Los ingenieros de la Universidad Estatal de Ohio están desarrollando tecnologías que tienen el potencial de convertir económicamente los combustibles fósiles y la biomasa en productos útiles, incluida la electricidad, sin emitir dióxido de carbono a la atmósfera.
En el primero de dos artículos publicados en la revista Energía y ciencias ambientales , los ingenieros informan que han ideado un proceso que transforma el gas de esquisto en productos como metanol y gasolina, todo mientras consume dióxido de carbono. Este proceso también se puede aplicar al carbón y la biomasa para producir productos útiles.
Bajo ciertas condiciones, la tecnología consume todo el dióxido de carbono que produce más dióxido de carbono adicional de una fuente externa.
En el segundo artículo, informan que han encontrado una manera de extender en gran medida la vida útil de las partículas que permiten que la reacción química transforme el carbón u otros combustibles en electricidad y productos útiles durante un período de tiempo útil para fines comercialesoperación.
Finalmente, el mismo equipo descubrió y patentó una forma con el potencial de reducir los costos de capital en la producción de un gas combustible llamado gas de síntesis, o "syngas", en aproximadamente un 50 por ciento sobre la tecnología tradicional
La tecnología, conocida como bucle químico, utiliza partículas de óxido metálico en reactores de alta presión para "quemar" combustibles fósiles y biomasa sin la presencia de oxígeno en el aire. El óxido metálico proporciona el oxígeno para la reacción.
El bucle químico es capaz de actuar como una tecnología provisional que puede proporcionar electricidad limpia hasta que las energías renovables como la solar y la eólica estén ampliamente disponibles y sean asequibles, dijeron los ingenieros.
"Las energías renovables son el futuro", dijo Liang-Shih Fan, distinguido profesor universitario de Ingeniería Química y Biomolecular, que lidera el esfuerzo. "Necesitamos un puente que nos permita crear energía limpia hasta que lleguemos allí, algo asequible para nosotrospuede usarse durante los próximos 30 años o más, mientras que la energía eólica y solar se convierten en las tecnologías predominantes "
Hace cinco años, Fan y su equipo de investigación demostraron una tecnología llamada combustión de bucle químico directo de carbón CDCL, en la que pudieron liberar energía del carbón mientras capturaban más del 99 por ciento del dióxido de carbono resultante, evitando su emisiónpara el medio ambiente. El avance clave de CDCL se produjo en forma de partículas de óxido de hierro que suministran el oxígeno para la combustión química en un reactor de lecho móvil. Después de la combustión, las partículas recuperan el oxígeno del aire y el ciclo comienza de nuevo.
El desafío entonces, como ahora, era cómo evitar que las partículas se desgasten, dijo Andrew Tong, profesor asistente de investigación de ingeniería química y biomolecular en el estado de Ohio.
Mientras que hace cinco años las partículas para CDCL duraron 100 ciclos durante más de ocho días de operación continua, desde entonces los ingenieros han desarrollado una nueva formulación que dura más de 3,000 ciclos, o más de ocho meses de uso continuo en pruebas de laboratorioUna formulación similar también se ha probado en plantas sub-piloto y piloto.
"La partícula en sí misma es un recipiente, y transporta el oxígeno de un lado a otro en este proceso, y eventualmente se desmorona. Como un camión que transporta mercancías en una carretera, eventualmente sufrirá un poco de desgaste. Y nosotros 'estamos diciendo que diseñamos una partícula que puede hacer el viaje 3.000 veces en el laboratorio y aún así mantener su integridad ", dijo Tong.
Agregó que esta es la vida útil más larga que se haya reportado para el portador de oxígeno. El siguiente paso es probar el portador en un proceso de bucle químico integrado a carbón.
Otro avance implica el desarrollo de los ingenieros de bucles químicos para la producción de gas de síntesis, que a su vez proporciona los componentes básicos para una serie de otros productos útiles, incluidos amoníaco, plásticos o incluso fibras de carbono.
Aquí es donde la tecnología realmente se pone interesante: proporciona un uso industrial potencial para el dióxido de carbono como materia prima para producir productos útiles y cotidianos.
Hoy, cuando el dióxido de carbono se elimina del escape de la planta de energía, está destinado a ser enterrado para evitar que ingrese a la atmósfera como un gas de efecto invernadero. En este nuevo escenario, parte del dióxido de carbono depurado no necesitaría ser enterrado; podría convertirse en productos útiles.
Tomados en conjunto, dijo Fan, estos avances acercan la tecnología de bucle químico de Ohio State a muchos pasos más hacia la comercialización.
Él llama a los avances más recientes "significativos y emocionantes", y han tardado mucho en llegar. Las verdaderas innovaciones en ciencia son poco comunes, y cuando ocurren, no son repentinas. Por lo general, son el resultado dedécadas de esfuerzo concertado, o, en el caso de Fan, el resultado de 40 años de investigación en el estado de Ohio. Durante parte de ese tiempo, su trabajo ha sido respaldado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Agencia de Servicios de Desarrollo de Ohio.
"Este es el trabajo de mi vida", dijo Fan.
Sus coautores en el primer artículo incluyen al investigador postdoctoral Mandar Kathe; los investigadores universitarios Abbey Empfield, Peter Sandvik, Charles Fryer y Elena Blair; y la estudiante de doctorado Yitao Zhang. Los coautores en el segundo artículo incluyen al estudiante de doctorado Cheng Chung,el investigador postdoctoral Lang Qin y el estudiante de maestría Vedant Shah. Los colaboradores en el trabajo de montaje de ajuste de presión incluyen a Tong, Kathe y al investigador asociado senior Dawei Wang.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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