Entre las principales aplicaciones de los fluidos supercríticos puede citarse la eliminación de compuestos no deseados de diversas matrices como los materiales textiles

Un fluido supercrítico es aquel que se encuentra a unas condiciones de presión y de temperatura por encima de su punto crítico, presentando algunas propiedades de gases y algunas propias de líquidos. Los fluidos supercríticos, y en concreto el dióxido de carbono supercrítico (CO₂-SC), tienen propiedades de transporte muy favorables que los hacen adecuados para aplicaciones diversas, proporcionando numerosas ventajas tanto tecnológicas como medioambientales. Entre las propiedades de valor aportadas por la utilización del CO₂ en estado supercrítico pueden citarse:

• es un agente de proceso no tóxico, no inflamable, y no explosivo.
• no conduce a la generación de efluentes orgánicos u acuosos que deban ser tratados, siendo los procesos que lo emplean procesos limpios y respetuosos con el medio ambiente.
• los productos finales obtenidos quedan exentos de restos de disolvente, pues el CO₂ se elimina completamente de la matriz.
• las condiciones de temperatura a las que el CO₂ alcanza el estado supercrítico son suaves, por lo que puede ser empleado para tratar compuestos termolábiles.
• el CO₂ supercrítico muestra elevados niveles de penetración en el interior de la matriz.
• el poder disolvente del CO₂ supercrítico es modulable dependiendo de las condiciones a las que se encuentre.

La aplicación de fluidos supercríticos precisa de instalaciones específicas que posibiliten el trabajo a las presiones requeridas por el proceso. En líneas generales, los principales elementos requeridos en una instalación que trabaje con fluidos supercríticos son:

> zona de acondicionamiento:

• depósito de gas a emplear (CO₂)
• subenfriador (1), bomba de alta presión (2) y calentador (3) para presurizar y adecuar el fluido a las condiciones de proceso

> zona de proceso (extracción / impregnación / esterilización / etc.)

• recipiente/s que soporte la presión y sirva como extractor/cámara de impregnación / cámara de proceso (4 y 5)

> zona de fraccionamiento y separación

• cámaras de despresurización para separar las corrientes de salida del extractor (recogida de extracto / precipitación de material sobrante de la impregnación / recogida de contaminante eliminado / etc) (6 y 7)

Además, dado que en la zona de separación se separa las sustancias solubilizadas en el CO₂ supercrítico, la corriente gaseosa de salida de las cámaras de separación puede recircularse (8) y de nuevo ser empleada en el proceso, aumentando la eficiencia del mismo.

La tecnología basada en la utilización de dióxido de carbono en condiciones supercríticas ha sido calificada como GRAS, “generalmente reconocida como segura”, dada su naturaleza y las propiedades asociadas al estado supercrítico, que permite que se emplee en procesos que constituyen una alternativa viable a otros que utilizan disolventes orgánicos.

Su principal aplicación industrial en el sector agroalimentario ha sido la extracción y fraccionamiento, pero en este momento hay un amplio abanico de operaciones a desarrollar derivadas de su inocuidad dada la creciente presión legislativa relacionada con el empleo de agentes químicos nocivos y la generación de residuos, así como las demandas de los consumidores de productos más naturales y saludables. En este sentido, junto con las aplicaciones implantadas actualmente en el campo alimentario, la tecnología está tendiendo a extenderse a otros ámbitos menos tradicionales.

Entre las principales aplicaciones de los fluidos supercríticos, puede citarse las siguientes:

• obtención de extractos naturales
• fraccionamiento de productos naturales
• realización de procesos de purificación
• eliminación de compuestos no deseados de diversas matrices como materias primas vegetales, materiales textiles, compuestos porosos orgánicos e inorgánicos: eliminación de disolventes, limpieza, desodorización, descontaminación, etc.
• generación y diseño de partículas en procesos de cristalización, micronización y microencapsulación.
• tratamiento de materiales: modificación de las propiedades de nanoarcillas y polímeros, impregnación de matrices, etc.
• reducción de actividad biológica: desinfección, desinsectación, inactivación enzimática
• medio de reacción en procesos como reacciones enzimáticas u oxidación supercrítica.

