AFRONTAR LOS RETOS DE LA CIENCIA DE LOS MATERIALES: LAS SOLUCIONES DE LA UNIVERSIDAD DE MESSINA CON EL ANÁLISIS CHNS/O

29/10/2024

En la investigación científica moderna, el uso de instrumentación avanzada puede marcar la diferencia en el éxito de los proyectos. El Departamento de Ingeniería de la Universidad de Messina ha mejorado sus capacidades con el EMA 502 y el análisis CHNS/O, abriendo nuevas oportunidades en campos como el desarrollo de sensores, el estudio de residuos agrícolas y biomasa, el análisis de hidrocarburos y la determinación del valor calorífico neto.

El Departamento de Ingeniería de la Universidad de Messina es un polo multidisciplinar que abarca campos que van desde la ingeniería industrial a la electrónica informática y la ingeniería civil. Un aspecto clave de la investigación se refiere al análisis químico de materiales orgánicos, en particular en proyectos centrados en la investigación de la ciencia de los materiales para el desarrollo de sensores, la valorización de residuos agrícolas y el estudio de la biomasa.

Un área de investigación especialmente relevante en la Universidad de Messina es la transformación de materiales de desecho, como cáscaras de naranja, residuos cerveceros y algas, en hidrochar, un material rico en carbono con múltiples aplicaciones. La universidad utiliza un innovador proceso de pirólisis llamado carbonización hidrotérmica, que simula la formación natural de combustibles fósiles carbonizando la biomasa a temperaturas mucho más bajas (200-300°C) que la pirólisis tradicional (que puede alcanzar hasta 1200°C). Este proceso es especialmente ventajoso porque permite trabajar con biomasa húmeda, eliminando la necesidad de un costoso proceso de secado.

AFRONTAR LOS RETOS DE LA CIENCIA DE LOS MATERIALES: LAS SOLUCIONES DE LA UNIVERSIDAD DE MESSINA CON EL ANÁLISIS CHNS/O

El equipo de investigación se centra principalmente en dos productos de este proceso: una fase sólida y una fase líquida rica en compuestos orgánicos. El hidrochar sólido ha demostrado tener un potencial extraordinario, tanto como carbón activado para la adsorción de contaminantes (por ejemplo, eliminación de tintes y compuestos nitrogenados de las aguas residuales) como en agricultura, como fertilizante sostenible a base de carbono que puede mejorar la calidad del suelo al reducir los residuos.

La fase líquida, rica en compuestos orgánicos, también reviste gran interés. Sus aplicaciones potenciales van desde la producción de biocombustibles hasta la extracción de compuestos que pueden utilizarse en las industrias cosmética y farmacéutica. La investigación de la Universidad de Messina también destaca el potencial de este subproducto líquido para mejorar el crecimiento de los cultivos, como demuestran sus experimentos con judías, que registraron tasas de crecimiento superiores a las de las plantas no tratadas.

A través de esta investigación, la Universidad de Messina no sólo desarrolla tecnologías innovadoras para la transformación sostenible de residuos en recursos, sino que también amplía los conocimientos científicos sobre nanomateriales basados en el carbono. Los trabajos sobre el hidrochar han conducido al desarrollo de sensores avanzados para la detección de compuestos químicos como la dopamina y los óxidos de nitrógeno (NOx), con aplicaciones en la vigilancia sanitaria y medioambiental. Al integrar estos nanomateriales en tecnologías de sensores, están allanando el camino para soluciones más eficientes y respetuosas con el medio ambiente en diversas industrias.

Reducir los tiempos de espera para mejorar la eficacia del equipo de investigación

Un obstáculo importante para el departamento era la dependencia de laboratorios externos para los análisis de CHNS. La externalización de los análisis elementales no sólo era costosa, sino que los largos tiempos de espera a menudo dificultaban el cumplimiento de los plazos de los proyectos, lo que ralentizaba el proceso de investigación.

