Los investigadores del MIT han desarrollado un nuevo sistema que podría utilizarse para convertir las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas en combustibles útiles para automóviles, camiones y aviones, así como en materias primas químicas para una amplia variedad de productos.
El nuevo sistema basado en membranas fue desarrollado por el postdoc MIT Xiao-Yu Wu y Ahmed Ghoniem, profesor de Ingeniería Mecánica Ronald C. Crane, y se describe en un artículo en la revista ChemSusChem . La membrana, hecha de un compuesto de lantano, calcio y óxido de hierro, permite que el oxígeno de una corriente de dióxido de carbono migre al otro lado, dejando atrás el monóxido de carbono. Otros compuestos, conocidos como conductores electrónicos iónicos mixtos,también están bajo consideración en su laboratorio para su uso en múltiples aplicaciones, incluida la producción de oxígeno e hidrógeno.
El monóxido de carbono producido durante este proceso puede usarse como combustible por sí solo o combinado con hidrógeno y / o agua para producir muchos otros combustibles líquidos de hidrocarburos, así como productos químicos como el metanol utilizado como combustible para automóviles, gas de síntesis, etc.El laboratorio de Ghoniem está explorando algunas de estas opciones. Este proceso podría convertirse en parte del conjunto de tecnologías conocidas como captura, utilización y almacenamiento de carbono, o CCUS, que si se aplica a la producción de electricidad podría reducir el impacto del uso de combustibles fósiles en el calentamiento global..
Explica Wu. La membrana, con una estructura conocida como perovskita, es "100 por ciento selectiva para el oxígeno", permitiendo que solo pasen esos átomos. La separación es impulsada por temperaturas de hasta 990 grados Celsius, y la clave para hacer queEl trabajo del proceso es mantener el oxígeno que se separa del dióxido de carbono que fluye a través de la membrana hasta que llega al otro lado. Esto podría hacerse creando un vacío en el lado de la membrana opuesto a la corriente de dióxido de carbono, pero eso requeriría mucha energíamantener.
En lugar de un vacío, los investigadores usan una corriente de combustible como hidrógeno o metano. Estos materiales se oxidan tan fácilmente que realmente atraen los átomos de oxígeno a través de la membrana sin requerir una diferencia de presión. La membrana también previene el oxígenodesde la migración hacia atrás y la recombinación con el monóxido de carbono, para formar dióxido de carbono nuevamente. Finalmente, y dependiendo de la aplicación, se puede usar una combinación de algo de vacío y algo de combustible para reducir la energía necesaria para impulsar el proceso y producir un útilproducto.
Wu dice que el aporte de energía necesario para mantener el proceso en marcha es el calor, que podría ser proporcionado por la energía solar o por el calor residual, algunos de los cuales podrían provenir de la propia central eléctrica y otros de otras fuentes. Esencialmente, el procesohace posible almacenar ese calor en forma química, para usarlo cuando sea necesario. El almacenamiento de energía química tiene una densidad de energía muy alta, la cantidad de energía almacenada para un peso dado de material, en comparación con muchas otras formas de almacenamiento.
En este punto, dice Wu, él y Ghoniem han demostrado que el proceso funciona. La investigación en curso está examinando cómo aumentar las tasas de flujo de oxígeno a través de la membrana, quizás cambiando el material utilizado para construir la membrana, cambiando la geometría de la membrana.superficies, o agregando materiales catalizadores en las superficies. Los investigadores también están trabajando para integrar la membrana en reactores de trabajo y acoplar el reactor con el sistema de producción de combustible. Están examinando cómo este método podría ampliarse y cómo se compara con otros enfoques paracaptura y conversión de emisiones de dióxido de carbono, tanto en términos de costos como de efectos en las operaciones generales de la central eléctrica.
En una planta de energía de gas natural en la que el grupo de Ghoniem y otros han trabajado anteriormente, Wu dice que el gas natural entrante podría dividirse en dos corrientes, una que se quemaría para generar electricidad mientras se produce una corriente pura de dióxido de carbono, mientras que elotra corriente iría al lado del combustible del nuevo sistema de membranas, proporcionando la fuente de combustible que reacciona con el oxígeno. Esa corriente produciría una segunda salida de la planta, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono conocida como gas de síntesis, que es una industria industrial ampliamente utilizadacombustible y materia prima. El gas de síntesis también se puede agregar a la red de distribución de gas natural existente.
Por lo tanto, el método no solo puede reducir las emisiones de efecto invernadero; también podría producir otra fuente potencial de ingresos para ayudar a sufragar sus costos.
El proceso puede funcionar con cualquier nivel de concentración de dióxido de carbono, dice Wu, lo han probado desde el 2 por ciento hasta el 99 por ciento, pero cuanto mayor es la concentración, más eficiente es el proceso. Por lo tanto, esmuy adecuado para la corriente de salida concentrada de las centrales eléctricas convencionales que queman combustibles fósiles o las diseñadas para la captura de carbono, como las plantas de combustión de oxígeno.
La investigación fue financiada por Shell Oil y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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