A la vanguardia de la tecnología de membrana para separar líquidos y gases

La tecnología de membrana ha cobrado fuerza en las últimas décadas en cuanto a los procesos de separación de elementos, dado que evita el uso de productos químicos, entre otras ventajas. La membrana funciona como filtro, al dejar pasar ciertas sustancias y atrapar otras. En la Universidad de Valladolid, el Grupo de Superficies y Materiales Porosos (SMAP), unidad asociada al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) a través del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, se sitúa a la vanguardia de esta tecnología en dos líneas principales, una centrada en los líquidos y otra en los gases.

Como explica el docente e investigador de la UVa Antonio Hernández Giménez, coordinador del grupo SMAP, que ha sido distinguido recientemente como Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, el trabajo del Grupo “se dedica principalmente al estudio de procesos y materiales de membrana, una técnica de separación que tiene aplicaciones en múltiples campos como la industria alimentaria, la petroquímica o la farmacéutica".

Mientras que la parte del Grupo procedente del CSIC se centra más en la fabricación de nuevos materiales poliméricos con propiedades de alta eficacia para la construcción de estas membranas, el equipo de la UVa trabaja sobre todo en la optimización de los procesos de separación (como la pervaporación, la ultrafiltración, la nanofiltración o la ósmosis inversa o la separación de gases) para distintas aplicaciones.

Para ello, realizan modelos y simulaciones, estudiando la física y química de las superficies y la porosidad de las membranas, es decir, los tamaños de poro, que pueden ir desde la micra (la millonésima parte del metro) a tamaños inferiores al nanómetro (la milmillonésima parte del metro). Tras regular la presión y la temperatura, miden la capacidad de separación, su permeabilidad y selectividad en plantas de laboratorio y de escala media.

Antonio Hernández (izda), Pedro Prádanos y Laura Palacio, profesores de la UVa e investigadores del Grupo SMAP.

El fin último no es otro que conseguir membranas con una capacidad de separación por encima de las que existen en el mercado. De hecho, el grupo cuenta con varias patentes. “Por ejemplo, en el campo de la tecnología de los alimentos hemos aplicado la pervaporación a la preservación del aroma de vinos y cervezas desalcoholizados. Los métodos de desalcoholización en bebidas de este tipo son muy agresivos y, junto con el alcohol, se pueden perder los aromas, de forma que nuestra contribución se centra en recuperar los aromas mediante este procedimiento, reservarlos y volverlos a introducir para mantener las propiedades de la bebida", resume el coordinador del Grupo de la UVa.

En el campo de la tecnología alimentaria también han desarrollado un proceso de nanofiltración para reducir el grado alcohólico de los vinos. En los últimos años, el calentamiento global ha originado un desfase entre la madurez en el contenido de azúcares de la uva, más temprana; y la madurez de aromas y polifenoles, más tardía, por lo que resulta difícil determinar el punto óptimo de cosecha. Para conseguir aroma y polifenoles maduros se deben fermentar mostos con elevada concentración de azúcar, lo que conlleva vinos excesivamente alcohólicos y de baja acidez, caldos que no se ajustan con las preferencias del consumidor. Mediante nanofiltración, el Grupo ha logrado disminuir el grado alcohólico en dos o tres grados hasta situarlo en su punto óptimo.

Los investigadores también han aplicado la nanofiltración en la industria láctica a la recuperación de ácido láctico y proteínas en sueros de leche, elementos que pueden aplicarse después a la fabricación de polímeros o como aditivo para aumentar el contenido proteico en yogures o quesos.

Asimismo, en el ámbito de la industria farmacéutica el Grupo también ha trabajado en la eliminación de virus, principalmente, y de bacterias presentes en productos farmacéuticos; y en el de las energías, en el secuestro de dióxido de carbono (CO₂) a través de membranas, uno de los métodos más prometedores en este campo, o en la reducción de gases corrosivos como los de nitrógeno o carbono en las conducciones de los gaseoductos, entre otros aspectos.

El Grupo SMAP ha obtenido recientemente la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los grupos de investigación de la comunidad que cuentan con un mayor nivel de calidad y de producción científica.

Se trata de uno de los equipos científicos pioneros en esta línea a nivel nacional, comenzando su trabajo a principios de los 80 en torno a la Termodinámica de procesos irreversibles aplicada a membranas. Su origen se encuentra en el inicio de la trayectoria investigadora del profesor Fernando Tejerina, fundador del Grupo, en las universidades de Valencia y Autónoma de Barcelona. Del mismo modo, el comienzo de la colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC se produjo a través de Javier de Abajo, con cuyo grupo trabajan asiduamente en la actualidad.

La Unidad de Investigación Consolidada está formada en estos momentos por docentes e investigadores de la UVa y por personal del CSIC adscrito al Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros de Madrid: Antonio Hernández Giménez, Pedro Prádanos del Pico, Laura Palacio Martínez, José Ignacio Calvo Díez, Ángel Emilio Lozano López, Ángel Antonio Marcos Fernández y Francisco Javier Carmona del Río.

Del mismo modo, los investigadores colaboran frecuentemente con industrias del ámbito de la alimentación y de la petroquímica, fundamentalmente, así como con otros centros de investigación europeos y del resto del mundo como, por ejemplo, la Universidad de Texas en Austin (Estados Unidos) y la Universidad de Hanyang (Corea del Sur), en diversos proyectos sobre separación de gases; y las universidades sudamericanas de San Luis, Córdoba y Neuquén (Argentina), Guanajuato y el Instituto del Petróleo (México), o la Universidad Cooperativa de Colombia.

El Grupo SMAP cuenta con instalaciones en el Edificio de I+D del Parque Científico de la Universidad de Valladolid (PCUVa), donde se encuentran los laboratorios dedicados a la línea de investigación en gases –disponen de diversos equipos como permeadores de gases de alta y baja presión, medidores de absorción de alta y baja presión, medidores de solubilidad mediante balanza Cahn, laboratorios de síntesis química y equipos informáticos para la simulación dinámica de los procesos de permeación-, en la Facultad de Ciencias –donde cuentan con medidores de ángulo de contacto y tensión superficial, adsorción/desorción, de gases, analizador de área superficial BET, porosímetro de mercurio, elipsómetro, microscopio de fuerza atómica y espectrómetro de impedancias- y en el Campus de Palencia, donde está el mejor porosímetro de desplazamiento líquido-líquido que existe en el mundo, que fue diseñado y fabricado por el grupo.