Aquestes aplicacions s’han aconseguit gràcies a la nova metodologia per dissenyar i fabricar catalitzadors avançats utilitzant impressió 3D desenvolupada i patentada per l’equip d’investigadors dirigits pels catedràtics de Química Inorgànica de la UA, Agustín Bueno López i Dolors Lozano Castelló. La patent és fruit de la feina de tots dos al costat d’un equip compost per quatre doctorands i una investigadora contractada postdoctoral. Els científics han demostrat que les impressores 3D ofereixen una alternativa econòmica, ràpida i amb multitud de possibilitats per dissenyar i fabricar l’interior dels monòlits, peces que conformen els catalitzadors.
Els monòlits amb estructura cel·lular, tipus ‘bresca d’abella’, s’utilitzen com a suport de catalitzadors en moltes reaccions de catàlisi heterogènia a nivell industrial i també en motors. En aquestes reaccions tenen un paper protagonista els gasos que reaccionen entre si i els sòlids o pols, que actuen com a catalitzador. Aquests dos actors participen a l’interior de l’monòlit produint les reaccions químiques, transformant, per exemple, els gasos tòxics en no tòxics, o obtenint un producte final desitjat.
En l’actualitat aquests monòlits s’obtenen per extrusió, de manera que només es poden obtenir monòlits amb canals paral·lels. La possibilitat que els sòlids poguessin quedar dipositats en estructures geomètriques de l’monòlit milloraria les reaccions químiques gràcies a el millor aprofitament de la pols. Precisament, això és el que s’ha aconseguit utilitzant la metodologia patentada en la UA, que consisteix en dissenyar i fabricar catalitzadors amb canals amb dissenys avançats, utilitzant la impressió 3D, com a alternativa a l’mètode estàndard d’extrusió.
L’elevat cost de la pols usat com a catalitzador és el motiu pel qual resulta important el seu aprofitament. Aquest material, que actua com a fases actives de el catalitzador, el sintetitza el grup d’investigació de la UA en el laboratori. “Són materials molt cars i poc abundants, basats en metalls, com platí, pal·ladi, rodi o òxids de ceri”, explica Agustín Bueno. Aquí rau la importància d’haver aconseguit canals interiors en el monòlit amb formes geomètriques i dissenys avançats.
Un dels punts claus en aquestes aplicacions de catàlisi heterogènia és optimitzar el contacte entre els gasos i els sòlids, problema que ha resolt l’equip d’investigació. Tal com assegura Dolors Lozano “amb la impressió 3D és possible fabricar monòlits amb noves composicions, com per exemple, ceràmica, carbó, polímers, i amb nous dissenys de canals, no només canals paral·lels com s’obtenen actualment per extrusió, sinó amb dissenys avançats, el que permetrà dissenyar i desenvolupar catalitzadors optimitzats per a les reaccions de catàlisi heterogènia, on els reactius estan en fase gas, millorant així els catalitzadors convencionals usats “.
L’ús d’aquest tipus de catalitzadors permet disminuir les emissions d’efecte hivernacle, ja que s’ha emprat en la reacció de metanación de diòxid de carboni (CO2), reacció en la qual el CO2 es converteix en metà, resultant de gran interès per a la valorització de el CO2. Avui dia la conversió i utilització de CO2 és una solució atractiva i prometedora per disminuir les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Agustín Bueno explica com en aquesta investigació s’ha aconseguit augmentar de forma considerable la velocitat de metanación de CO2, utilitzant suports de catalitzadors avançats dissenyats i fabricats mitjançant impressió 3D.
D’altra banda, l’oxidació selectiva de monòxid de carboni (CO) és una reacció necessària per purificar l’hidrogen utilitzat en piles de combustibles. Aquest tipus de dispositius es plantegen com una alternativa ecològica als motors convencionals de combustió. “Els nous dissenys de catalitzadors fabricats mitjançant impressió 3D a la recerca desenvolupada en la UA permeten optimitzar la seva composició, així com la geometria dels monòlits, sintetitzant catalitzadors amb excel·lent comportament en l’oxidació selectiva de CO, treballant de forma més eficient ia temperatures menors als 150 o C “, afirma Dolors Lozano.