La innovación en la eliminación del polvo y la filtración de las emisiones industriales se centra en los materiales de filtración y las tecnologías de control y mantenimiento de los equipos. El objetivo es hacer que los sistemas de eliminación del polvo sean más prácticos y eficaces.
Sommaire
- Tendencias actuales de innovación en colectores de polvo y filtros de aire
- Centrarse en materiales innovadores para detectar, filtrar y neutralizar las partículas del aire
- Nanofabricación de un filtro a partir de proteínas de maíz
- Neutralización de moléculas tóxicas
- Innovación en la captura y detección de patógenos en aerosol.
- Innovación en el filtrado de las emisiones industriales deCO2 en origen
- Industrialización de nanotecnologías antipolvo para el tratamiento de superficies
Tendencias actuales de innovación en colectores de polvo y filtros de aire
Innovaciones en el mantenimiento a distanciade sistemas de eliminación de polvo y equipos de filtración:
La integración de sensores y tecnologías del «Internet de las cosas» está diseñada para proporcionar información en tiempo real sobre el comportamiento del sistema de captación de polvo, y para compartir esta información entre el fabricante y su proveedor. Por ejemplo, se utilizan casos de módem para el mantenimiento a distancia del colector de polvo. El objetivo es poder compartir los principales parámetros de funcionamiento de un sistema de aspiración entre el operador y el fabricante en tiempo real o bajo demanda (ensuciamiento delta P, consumo de energía, historial de averías, número de horas de funcionamiento, funcionamiento de las distintas subunidades, etc.). Estas soluciones permiten seguir con mayor precisión la evolución de una instalación y aumentar su fiabilidad, reduciendo al mismo tiempo el número de desplazamientos de los técnicos de mantenimiento.
Innovaciones en ahorro energético :
Un ejemplo es el control preciso de la limpieza. El aire comprimido es un fluido muy caro. Un control preciso reduce el consumo de aire comprimido. El proceso de limpieza se iniciará en el momento justo (tiempo programado o diferencia de presión). Esto reduce el número de operaciones de limpieza y, en consecuencia, el desgaste y el consumo de los medios filtrantes. Además, el nuevo equipo de desempolvado está diseñado para ser eficiente desde el punto de vista energético. Por ejemplo, el uso de nuevas boquillas venturi de inyección de aire comprimido en las operaciones de limpieza reduce el consumo de aire comprimido entre un 20% y un 40%, para el mismo efecto de limpieza.
Por último, controlar con precisión el caudal de aspiración puede suponer un ahorro sustancial. La potencia de un ventilador es directamente proporcional al caudal de aspiración. Por tanto, es importante no sobredimensionar los caudales de aspiración. Otras soluciones consisten en equipar el ventilador con un variador de frecuencia y ajustar el caudal en función de las necesidades de aspiración. El variador de frecuencia adapta la potencia de aspiración en función de un vacío o caudal fijados, o en función del número de máquinas a aspirar. Ajustar el caudal reduce significativamente el consumo del ventilador, así como el consumo de calefacción cuando el aire aspirado se expulsa al exterior.
Innovaciones en la tecnología de filtración
En respuesta a la diversidad de emisiones de partículas de una actividad, hay una innovación en uso: la filtración aditiva. Se trata de serializar un conjunto de medios filtrantes especializados en un colector de polvo para captar todo el polvo y los COV de un proceso industrial (por ejemplo, Dustomat 24, ePUR Box). El resultado es una solución personalizada y adaptable para el fabricante. Por ejemplo, trabajar con materiales compuestos, soldadura láser o impresión 3D genera emisiones de distintos tipos y estructuras: polvo, humos muy finos y compuestos gaseosos (COV, olores, etc.).
La innovación en materiales y diseño de medios filtrantes se está centrando en las nanotecnologías y la biomímesis. Estamos creando nanomateriales especializados en la filtración de un tipo de molécula(CO2 CH4) o, por el contrario, capaces de captar una diversidad de partículas emitidas por un proceso industrial.
