Líneas de Investigación

Las iniciativas se orientarán a fortalecer los doctorados mencionados en el área de la Ciencia, Tecnología y Ambiente (CTA), a través del desarrollo de investigación conjunta, materializada a la forma de co-tutela de tesis y co-autoría de artículos, en líneas de investigación convergentes con enfoque interdisciplinar. La conjunción de competencias específicas diversas en torno a temáticas comunes será la vía mediante la cual se espera lograr un fortalecimiento sustantivo de la investigación. Los programas han definido las temáticas en las cuales se focalizará esta colaboración. Estas son: Catálisis ambiental (L1), Biocombustibles (L2), Minería y Medio Ambiente (L3), Variabilidad Ambiental y Conservación (L4), Recursos Hídricos (L5) y Contaminación Ambiental (L6), materias en las que los investigadores de la UdeC presentan productividad destacada y reconocida.

Catálisis ambiental: Los procesos productivos en general y aquellos dedicados a la obtención de combustibles y energía en particular, generan impactos ambientales que requieren mitigación. La catálisis (y fotocatálisis) ha sido ampliamente utilizada con estos propósitos, existiendo en la Universidad de Concepción vasta experiencia y productividad en temáticas relevantes como: reducción de NOx, oxidación de compuestos orgánicos volátiles y combustión de hollín. Se agregan a los anteriores los procesos de hidrogenación e hidrotratamiento (hidrocraqueo) y la oxidación avanzada. La remoción simultánea de NOx y hollín es un caso particular, donde el último contaminante constituye el reactivo reductor del primero. La búsqueda de catalizadores de alta actividad y estabilidad para estos procesos ha sido abordada por los investigadores de la Universidad (Doctorados en Química e Ingeniería Química), especialmente en sistemas con presencia de oxígeno gaseoso. Se han desarrollado además estudios que abarcan aquellos aspectos fenomenológicos y fundamentales asociados a los procesos (cinética por ejemplo) de relevancia para su escalamiento (ingeniería química) y el diseño. La modelación y simulación de comportamientos fluidodinámicos en diferentes tipos de contacto y configuraciones de equipos es también materia abordada por los investigadores. A los aportes de la química e ingeniería química deben sumarse las descripciones matemáticas y las ciencias ambientales que contribuirán de manera sustantiva a la comprensión de aquellos comportamientos observados a nivel de laboratorio y piloto, así como también una determinación realista de los impactos ambientales resultantes de procesos químicos y una cuantificación más precisa de las mitigaciones logradas al incluir procesos catalíticos basados en las alternativas mencionadas.

Biocombustibles: La producción de combustibles líquidos, sólidos y gaseosos a partir de biomasa resulta de procesos biológicos y termoquímicos que transforman la energía química contenida en ella. Entre los últimos se encuentran la pirólisis y la gasificación. Estos biocombustibles buscan la sustitución parcial o total de los componentes no renovables de los combustibles fósiles. La síntesis de estos compuestos implica la selección de rutas químicas que minimicen el consumo energético y eleven la selectividad hacia las sustancias deseadas, siendo los procesos catalíticos los más prometedores en la búsqueda de este objetivo. Algunos ejemplos de estos procesos son: mejoramiento catalítico del bio-oil para obtener combustibles y productos químicos; gasificación catalítica de biomasa; reformado catalítico del biosyngas a metano y valorización catalítica de los subproductos del bio-oil. Posterior a la obtención, se requiere realizar la caracterización fisicoquímica de estos compuestos con determinación de densidad, índice de refracción, temperatura de ignición, contenido de impurezas y octanaje entre otros. Finalmente, su viabilidad como combustibles se determina a través de la determinación del equilibrio de fases y su tensión superficial. El equilibrio de fases permite tener un indicador de la curva de destilación y la presión de vapor de Reid. La tensión superficial permitirá el diseño óptimo de atomizadores en los motores de combustión. La intervención de profesionales con conocimiento global y una mirada interdisciplinaria para enfrentar las investigaciones asociadas a la producción de biocombustibles se convierte entonces en una necesidad. La integración de los doctorados en química, ingeniería química e ingeniería matemática permitirá alcanzar estos objetivos de una manera más eficiente y exitosa.

Minería y medio Ambiente: El elevado y creciente desarrollo minero en Chile viene acompañado con temas relacionados a impacto ambiental y potenciales alteraciones de ambientes continentales y marinos-costeros, que urgen la competencia de profesionales y científicos de excelencia para los estudios respectivos y aplicaciones de procesos de seguimiento, mitigación y saneamiento ambiental. A modo de ejemplo, uno de los temas país de creciente preocupación, tiene y tendrá que ver, con la disposición, tratamiento y evolución de relaves mineros dispuestos en variados terrenos, incluyendo aledaños al borde costero. La atención a este tema requerirá el concurso de científicos altamente calificados junto a profesionales que estudien y propongan las propuestas de mayor conveniencia al país al respecto. En este tema específico, aunque no exclusivo, nuestros doctorados en ciencias ambientales, oceanografía, ingeniería química, química e ingeniería matemática ofrecen una integración de excelencia para ofrecer doctorandos en estas temáticas que estudien, analicen, simulen y ofrezcan soluciones fundamentadas a la pequeña, mediana y gran minería del país. Problemas estrechamente vinculados son el uso óptimo del agua en la industria minera y la simulación y el control de plantas de tratamiento de aguas servidas. En los doctorados de ingeniería química e ingeniería matemática reside gran experiencia en la simulación y el control de dichos procesos.

