Cómo el gas de basura sobrealimentado podría producir más energía verde

Los investigadores informan que los compuestos sintéticos llamados "siloxanos" de productos cotidianos como el champú y el aceite de motor están llegando a los vertederos y sobrealimentando el biogás que producen.

Si bien hoy es un problema, los investigadores dicen que podría ser una oportunidad para obtener más energía del gas de los vertederos.

Los compuestos conducen eficientemente el calor e interactúan con el agua y, como tal, su popularidad ha aumentado en una variedad de productos de consumo. Eso significa que más y más siloxanos se dirigen a su vertedero local.

El biogás se refiere a los gases combustibles que se sintetizan a partir de diferentes materias primas biológicas u orgánicas como el gas de vertedero y las plantas de tratamiento de aguas residuales. En los últimos años, ha quedado claro que los siloxanos han estado dañando los equipos de generación de energía alimentados con gas de vertedero. Pero los investigadores dicen que puede ser posible aprovechar los siloxanos para producir más energía.

Como combustible de cohete

Los investigadores realizaron el primer análisis químico de cómo los siloxanos afectan el biogás. Descubrieron que los siloxanos aumentan la reactividad del biogás, lo que conduce a una ignición más rápida en los motores y a la liberación de más energía. Pero los siloxanos en el biogás pueden dañar esos motores, generalmente turbinas de gas generadoras de energía y motores de pistones alternativos.

"Los siloxanos son altamente inflamables", dice Margaret Wooldridge, profesora de ingeniería mecánica y directora del Programa Dow Sustainability Fellows de la Universidad de Michigan. “Cambian la química del biogás como locos. El material es como combustible de cohete, literalmente, loco-reactivo ".

Los siloxanos esencialmente cambian la "velocidad de la llama" del biogás, que es una medida de la rapidez con que un combustible se quema y acciona una turbina o pistón.

El biogás se compone principalmente de metano. Hay gas metano en la naturaleza, pero también se produce cuando el material orgánico se descompone en los vertederos, junto con hidrógeno, monóxido de carbono y otros hidrocarburos. El metano es el componente principal de gas natural y biogás, lo que genera fuentes valiosas de combustible y energía más limpias que el carbón.

Sin embargo, en la atmósfera, el metano es particularmente bueno para atrapar el calor, lo que se suma a nuestro problema de calentamiento global. En particular, el metano es 30 veces más efectivo que gases de efecto invernadero que CO2. Y según la EPA, los vertederos municipales de residuos sólidos representan el 14% de todas las emisiones de metano relacionadas con los humanos en los Estados Unidos cada año, la tercera fuente más grande detrás de la industria y la agricultura de gas y petróleo.

Esa propiedad ha estimulado los esfuerzos para capturar metano de los vertederos y usarlo como combustible, en lugar de permitir que escape sin control.

Medición de inflamabilidad

En este estudio, los investigadores probaron por separado mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono que contienen dos siloxanos (trimetilsilanol (TMSO) y hexametildisiloxano (HMDSO)) contra mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono sin siloxanos.

Específicamente, los investigadores registraron cuánto tiempo tardó en encenderse cada mezcla. Los científicos consideran que los combustibles que tienen un retraso de ignición más corto son más inflamables o reactivos, y el hidrógeno es uno de los combustibles más reactivos que utilizamos.

El hidrógeno y el monóxido de carbono con TMSO produjeron tiempos de retardo de ignición que fueron 37% más rápidos que el caso de referencia. Y el metano con infusión de HMDSO produjo tiempos de retraso 50% más rápido.

Los investigadores esperan que su trabajo arroje luz sobre cómo los siloxanos alteran el rendimiento del motor cuando se usan como combustible.

"Las concentraciones traza de siloxanos han sido un problema conocido en las aplicaciones de biogás, lo que lleva a la formación de depósitos de sílice abrasivos en los componentes del motor", dice la coautora del estudio Rachel Schwind, estudiante de doctorado. "Por esta razón, la mayoría de las investigaciones previas en esta área se han centrado en cómo eliminarlos del gas capturado".

El potencial de los siloxanos.

Junto con el problema que plantean los siloxanos, también hay potencial. Wooldridge dice que los siloxanos podrían ser clave para derivar la producción de energía reforzada del biogás.

"Nos encantaría poder aprovecharlos como fuente de energía", dice ella.

Analizar la química de la combustión es un paso en esa dirección.

"Eso podría negar la necesidad de fregar o eliminar durante el procesamiento de biogás y reducir los costos", dice Schwind. “Si podemos reducir esos costos, el biogás se acerca más a ser un combustible verdaderamente neutral en carbono. Y si podemos hacer que el gas de vertedero sea una opción económicamente más atractiva, los operadores de vertederos tendrán más incentivos para capturar y utilizar este dañino gas de efecto invernadero ”.

La investigación aparece en la revista Combustión y Llama.

El programa de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de los Estados Unidos apoyó la investigación.

Estudio original

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