"Planteamos usar aluminio y no carbón para producir el silicio, lo cual no generaría CO2"

Profesora del departamento de Matemática Aplicada de la USC, Dolores Gómez coordina la participación del Centro de Investigación e Tecnoloxía Matemática de Galicia (CITMAga) en el proyecto internacional SisAl Pilot, que ha obtenido ya "prometedores" resultados para producir silicio de alta pureza con menor impacto ambiental y mayor rentabilidad.
Dolores Gómez (A Coruña, 1967), segunda por la derecha, con el equipo de investigación del CITMAga. EP
photo_camera Dolores Gómez (A Coruña, 1967), segunda por la derecha, con el equipo de investigación del CITMAga. EP

¿Por qué es importante el silicio?
El silicio tiene muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, es un componente muy importante en la industria de las aleaciones de aluminio; es la base de las siliconas y de los componentes electrónicos, y es el material más usado en las placas solares fotovoltaicas.

¿Cuál es la innovación que pretende aportar este proyecto?
Una nueva forma de producirlo. Tradicionalmente se obtiene a partir del cuarzo y añadiéndole carbón –una reducción carbotérmica. Este proyecto plantea utilizar cuarzo y cal y añadirle aluminio, que se puede obtener como producto secundario en otros procesos industriales. Y aquí en Galicia toda la zona de Vilagarcía es un polo de producción de aluminio muy importante.

¿En qué mejora el proceso?
En que no generaría CO2, a diferencia de cuando se usa carbón. Es más interesante de cara al proceso de descarbonización de la Unión Europea para el año 2050. También sería más barato, porque aprovecha materias primas residuales de otras industrias, como el aluminio, y a las empresas les resultaría más rentable.

¿Qué campos industriales pueden resultar beneficiados de ello?
Desde las empresas que precisan silicio, como las que fabrican placas solares, hasta las que hacen aleaciones de aluminio, así como los propios productores de silicio. Una de las involucradas en el proyecto es Fundiciones Rey, una empresa familiar de Vilagarcía que se dedica a la fundición de hierro y de bronce. Con ellos hacemos experimentos en planta, y de momento estamos obteniendo resultados muy buenos, con un silicio de mucha pureza. Son empresas que podrían orientar su producción al silicio y sus aleaciones con el aluminio.
 

El silicio es, por ejemplo, la base de los componentes electrónicos y es el material más utilizado en las placas solares


¿Cuál es el papel del equipo del CITMAga en este proyecto?
En los hornos de las empresas involucradas, como Fundiciones Rey o la noruega Elkem, tienen lugar unos procesos físicos que conducen a la formación del silicio: se mezclan productos y se calientan en un horno, donde se funden y reaccionan, dando lugar al silicio. Y tienen hornos que calientan de formas diferentes. Por ejemplo, de inducción y rotativos. Estos últimos tienen un aspecto similar a una hormigonera y en ellos el calentamiento del material se produce porque hay una llama que se genera a través de un gas y que atraviesa el horno de lado a lado, mientras este gira. Los de inducción funcionan suministrándoles electricidad, de modo similar a  las cocinas de casa: hay una bobina donde circula una corriente eléctrica alterna que genera un campo electromagnético en el espacio. Si situamos un material conductor bajo la acción de ese campo electromagnético, como una olla de acero, se van a producir unas corrientes sobre ella que harán que se caliente y, por conducción, el material que contengan. En ambos casos hay una serie de procesos físicos –electromagnéticos, térmicos, de combustión, cambios de estado, procesos hidrodinámicos...– y nosotros lo primero que hacemos es establecer modelos matemáticos que los reproduzcan del modo más fiel posible, aunque con unas ciertas restricciones, porque a veces reproducirlos exactamente sería muy costoso. Luego, tratamos esos modelos de manera que los podamos introducir en un ordenador, donde se simula el proceso. Entonces, se pueden modificar los distintos parámetros de los que depende –la frecuencia y la intensidad de la corriente; el material del recipiente donde se funden los materiales, el gas que se inyecta, la velocidad de giro del horno...– y predecir cómo va a resultar el proceso. Esto permite ahorrar ensayos en planta.

Luego hay una parte práctica en las fundiciones.
Una vez que desarrollamos la simulación numérica tenemos que testar si está bien. Para eso, las empresas hacen algunos experimentos en planta y nosotros contrastamos los valores que obtenemos con los que obtienen ellos. Ambos deben ser similares, porque si no quiere decir o que tenemos algo mal en el modelo o que estamos suministrándole datos que no son correctos. Hay datos que son muy difíciles de medir en la planta, como la corriente que se le suministra al horno o las propiedades de determinados materiales. Son cosas muy complejas de calcular en ocasiones; de hecho, el proyecto tiene una duración de cuatro años.
 

Esta forma de producir sería más barata, ya que aprovecha materias primas residuales de otras industrias, como el aluminio


¿Cómo entró el CITMAga a formar parte del proyecto SisAl Pilot?
El proyecto está coordinado por la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. Nosotros llevamos trabajando en procesos relacionados con el estudio de problemas industriales muchísimos años. El departamento de Matemática Aplicada de la USC, fundado por Alfredo Bermúdez, es bien conocido por su papel en el desarrollo de la matemática industrial. Y uno de los ingenieros del proyecto, Javier Bullón, nos conocía de trabajos anteriores con Ferroatlántica y se puso en contacto con nosotros.

¿Esto sirve como muestra del potencial de la universidad gallega?
Por supuesto. La USC es líder, y todo el mundo lo reconoce así en España, en el estudio matemático de los problemas industriales. Bermúdez fue un pionero y tiene ‘hijos académicos’ no solo en las universidades gallegas, sino también españolas y europeas.

"Uno de los objetivos del proyecto es devolver la producción de la energía fotovoltaica a Europa"
¿Qué pasos quedan por dar en los dos años que quedan de proyecto?
Estamos en una fase intermedia. Al principio además nos cogió la pandemia y muchos ensayos en planta se tuvieron que retrasar. Pero creo que las cosas van razonablemente bien. Quedan muchas pruebas piloto en los distintos hornos y, desde el punto de vista matemático,  distintos modelos que completar, porque, ante problemas físicos de tanta complejidad, no se abordan todas las dificultades juntas, sino que se procede poco a poco. Estudias el fenómeno electromagnético, luego le acoplas el fenómeno térmico, para simular cómo evoluciona la temperatura de la mezcla, modelar cómo se mueven los componentes al fundirse, etcétera.

¿Puede ayudar a reducir la dependencia del exterior en asuntos como la fabricación de microchips?
Desde luego, porque todo ese material que hay que importar se podría producir aquí, porque tenemos las materias primas. De este modo se podría traer de vuelta a Europa la producción de energía fotovoltaica. En Galicia hay fábricas importantes que se dedican a la producción de silicio para paneles solares, como Ferroatlántica, pero el mercado está centralizado en otros países, principalmente dominado por China. Esto sería una forma de que en Europa volviera a producirse en mayor medida.