De los 22 proyectos adjudicados por la Universidad de Concepción al Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico, Fondef IDeA, cinco corresponden a docentes de la Facultad de Ingeniería, quienes buscan impactar con sus investigaciones al sector energético, minero, agrícola – forestal y salud.

Se trata de Ximena García Carmona, Katherina Fernández Elgueta, Teresita Marzialetti, todas del Departamento de Ingeniería Química; Siva Avudaiappan del Departamento de Ingeniería Civil y Guillermo Cabrera Vives del Departamento de Ingeniería Informática y Ciencias de la Computación.

En el listado destaca el posicionamiento de la Universidad de Concepción, que obtuvo 18 proyectos seleccionados como institución principal y otras 4 iniciativas como institución asociada, de los 137 financiados a nivel nacional.

Dra. Ximena García
Material microporoso para el almacenamiento de hidrógeno, obtenido de carbón mineral

El desarrollo de la economía del hidrógeno a nivel mundial constituye la oportunidad para enfrentar el cambio climático mediante el reemplazo efectivo de combustibles fósiles en industria y transporte. Sin embargo, persisten aún desafíos tecnológicos relativos al almacenamiento de hidrógeno molecular, debido a su baja densidad másica.

Entre las diversas alternativas de almacenamiento actualmente en estudio, el almacenamiento físico en materiales sólidos porosos es destacada como la más promisoria para su aplicación en vehículos de tamaño pequeño, por los menores requerimientos de presión y temperatura que permitirían no sólo una reducción de costos (respecto de los estanques presurizados y/o criogénicos) sino también de los riesgos de fuga. Entre los materiales porosos, los carbones activados destacan por su bajo costo, estabilidad, bajo peso y flexibilidad, entre otras características.

En este proyecto se propone desarrollar un adsorbente mejorado, para almacenamiento de H₂. Para ello se evaluará el efecto de distintas estrategias de modificación superficial (adición de metales, heteroátomos y combinaciones de éstos) del carbón activado, en su capacidad de adsorción de H₂, se seleccionarán aquellos tratamientos que optimicen esta capacidad, midiendo a distintas condiciones de temperatura y presión. Con esta información, será posible diseñar una combinación de fórmulas, esto es, mezclas de adsorbentes modificados mediante distintas estrategias, que optimicen la capacidad de almacenamiento en un rango amplio de temperaturas y presiones., de manera de obtener capacidades cercanas, e incluso superiores, a las metas establecidas por la DOE. Se contemplan además ensayos de validación sometiendo la(s) fórmula(s) más promisoria(s) a adsorción de H₂ con presencia de impurezas (Cl^–, CH₄ y NH₃), así como también a ciclos repetitivos de adsorción/desorción, escenarios más “realistas”.

Dra. Katherina Fernández
Aerogeles de nanocelulosa de ultra alta retención de agua como mejorador del suelo para la germinación temprana de semillas en condiciones adversas

Se propone desarrollar un hidrogel superabsorbente (HSA) con propiedades de liberación controlada de nutrientes, para su aplicación en el cultivo de plantas, a fin de mejorar la retención de agua y la productividad en condiciones de escasez hídrica.

Dada su conformación estructural y composición química, permitirá la absorción y liberación de agua, así como de nutrientes en forma sostenida al ser incorporado al suelo. Por lo tanto, se espera que estos atributos contribuyan a la disminución del consumo de agua, mejoramiento del suelo y de su microbiota, germinación y crecimiento de las plantas y con ello, a la productividad de suelos en condición de escasez hídrica.

Dra. Teresita Marzialetti
Desarrollo de dosificadores inteligentes de agua y nutrientes para cultivos masivos aprovechando desechos de la industria acuícola, SMART DOWANU

Es importante destacar que tanto la industria agrícola como la forestal están expuestos al tremendo problema del déficit hídrico debido a los cambios climáticos que ocurren globalmente en nuestro planeta. Estas dos industrias son altamente demandantes de energía y agua, y también son dos de los principales sectores que aportan al PID de Chile. Por lo tanto, se requiere centrar esfuerzos para gestionar mejor los recursos hídricos, maximizar la eficiencia de nutrientes para mejorar la productividad alimentaria y forestal, y aumentar los procesos que permitan transformar y valorizar los desechos generados por estas mismas industrias. Es importante que se fomente el desarrollo de las economías circulares, la sustentabilidad y protección al medioambiente.

