Hay un interés creciente en el uso de energías alternativas, y países como Estados Unidos buscan la independencia energética. Para conseguirlo deben integrarse múltiples sistemas de generación distribuida y optimizar el consumo mediante técnicas de eficiencia energética. Volvemos a tratar en TODOPRODUCTIVIDAD el uso de residuos para producir energía, una forma por otra parte de lo más interesante al evitar la emisión de metano a la atmósfera.
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Una de las tecnologías bajo desarrollo es la gasificación de materiales de residuos y biomasa, y la conversión del gas resultante en varios productos de energía. S4 Energy Solutions LLC, un joint venture entre Waste Management Inc. (WM) e InEntec LLC, está desarrollando la siguiente generación de tecnologías de producción de energía a partir de los residuos. S4 comercializará una solución completa para la conversión de la mayor parte de los tipos de residuos en productos energéticos usando principalmente un nuevo sistema de gasificación conocido como plasma enhanced melter (PEM).
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El PEM es una tecnología de gasificación de plasma basada en parte en una tecnología desarrollada por el US Department of Energy (DOE). Más de $300 millones se han empleado en investigación y desarrollo sobre las tecnologías precedentes que forman la base de este robusto y único sistema de gasificación.
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La tecnología de gasificación S4
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El proceso de gasificación S4 tiene su núcleo en la tecnología de gasificación PEM. La tecnología PEM tiene su origen en el Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) operado por el Battelle Memorial Institute y en el Plasma Fusion Center en el Massachusetts Institute of Technology (MIT). La tecnología desarrollada puede servir como una alternativa a la incineración para el tratamiento térmico de muchos materiales de residuos.
El proceso PEM es una combinación de tres tecnologías discretas que trabajan en sinergia en un proceso eficiente. La primera etapa del proceso implica una unidad de pre-gasificación, donde la materia prima se gasifica usando una combinación de reformación autotérmica y reforming de vapor. Los materiales carbonados que entran en el proceso se convierten en gas de síntesis y materiales con apariencia carbonizada similares al carbono. Este material carbonizado se mueve a través de una cámara de gasificación de primera-etapa y gravimétricamente es transportado en la porción PEM del proceso.
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En esta segunda etapa de plasma, el material carbonizado se expone a temperaturas de 3000 – 10 000 ºC. El plasma está formado por gases ionizados que se mantienen en estado ionizado imponiendo un potencial eléctrico a través de una nube de iones en fase gas. El arco eléctrico se genera en el PEM mediante el uso de electrodos de grafito DC, donde se coloca entre los electrodos un gran potencial eléctrico. Finalmente, cualquier material inorgánico que formaría ceniza en un proceso de combustión se convierte en un material vítreo en la tercera etapa, denominada baño de vidrio.
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La tercera etapa utiliza un proceso que se denomina calentamiento resistivo o de joule. El material similar al vidrio se funde en las temperaturas de operación del PEM, y puede conducir la corriente eléctrica. Por lo tanto, cuando la corriente AC pasa a través del vidrio fundido, la energía térmica se produce debido a la resistencia del baño de vidrio. Si un metal está presente en la materia de alimentación entrante que no se disuelve en el vidrio fundido como un óxido, forma una base de metal en el fondo de la cámara que puede retirarse y recuperarse junto con el vidrio fundido como un material potencialmente reciclable. .
Todos los procesos de gasificación producen syngas de varias composiciones y calidad. Debido a la alta temperatura a la que opera el sistema, el proceso PEM produce un syngas ultra-puro con múltiples opciones, incluyendo la producción de syngas, energía eléctrica o hidrógeno, y numerosos combustibles líquidos y químicos. .
El syngas puede usarse directamente como combustible o usarse directamente como combustible para reemplazar gas natural u otros combustibles. Desde el punto de vista práctico, syngas es un sustituto de combustibles en calderas u otras grandes aplicaciones industriales, donde el syngas puede repartirse a un pequeño número de usuarios finales en unas instalaciones de gasificación S4. El syngas también puede usarse como combustible en los sistemas de generación de energía, y ha sido probado como un combustible viable para motores de combustión interna tales como la tecnología de turbinas de gas y los motores recíprocos. Adicionalmente, ciertos diseños de células de combustible, como la tecnología solid oxide fuel cells (SOFCs), permite que el syngas se use directamente como combustible. Cuando se usa un combustible como motor de combustión interna, el alto contenido de hidrógeno del combustible permite una operación flexible con altos ratios de compresión, en la cual pueden reducirse drásticamente las emisiones de NOx en comparación con los motores de combustión interna con combustibles tradicionales.
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Bibliografía: Plasma – based conversión of waste. Biofuel technology issue 2 2009
Palabras clave: Reciprocating engines, gas turbine technology
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