Tecnología de impresión 3D para purificar biogás a bajo costo

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Aunque el biogás se ha convertido en una pieza fundamental para la gestión de residuos en los establecimientos ganaderos, pocas de las miles de granjas de escala pequeña o mediana pueden invertir para convertir estos desechos en combustible renovable.

El biogás producido a partir de la descomposición de la materia orgánica contiene aproximadamente 60% de metano, lo que lo convierte en una valiosa fuente renovable de gas natural. Pero el 40% restante está constituido principalmente por dióxido de carbono que limita su uso como combustible en muchas aplicaciones.

Los métodos más populares para eliminar el CO2 y las otras impurezas se basan en el lavado con agua y la separación criogénica, que suelen ser demasiado caros o poco prácticos para cuando se produce biogás a baja o mediana escala, como es el caso de los digestores de estiércol en las granjas lecheras.

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Un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de EEUU, liderados por Sarah E. Baker, han abordado esta necesidad desarrollando un nuevo absorbente de bajo costo a partir de dos compuestos familiares: carbonato de sodio (también conocido como bicarbonato de sodio) y silicona.

Hace aproximadamente 5 años, Baker y sus colegas informaron que las microcápsulas de una solución de carbonato de sodio encapsulada en silicona, un material altamente permeable a los gases, podían absorber CO2 de manera muy eficiente. El CO2 reacciona con la solución básica de carbonato de sodio para formar bicarbonato. Pero las microcápsulas, que se asemejan a pequeños huevos de pescado, no se pueden fabricar fácilmente en grandes cantidades.

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Pero luego de mucho trabajo, lograron convertir el absorbente en un material compuesto al mezclar polvo de carbonato de sodio y resina de silicona. Luego, los investigadores extruyeron el material en un filamento y con una improsera 3-D lo convirtieron en esponjas porosas con un área de superficie muy alta. Después de curar el material, el equipo remojó las estructuras en agua para hidratar el carbonato de sodio y prepararlo para la absorción de CO2.

Las pruebas mostraron que el material produjo una corriente de gas con una pureza de metano de 99% a partir de biogás recogido de una planta de tratamiento de aguas residuales. Luego de su saturación, el absorbente puede regenerarse con un proceso de extracción de aire de baja energía, lo que aumenta su eficiencia.

El material es de bajo costo, tolerante al agua y no tóxico, y puede absorber CO2 a presiones y temperaturas cercanas al ambiente, lo que significa que el proceso usa relativamente poca energía, dice el autor principal del estudio, Maxwell Murialdo.

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Baker y sus colegas estiman que este método de depuración de biogás tendría un costo estimado de entre U$S 700 a U$S 1.600 por m3 . hr, bastante menor que los sistemas de upgrade de biogás a biometano que se ubican en torno a los U$S 2.700 a U$S 3.100 por m3 · hr.

«Se necesita mucha superficie cada vez que se intenta separar el gas por reacción», dice Alissa Park, ingeniera química de la Universidad de Columbia. «Al imprimir este material con alta resolución se pueden crear una gran superficie porosa, lo que reduce la necesidad de alta presión en el sistema logrando que sea más eficiente».

Ahora que el material ha demostrado ser efectivo y económico, el equipo se ha asociado con Southern California Gas Company (SoCal Gas) para fabricar dispositivos prototipos de mayor tamaño para probarlos en el campo. SoCal Gas es una empresa de servicios de gas natural que sirve a más de 21 millones de personas.

 
 
 
 
 

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