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Grupo de Energía de la biomasa



la energía de los vegetales

Enrique
Bogotá, Colombia
Escrito por Enrique Gracia
el 17/06/2008
Es posible utilizar el CO2 en  forma parecida como  lo hace la vegetación? A partir de este gas con la energía solar hacen la fotosíntesis de azúcares y almidones. Esta sería una buena forma de disminuír el gas carbónico del efecto invernadero y nos suministría combustibles.
José Luis Arias
Electrónica industrial, automática, ag...
Escrito por José Luis Arias
el 25/06/2008

Siguiendo los principios básicos de la sostenibilidad  que son Reducir, Reciclar y Reutilizar, cada vez son más numerosos los grupos de investigación que plantean la posibilidad de reutilizar el CO2, convirtiéndolo de nuevo en combustible como alternativa a su captura, transporte y almacenamiento. Así, se evitan los inconvenientes de este último procedimiento que, además de incrementar el coste de producción en un 30%, implica la disminución de la eficiencia de los ciclos, gasto de energía adicional con sus correspondientes emisiones de CO2, acondicionamiento de los lugares de almacenamiento, etc.

La molécula de dióxido de carbono es extraordinariamente estable, casi tanto como la del agua:  la reducción del dióxido de carbono a monóxido y la descomposición térmica del agua para producir hidrógeno necesitan un aporte de energía entorno a los 300 kJ/mol y temperaturas elevadas. Ambos procesos tienen, además, un grave inconveniente que es la tendencia a recombinarse de los productos en el caso de no realizarse una separación inmediata, lo que reduce en gran medida su eficiencia:

 

T = 3000ºC:  CO2 ==> CO2 + 1/2 O2   DH = 282,5 kJ / mol

T = 3500ºC:  H2O ==> H2 + 1/2 O2     DH = 295,6 kJ / mol

 

Al ser reacciones que necesitan un gran aporte de calor, estos procesos únicamente tienen sentido desde el punto de vista energético si la fuente de energía que se utiliza es renovable, suponiendo el proceso una transformación de una energía difícilmente almacenable o transportable (viento, radiación solar) en un combustible líquido o gaseoso que pueda utilizarse en sistemas convencionales de producción  de electricidad ó calor. Lógicamente, al igual que la captura y almacenamiento, este tecnología va dirigida a grandes plantas de producción de energía eléctrica en los que la cantidad de dióxido de carbono generado es considerable y está concentrado, quedando excluido en principio el sector transporte que consta de multitud de pequeñas fuentes móviles.

 

Otra posibilidad partiendo de CO2 y metano es la obtención de gas de síntesis (CO+H2) o metanol mediante procesos térmicos de reformado seco y ciclos termoquímicos,  aportando el calor necesario con tecnología solar o nuclear.

 

El “reformado seco de metano” consiste en la reacción CH4+CO2=CO+H2 (247 kJ/mol, T=900ºC) El producto es un gas de síntesis con menor proporción H2/CO que el obtenido mediante reformado convencional (con vapor de agua), muy adecuado para procesos como Fisher-Tropsch que va dirigido a la obtención de hidrocarburos. El principal inconveniente de este proceso, y en el que debe incidir investigaciones futuras, es que la ausencia de agua provoca la formación de carbón que lleva a una rápida desactivación del catalizador. La sustitución de los catalizadores convencionales por otros más novedosos podría resolver el problema.

 

En cuanto a la producción de metanol mediante un ciclo termoquímico híbrido (los ciclos termoquímicos son reacciones de oxidación-reducción sucesivas que rebajan los requerimientos energéticos, la temperatura necesaria y aumenta la eficiencia con respecto a las reacciones directas), se parte de CO2, CH4 y H2O,  y, en cuatro fases (una de ellas electrolítica), se logra obtener metanol a temperaturas entorno a los 700ºC, muy inferiores a las que requiere el proceso directo. Se  logra así incorporar la energía solar (térmica y fotovoltaica) o nuclear en un combustible líquido.

 

Por último y como más novedoso, mediante procesos fotoquímicos se intenta reproducir en laboratorio el proceso de la fotosíntesis, que a partir de dióxido de carbono y agua con el aporte de luz solar (fotones) produce hidratos de carbono como por ej. Glucosa y como subproducto oxígeno:

 

6 CO2 + 6 H2O ==> C6H12O6 + 6 O2

 

El problema de la fotosíntesis artificial es encontrar una molécula artificial que se mantenga polarizada suficiente tiempo para reaccionar.

 

El Proyecto ELCAT, financiado por la Comisión Europea  y en el que colaboran  institutos de investigación y universidades de Francia, Italia, Alemania y Grecia intenta, reproducir este proceso. 