Algunos procesos implantados a nivel industrial son: extracción de lúpulo, desgrasado de cacao, obtención de cafeína y de café descafeinado, obtención de té sin teína, extracción de aceites de semillas, extracción de compuestos bioactivos y sustancias a partir de plantas, etc. Estas aplicaciones, implantadas fundamentalmente en países desarrollados como Japón, Alemania o Estados Unidos, han dado lugar a la construcción de plantas extractivas de gran tamaño y han sido la base para el desarrollo de nuevas plantas en las que la tecnología de fluidos supercríticos se emplea con otras aplicaciones, como el uso de CO₂ para la descontaminación de matrices vegetales como el corcho, para la esterilización de productos naturales, o para la impregnación de matrices con sustancias activas.

La incorporación de aditivos a materiales poliméricos en sistemas de extrusión y la impregnación de materiales poliméricos en medio acuoso son procesos conocidos. Sin embargo, estos procesos presentan ciertas limitaciones. Entre las limitaciones de los procesos de impregnación acuosa destacan:

• los rendimientos de proceso son moderados, al no aprovecharse completamente el agente colorante.
• los vertidos generados presentan una elevada carga contaminante: en el caso del tintado se requieren consumos de agua muy elevados hasta 100 litros de agua por cada kilogramo de material tintado, lo cual motiva que los vertidos, además de cargados en contaminantes, sean muy voluminosos y por ello su gestión implica elevados costes, previsiblemente en aumento con el paso del tiempo.
• además, no es factible emplear cualquier tipo de agua sino que el agua a emplear debe presentar parámetros adecuados de dureza, salinidad, etc. por lo que en ocasiones la ubicación geográfica condiciona la viabilidad del proceso.

El empleo de fluidos supercríticos como disolvente en el proceso de tintado, o de impregnación de sustancias activas ha atraído una atención considerable en los últimos años debido a sus ventajas económicas y ecológicas. El tintado con dióxido de carbono supercrítico (CO₂-SC) posee las siguientes ventajas asociadas:

• evita el uso de agua durante el proceso y con ello, remedia la generación de vertidos contaminantes.
• no requiere el empleo otros productos químicos y el colorante o agente a impregnar residual puede ser recuperado para su reutilización.

Por estos motivos, esta tecnología aparece como una de las técnicas emergentes expuestas en la 'Guía de Mejores Técnicas Disponibles en España para el sector textil', editada por el Ministerio de Medio Ambiente en el año 2004.

Como consecuencia de las aplicaciones de interés y posibilidades detectadas, Aitex, Ainia y la Universidad de Alicante están desarrollando un proyecto en colaboración, de acrónimo Supimpregpol, para investigar nuevas aplicaciones de la tecnología de fluidos supercríticos en el sector textil y alimentario. Este estudio se asienta en la experiencia de ainia con la tecnología de fluidos supercríticos, que abarca desde el desarrollo de procesos, hasta la construcción de equipamiento o la realización de formación de personal y que cuenta con plantas piloto desde escala de laboratorio, hasta tamaño industrial.

El proyecto titulado ‘Aplicación de la tecnología de fluidos supercríticos en la impregnación de sustratos poliméricos’ investiga la deposición de una serie de principios activos, como colorantes y biocidas en determinados sustratos poliméricos, mediante la tecnología de fluidos supercríticos. Concretamente se está trabajando en dos líneas:

- Impregnación de sustancias colorantes sobre matrices poliméricas, de aplicación para el tintado textil.

- Impregnación de sustancias biocidas sobre matrices poliméricas, de aplicación para la generación de materiales textiles con propiedades mejoradas, y para la generación de nuevos envases activos que posibiliten por ejemplo aumentar la vida útil de los alimentos contenidos en su interior.

Los resultados han sido prometedores en cuanto a la impregnación de tejidos sintéticos con un colorante, así como en cuanto a la impregnación de materiales poliméricos de uso textil y alimentario con principios activos. En este sentido, se ha constatado la viabilidad de la tecnología para la obtención de materiales textiles tintados, concretamente los mejores resultados se han observado sobre poliéster. En lo referente a la impregnación con principios activos, determinados materiales de uso textil y alimentario obtenidos, han mostrado actividad inhibitoria con efectividades de hasta el 100% para algún microorganismo como Staphylococcus aureus o Listeria monocytogenes.

Los resultados de este proyecto de Investigación Aplicada Colaborativa, aprobado dentro del Programa Nacional de Proyectos de Investigación Aplicada del Ministerio de e Innovación, podrán ser aplicables en primer lugar a empresas nacionales de los ámbitos alimentario y textil, y también a empresas de otros sectores, donde la utilización de materiales poliméricos sea el denominador común, como por ejemplo la automoción, la construcción o el calzado.