domingo, 22 de febrero de 2015

Tecnologías innovadoras en la lucha contra el Cambio Climático: (II) Convierten el CO2 en un plástico comercial.


Por primera vez se comercializa un polímero fabricado con el CO2, el gas con efecto invernadero producido en procesos de combustión de combustibles fósiles. Por lo tanto es una tecnología que “secuestra” el CO2, después de su captura. El producto final es un poliol de carbonato de polipropileno (PPC) que sirve de base para la fabricación de poliuretanos que, en forma de espuma, se usan como aislante térmico y así ayudan a conservar el calor y ahorrar energía: otro aspecto medioambiental favorable.

(Imágenes de Novomer)
La empresa que lo fabrica es Novomer que adquirió la licencia exclusiva de la Universidad Cornell de Ítaca, Nueva York, donde se investigó el catalizador de esta aplicación tecnológica. “Empezábamos a trabajar en la fabricación de plásticos a partir de dióxido de carbono cuando empecé como profesor adjunto en la Universidad de Cornell en 1997”, dijo Geoffrey Coates (ahora profesor de química y biología química), “produce mucha satisfacción ver que algo que empezó como una idea loca y algo de investigación básica se ha convertido en un producto comercial”.

Novomer fue fundada en 2004 especialmente para la aplicación a escala comercial y para comercializar esta tecnología.

Esta plataforma tecnológica combina el CO2 residual con epóxidos. Los más comunes son el óxido de etileno y el óxido de propileno. Los polímeros contienen alrededor un 50% en peso de CO2. El PPC se fabrica en una reacción por lotes usando un catalizador a base de cobalto. La capacidad de producción has sido incrementada considerablemente en el último año en una planta de Houston desde menos de 100 toneladas en 2013 hasta varios miles de toneladas. Más información en la revista Chemical Engineering online.

Aparte de consumir y fijar un gas con efecto invernadero otras ventajas son el muy bajo coste de la materia prima, el CO2 comparado a materias primas derivadas del petróleo y que permite obtener polímeros con rendimientos únicos en comparación con los polímeros obtenidos del petróleo o de fuentes biológicas.

Según Novomer, su sistema catalítico al que han aportado mejoras, es efectivo en coste y produce un polímero con un una columna vertebral de una precisión extrema, así como pocos o ningún producto secundario. Además, la reacción de polimerización transcurre a una temperatura ligeramente superior a la del ambiente (aprox. 35ºC) por lo que el propio proceso genera una huella de carbono muy pequeña. El CO2 para la reacción química proviene de los gases residuales de fábricas cercanas, de fermentación de etanol y de centrales eléctricas térmicas
 

Novomer está investigando también, con subvenciones millonarias del Departamento de Energía de los EEUU, procesos para producir otros productos plásticos, por ejemplo para desarrollar un proceso que produce polímeros de policarbonato que puede usarse en la fabricación de botellas de plástico. También investiga en colaboración con la empresa neerlandesa DSM la producción de polímeros para resinas para recubrimientos y tinta que entrarán en el mercado en el plazo de unos dos años.

jueves, 12 de febrero de 2015

Tecnologías innovadoras en la lucha contra el Cambio Climático: (I) Un nuevo material para la captura y secuestro de CO2.


Un equipo de investigación liderado por investigadores de la Universidad de Harvard en Massachusetts y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en California ha desarrollado un nuevo material que puede remover el CO2, conocido por su efecto invernadero (que acumula el calor en el aire y calienta el planeta), y que es emitido en muy grandes cantidades a la atmósfera por centrales térmicas que usan combustibles fósiles (principalmente carbón y gas natural). Puede ser un gran avance tecnológico en la captura y secuestro de este gas de los humos de las chimeneas, por tener un rendimiento mejor, un coste menor y ser más seguro que los métodos y compuestos químicos, en particular las aminas, conocidos hasta ahora para la captura de CO2.

En EEUU las centrales térmicas de carbón y de gas natural son responsables por alrededor de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero, y la Agencia de Protección del Medioambiente tiene intención de reducirlas fuertemente por nuevas normativas. Esto obligará equipar las instalaciones con tecnologías de captura de CO2, y la tecnología actual que usa como disolventes aminas tiene un alto coste y reduce el rendimiento energético de las centrales térmicas de generación eléctrica.

En este nuevo método los investigadores han usado una técnica de construcción de microfluidos para producir microcápsulas que contienen absorbentes líquidos encerrados en cáscaras de polímeros altamente permeables, como la silicona. Como absorbente líquido usan carbonato sódico, igual que el que se usa corrientemente en las cocinas, y que es más barato y tiene la misma capacidad de absorción que las aminas usadas actualmente. Tiene además una ventaja añadida: es más estable y tiene una vida prácticamente ilimitada en comparación con las aminas, que con el tiempo se degradan.

