DIQ
Un nuevo hito para el Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción, (DIQ) marca el inicio de cinco nuevos proyectos Fondecyt, el principal concurso de financiamiento para investigación científica básica de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID). Tres de estas iniciativas corresponden a Fondecyt de Iniciación, lideradas por investigadores jóvenes, y dos a Fondecyt Regular, dirigidas por investigadores consolidados. Este resultado refleja el liderazgo del DIQ en investigación, generación de nuevo conocimiento y formación de capital humano avanzado, contribuyendo al desarrollo de conocimiento de frontera para abordar los desafíos de los procesos y tecnologías de la industria del futuro.
El primer Fondecyt Regular (N°1261979), liderado por el profesor Dr. Miguel Ángel Pereira, que lleva por nombre “Influence of raw material variability on the production of sulphated cellulose nanofibrils using deep eutectic solvents: role of chemical composition and polymer interactions”, se enfoca en la producción de nanofibras de celulosa, estructuras fibrosas de tamaño nanométrico obtenidas a partir de fibras vegetales. Gracias a su alta resistencia mecánica, gran área superficial y origen renovable, se consideran un material avanzado con alto potencial tecnológico, con aplicaciones en envases sostenibles de alta barrera, materiales compuestos de alto desempeño y membranas de filtración.
“El proyecto busca generar nuevo conocimiento sobre cómo la composición química, especialmente el contenido y tipo de celulosa, hemicelulosa y lignina, y las características estructurales de las pulpas de celulosa influyen en la eficiencia y selectividad del proceso de sulfatación utilizado para obtener nanofibras. Se utilizarán pulpas de distinto origen y pureza, principalmente pulpas blanqueadas y no blanqueadas de Pinus radiata, Eucalyptus globulus y E. nitens, especies ampliamente utilizadas en Chile”, destaca Pereira.
Los resultados permitirán optimizar el uso de solventes eutécticos profundos (DES) y las condiciones de proceso, avanzando hacia una producción más sostenible y escalable de nanocelulosa funcionalizada a partir de recursos renovables disponibles en Chile, sentando bases para el desarrollo y diseño inteligente de nuevos materiales de alto valor agregado.
El proyecto Fondecyt Regular (Nº1261733) encabezado por la profesora, Dra. Johanna Castaño, “Insight of the effects of physicochemical modification of starches and the incorporation of bioextracts on the processability, mechanical and preservation properties of films with potential application in salmon packaging”, se enfoca en evaluar una alternativa sustentable que responda a las necesidades del sector food packaging, proponiendo una solución biodegradable y funcional capaz de aumentar la vida útil del salmón fresco envasado a partir de materias primas de fuentes renovables, residuos agroindustriales y técnicas de procesamiento más eficientes. “El sector del envasado alimentario enfrenta en la actualidad importantes desafíos industriales, especialmente en lo que respecta al desarrollo de nuevos materiales activos que sean biodegradables, preserven las características del producto envasado y aseguren su seguridad, todo ello a partir de fuentes rentables y viables para aplicaciones a gran escala”, precisó la investigadora.
Subraya que el envasado de alimentos presenta un problema particular, dado que la mayoría de estos envases se elaboran con materias primas no renovables, derivadas del petróleo, que son de un solo uso y no biodegradables. Además, durante el almacenamiento, una de las principales causas de la reducción de la vida útil del pescado es el alto riesgo de pérdida de calidad debido al crecimiento microbiano y la oxidación de los lípidos. Investigaciones recientes han revelado que se utilizan aproximadamente tres millones de toneladas anuales de envases sintéticos a base de poliolefinas en la producción global de salmón, los cuales deberían ser reciclados o fabricados con materiales biodegradables que permitan una tasa de degradación más efectiva.
Entre los Fondecyt de iniciación, se encuentra el encabezado por el profesor Dr. Diego Becerra, denominado (N°11261807) “Examination of chemistry nonuniversalities in nonlinear rheology: insights from multiscale modeling for optimized additive polymer manufacturing”, el cual aborda una pregunta clave en la física de polímeros: ¿El comportamiento de los materiales poliméricos bajo deformaciones intensas depende de su química, o responde a principios universales? Para responder a esto, el estudio desarrolla un enfoque innovador de modelamiento multiescala, el cual conecta simulaciones moleculares con teorías físicas avanzadas. Esto permite estudiar cómo las cadenas de polímeros se entrecruzan (forman entanglements), se deforman y vuelven a reorganizarse en condiciones fuera del equilibrio, como las que ocurren en procesos industriales reales.
Uno de los aspectos más novedosos es la combinación de distintos niveles de descripción, desde modelos físico-teóricos hasta simulaciones atomísticas, para generar configuraciones realistas de materiales bajo flujo, superando limitaciones tradicionales de las simulaciones convencionales. Agrega que “los resultados de esta investigación tendrán impacto directo en tecnologías de manufactura avanzada, como la impresión 3D de polímeros, donde la resistencia mecánica depende de cómo se forman y recuperan los entrelazamientos entre cadenas. Este conocimiento permitirá optimizar procesos, mejorar materiales y avanzar hacia una fabricación más eficiente y predictiva”.
Asimismo, el proyecto del profesor Dr. Luis Felipe Montoya, denominado (N° 11261261) “Desarrollo y validación de un recubrimiento sostenible basado en vitrímeros de lignina-epoxi y nanocontenedores znai-ldh@zif-8 para la mitigación de la corrosión en infraestructura de hidrógeno renovable”, propone el desarrollo de una nueva generación de recubrimientos sustentables e inteligentes, diseñados específicamente para proteger la infraestructura crítica del hidrógeno verde. La innovación principal radica en el uso de lignina, un subproducto de la industria forestal, para crear una matriz plástica tipo vitrímero, la cual tiene la capacidad única de autorrepararse mediante la aplicación de calor, recuperando hasta el 90% de su resistencia original tras sufrir daños.
El investigador destaca que esta “piel” protectora incorpora además nanotecnología avanzada (nanocontenedores híbridos) que detectan cambios químicos y liberan inhibidores de corrosión de forma automática. Al reemplazar los componentes derivados del petróleo por biopolímeros, “esta tecnología logra reducir la huella de carbono en un 35%, posicionando a la ingeniería química nacional en la vanguardia de la economía circular y la transición hacia energías limpias y seguras bajo estándares de “Net-Zero”.
Cierra este quinteto de proyectos el adjudicado por el profesor Dr. Luis Pino, llamado (N°11261111) “Ion-exchange membranes from revalorized porous polymeric supports for application in electrodialysis of lithium chloride brine”. En sus palabras, esta investigación busca transformar un residuo industrial en una oportunidad tecnológica, mediante la revalorización de membranas de ósmosis inversa descartadas por la industria para convertirlas en nuevos materiales funcionales de alto valor agregado.
La propuesta se basa en utilizar estos soportes poliméricos porosos como base para fabricar membranas de intercambio iónico, incorporando polímeros funcionales capaces de conferir propiedades selectivas para el transporte de iones. De esta forma, se espera desarrollar membranas con potencial aplicación en procesos de electrodiálisis, orientadas a la separación y valorización de compuestos de interés presentes en salmueras de litio. La innovación del proyecto radica no solo en el diseño de nuevas membranas con desempeño comparable al de materiales comerciales, sino también en demostrar que es posible extender la vida útil de materiales descartados y reinsertarlos en una cadena tecnológica de mayor sofisticación. “Este enfoque combina ciencia de materiales, procesos de separación y economía circular, abriendo una alternativa más sostenible y de menor costo para el desarrollo de membranas avanzadas”, explica el profesor Pino.