Variabilidad Ambiental y Conservación: Como consecuencia de efectos antropogénicos asociados a la variabilidad natural, el clima y los sistemas continentales y marinos experimentan cambios cíclicos y/o progresivos que pueden originar impactos negativos para la sustentabilidad y conservación de los ecosistemas naturales que constituyen nuestro entorno. Chile no está ajeno a tales cambios y nuestras capacidades de predicción son extremadamente limitadas para gestar adecuadamente medidas de prevención, manejo y mitigaciones. Indudablemente el país requiere con urgencia generar las capacidades humanas altamente calificadas en esta temática. Los sistemas de observación de la variabilidad ambiental de los ecosistemas, en sus aspectos físicos, químicos y biológicos, se sustentan actualmente en tecnologías y herramientas analíticas de alta complejidad, incluyendo la modelación matemática. La integración de equipos de excelencia científica multidisciplinarios en estos temas constituye una ventaja significativa para la formación de doctores que puedan contribuir al país, desarrollando e implementando estudios y propuestas de programas de monitoreo y seguimiento de la variabilidad ambiental de nuestros ecosistemas. La convergencia de la química, ingeniería, ciencias ambientales, oceanografía y matemática pueden ofrecer un marco integrado óptimo para la formación de estos científicos.

Recursos hídricos: Chile es uno de los países privilegiados en cuanto a la disponibilidad de recursos hídricos, y cuenta con una de las mayores reservas de este recurso en los campos de hielo en la zona austral. Sin embargo, este patrimonio está irregularmente distribuido en el territorio nacional, debido a las diversas condiciones físicas y climáticas, encontrándose zonas de gran abundancia en la zona sur y escasísima disponibilidad en las regiones del norte. El crecimiento económico de las últimas décadas, ha generado un aumento en la demanda de los recursos hídricos, lo que ha intensificado los conflictos por el uso del este recurso (sociales, ambientales, legales, entro otros). Sobre los impactos locales se superponen además los efectos del cambio climático (antropogénico/naturales). Disponibilidad, acceso y contaminación hídrica son determinantes para la salud poblacional y la preservación de los ecosistemas. El ciclo natural del agua tiene gran capacidad de purificación, pero esta misma facilidad de regeneración del agua, y su aparente abundancia, hace que sea el vertedero habitual en el que se arroja los residuos producidos por diversas actividades humanas. Pese a que el país registra importantes avances respecto a resguardar la salud de las personas y la conservación del medio ambiente, aún sigue pendiente el desarrollo de una visión más integral para la gestión de los recursos hídricos, en términos de disponibilidad, calidad, conservación y servicios ecosistémicos asociados. Para Chile entonces, la formación de científicos de excelencia en temas atingentes a la búsqueda de estas soluciones, es una tarea de primera necesidad. Dicha formación requiere la participación de grupos multidisciplinarios con demostrada capacidad y excelencia en temáticas de gestión ambiental, estudios de recursos hídricos, ingeniería química y química, y desarrollo de métodos computacionales para la simulación de dichos procesos.

Contaminación ambiental: La contaminación es uno de los problemas ambientales más importantes que afectan a nuestro planeta en la actualidad y surge cuando se produce un desequilibrio, como resultado de la adición de cualquier sustancia al medio ambiente, en cantidad tal, que cause efectos adversos en el hombre, la biota y los ecosistemas expuestos a concentraciones que sobrepasan los niveles tolerables por el ambiente. La problemática de la contaminación ambiental requiere de un enfoque multi e interdisciplinario, que involucre tanto el estudio de sistemas de tratamiento como el destino y efecto de los contaminantes en el ambiente y sus implicancias socioeconómicas. La Universidad de Concepción posee Programas de Doctorado acreditados que se han consolidado por más de una década formando doctores en las áreas de la contaminación ambiental y el desarrollo de tecnologías de abatimiento de contaminantes (vía procesos catalíticos por ejemplo). Estos Programas poseen una visibilidad y reconocido prestigio internacional a nivel Latinoamericano, que se ha desarrollado esencialmente sobre la base de proyectos de colaboración académica entre sus docentes y pares internacionales, provenientes virtualmente todos los continentes. La integración de grupos de investigación en las áreas de oceanografía, química y modelación matemática fortalecerá significativamente la formación de nuevos científicos para Chile en la temática de contaminación ambiental.