En su fase final se encuentra el proyecto “Síntesis de materiales zeolíticos a partir de cenizas volantes” de las profesoras del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de nuestra Universidad, Dra. Luisa Sepúlveda Cuevas, María Luisa Saavedra Quintana y Elsa Contreras Villacura.

La iniciativa, que comenzó a ejecutarse a fines de 2014, busca entregar soluciones concretas a las empresas termoeléctricas a carbón para que reduzcan los pasivos ambientales provocados por los residuos de las cenizas volantes que son generadas en las plantas ubicadas principalmente en las regiones de Atacama y Antofagasta.

En nuestro país, la generación eléctrica a carbón continúa siendo relevante dentro de la matriz energética. A febrero de este año, la participación del mineral alcanzaba en el Sistema Interconectado Central un 24 por ciento mientras que en el del Norte Grande un 79 por ciento.

Además, se estima que en Chile dentro de los próximos ocho años la producción de cenizas volantes que son lanzadas por las chimeneas de las termoeléctricas a carbón se empinará desde 1,1 millón de toneladas hasta 1,6 millón de toneladas.

Es por ello, que las académicas del Departamento de Ingeniería Química plantearon usar las cenizas como materia prima para la producción de materiales zeóliticos, altamente captadores de humedad, para ser aplicados en el sector agrícola y en el tratamiento de las aguas.

El proyecto, que es parte de la Línea 2 de I+D Aplicada de la Corfo, y que cuenta con la colaboración de la eléctrica Engie, es la continuidad del trabajo “Valorización de cenizas volantes de termoeléctricas para la fabricación de zeolitas” de 2013, también financiado por la Corfo, que estableció las bases y las ideas para la concreción de esta nueva investigación.

La Dra. Luisa Sepúlveda Cuevas, directora del proyecto, explica que el proceso de transformación de las cenizas o residuos generados por las termoeléctricas a carbón es posible por sus componentes.

“Las cenizas volantes de carbón bituminoso, que es el que se utiliza en estas centrales termoeléctricas, contienen óxido de sílice, óxido de aluminio y fierro en altas proporciones, es decir, superior al 70 por ciento, denominadas cenizas tipo F, y estas son factibles de ser transformadas desde un material amorfo hacia un material cristalino”, señala.

De acuerdo con la académica, este proceso de transformación se define como hidrotermal, puesto que es “una síntesis en fase acuosa, en condiciones térmicas superiores a las ambientales”.

En estas condiciones térmicas hidrotermales en un medio alcalino, es posible solidificar la sílice y el aluminio, materiales que posteriormente formarán los cristales que constituirán las zeolitas.

“Como la sílice y el aluminio están en fase sólida, porque son cenizas, se disuelven y luego entran en un proceso de recristalización, y por la alta proporción de estos minerales, se favorece la formación del material zeolítico”, recalca.

Las investigadoras ya realizaron las primeras pruebas a nivel de laboratorio cuyos resultados confirmaron la factibilidad de uso.

Cabe destacar que las zeolitas son minerales microporosos tanto naturales como sintéticos, con una gran capacidad de adsorber líquidos.

Termoeléctricas del norte

En tanto, la profesora María Luisa Saavedra Quintana comenta que escogieron las plantas termoeléctricas a carbón del norte del país para el proyecto debido a las condiciones del suelo de esa zona. En el norte, son casi inexistentes los valles agrícolas, por ello originalmente la idea de las académicas era potenciar el uso de los materiales zeolíticos e intentar incrementaran el uso del suelo en Atacama como en Antofagasta.

“En el norte hay suelos semiáridos que tienen poca capacidad de retención de agua y las temperaturas también evaporan el agua. Las zeolitas mejoran el suelo desde esas dos características, porque es un material poroso con alta capacidad de intercambio de cationes”, argumenta la académica.

Por tanto, agrega, “eso significa que tiene la capacidad de retener bastante agua y de retener nutrientes que se mantienen en el suelo, evitando que se pierdan en la agricultura por los riegos, o por evaporación por las temperaturas”.

En esta etapa de la investigación, las profesoras de Ingeniería Química realizan justamente los estudios de cultivo para determinar cuál es el impacto de la zeolita sobre estos suelos categorizados como semiarenosos o francoarenosos.

A modo de ensayo, instalaron en el Plantel un invernadero con cultivos como acelgas y tomates cherry, humedecidos con zeolitas naturales y sintéticas, resultados que son comparados con otros anteriores.

Asimismo, la profesora Elsa Contreras precisa que como la mayoría de la energía proviene de plantas termoeléctricas a carbón una cantidad importante del total de las cenizas se concentran en esa zona del país.

“Ese considerable residuo de cenizas constituye pasivos ambientales y esa zona requiere mucha agua y energía, pero el recurso hídrico se concentra en el sur del país, entonces para ellos es importante que esos pasivos ambientales se transformen en zeolitas y se aprovechen en la agricultura y en el tratamiento de los residuos industriales líquidos (Riles) mineros ubicados en la misma zona”, subraya.

Por otro lado, aclara la académica, las empresas operadoras de termoeléctricas también resultan favorecidas con el proyecto porque en su totalidad han planteado dirigirse hacia una gestión integral o de sustentabilidad del punto de vista de la producción energética, por lo que “la búsqueda de usos de cenizas volantes les permite reducir sustancialmente sus pasivos ambientales y la disposición de las cenizas”.

Durante este año, el último del proyecto, las académicas realizarán los estudios de mercado correspondientes y en una nueva investigación esperan ampliar las indagaciones hacia otro tipo de cenizas, y de profundizar la aplicabilidad del material zeolítico resultante en el tratamiento de las aguas por su vasto espectro.

Otros proyectos

Las investigadoras también tienen en carpeta la posibilidad de fabricar con zeolitas materiales absorbentes con fines comerciales, mientras se estudia la aplicación del material zeolítico como catalizador de combustión, principalmente en los biocombustibles como el biogás y el biodiesel.

Junto con ello, esperan instalar en el corto plazo una planta piloto al interior del Plantel, además de iniciar una nueva investigación centrada en zeolitas naturales.

“Estamos en la fase de desarrollo de una planta piloto definiendo las condiciones de operación. Esperamos finalizar pronto el diseño y que pueda ser instalada pronto en la Universidad, probablemente encapsulada dentro de un conteiner para que tenga movilidad”, concluye la Dra. Luisa Sepúlveda.