Se propone el desarrollo de Smart DOWANU, un hidrogel biomasado, biodegradable y bioactivo que dosifica agua y nutrientes para manejar eficientemente los recursos hídricos en cultivos masivos, agrícola y forestal. Los nutrientes que actuarán como biofertilizantes y bioestimulantes provienen de biomasa desechada por la industria acuícola como resultado del proceso de depuración del agua del sistema de recirculación (economía circular). Esta biomasa o biomedio contiene el NPK requerido por las plantas y por el suelo, mientras que las microalgas aportan con hormonas que favorecen la germinación, el crecimiento y fortalecimiento de plantas.

En este sentido, la solución planteada aporta al desarrollo científico y tecnológico que apunta a generar nuevas propuestas para el uso eficiente y responsable de los recursos hídricos, que permitan que el sector productivo agroalimentario se recupere manteniendo la sustentabilidad de recursos y el manejo medioambiental responsable.

Dr. Guillermo Cabrera Vives (Director alterno)
Cuantificación Volumétrica de Lesiones Tumorales Asistida por Inteligencia Artificial – Integrando Modelos de Mejora Continua / Human-in-the-Loop

El cáncer es una de las principales causas de muerte en Chile y el mundo. En 2020 se reportaron 19.3 millones de casos nuevos y 10 millones de fallecimientos. El uso de imágenes es esencial para la estadificación, seguimiento y control del cáncer. La evaluación de las lesiones producidas por el cáncer puede ser realizada utilizando distintos criterios, siendo el más común RECIST – Response Evaluation Criteria in Solid Tumors. RECIST en su versión 1.1 permite seguir la carga tumoral desde su detección hasta su desenlace, y cuantificar el efecto del tratamiento sobre ella. En promedio, el análisis con este criterio toma 11 minutos y 30 segundos para radiólogos con más de 6 años de experiencia. Pese a que RECIST 1.1 ha sido introducido para estandarizar la evaluación del efecto de un tratamiento oncológico, en éste se asume que la elección de lesiones es objetiva y que son representativas de toda la carga tumoral. Sin embargo, se ha reportado alto desacuerdo tanto en la selección como en la medición de lesiones, especialmente a medida que la carga tumoral aumenta y/o se encuentra diseminada en varios órganos, conduciendo a inconsistencias en el reporte. En este proyecto planeamos desarrollar un Sistema de Soporte a la Decisión Clínica basado en Inteligencia Artificial para cuantificación volumétrica de lesiones tumorales en CT de manera de disminuir las inconsistencias en la evaluación de carga tumoral y la subestimación de esta. Estos algoritmos de I.A. estarán insertos en un modelo de mejora continua de tal forma de que sean corregidos y mejorados por los médicos durante su uso.

Dr.Siva Avudaiappan
Fortificación sustentable tipo hormigón proyectado (shotcrete) en minería subterránea mediante el uso de relaves 

Chile es el principal productor de cobre del mundo, con cerca de 6 millones de toneladas y con una participación del 28% de la producción mundial. En Chile, la industria del cobre representa alrededor del 10% del PIB de Chile y poco más del 12% de los ingresos fiscales del país. Dado el alto impacto que tiene la minería, y en particular la industria del cobre en Chile, es de una importancia estratégica generar procesos económicos, sociales y medio-ambientalmente sustentables. Uno de los mayores desafíos que enfrenta la industria minera en Chile es la disposición adecuada de los pasivos (estéril y relaves) generados durante los procesos de extracción y concentración del mineral. En chile, la industria del cobre produce al año sobre los 500 millones de toneladas de relaves. Los relaves de cobre son el material estéril (sin mineral valioso o en concentraciones no rentables) obtenido como descarte del proceso de flotación en las plantas concentradoras. Este material corresponde a una suspensión fina de sólidos en líquido, constituido principalmente por el mismo material existente en el yacimiento, los cuales son depositados en tranques de relave. Los tranques de relave, son grandes estructuras, cuyo diseño, construcción, operación y gestión está debidamente normada con el objetivo de asegurar su estabilidad física y química. Debido al tamaño e impacto de estas estructuras, hoy en día y a nivel mundial, existen diversos esfuerzos para utilizar estos pasivos y darles así una aplicación práctica con el fin de minimizar el impacto que producen sobre el medioambiente y la sociedad en general.