(Foto de John Vericella del LLNL)

El trabajo de investigación ha sido publicado en la revista online de Nature del 5 de febrero 2015. En realidad el uso de microcápsulas para la dosificación y distribución de productos no es nuevo, como por ejemplo en productos farmacéuticos, cosméticos, condimentos de alimentos, la agricultura. Pero es la primera vez que se aplica para la captura controlada de un gas.

El nuevo proceso podría ser aplicado no solo en centrales térmicas, sino también en otras plantas industriales como las acerías y las cementeras, que también emiten cantidades significativas de gases con efecto invernadero.

El proyecto de investigación fue subvencionado por el Departamento de Energía del Gobierno de los EEUU.

Ahora los investigadores trabajan en la mejora del proceso de captura para aplicar la tecnología a mayor escala.
Otros artículos sobre la captura y secuestro de CO2:
  • Facing sustainable development in the processing industries - The need for energy efficient and other CO2 emissions reduction technologies-, René Aga, Ingeniería Química, Nº 400, May 2003.
  • Captura y Secuestro de CO2 - ¿La solución para los grandes consumidores industriales de energías fósiles?, René Aga, Ingeniería Química, nº 488, Junio 2007
 
 
 

lunes, 29 de diciembre de 2014

¿Quiénes son los Doctores y a donde les llevan sus cualificaciones?


En octubre 2014 la OCDE ha editado un artículo ¿Quiénes son los doctores y a donde les llevan sus cualificaciones? ("Who are the doctorate holders and where do their qualifications lead them?", Education Indicators in Focus, No. 25, 2014, OECD Publishing).

 
El doctorado, en los países anglosajones llamado PhD (Philosophiae Doctor), ocupa el nivel 8 en la Clasificación Internacional Normalizada de la Educación de las Naciones Unidas y en la Clasificación Nacional de Educación, y conduce directamente a la concesión de la cualificación de investigación avanzada. En la mayoría de los países la duración teórica de estos programas es hoy de mínimo tres años a tiempo completo, o sea que acumula un total de al menos siete años de educación terciaria. Los programas de doctorado incluyen estudios avanzados e investigación original y son ofrecidos por instituciones de educación terciaria orientadas a la investigación, tales como las universidades, y pueden hacerse en campos académicos o profesionales.

 
Camiseta para jóvenes Doctores

Sorprendentemente, también en tiempos de crisis económica, la tasa media de empleo de los doctores se mantiene alta en comparación con otros graduados universitarios: el 91% comparado al 85% de los de grado y de máster. La diferencia es especialmente marcada en Estonia, Grecia, Hungría y España, donde los primeros superan en 10 puntos a los segundos. En conclusión, como promedio las personas con una cualificación avanzada en investigación se benefician de tasas de empleo más altas.

En el año 2012 la mayor proporción de doctores eran de ciencias (24%), seguidos por las ciencias sociales, empresariales y de derecho (21%). Los graduados de ciencias e ingeniería sumaban el 40% de los nuevos doctorados, y los de ciencias sociales y humanidades el 34%. Hay una variación significativa entre los países con respecto al reparto de los nuevos grados de ciencia y de ingeniería. La ciencia suma más del 30% de las nuevas cualificaciones avanzadas en investigación en Chile, Estonia, Francia, Islandia e Israel, y hasta más del 50% en Luxemburgo. En Chequia, Dinamarca, Finlandia, Alemania, Corea y Eslovaquia, la ingeniería representa más del 20% de los nuevos programas avanzados de investigación.

Aunque la participación de las mujeres en programas de doctorado ha crecido en la última década, siguen sin obtener menos cualificaciones de investigación avanzada que los hombres. En 2012, el promedio en los países de la OCDE, las mujeres obtuvieron el 46 % de los grados de investigación avanzada, en comparación al 38% en el año 2000. Pero aquí también hay diferencias entre los países. Por ejemplo en Australia, Brasil, Estonia, Finlandia, Israel, Italia, Lituania, Nueva Zelanda, Polonia, Portugal, Eslovenia y os EEUU, más de la mitad de los grados de investigación avanzada son obtenidos por mujeres.

A la vista de la competición de talentos entre los países, los estudiantes internacionales tienden más que en el pasado a graduarse en los niveles más altos de educación, lo que refleja un aumento de la internacionalización de la investigación y ciencia académicas en los países de la OCDE. Globalmente en los países de la OCDE, cerca de uno de cinco estudiantes terciarios en programas doctorales era un estudiante internacional. Esta proporción excedía el 29% en Australia, Bélgica, Francia, Islandia, los Países Bajos, Nueva Zelanda, Suiza y el Reino Unido, lo cual apunta a la dependencia de los laboratorios universitarios de investigación del pool de talentos internacional en algunos países.

