Los compuestos sintéticos cada vez más utilizados en productos cotidianos como el champú y el aceite de motor están llegando a los vertederos y sobrealimentando el biogás que esos vertederos producen, según descubrieron investigadores de la Universidad de Michigan.
Si bien hoy es un problema, los investigadores dicen que podría ser una oportunidad para obtener más energía del gas del vertedero.
Los compuestos, llamados "siloxanos", son eficientes para conducir calor e interactuar 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 el equipo generador de energía que se alimenta con gas de vertedero. PeroLos investigadores dicen que los siloxanos podrían aprovecharse para producir más energía.
El equipo de la UM realizó el primer análisis químico de cómo los siloxanos afectan el biogás. Los investigadores 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 esos motores, generalmente gas de generación de energíaturbinas y motores de pistón alternativo: pueden ser dañados por los siloxanos en el biogás.
"Los siloxanos son altamente inflamables", dijo Margaret Wooldridge, profesora de Ingeniería Mecánica Arthur F. Thurnau y directora del Programa Dow Sustainability Fellows en la UM. "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 qué tan rápido un combustible se quema y acciona una turbina o pistón.
El biogás se compone principalmente de metano. El gas metano se encuentra 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 del gas natural y el biogás, lo que hace queambas valiosas fuentes de combustible y energía que son más limpias que el carbón.
En la atmósfera, sin embargo, el metano es particularmente bueno para atrapar el calor, lo que se suma a nuestro problema de calentamiento global. En particular, el metano es un gas de efecto invernadero 30 veces más efectivo que el CO2. Y de acuerdo con la EPA, los vertederos municipales de residuos sólidos representanEl 14% de todas las emisiones de metano relacionadas con los seres 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 de la UM probaron por separado mezclas de monóxido de carbono e hidrógeno 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 combustibles que tienen un retraso de ignición más corto se consideran 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 retraso de ignición que fueron 37% más rápidos que el caso de referencia. Y el metano infundido con HMDSO produjo tiempos de retraso 50% más rápidos.
Los resultados de la investigación de UM se publican en la última edición de Combustión y llama . 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 abrasivos de sílice en los componentes del motor", dijo Rachel Schwind, estudiante de doctorado y coautora del estudio.La investigación en esta área se ha centrado en cómo eliminarlos del gas capturado ".
Aprovechar los siloxanos, en lugar de eliminarlos
Junto con el problema que plantean los siloxanos, también hay potencial. Wooldridge dijo que los siloxanos podrían ser clave para derivar la producción de energía reforzada del biogás.
"Nos encantaría poder aprovecharlos como fuente de energía", dijo.
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", dijo Schwind. "Si podemos reducir esos costos, acercará el biogás a ser un combustible verdaderamente neutral en carbono. Y si podemos hacer un relleno sanitarioel gas es una opción económicamente más atractiva, los operadores de vertederos tendrán más incentivos para capturar y utilizar este dañino gas de efecto invernadero ".
La investigación fue apoyada por el programa de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE. UU.
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Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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