Finísimas membranas actúan como tamices moleculares para, por ejemplo, capturar el CO2 que se produce en una central térmica y evitar que se libere a la atmósfera (poscombustión) o bien separar el CO2 que acompaña a la producción de hidrógeno a partir de la gasificación de carbón u otras materias primas (precombustión).

El secreto está en los MOF embebidos en el polímero de la membrana, dando lugar a una membrana compuesta o mixta (Mixed Matrix Membrane, MMM). Los MOF (Metal-Organic Frameworks) son "unos materiales cristalinos porosos muy versátiles en cuanto a su química y propiedades estructurales que llegan a actuar como cribas o tamices", señala Joaquín Coronas, investigador del Instituto de Nanociencia de Aragón y coordinador de uno de los paquetes de trabajo del proyecto europeo M4CO2. La microporosidad de los MOF es "tan restrictiva que, por ejemplo, ante una mezcla de hidrógeno y CO2, permiten el paso del hidrógeno y, ante otra mezcla de CO2 y nitrógeno, el de CO2".

El proyecto europeo M4CO2 persigue desarrollar membranas altamente eficaces para la captura de CO2, tanto en la etapa de precombustión como en la de poscombustión. El camino elegido es modificar polímeros altamente permeables y selectivos con un relleno de MOF.

El equipo de la Universidad de Zaragoza liderado por Coronas y formado por los estudiantes de doctorado Javier Benito y Javier Sánchez-Laínez, las doctoras Beatriz Zornoza y Sara Sorribas y los profesores Ignacio Gascón y Carlos Téllez, se encarga del desarrollo de las membranas.

Los investigadores del INA trabajan en membranas desde 1992, en MMM desde 2006 y con MOF desde 2010. Además de liderar el desarrollo de las membranas compuestas o MMM, el INA tiene dos papeles concretos en el proyecto: mejorar las MMM en la separación del CO2 que acompaña a la producción de hidrógeno (precombustión) y estudiar la formación de películas de Langmuir-Blodgett, "membranas muy finas en las que la resistencia al transporte se haría mínima", señala Coronas. Buscan, entre otras cosas, responder a la pregunta de cuál es el espesor mínimo practicable que puede tener una membrana.

El proyecto comenzó el año pasado y concluye en 2017. Actualmente, "estamos saliendo de las etapas iniciales, aquellas en las que, para fabricar las MMM, se usan los materiales que llamamos de primera generación: MOF y polímeros ya conocidos". Pero el proyecto "busca el desarrollo de nuevos MOF y nuevos polímeros (de segunda y tercera generación), su combinación en MMM –aquí es donde más contribuye Unizar–, el escalado industrial y el análisis del llamado ciclo de vida". Y también incluye tareas de simulación para guiar el desarrollo de nuevos MOF y realizar una optimización.

Interés industrial 

A día de hoy, estas membranas "no son todavía comerciales", pero la industria tiene gran interés en ellas. "Los usuarios finales de la tecnología desarrollada se enmarcan fundamentalmente en el sector energético y, más concretamente, en relación con los procesos de purificación, separación y producción de gases", asegura. De hecho, forman parte del consorcio del proyecto M4CO2 empresas interesadas en la explotación de estas membranas, como Total y Hygear, así como posibles fabricantes de los materiales y membranas, como Johnson Matthey y Polymem.

Aunque los MOF todavía no tienen aplicaciones comerciales, Coronas indica que "se investiga con ellos en medicina (como agentes de contraste y en la liberación controlada de fármacos) y en catálisis (con mayor especificidad que las zeolitas, aunque no sean tan estables térmicamente), además de en electrónica, sensores, encapsulación, almacenamiento de hidrógeno...". Recientemente, el grupo de investigación de Catálisis, Separaciones Moleculares e Ingeniería de Reactores (CREG) "ha realizado una investigación para la empresa Ercros S.A. en la que, gracias a un MOF y a una sílice porosa menos sofisticada, se logra hacer multifuncional una pastilla de tratamiento de agua en piscinas, lo que ha dado lugar a una patente".