A la hora de encontrar un empleo, la edad juega un papel menos importante. Aunque es verdad que los doctorados y las doctoradas jóvenes tienen más dificultades que los hombres de más edad, estas diferencias son menos marcadas para los doctores que para personas con niveles de educación inferiores. Pero es aventurado generalizar porque la diferencia podría ser menor si comparamos a los que tienen un Máster y dependiendo de la disciplina educativa.  

¿En qué trabajan los doctorados? En muchos países de la OCDE el 60% de los doctores trabajan en la investigación, y en países como Bélgica, Dinamarca, Francia, Japón, el Reino Unido y los EEUU, los doctores predominan en las empresas, con cerca de del tercio que trabajan en el sector de negocios. Y como era de esperar, están mejor pagados en las empresas que en la instituciones académicas. Esta brecha es cerca del 25% en los EEUU, donde el salario académico es considerado alto. También hay grandes diferencias según las áreas profesionales, que reflejan las demandas diferentes de empleo para diferentes aptitudes y conocimientos especializados. Por ejemplo las ciencias agriculturales y las humanidades están por debajo del promedio en la mayoría de los países, mientras los doctores en ciencias medicales y de la salud están por encima de este nivel.

Aparte de esta información genérica, sería bueno conocer una serie de casos más concretos para darse una idea.

Quizás mi propia experiencia pueda servir como un ejemplo de a qué puede llevarte un doctorado, aunque hayan pasado unos años desde mi jubilación.

Después de haber hecho investigación de doctorado en el laboratorio de cinética química (una rama de la química física) en la Universidad KU Leuven, pasé a la investigación aplicada de desarrollo de procesos y a la asistencia técnica en la multinacional petroquímica Petrofina (marca FINA) en Bruselas durante once años, para después abandonar la investigación, trasladarme con mi familia a España y empezar una nueva carrera de gestión de la tecnología en otra gran empresa petrolera, PETRONOR y después REPSOL. En concreto en el control de calidad; el control y optimización de los procesos productivos; la ingeniería conceptual, los estudios de viabilidad técnica y económica y la gestión de la ingeniería básica de nuevas instalaciones de producción y de servicios, y de las reformas y mejoras de existentes, etc., hasta mi jubilación. La experiencia adquirida en cada etapa servían para las siguientes, cuidando mucho la formación para cada nuevo puesto de trabajo o proyecto, siguiendo cursos y asistiendo a seminarios y congresos especializados, y aprendiendo también y sobre todo de los colegas de diferentes disciplinas y departamentos, trabajando en equipo. En una empresa donde se trabaja en equipo se enseña a y se aprende mucho de los compañeros, jóvenes y mayores. Y sin olvidar el autoestudio, las ganas de aprender cosas nuevas. Porque a un doctor no le gusta la rutina, siempre quiere “experimentar” algo nuevo, aunque no sea en un laboratorio.

Esto es tan solo uno de la multitud de casos que hay. Sería muy interesante e ilustrativo editar un libro con las biografías de unos cuantos doctores. El desarrollo de mi propia carrera y de mi vida personal habrían sido muy diferentes si al terminar el doctorado hubiera aceptado la otra oferta que recibí de un puesto de investigador en polímeros, en otra multinacional en los Países Bajos.

Quizás para terminar sea interesante el testimonio del joven Doctor en Biología Joachim Mergeay, en una entrevista publicada en un reciente boletín de la Facultad de Ciencias y de los Alumni de la universidad KU Leuven. Tiene un empleo en el Instituto para la Investigación Forestal y de la Naturaleza dependiendo del Gobierno de Flandes. Dice que durante su doctorado ha aprendido a razonar por sí mismo, y no aceptar las cosas ‘porque sí’, y poner la lupa en cada hipótesis. Que tienes que ver el doctorado como un medio para desarrollarte, que es una formación continuada que te dan libertad de aprender cosas nuevas y descubrir horizontes nuevos. Que aprendes aptitudes que te pueden ser muy valiosas en cualquier empleo posterior. Debes organizar tu propio proyecto, y defender tus opciones ante un jurado. Aprendes a defender tu trabajo en público y de escribir un artículo para una revista científica. Pero la autonomía que tienes no es lo mismo que trabajar solo, es saber dónde y cómo puedes encontrar ayuda. Aprendes mucho de los problemas y soluciones de otros. El Doctor no es una persona especializada en un detalle, es sobre todo alguien que ha demostrado que tiene perseverancia, terminar un trabajo, trabajar en equipo, resistir a presiones, conseguir objetivos. El doctorado no es la formación de un ‘especialista’. Es una persona polifacética que anticipa los problemas y que sabe empeñarse en algo que necesita una solución. Es bastante corriente obtener el título antes de los 30 años, con lo cual es para los empleadores una buena combinación de edad y aptitudes. Un Doctor es un gestor de la ciencia, un gestor de procesos de razonamiento, y no simplemente poseedor de conocimientos adquiridos. Los doctorados son generalistas en el pensamiento analítico y sintético, concluye Joachim Mergeay.

