Mario Culebras Rubio

Categoría: Ciencia

Trayectoria Investigadora

Doctor en Química por la Universidad de Valencia (2017). Nacido en Albacete (1987) llegué a Valencia a la edad de 17 años para iniciar mi camino en el mundo de la ciencia. En 2011 obtuve mi licenciatura en químicas en la Universidad de Valencia donde desde bien temprano me involucré en labores científicas llegando a compaginar mis estudios con la investigación en el grupo de la Profesora Clara Gómez del departamento de Química Física de la Universidad de Valencia donde fui becario de colaboración. Esto me permitió publicar mis primeros trabajos científicos al poco tiempo de licenciarme. En 2012 obtuve el máster en ciencia y tecnología de coloides e interfases donde recibí el premio extraordinario al mejor expediente académico que me abrió las puertas hacia mis estudios de doctorado. Durante mis estudios de doctorado en química en la Universidad de Valencia fui galardonado con la prestigiosa ayuda del programa FPU del Ministerio de Educación de España. En mi doctorado establecí los pilares de mi carrera investigadora en el campo de los materiales poliméricos y nanocompuestos, publicando 24 artículos en revistas internacionales de primer nivel y una patente. Además, participé en 3 proyectos de investigación nacionales (sobre nanoestructuras para aplicaciones energéticas). Adicionalmente, conseguí financiación en mi propio nombre para llevar a cabo proyectos específicos en el extranjero en centros internacionales de reconocido prestigio como el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania (financiado por el DAAD en 2014) y la Universidad de Texas AM en EE. UU. (Financiado por el Ministerio de Educación de España en 2015). Después de mi doctorado comencé mi etapa postdoctoral en la Universidad de Limerick donde he empezado a centrar mi investigación en el desarrollo de nuevos materiales sostenibles para así poder proporcionar al mundo una nueva tecnología que ayude a combatir el cambio climático y minimizar el impacto ambiental en la producción de materiales. También me gustaría destacar mi afán en la formación de estudiantes y transmitir así mi enorme entusiasmo por la investigación y ayudar a los estudiantes más jóvenes a desarrollar sus ideas e inquietudes científicas. Actualmente superviso:
• Dos estudiantes de doctorado (fecha de inicio 2018)
• Estudiantes de máster: 3-4 por año desde doctorado
• Alumnos de intercambio: 4 por año desde 2017
• Estudiantes de proyecto final de grado: 2 por año desde el doctorado.
En términos de resultados científicos, hasta la fecha he sido autor de 49 artículos publicados en revistas académicas indexadas, 4 patentes y 40 trabajos presentados en conferencias (con una charla invitada). Tengo un índice H de 16 según Scopus (19 según google scholar) con más de 1000 citas. También durante mi postdoctorado, se me han otorgado mis primeros proyectos de investigación como investigador principal que se enumeran a continuación:
• Evaluación de materiales sostenibles para vasos desechables innovadores. Estudio de viabilidad financiado por la IE, 9.000 € (abril de 2019 a noviembre de 2019)
• Envases biodegradables y compostables a partir de recursos sostenibles. Financiado por SFI-AMBER Research Center y TAF Composites, 50000 € (2020-2021).
Además, los hallazgos científicos durante mi postdoctorado tales como: el desarrollo de metodologías de vanguardia para producir nanoestructuras de carbono y fibras derivadas de materiales sostenibles (lignina) han dado como resultado la presentación de varias propuestas a diferentes convocatorias de la UE y la iniciación de proyectos con empresas multinacionales de gran importancia como Pepsi, donde hemos iniciado un nuevo proyecto para el desarrollo de botellas sostenibles con nulo impacto ambiental. Todo este esfuerzo recientemente ha sido reconocido con el premio Suschem joven investigador que otorga la plataforma española SusChem y la federación española de la industria química.

