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Investigación aplicada a la Ingeniería de Procesos
Alternativas de medición de color en la industria alimentaria: Practicidad y economía
Altern
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Valorización energética de los fangos de EDARs mediante la producción de hidrógeno a través de procesos de descomposición catalítica Valentín García Albiach y Juan M. Coronado
Agua - Energía •
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El agua residual contiene más de 2,5 veces la energía necesaria para su tratamiento (aprox. 3.100 MJ/1.000 m3) . La pregunta que se nos plantea es obvia: ¿Cuál es la mejor manera de extraer y utilizar ésta energía del proceso de depuración de las aguas residuales? – Por un lado, nuevas tecnologías de extracción de la energía en la línea de agua. – Utilización de energías limpias para el tratamiento avanzado del agua (nutrientes específicos). – En cuanto a la línea de fango, el método más común hasta hoy es la digestión anaerobia y la correspondiente generación de gas. Se abordará el estudio de nuevas tecnologías para su optimización así como alternativas.
Planteamiento general •
Actualmente el método habitual de valorización energética es emplear el biogás, producido por digestión anaerobia de los fangos, en motores adaptados para la cogeneración eléctrica. No obstante, debido a la relativamente baja eficiencia del proceso (con un rendimiento del 40%) la reducción de emisiones de CO2 por este proceso es muy limitada (254-360 g CO2/kWh).
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Una alternativa potencialmente interesante para la valorización energética de los fangos es la obtención de hidrógeno por medio de procesos de descomposición catalítica de biogás. El gran atractivo de este proceso radica en que por cada kWh producido en forma de electricidad se produce el secuestro de más de 200 g de CO2, que queda inmovilizado en forma de depósitos carbonosos.
Hidrógeno como Vector Energético • •
Se fundamenta en su carácter de combustible limpio, y “moneda” de cambio energética (vector) En su versatilidad, que posibilita tanto su aprovechamiento para la producción de electricidad empleando pilas de combustible, como su uso directo en motores de combustión adaptados a tal efecto.
¿Por qué necesitamos H2 ? La producción de H2 a partir de fuentes renovables es una de las alternativas más prometedoras para el futuro esquema energético en conexión con el uso de pilas de combustible.
¿Cómo transformar un residuo en un recurso ?
El aprovechamiento energético de los fangos de EDAR’s que ha llegado al final de su ciclo y deben ser desechados es más complejo que la utilización directa del biogás, aunque la pirólisis puede resultar una opción muy atractiva para valorizar este residuo
Pirólisis de Fángos de EDAR’s
Composición de los aceites de pirolisis de fangos en función de la temperatura.
Los fangos pueden ser considerados combustibles en si mismos, aunque de baja calidad, pero son también una fuente de hidrógeno, que constituye uno de los vectores energéticos más flexibles
Aprovechamiento energético de los fangos y Biogás El biogás es básicamente una mezcla de CH4 (40-70%) y CO2 , mientras que los bioaceites de pirólisis son mezclas muy complejas de hidrocarburos y compuestos oxigenados como fenol y ácidos orgánicos. Tecnologías
Proceso
Combustión
CnHm + (m/2+n)O2 →
Reformado con vapor
Descomposición
Ventajas
Tecnología madura y n CO2 + m/2 H2O comercial
CH4+2 H2O → CO2+4 H2
CH4 → C +2H2
Desventajas
Rendimiento energético moderado
Tecnología Madura
Emisiones elevadas de CO2 (254-360 g/kWh) Emisiones significativas de CO2
Temperatura de proceso moderadas
Precisa procesos de purificación
Elevada capacidad reducción de emisiones de CO2 (-200 g/Kw)
Temperaturas de proceso elevadas
Hidrógeno de alta pureza
Problemas de desactivación Necesidad de gestionar el residuo carbonoso
La propuesta de INTEGRAGUA CH4+H2O →CO+3H2 [ΔH=206 kJ/mol]
Generación de H2 integrada en el ciclo de la EDAR a partir de compuestos residuales
Retos y soluciones propuestas en el proyecto El proceso tiene lugar a temperatura elevadas (1100ºC)
Es necesario separar el carbón y regenerar el catalizador
Cada 1.2 m3 de H2 generará 0.3 Kg de carbón que es preciso valorizar
M (T)
Los catalizadores de cobalto reducen la temperatura necesaria (700ºC)
Las propiedades magnéticas del Co son un ventaja para la separación y operación del reactor
Producción de compost y materiales estructurales para construcción
Reactor de demostración de INTEGRAGUA Reactor Rotatorio capaz de producir 150 L/h de H2.
Pirólisis/gasificación
Descomposición Catalítica
Separación/ Purificación
Fangos
H2
Biogás
Fermentación
Generación de H2 integrada en el ciclo de la EDAR a partir de compuestos residuales
El carbón como material de alta tecnología
Un atractivo adicional de la descomposición catalítica de biogás es la posibilidad de producir variedades de carbono con interés tecnológico (grafito, nanotubos o grafeno) casi a la carta.
grafeno
grafito P. Jana, V.A. de la Peña O'Shea, J.M. Coronado, D.P. Serrano, Energy & Environ. Sci. 4 (2011) 778.