Centrarse en materiales innovadores para detectar, filtrar y neutralizar las partículas del aire
Nanofabricación de un filtro a partir de proteínas de maíz
El desarrollo de materiales respetuosos con el medio ambiente es una vía para la innovación. Por ejemplo, se ha nanofabricado un medio filtrante a partir de proteínas de maíz. Este filtro puede capturar el 99,5% de las partículas, como los filtros HEPA actuales, pero también el 87% de los formaldehídos. Este último rendimiento es superior al de los filtros especializados en este tipo de moléculas tóxicas. El mecanismo de captura se basa en la capacidad de los grupos funcionales de la superficie de la proteína para actuar como tentáculos que atrapan moléculas. Se prevé la captura simultánea de distintas moléculas de gas gracias a la reordenación de los aminoácidos de la proteína. Además, como la proteína es hidrófoba, el filtro puede utilizarse en aire húmedo.
Neutralización de moléculas tóxicas
Una innovación consiste en la nanofabricación de una fibra multicomponente que incorpora un agente fotocatalítico en la estructura de la fibra. Esto destruye los COV, los olores y los patógenos, al tiempo que evita la liberación de contaminantes secundarios. La estructura biomimética es similar a la de una diatomea para maximizar los intercambios entre el aire y el agente purificador. Esta innovación puede sustituir a los filtros de carbón activado, con menos mantenimiento y menor energía de filtración. Esta innovación ha sido patentada por la empresa francesa Purenat.
Otra fuente de innovación es el tratamiento superficial de los tejidos filtrantes. Un nuevo revestimiento utiliza un precursor de cobre para crear una estructura metal-orgánica conductora. Esto transforma los gases tóxicos en materia neutra: el monóxido de nitrógeno se convierte en nitrito y nitrato, y el sulfuro de hidrógeno en sulfato de cobre. La estructura metalorgánica integrada en el algodón o el poliéster crea un material reactivo y reutilizable. El tratamiento de la superficie permite crear patrones específicos y rellenar con precisión los espacios entre los hilos del tejido. Este material es resistente al desgaste, la rotura y el lavado estándar. Puede utilizarse para filtros inteligentes, sensores medioambientales y equipos de protección personal.
Innovación en la captura y detección de patógenos en aerosol.
Se están incorporando nuevas tecnologías antialérgicas y antibacterianas a los materiales para proporcionar un entorno más saludable. En el futuro, algunas piezas de las unidades de captación de polvo podrán estar fabricadas con estos materiales.
A pesar de los rigurosos procedimientos de limpieza y desinfección, existe riesgo de infección en los hospitales. En respuesta, se ha fusionado con clorhexidina un material plástico, el acrilonitrilo butadieno estireno (o ABS), que se utiliza mucho en equipos hospitalarios (así como en carcasas de coches y electrodomésticos, telefonía, informática y cables de impresión 3D). El resultado es un nuevo material de tratamiento de superficies capaz de eliminar las bacterias en 30 minutos. Esta innovación resuelve los inconvenientes de los desinfectantes convencionales, que se esparcen por el aire y se escapan de las superficies al tocarlas. Está previsto añadir este nuevo material cuando se fabrique el plástico.
En la misma línea, se ha desarrollado un tratamiento superficial antimicrobiano, antifúngico y antivírico a base de digluconato de clorhexidina para adaptarlo a los medios filtrantes del mercado. Esta tecnología se probó en trenes de la red ferroviaria británica antes de ser patentada.
Por último, una innovación en el recubrimiento de la superficie de los medios filtrantes pretende avanzar en el muestreo biológico del aire. El objetivo es detectar e identificar la naturaleza de las bacterias y los virus lo antes posible, capturándolos vivos. Esta es una condición necesaria para la identificación precoz de un riesgo biológico. Aunque los filtros HEPA son eficaces para capturar patógenos, son ineficaces para mantenerlos vivos. La innovación consiste en una membrana compuesta con una capa líquida diseñada para preservar la viabilidad de las muestras bacterianas o víricas capturadas para su examen en el laboratorio.
Innovación en el filtrado de las emisiones industriales deCO2 en origen
Filtrar en origen las emisiones de dióxido de carbono en la industria implica mejorar los materiales de separación.
