El carbón activado es un material adsorbente con múltiples aplicaciones en procesos de separación y purificación. Se utiliza en la industria alimentaria, farmacéutica, química, etc., pero sobre todo, en el tratamiento de aguas de consumo humano y residuales. Una vez este material llega a su límite de adsorción deja de ser útil y debe desecharse o bien regenerarlo, aunque conlleva una serie de inconvenientes. El trabajo realizado por este grupo de investigación se basa en el uso de agua supercrítica para superar los problemas de los métodos tradicionales de regeneración de carbón activado.
Sólo en España, las plantas potabilizadoras de agua consumen al año más de 25.000 Tm, lo que representa un coste muy elevado (1,5-2 €/kg). Por ello la regeneración del carbón agotado tiene un gran interés económico. Pero no es sólo económico, sino también medioambiental. El carbón, una vez agotado, se convierte en un residuo tóxico y peligroso al estar cargado de una gran cantidad y variedad de contaminantes.
Un filtro de carbón activado, usado durante dos o tres años en una planta de tratamiento de aguas, puede llegar a contener hasta un 20% en peso de contaminantes. La gestión de este residuo es costosa y compleja. La solución más interesante y atractiva es sin duda alguna su regeneración aunque, en la práctica, muchas veces se deposita en vertederos o se incinera, con los consiguientes daños medioambientales. Se han estudiado y propuesto muchos métodos de regeneración.
Nuestro grupo, tras más de dos años de trabajo, ha recogido, clasificado y analizado todos los métodos de regeneración propuestos hasta la fecha. La primera parte de esa revisión ha sido recientemente publicada y la segunda, está en los trámites de edición. A pesar de los numerosos métodos de regeneración que se han propuesto, no existe ninguno que sea suficientemente económico y que permita recuperar plenamente la capacidad de adsorción que tenía el carbón original.
A escala industrial, el único método que se utiliza es la reactivación térmica. Este método tiene un coste energético elevado y acarrea problemas medioambientales cuando se desorben los contaminantes retenidos. Con él, sólo se consigue recuperar del orden del 80% de la capacidad de adsorción y lleva asociado unas pérdidas de masa en torno al 20%, como consecuencia del proceso y de las manipulaciones. En España no existe ningún horno de reactivación térmica, por lo que el carbón agotado es enviado a plantas situadas en Italia y en el Reino Unido. Su transporte encarece aún más el coste de la regeneración.
La regeneración con agua supercrítica presenta numerosas ventajas. Es muy rápida y eficaz, recupera la porosidad del carbón original y llega incluso a mejorar la capacidad de adsorción. Puede regenerarse un número elevado de veces sin que tengan lugar pérdidas significativas de masa. Por otro lado, debido a las características del proceso, los contaminantes son parcial o totalmente destruidos. En cualquier caso pueden ser recogidos de forma controlada. La eficacia de este método ha sido ampliamente probada a escala de laboratorio. Los resultados de la publicación, así lo confirman.
El principal inconvenient que tiene la regeneración con agua supercrítica, para utilizarla a escala industrial, es la tecnología necesaria para trabajar a las presiones y temperaturas requeridas. En la actualidad nuestro grupo está intentando hacer el desarrollo a escala de demostración de un método de regeneración, que aunque no proporcione los resultados espectaculares conseguidos hasta ahora, sea tecnológicamente más sencillo y viable. Este método está siendo probado con muestras reales de carbón, procedentes de las principales plantas potabilizadoras de agua de toda de España. El objetivo es conseguir implicar a esas empresas en el desarrollo de este interesante proyecto.
Francisco Salvador
salvador@usal.es
Departamento de Química Física, Universidad de Salamanca
Referencia
“Regeneration of activated carbons contaminated by phenol using supercritical water” JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS. 2013; 74: 1-7. Salvador, Francisco; Martin-Sanchez, Nicolas; Sanchez-Montero, M. Jesus; Montero, Jessica; Izquierdo, Carmen.
Esta investigación recibió soporte financiero del Ministerio de Ciencia e Innovación (CTQ2009-10188/PPQ) y de la Junta de Castilla y León (SA026A11-2).
El grupo se constituyó en 1993, coincidiendo con las primeras investigaciones realizadas en España sobre fluidos supercríticos. En el 2005 entró a formar parte de los Grupos de Investigación Reconocidos de la Universidad de Salamanca, bajo la denominación “Fluidos Supercríticos y Carbones Activados”. Su actividad investigadora está centrada en el estudio del agua supercrítica a altas presiones y temperaturas, sus aplicaciones en el campo de la adsorción, el carbón activado y el medio ambiente. Desde los primeros momentos el grupo apostó por una investigación aplicada, tal y como lo prueban las patentes que ha realizado y la relación con diferentes empresas. Cabe destacar cuatro grandes líneas de actuación en las que el grupo utiliza los fluidos supercríticos para sus investigaciones:
- Regeneración de carbón activado.
- Preparación de materiales carbonosos adsorbentes, como carbones activados y fibras de carbono activadas.
- Degradación de contaminantes.
- Reacciones y procesos de interés industrial con fluidos supercríticos (gasificación de carbón para obtener hidrógeno).
La línea de la regeneración es la que mejor representa las investigaciones del grupo y a la que más esfuerzo le hemos dedicado. En ella hemos desarrollado abundantes proyectos de ámbito europeo, nacional y regional y patentado varios métodos de regeneración, entre ellos la desorción con agua supercrítica. En la actualidad esta línea continua con el desarrollo de un proyecto nacional sobre la regeneración de fibras de carbono con fluidos supercrítico.
