d’una nova tecnologia: l’escalfament per inducció o radiofreqüència, que ara m’agradaria traslladar a diferents aplicacions.

Després, l’any 2021 em vaig incorporar a IQS, on col·laboro amb diferents grups de recerca: amb el grup GESPA, on m’agradaria implementar aquesta tecnologia en diferents aplicacions, com la captura i conversió de CO₂; però també en àrees de Flow Chem – amb els grups GQF i Crisol –, on voldria integrar aquesta tecnologia en altres àrees com les reaccions homogènies i heterogènies, síntesi de productes farmacèutics i la utilització de catalitzadors per a reaccions multi fàsiques en continu.

Explica’ns en què consisteix aquesta tecnologia d’escalfament per radiofreqüència.

El sistema d’escalfament per inducció o radiofreqüència està basat en disposar d’un material magnètic que, en trobar-se dins d’un camp magnètic altern, allibera calor per efecte Joule. La calor que desprèn aquest material es pot fer servir com a font de calor en la unitat que ho requereixi.

Es tracta d’un sistema d’escalfament amb una alta eficiència i, segons previs balanços d’energia, s’acoblaria amb fonts d’energia renovables. D’aquí el seu potencial per a múltiples aplicacions, com la seva integració en enginyeria de reaccions, en processos combinats de reacció i separació, en tractaments d’aigües i en tractaments de gasos. De forma global, la tecnologia contempla aspectes de canvi climàtic, estalvi energètic i optimització de recursos.

I com s’aplica en un procés de captura de CO2? Com la integrareu en el projecte RCF+PU?

El projecte RCF+PU es basa en la captura de CO₂ mitjançant cicles de captura per canvis de temperatura, coneguda com a TSA – Temperatura Swing Adsorption. Aquests cicles de captura consten d’adsorció del gas a baixa temperatura i desorció a alta temperatura, segons les condiciones que s’utilitzin en el procés. La idea dins del projecte és optimitzar els cicles, mitjançant la utilització de materials específicament dissenyats per aquesta aplicació (tailored materials), i poder capturar i reutilitzar aquest CO₂ de manera que es pugui disminuir l’impacte climàtic i energètic del procés, i convertir el conjunt en un sistema d’economia circular: el CO₂ procedent d’un combustor es converteix de nou en combustible o un altra matèria primera, completant així el cercle.

Primer de tot, necessitem seleccionar les materials a utilitzar en les columnes d’adsorció – desorció. Fins ara, s’utilitzaven materials com l’òxid càlcic en calcium-looping, però requereixen temperatures molt elevades en ambdós cicles (600° per a l’adsorció, 850°  per a la desorció). Per tant, hem de buscar i testar altres materials més flexibles i de menor cost energètic, com són les zeolites i els MOFs (Metla Orgnaic Frameworks). Es tracta de materials innovadors, amb alta capacitat d’adsorció de CO₂, que poden treballar en condicions de temperatura més baixes, tenint així un impacte energètic molt menor en el conjunt del procés.

“Desenvoluparem materials avançats capaços de combinar el suport magnètic o font de calor amb el material adsorbent de captura del CO₂”

Aquest és un dels objectius del projecte: desenvolupar aquests materials avançats, tant per a la captura com per a la conversió, que poden combinar la font de calor amb el material sorbet, sigui el que sigui (zeolites o MOFs). El generador de radiofreqüència consta d’una bobina dins la qual es disposarà el nou material adsorbent, que tindrà una funció dual: podrà generar calor – i serà la mateixa font de calor – i podrà a la vegada capturar el CO₂. Tenim així l’oportunitat d’avaluar diferents materials avançats per caracteritzar-los i poder definir l’operativitat global del procés – quantitat de gas que es recupera, puresa del gas recuperat, etc. – a partir de cadascun d’ells, i tot això en els cicles de captura que s’estableixin.

“L’ús d’aquests materials avançats amb funció dual permetrà treballar en condicions d’operació molt més favorables, des del punt de vista del procés i mediambiental”

Comptes amb alguna col·laboració dins d’aquest projecte?

És clar! A IQS, amb altres investigadors del grup GESPA, com són el Dr. Rafael González Olmos – en els temes de radiofreqüència i captura de CO₂ – i el Dr. J. Oriol Pou – en la conversió del gas capturat mitjançant un reactor de plasma –.També amb l’empresa GasN2, experts en la captura i reutilització de CO₂ mitjançant PSA. I finalment amb la professora Dra. Kwang Choy de la University College London, experta en fabricació i síntesi de materials avançats.

Hem parlat de la tecnologia de captura. Però, una vegada desorbit el CO2, quina és la proposta de reutilització?

Aquest és un altre dels objectius del projecte: la utilització/conversió del gas recuperat. Al grup GESPA disposem d’un reactor de plasma de descàrrega de barrera dielèctrica (DBD) en el qual s’optimitzarà la conversió i selectivitat de la reacció per estudiar diferents esquemes de transformació del CO₂ cap a altres productes de valor afegit. Aquest tipus de reactor també es pot acoblar amb fonts d’energia renovables, com ja ha demostrat el Dr. J. Oriol Pou.

Aprofitant aquest equip d’IQS, combinarem el sistema de captura per radiofreqüència amb la reutilització del CO₂ desorbit en el reactor de DBD, per utilitzar-lo com a matèria primera en l’obtenció d’altres productes, com poden ser metà, metanol, urea, etc.

“Un cop recuperat el CO₂ capturat, l’utilitzarem com a matèria primera per a convertir-lo en altres productes de valor afegit, en un reactor de plasma”

Per a acomplir el projecte RFC+PU, has aconseguit una beca Beatriu de Pinós. Què representa per a tu aquesta consecució?

Es tracta d’una beca per tres anys, cofinançada per la Comissió Europea. És una beca molt competitiva, pensada especialment per recuperar el talent dels investigadors que han estat formats en altres països, i que puguem retornar així al nostre. La beca m’ofereix, així, l’oportunitat de poder portar a IQS un sistema innovador d’escalfament, desenvolupat prèviament per a catàlisi, i aplicar-lo ara amb nous materials i en condicions mediambientals molt més favorables. Amb aquest finançament podem crear la llavor per poder avançar en projectes de menor impacte dins de la química verda i amb accions a favor de disminuir el conflicte climàtic. Estic molt i molt content!