Resumen y perspectivas futuras
El calentamiento Flash Joule (FJH) se ha convertido en una tecnología de electrificación eficiente para la producción de materiales, el reciclaje de metales, el reciclaje de residuos y la remediación ambiental. Sus características distintivas, que incluyen alta eficiencia energética, corta duración de reacción, procesamiento sin solventes, pérdida mínima de calor, modelos de operación versátiles y diseño compacto del reactor, brindan ventajas sobre los métodos tradicionales de calentamiento o química húmeda basados en combustión. A pesar de los avances en el desarrollo y la aplicación de la FJH, se necesitan esfuerzos para dilucidar los mecanismos subyacentes, aprovechar mejor sus características y avanzar en la FJH hacia la implementación a escala industrial.
Se necesitan más análisis experimentales y teóricos para descubrir el mecanismo y mejorar la controlabilidad de la FJH. Será necesaria una caracterización avanzada en condiciones realistas de reacción para aclarar los detalles de la reacción y la conversión. FJH es un fenómeno multifísico que combina campos eléctricos, campos térmicos y emisión de luz intensa. Una comprensión completa del efecto de acoplamiento multicampo es crucial para mejorar su capacidad de control. Además, es necesario mejorar el control de la temperatura para una mejor uniformidad de las conversiones de reacción.
FJH complementa las técnicas de calentamiento existentes, como el calentamiento por horno, el calentamiento por microondas y el calentamiento por inducción. Sus diferencias con estas técnicas ofrecen nuevas posibilidades para los investigadores que trabajan en diversas disciplinas de aplicación, como lo demuestra la aplicación exitosa de FJH en la producción de materiales, síntesis químicas y remediación ambiental. En particular, se han reportado pocas aplicaciones en química húmeda y reacciones de gases, pero estas justifican una investigación más profunda, ya que el calentamiento ultrarrápido y altamente localizado de FJH podría ofrecer ventajas cinéticas y termodinámicas distintivas sobre los métodos de calentamiento tradicionales. La FJH para el reciclaje de residuos y la remediación ambiental también requiere estudios comparativos más detallados que los métodos establecidos antes de su implementación.
La ampliación del proceso FJH y su implementación y automatización a escala industrial son fundamentales para lograr su uso en aplicaciones energéticamente eficientes. La productividad del prototipo de la producción de grafeno flash se había reportado a escalas mayores, pero la síntesis de FJH de materiales inorgánicos está en el nivel de gramos en el laboratorio. Idealmente, las lecciones sobre la tecnología FJH escalable en la producción de grafeno se pueden adaptar para la producción en masa de otros materiales. También es necesario aumentar el reciclaje de residuos y la remediación ambiental, dadas las cantidades de residuos sólidos generados. Por ejemplo, las centrales eléctricas de carbón producen actualmente >750 millones de toneladas de cenizas volantes al año. Para una mayor ampliación, el sistema de suministro de electricidad necesita mejoras de diseño para garantizar una entrada de energía alta y rápida. Para la implementación a escala piloto o industrial de FJH, los sistemas de recuperación de calor residual y tratamiento de gases residuales deben integrarse en los sistemas FJH, permitiendo que el calor y el gas se recuperen del proceso FJH. Este diseño requiere la colaboración entre la academia y la industria para llevar la FJH a la práctica a gran escala.
Información tomada de la Revista Nature.
