Una investigación estudia un posible método para convertir desechos en combustibles. Los miembros del equipo, pertenecientes al Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, han elaborado un estudio en este campo. Concretamente, el diseño propuesto, elimina contaminantes con origen en biocombustibles del agua residual pero generando hidrógeno que permita la operación.
INDICE
Un sistema que produce su propio hidrógeno
Un proceso con independencia para operar, es el propósito de los investigadores. En el campo de los biocombustibles, alcanzar un diseño que permita convertir desechos, cultivos alimentarios y otras fuentes de carbono en combustibles, es una meta común. Este proceso idóneo, permitiría obtener una fuente combustible a la vez que evita que el carbono resulte perjudicial para el aire y el agua.
Un avance hacia un proceso que ofrece un ciclo a través de energía limpia. El equipo investigador, ha diseñado un sistema de recuperación de combustible mediante un proceso de oxidación electrocatalítica. Durante la propuesta del estudio, se convierte a la vez aquello que en teoría era irrecuperable, el carbón diluido en químicos, pero produciendo hidrógeno. De esta forma, el proceso supone neutro en carbono.
El sistema de recuperación de combustible se basa en un proceso de oxidación electrocatalítica
La combinación de partículas de metal y de corriente eléctrica, resulta esencial. Para lograr los resultados obtenidos, los investigadores desarrollaron un catalizador donde se encuentran miles de millones de partículas de metal. De igual forma, una corriente eléctrica aplicada en el proceso, permite incrementar notablemente el proceso de conversión de energía. Además, otro aspecto positivo es que se desarrolla a temperatura y presión ambiente.
Actualmente, se disponen de medios cuyo proceso es muy distinto. Como señala Juan A. López Ruiz, miembro del equipo, los medios convencionales para tratar el biocrudo, son diferentes a los propuestos en la investigación. Concretamente, precisan hidrógeno a alta presión, siendo esto algo que se frecuentemente tiene su origen en el gas natural.
Los medios actuales para tratar biocrudo, requieren hidrógeno a alta presión
Un sistema capaz de producir su propio hidrógeno. Un avance logrado en este estudio es, como indica López Ruiz, generar producción de hidrógeno de forma autónoma. De forma simultánea, se produce el tratamiento de agua residual en circunstancias similares a las características atmosféricas. Este procedimiento resulta de bajo coste y con capacidad para ser neutro en carbono al emplear el exceso producido de energía renovable.
Electricidad para la obtención de productos útiles
La experimentación en laboratorio demostró la eficacia del diseño. Se aplicó el sistema sobre una muestra de agua residual de un proceso de transformación de biomasa de escala industrial. En un proceso que duró doscientas horas, se comprobó que, la operación que se desarrollaba de forma constante, no reducía su eficiencia. El único problema al que se enfrentó esta fase del estudio fue el llegar al límite del número de muestras objeto de experimentación.
Un proceso que apunta a la continuidad. Como señala López Ruiz, la velocidad de reacción es proporcional al volumen de carbono residual que se proporciona. Por lo tanto, si dispusiera de agua residual de forma constante, se podía mantener la operación de forma indefinida. Con esta propuesta, los investigadores abren la puerta hacia hacer de la biomasa, una fuente de energía renovable factible.
El sistema, si dispusiera de suministro de agua residual constante, podría mantenerse indefinidamente
Una investigación orientada a la ineficiencia de los métodos actuales. Siguiendo el concepto de biomasa como combustible, como indica López Ruiz, se dispone de formas para obtener de la biomasa, el producto deseado. Sin embargo, no se dispone de un proceso para realizar la transformación que sea eficiente, desde una perspectiva tanto económica como medioambiental.
El proceso usa la electricidad para obtener productos útiles del carbono. Como apuntan los investigadores, el incremento de electricidad es consecuentemente mayor acorde al mayor suministro en la red de energías renovables. Por ello, han desarrollado un sistema que emplea la electricidad para lograr la transformación del carbono en derivados de utilidad mientras que elimina sustancias perjudiciales.
El sistema, emplea la electricidad para transformar el carbono en derivados de utilidad
El proceso HTL en la obtención de combustible
Licuefacción hidrotermal, un proceso para la obtención de combustible. Este proceso, más conocido por sus siglas en inglés HTL, permite la transformación de residuos de tipo húmedo de carbono en combustible. Para ello, condensa el tiempo necesario de producción de combustibles fósiles. De esta forma, partiendo de biomasa húmeda, puede obtener petróleo biocrudo en horas, en lugar de miles de años.
Las aguas producidas durante HTL, requieren de un tratamiento accesorio. Esto es debido a que se necesita este proceso adicional para lograr tener de estas aguas un valor agregado. Como apunta López Ruiz, advirtieron que la misma reacción que suprimió las moléculas de tipo orgánico, podría emplearse para obtener biocrudo a condiciones atmosféricas.
