La mayoría de las naciones del mundo han acordado hacer reducciones sustanciales en sus emisiones de gases de efecto invernadero, pero lograr estos objetivos sigue siendo un desafío tecnológico, económico y político considerable. La Agencia Internacional de Energía ha proyectado que, incluso con los nuevos acuerdos vigentes, la generación global de energía a base de carbón aumentará en las próximas décadas. Encontrar una forma más limpia de usar ese carbón podría ser un paso significativo para lograr reducciones de emisiones de carbono al tiempo que satisface las necesidades de una población mundial creciente y cada vez más industrializada.
Ahora, los investigadores del MIT han ideado un plan que podría contribuir a ese esfuerzo al hacer posible generar electricidad a partir del carbón con una eficiencia mucho mayor, posiblemente alcanzando hasta el doble de la eficiencia de combustible a electricidad de los sistemas convencionales de hoy.plantas de carbón. Esto significaría, en igualdad de condiciones, una reducción del 50 por ciento en las emisiones de dióxido de carbono para una determinada cantidad de energía producida.
El concepto, propuesto por la estudiante de doctorado del MIT Katherine Ong y el profesor Ahmed Ghoniem de Ronald C. Crane 1972, se describe en su artículo en el Diario de fuentes de energía . La clave es combinar en un solo sistema dos tecnologías bien conocidas: gasificación de carbón y pilas de combustible.
La gasificación del carbón es una forma de extraer combustible gaseoso consumible del carbón pulverizado, en lugar de quemar el carbón en sí. La técnica se utiliza ampliamente en las plantas de procesamiento químico como una forma de producir gas hidrógeno. Las pilas de combustible producen electricidad a partir de un combustible gaseoso al pasara través de un sistema similar a una batería donde el combustible reacciona electroquímicamente con el oxígeno del aire.
El atractivo de combinar estos dos sistemas, explica Ong, es que ambos procesos operan a temperaturas igualmente altas de 800 grados Celsius o más. Combinarlos en una sola planta permitiría que los dos componentes intercambien calor con pérdidas de energía mínimas.De hecho, la celda de combustible generaría suficiente calor para sostener la parte de gasificación del proceso, dice ella, eliminando la necesidad de un sistema de calefacción separado, que generalmente se obtiene quemando una parte del carbón.
La gasificación del carbón, por sí misma, funciona a una temperatura más baja que la combustión y "es más eficiente que la combustión", dice Ong. Primero, el carbón se pulveriza hasta convertirlo en polvo, que luego se calienta en un flujo de vapor caliente, algo así comogranos de palomitas de maíz calentados en una máquina para hacer palomitas de maíz. El calor conduce a reacciones químicas que liberan gases de las partículas de carbón, principalmente monóxido de carbono e hidrógeno, los cuales pueden producir electricidad en una celda de combustible de óxido sólido.
En el sistema combinado, estos gases luego se canalizarían desde el gasificador a una pila de celdas de combustible separada, o en última instancia, el sistema de celdas de combustible podría instalarse en la misma cámara que el gasificador para que el gas caliente fluya directamente hacia la celdaEn la celda de combustible, una membrana separa el monóxido de carbono y el hidrógeno del oxígeno, promoviendo una reacción electroquímica que genera electricidad sin quemar el combustible.
Debido a que no hay combustión involucrada, el sistema produce menos cenizas y otros contaminantes del aire que los que se generarían por la combustión. Produce dióxido de carbono, pero esto es en una corriente pura, no contaminada y no mezclada con aire como en un carbón convencional.-planta de combustión. Eso facilitaría mucho la captura y secuestro de carbono CAC, es decir, capturar el gas de salida y enterrarlo bajo tierra o desecharlo de alguna otra manera, para eliminar o reducir drásticamente el gas de efecto invernadero.En las plantas convencionales, el nitrógeno del aire debe eliminarse de la corriente de gas para realizar la CAC.
Una de las grandes preguntas respondidas por esta nueva investigación, que utilizó simulaciones en lugar de experimentos de laboratorio, fue si el proceso funcionaría de manera más eficiente usando vapor o dióxido de carbono para reaccionar con las partículas de carbón. Ambos métodos se han utilizado ampliamente, peroLa mayoría de los intentos anteriores de estudiar la gasificación en combinación con pilas de combustible eligieron la opción de dióxido de carbono. Este nuevo estudio demuestra que el sistema produce de dos a tres veces más potencia de salida cuando se utiliza vapor.
Las centrales eléctricas convencionales que queman carbón suelen tener una eficiencia muy baja; solo el 30 por ciento de la energía contenida en el combustible se convierte en electricidad. En comparación, el sistema combinado de gasificación y celda de combustible propuesto podría lograr eficiencias tan altas como 55 a 60por ciento, dice Ong, según las simulaciones.
El siguiente paso sería construir una pequeña planta a escala piloto para medir el rendimiento del sistema híbrido en condiciones del mundo real, dice Ong. Debido a que las tecnologías de componentes individuales están bien desarrolladas, un sistema operativo a gran escala podría“Este sistema no requiere nuevas tecnologías” que necesitan más tiempo para desarrollarse, dice ella. “Es sólo una cuestión de acoplar bien estas tecnologías existentes”.
El sistema sería más caro que las plantas existentes, dice ella, pero la inversión de capital inicial podría amortizarse en varios años debido a la eficiencia de vanguardia del sistema. Y dada la importancia de reducir las emisiones, eseEl gasto de capital puede ser fácil de justificar, especialmente si se agregan nuevas tarifas al dióxido de carbono emitido por los combustibles fósiles.
"Si vamos a reducir las emisiones de dióxido de carbono a corto plazo, la única forma de hacerlo de manera realista es aumentar la eficiencia de nuestras plantas de combustibles fósiles", dice ella.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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