Proyecto de investigación

Mis últimos 4 años de investigación mayoritariamente se han centrado el proyecto Europeo “Lignin based carbon fibres for Composites “ enfocado en desarrollar una nueva tecnología capaz de producir materiales de alto rendimiento como la fibra de carbono a partir de recursos naturales sostenibles como la lignina. Los compuestos de polímeros reforzados con fibra (FRP) se utilizan en diferentes sectores industriales, incluidos: aeroespacial, defensa, automoción, energías renovables, construcción y agricultura, los cuales son importantes para la economía global y a nivel europeo. La fibra de refuerzo es generalmente vidrio o carbono (CF). Los FRP son materiales cruciales para contrarrestar el cambio climático y además proporcionan ligereza, longevidad y poco mantenimiento. Los compuestos reforzados con fibra de carbono (CF) pueden proporcionar diferentes funcionalidades convirtiéndolos en materiales clave para permitir la Cuarta Revolución Industrial. Las proyecciones muestran que la tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) para el mercado global de CF tendrá un promedio de 10% en los sectores aeroespacial, automotriz y de energía renovable y el mercado global de CF crecerá en $ 1.74 mil millones durante 2019-2023. Además, si el coste de los productos finales pudiera reducirse en un 30%, existe el potencial de triplicar el tamaño del mercado global de materiales compuestos.
El problema reside principalmente en el precursor de fibra de carbono (Poliacrilonitrilo, PAN), que se sintetiza a partir de compuestos derivados del petróleo. Este compuesto presenta serios problemas medioambientales como altas emisiones de CO2 y un alto coste de producción. Además, la creciente demanda de materiales compuestos basados en fibra de carbono urge la búsqueda de nuevos precursores sostenibles de fibra de carbono que puedan satisfacer la creciente demanda de este tipo de productos ya que con la actual producción de PAN sería imposible satisfacer dicha demanda.
La lignina, un polímero renovable derivado de la biomasa lignocelulósica, representa más del 20% de la masa total de la biosfera de la Tierra. Sin embargo, el 98% de la lignina se quema actualmente como fuente de energía en la industria del papel. La revalorización de la lignina presenta oportunidades para la protección del medio ambiente y la producción de productos sostenibles de alto valor como la fabricación de fibra de carbono para materiales compuestos.
Mi investigación en este ambicioso proyecto va más allá del estado del arte al producir fibra de carbono (CF) a partir de lignina con lo que será más barata que la producida actualmente a partir de polímeros sintéticos. Durante este proyecto la estructura del polímero precursor (lignina) ha sido modificada químicamente para mejorar su procesamiento utilizando técnicas de bajo coste como Melt spinning y carbonización mediante microondas. Este nuevo precursor más barato no solo ayudará a satisfacer la demanda actual de CF a nivel industrial, sino que también impulsará una mayor demanda en los sectores aeroespaciales, del automóvil, las energías renovables, la agricultura y la construcción, los cuales previsiblemente deberán adoptar nuevas tecnologías para cumplir con los requisitos marcados a nivel europeo de cambio climático, transición ecológica y sostenibilidad.
La tecnología desarrollada en el marco de este proyecto mejora la capacidad de spinning y el rendimiento en la producción de carbono. En grupo de investigación en el que trabajo y sus colaboradores industriales en el proyecto Lignin Based Carbon Fibres for Composites han asegurado la propiedad intelectual para la producción de CF a partir de lignina con propiedades sin precedentes. La tecnología desarrollada se ha centrado en los siguientes pilares:
• Mejorar la procesabilidad de la lignina mediante mezclas con biopolímeros.
• Producción de fibra de carbono usando calentamiento por microondas a partir de fibra precursora de lignina con susceptibilidad mejorada.
• Una nueva química de reticulación de lignina para mejorar el proceso de estabilización y propiedades mecánicas llegando a obtener fibras con un módulo de 180 GPa y 2.0 GPa de tensión máxima.
En virtud de los resultados obtenidos en este proyecto se tendrán los siguientes impactos industriales y económicos:
1. Será posible por primera vez demostrar la producción a gran escala de CF a partir de fuentes no petroleras.
2. Los precursores de fibra de carbono basados en lignina desarrollados en el proyecto para la producción de CF y los polímeros reforzados con CF representan un aumento proyectado de 70 veces en el valor agregado de la lignina en comparación con su valor actual como combustible energético, en un total de $ 900 millones.
3. Se logrará una reducción del 50% en el coste de la fibra precursora (PF) en comparación con el PF derivado de PAN, así como una reducción del 75% en el consumo de energía por Kg de CF.
4. Una reducción del 50% en la huella de CO2 de la producción escalada de CF.
5. Será posible garantizar una fabricación sostenible de CF contribuyendo sustancialmente a la bioeconomía europea, lo que conducirá a un desarrollo económico rural sostenible. Se crearán miles de empleos a lo largo de la cadena de valor, desde productores y proveedores de materia prima en áreas rurales hasta fabricantes de CF, materiales compuestos y estructuras en áreas urbanas.

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