El Si-CHA es una estructura cristalina a base de sílice que se utiliza para crear una membrana uniformemente porosa que separa el dióxido de carbono del metano u otras moléculas mayores. El desarrollo de un método para sintetizar una membrana de Si-CHA puro aumenta el rendimiento de separacióndel CO2 al tiempo que consume menos tiempo de fabricación y energía. Se sigue investigando para industrializar este proceso.
Otra innovación utiliza las membranas existentes en el mercado para mejorar su selectividad deCO2. Esta tecnología de nanofabricación hace crecer cadenas poliméricas hidrófilas ypermeables al CO2 en la superficie de la membrana. Esto aumenta 150 veces la selectividad deCO2 de una membrana estándar. Las membranas modificadas siguen siendo rentables, a pesar del coste adicional de la nanofabricación. Desarrollada inicialmente para centrales eléctricas, esta nueva tecnología de membranas se optimizará y diversificará para incluir otros polímeros, en colaboración con los fabricantes, para satisfacer sus necesidades específicas.
Una innovación textil para filtrar elCO2 de las centrales eléctricas tiene un índice de captura del 80%. Incorpora la enzima natural anhidrasa carbónica en un tejido de algodón para acelerar la reacción que transforma el agua y elCO2 en bicarbonato. A continuación, el aire pasa por el filtro a una velocidad de 4 l/min, todavía muy lejos de los 10 millones de litros de aire que hay que tratar para una central eléctrica. Sin embargo, como el filtro se fabrica con métodos tradicionales de la industria textil, será más fácil ampliarlo a la producción industrial, que será el tema de la siguiente etapa. Las pruebas de funcionamiento del filtro tras los ciclos de lavado, secado y almacenamiento también han confirmado que se mantiene su rendimiento.
La impresión en 3D de filtros deCO2, utilizando como material de base un hidrogel que contiene la enzima anhidrasa carbónica, es otro enfoque innovador. Esta tecnología ha permitido extruir un hilo 1D y una estructura 2D. El objetivo es hacer que los filtros deCO2 sean más versátiles y rápidos de diseñar. La fabricación de un filtro de menos de 2 cm de diámetro con fines experimentales ha dado hasta ahora una tasa de captura de sólo el 24%, y tras 1.000 horas de funcionamiento esta tasa se ha reducido a la mitad. Para aumentar este índice, los investigadores están estudiando la posibilidad deapilar elementos modulares. Esta investigación se encuentra todavía en sus primeras fases.
Otra innovación tecnológica para capturarCO2 consiste en utilizar un innovador filtro de polímero que contiene cobre. Este filtro convierteel CO2 esencialmente en bicarbonato sódico. Este nuevo material híbrido es un sorbente mecánicamente sólido y químicamente estable. Captura 3 veces másCO2 que las técnicas actuales de captura directa en el aire. Sea cual sea el nivel de concentración deCO2 (de natural a industrial), la captura continúa hasta que el filtro se satura. Una vez saturado el filtro, un flujo de agua salada pasa a través de él y transforma elCO2 en bicarbonato sódico. A continuación, el bicarbonato sódico puede verterse al mar sin ningún impacto negativo. También se pueden utilizar las técnicas existentes para: desorber el filtro (flujo de agua caliente o vapor), recuperar, comprimir y almacenar elCO2.
Industrialización de nanotecnologías antipolvo para el tratamiento de superficies
Las tecnologías antipolvo existen desde hace mucho tiempo. Sin embargo, nunca pasaron de la fase de investigación porque su escalado a escala industrial resultó demasiado difícil. Los nuevos conceptos de fabricación han superado este obstáculo. El nano atasco y la nano impresión modernizan una técnica de impresión de periódicos del siglo XIX. Depositan estructuras piramidales nanométricas que impiden que se adhiera el polvo. Esta innovación hace que muchos tipos de material sean resistentes al polvo. Ahora son concebibles futuras aplicaciones en equipos industriales; en concreto, en las superficies internas de los componentes de un sistema de eliminación de polvo y en las superficies externas de los equipos.