Durante el proceso HTL, se generan aguas que requieren un tratamiento accesorio
Los investigadores implementaron su diseño para mejorar los medios disponibles. Acorde al modelo creado en el estudio, el sistema está formado por una celda de flujo por la que tanto las aguas residuales como el biocrudo, fluyen. A la hora de fluir, se encuentran con unas condiciones donde la electricidad carga el ambiente a través de la corriente eléctrica. La celda, queda fragmentada por una membrana que se encarga de realizar una división.
En la membrana se produce una conversión catalítica. El ánodo de la membrana, tiene una carga positiva, donde se encuentra una lámina de titanio. Esta lámina tiene una cubierta formada por nanopartículas de óxidas de rutenio. Es en esta parte donde se produce la conversión catalítica, dando como resultado la transformación del biocrudo en aceites y parafina.
Como resultado de la conversión catalítica, del biocrudo se obtienen aceites y parafina
La importancia de la membrana
El proceso, no sólo produce la conversión catalítica. De igual forma, otro tipo de contaminantes solubles, como el oxígeno o los que están compuestos por nitrógeno, sufren una transformación. Como resultado de este proceso de conversión, se obtienen gases de nitrógeno y oxígeno. Este tipo de gases son corrientes y presentes en la atmósfera.
En el cátodo se puede producir gas hidrógeno. Mientras que el anterior proceso se desarrolla en el ánodo, en el cátodo se produce otro tipo de reacción. Como causa de este proceso, puede tener lugar la hidrogenación de moléculas orgánicas o producir gas hidrógeno. La generación de hidrógeno, es especialmente positiva para los investigadores porque lo contemplan como una fuente de combustible con grandes capacidades.
Los investigadores resaltan las grandes capacidades como combustible del hidrógeno
El hidrógeno producido en el cátodo resulta de gran relevancia para los investigadores. López Ruiz, indica hace mención expresa al hidrógeno generado como una óptima ventaja. Esto es debido a su capacidad para permitir una operación con un menor consumo de recursos. Por lo tanto, es una fórmula económica a los actuales métodos de conversión de biomasa.
Unas tasas de conversión mucho más elevadas. Otra ventaja observada es la velocidad de conversión química. Comparando las tasas de eliminación térmica con la de eliminación por el diseño de los investigadores, el modelo propuesto permite tasas superiores. Los resultados muestran que puede superar más de cien veces respecto del modelo térmico.
El modelo diseñado, puede ofrecer una tasa cien veces superior a la del modelo térmico
Un diseño apropiado para la optimización de recursos
El reto de la dependencia de los recursos de tierras raras. Actualmente, la tecnología se enfrenta a un desafío y es su elevada dependencia de los metales extraídos de las consideradas “tierras raras”. Especialmente sensible, para el caso de la investigación, es el de los metales del grupo del platino, encuadrados dentro de esta categoría. Su extracción requiere grandes cantidades de energía, recursos hídricos y producen desechos perjudiciales.
El diseño propuesto requiere una menor cantidad de metal. Los investigadores, plantean una solución a la problemática del acceso a los metales. Para ello, en el método, un depósito de nanopartículas son responsables de la conversión química. Este tipo de partícula ofrece una gran superficie, reduciendo así la cantidad de metal necesario. Las nanopartículas vienen a sustituir grandes superficies en forma de películas o láminas de metal.
Las nanopartículas, permiten sustituir las grandes superficies que se muestran como láminas
Un modelo con un menor gasto de metal. El catalizador diseñado por los investigadores, basado en nanopartículas, permite un consumo de metal necesario de hasta mil veces menor, en referencia al rutenio. Comparativamente, en laboratorio fueron necesarios entre cinco y quince mil miligramos de rutenio, cuando realizando un paralelismo con un reactor, serían necesarios diez gramos de platino.
Eficacia del modelo diseñado
El sistema permite tratar pequeños compuestos difíciles de eliminar. Como señalan los investigadores, el método que han desarrollado, permite procesar pequeños compuestos de carbono solubles en el agua. Estas sustancias son subproductos que se encuentran presentes en el agua resultante de los procesos HTL. En la actualidad, no se dispone de un proceso viable para realizar su tratamiento.
Durante la investigación, se logró tratar compuestos de carbono de cadena corta. En el proceso de experimentación, se observó cómo, de determinados compuestos de carbono, se obtuvieron combustibles. Concretamente, de sustancias como el ácido propanoico o el ácido butanoico, se produjo etano, propano e hidrógeno.
La venta del excedente de hidrógeno, compensa la energía utilizada
Es posible compensar la necesidad de electricidad en el proceso. Durante la fase de análisis preliminar, se comprobó cómo es posible compensar la electricidad requerida vendiendo el excedente de hidrógeno producido.
Conclusión
La optimización de la energía es fundamental para un futuro sostenible. La investigación expuesta, busca un tratamiento que, a la vez, ofrezca una fórmula energética sostenible. Para ello, la generación de hidrógeno resulta esencial. Como podemos observar, tratamiento de aguas residuales y eficiencia energética, van de la mano. De esta forma, se alcanza la eficiencia de un tratamiento de calidad con un menor coste de energía.