 

En una primera etapa fase se rompe la molécula de agua  en protones, oxígeno y electrones, utilizando energía solar y un catalizador de titanio. Los electrones liberados se emplean en una segunda etapa para  reducir el CO2 y unir los átomos de carbono, obteniéndose moléculas largas de hidrocarburo. En en esta segunda fase se utilizan catalizadores de platino y paladio en el interior de nanotubos de carbono. En la actualidad se logran obtener cadenas de hasta 8 o 9 carbonos con una eficiencia  del 1% a temperatura ambiente (eficiencia de la fotosíntesis 3-5%). Los investigadores consideran que, en un futuro, la utilización de sistemas solares de concentración  mejorará la eficiencia del proyecto y que en una década podría ser viable el proceso a nivel industrial.

 

Agos
Buenos Aires, Argent...
Escrito por Agos
el 26/03/2009

¿Cual es el tipo de energia que fijan los vegetales? ¿Cual es el proceso en el cual se transforma la energia?

José Luis Arias
Electrónica industrial, automática, ag...
Escrito por José Luis Arias
el 27/03/2009
" ¿Cual es el tipo de energia que fijan los vegetales? ¿Cual es el proceso en el cual se transforma la energia?
"

por Agos (Marzo 2009)

Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras:

* El Sol: energía solar.
* El viento: energía eólica.
* Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica.
* Los mares y océanos: energía mareomotriz.
* El calor de la Tierra: energía geotérmica.
* Las olas: energía undimotriz.
* La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada: energía azul.

Las contaminantes se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), bien convertida en bioetanol o biogás mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiésel, mediante reacciones de transesterificación y de los residuos urbanos.

Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Se encuadran dentro de las energías renovables porque mientras puedan cultivarse los vegetales que las producen, no se agotarán. También se consideran más limpias que sus equivalentes fósiles, porque teóricamente el dióxido de carbono emitido en la combustión ha sido previamente absorbido al transformarse en materia orgánica mediante fotosíntesis. En realidad no es equivalente la cantidad absorbida previamente con la emitida en la combustión, porque en los procesos de siembra, recolección, tratamiento y transformación, también se consume energía, con sus correspondientes emisiones.

Además, se puede atrapar gran parte de las emisiones de CO2 para alimentar cultivos de microalgas/ciertas bacterias y levaduras (potencial fuente de fertilizantes y piensos, sal [en el caso de las microalgas de agua salobre o salada] y biodiésel/etanol respectivamente, y medio para la eliminación de hidrocarburos y dioxinas en el caso de las bacterias y levaduras (proteínas petrolíferas) y el problema de las partículas se resuelve con la gasificación y la combustión completa (combustión a muy altas temperaturas, en una atmósfera muy rica en O2) en combinación con medios descontaminantes de las emisones como los filtros y precipitadores de partículas (como el precipitador Cottrel), o como las superficies de carbón activado.

También se puede obtener energía a partir de los residuos sólidos urbanos y de los lodos de las centrales depuradoras y potabilizadoras de agua. Energía que también es contaminante, pero que también lo sería en gran medida si no se aprovechase, pues los procesos de pudrición de la materia orgánica se realizan con emisión de gas natural y de dióxido de carbono.

Procesos de transformación de la biomasa en energía

Las características de gran parte de la biomasa hacen que en la mayoría de los casos no sea adecuada como tal para reemplazar a los combustibles convencionales, por lo que es necesaria una transformación previa de la biomasa en combustibles de mayor densidad energética y física, contándose para ello con diversos procedimientos, que generan una gran variedad de productos. Los combustibles así obtenidos cuentan con las siguientes ventajas:

* Presentan escaso contenido en azufre
* No forman escorias en su combustión
* Tienen bajo contenido en cenizas
* Contribuyen a mejorar la calidad del medio ambiente

Así, proceda de residuos o de cultivos energéticos, la biomasa generalmente se transforma en calor, combustibles o electricidad, que conducen a la forma de energía útil requerida en cada caso.

Algunos combustibles pueden obtenerse de la biomasa directamente por extracción (plantas productoras de hidrocarburos), pero es más frecuente someter la biomasa a distintas manipulaciones, según su naturaleza y contenido en humedad, para su transformación en combustibles. Estas transformaciones pueden dividirse en dos grupos:

* Procesos termoquímicos: aplicación de elevadas temperaturas con exceso de oxígeno (combustión), en presencia de cantidades limitadas de oxígeno (gasificación) o en ausencia del mismo (pirólisis); los materiales más idóneos son los de bajo contenido en humedad (madera, paja, cáscaras, etc. ) y se generan mezclas de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos
* Procesos bioquímicos: se llevan a cabo mediante diversos tipos de microorganismos, que degradan las moléculas complejas a compuestos simples de alta densidad energética; se utilizan para biomasa de alto contenido en humedad, siendo los más corrientes la fermentación alcohólica para producir etanol y la digestión anaerobia, para la producción de metano (CH4).

Saludos. JLAC

Escrito por Rosaicb10
el 06/10/2009

Necesitamos hablar sobre un tema de quimica, hemos escuchado que usando vegetales (como las papas) podemos producir electricidad como para encender una bombilla. Deseamos desarrollar este tema, pero necesitamos material de apoyo y saber si es realizable, si pudieran ayudarnos se los agradeceriamos!
Laughing