Además, los resultados de los laboratorios externos a veces variaban, provocando discrepancias que afectaban a la fiabilidad general de los resultados obtenidos. Esta falta de control sobre una parte crucial de la investigación impedía a los investigadores realizar experimentos rápidos y publicar sus trabajos a tiempo.

Sin la capacidad de realizar análisis CHNS/O internamente, el departamento carecía de las herramientas necesarias para apoyar las crecientes necesidades de investigación en áreas emergentes como el análisis de hidrochar y el desarrollo de materiales a base de carbono para tecnologías de sensores.

«La capacidad de realizar análisis CHNS/O internamente se ha convertido en algo esencial para nuestro trabajo», afirman la Profesora Asociada Claudia Espro y la Investigadora Postdoctoral Dra. Viviana Bressi. «Ante el reto de tener que depender de laboratorios externos, nuestro departamento eligió el analizador EMA 502 CHNS/O de VELP, ampliando significativamente su potencial de investigación, gracias a su capacidad para determinar carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y oxígeno en compuestos orgánicos.»

Ampliación de las capacidades analíticas mediante la internalización del análisis CHNS/O

Para optimizar el proceso de investigación, la Universidad de Messina adoptó el Analizador Elemental CHNS/O EMA 502. Este instrumento versátil ofrecía la solución ideal para las necesidades del departamento, permitiendo realizar análisis CHNS/O internos con gran precisión y fiabilidad.

En este contexto, el EMA 502 permite al equipo de investigación analizar tanto los productos sólidos como los líquidos del proceso de carbonización. El analizador proporciona mediciones detalladas de carbono e hidrógeno en el hidrochar, esenciales para evaluar su poder calorífico. Del mismo modo, el análisis del nitrógeno permite determinar su idoneidad como fertilizante o biocombustible. De hecho, el contenido en nitrógeno es crucial para evaluar el potencial del hidrochar como mejorador del suelo, mientras que la presencia de compuestos orgánicos en la fase líquida sugiere aplicaciones en la producción de energía y la catálisis.

La precisión y reproducibilidad del analizador supusieron un verdadero avance para el departamento:

Los investigadores ya no tienen que preocuparse por los largos tiempos de espera de los resultados ni por las incoherencias de los datos causadas por la externalización, ya que el EMA 502 garantiza resultados rápidos y fiables in situ.
La interfaz intuitiva del software ha facilitado la integración en los flujos de trabajo de investigación.
La posibilidad de realizar análisis automatizados y archivar digitalmente los resultados también ha mejorado la colaboración entre distintos equipos y proyectos.
Gracias a la plataforma en la nube VELP Ermes, el Departamento de Ingeniería puede beneficiarse de la supervisión y el control remotos del instrumento, así como de la asistencia y el mantenimiento puntuales proporcionados directamente por el servicio técnico de VELP, lo que garantiza una rápida resolución de problemas y minimiza el tiempo de inactividad.

«La introducción del analizador elemental EMA 502 CHNS/O en el Departamento de Ingeniería de la Universidad de Messina supuso un gran paso adelante para nuestras capacidades de investigación. La adopción de un análisis CHNS/O interno ha permitido al departamento superar los antiguos retos relacionados con el coste, el tiempo y la fiabilidad de los datos obtenidos en laboratorios externos. Esto ha ampliado las posibilidades de explorar nuevas áreas de investigación, como los nanomateriales y el estudio del hidrochar».

Profesora Claudia Espro - Profesora asociada, Departamento de Ingeniería

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Para obtener más información sobre la investigación del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Messina y las aplicaciones del EMA 502, puede consultar sus publicaciones científicas aquí.

La precisión, fiabilidad y funcionalidad todo en uno del EMA 502 han demostrado ser fundamentales para mejorar la calidad y la eficiencia de la investigación del departamento. Este caso práctico demuestra la importancia de invertir en equipos analíticos avanzados que permitan a las organizaciones controlar sus datos, mejorar los resultados de la investigación y fomentar la innovación en múltiples disciplinas.

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