sábado, 6 de diciembre de 2014

Investigadores desarrollan el generador eléctrico más fino del mundo


La Universidad de Columbia de Nueva York comunicó el 15 de octubre que investigadores de Columbia Engineering y del Instituto de Tecnología de Georgia que han realizado la primera observación experimental de la piezoelectricidad y el efecto piezotrónico en un material con espesor atómico, de disulfuro de molibdeno (MoS2), que daba como resultado en un generador eléctrico único y dispositivos con sensación mecánica que son transparentes ópticamente, extremadamente ligeros, y muy flexibles y elásticos.

Los investigadores habían publicado ese mismo día un artículo sobre el descubrimiento en la revista Nature en el que demostraron la generación eléctrica con este material de disulfuro de molibdeno bidimensional. El efecto piezoeléctrico había sido predicho anteriormente por la teoría. Los investigadores experimentan también con grafeno, un material molecular de carbono.

La piezoelectricidad es la electricidad producida en ciertos materiales, normalmente cristales como por ejemplo de cuarzo como se sabía hasta ahora, cuando están sometidos a una tensión o compresión mecánica. Por otro lado si a estos materiales se les somete a una corriente eléctrica, se expanden o se contraen.

En esta imagen, ofrecida por Lei Wang, estudiante de postdoctorado que participó en la investigación, se enseña cómo las cargas positivas y negativas son exprimidas de una única capa de átomos cuando ésta se somete a una tensión mecánica

 


Hasta ahora no se había observado en materiales con un espesor de unos pocos átomos. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades de desarrollo de nuevos tipos de dispositivos electrónicos controlados mecánicamente. Por ejemplo, según sugiere James Hone, profesor de ingeniería mecánica de Columbia y co-líder de la investigación, este material tan fino como una lámina atómica podría ser hecho en forma de un dispositivo portable, quizás incorporado en la ropa, para convertir la energía mecánica del movimiento del cuerpo humano en electricidad y alimentar a sensores portables o dispositivos médicos, o quizás suministrar suficiente energía para cargar tu teléfono móvil en tu bolsillo.

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domingo, 9 de noviembre de 2014

Reproducen una cerveza de hace más de 170 años


Hace 4 años, delante de la costa del archipiélago finlandés Åland, unos buceadores encontraron a 50 metros de profundidad un buque naufrago, y en su interior más de 100 botellas de champán y 5 botellas de cerveza. Llevaban allí desde 1842 y es una de las cervezas más viejas que se han conservado. Además en botellas, algo raro en esa época cuando la cerveza se vendía más en barriles.
El gobierno del archipiélago llevó las cervezas al centro de investigación técnico VTT en Finlandia, donde se sometieron a un análisis fisicoquímico en el que se aislaron e identificaron microbios que eran comunes en la cerveza, a pesar de que la cerveza estaba ya parcialmente deteriorada. El análisis indicó además que había de dos tipos de cerveza diferentes. El análisis también daba información sobre el contenido alcohólico, el color y la amargura.


A la cervecera finlandesa Stallhagen se le ocurrió reconstruir esta cerveza, lo cual encargaron al Grupo  de investigación de Cervezas de la Universidad de Lovaina (KU Leuven) en Gante. El Grupo, dirigido por el profesor Guido Aerts y el maestro cervecero Gert De Rouck trabajaron durante un año a la reconstrucción. En base de los microorganismos en las botellas pudieron detectar qué tipo de levadura y de bacterias usaban los cerveceros del siglo 19, y dedujeron que las cervezas provenían de Bélgica.

Con los ingredientes que se encontraron los investigadores fabricaron una serie de cervezas de prueba, que se acercaron lo más posible a las originales. En total produjeron 1500 litros con los que se llenaron 1700 botellines, de vitrio soplado manualmente en Finlandia de forma similar a las descubiertas. De todas las cervezas eligieron aquella que tenía el mejor sabor. Como la malta, materia prima de la cerveza, se producía de una manera distinta en el siglo 19 que ahora, la cerveza era entonces algo más dulce. La cerveza final elegida tiene una baja amargura y un contenido en alcohol de 4,7%.

 
Finalmente, el pasado 2 de octubre la cervecera Stallhagen lanzó al mercado la “nueva” sofisticada cerveza etiquetada con el nombre Stallhagen Historic Beer 1842. Una cerveza histórica con un carácter sútil. Una cerveza de lujo porque se vende por nada menos que 113 euros el botellín, aunque parte de los ingresos se destinará obras de caridad y a proyectos científicos, a la investigación arqueológica y del ecosistema en aguas finlandesas del mar Báltico.