El bucle químico convierte los residuos ambientales en combustible
Un estudio revela que un sistema bajo en carbono aumenta la eficiencia química
La transformación de residuos ambientales en recursos químicos útiles podría resolver muchos de los inevitables problemas que plantean nuestras crecientes cantidades de plásticos, papel y residuos alimentarios desechados, según una nueva investigación.
En un avance significativo, investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han desarrollado una tecnología para transformar materiales como plásticos y residuos agrícolas en gas de síntesis, una sustancia que suele utilizarse para crear productos químicos y combustibles como formaldehído y metanol.
Mediante simulaciones para comprobar la capacidad del sistema para descomponer los residuos, los científicos descubrieron que su método, denominado bucle químico, podía producir syngas de alta calidad de forma más eficiente que otras técnicas químicas similares. En conjunto, este proceso perfeccionado ahorra energía y es más seguro para el medio ambiente, afirma Ishani Karki Kudva, autora principal del estudio y estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular en Ohio State.
"Usamos el gas de síntesis para obtener sustancias químicas importantes que necesitamos en nuestro día a día", explica Kudva. "Así que mejorar su pureza significa que podemos utilizarlo de muchas formas nuevas".
En la actualidad, la mayoría de los procesos comerciales crean gas de síntesis con una pureza de entre el 80 y el 85%, pero el equipo de Kudva logró una pureza de alrededor del 90% en un proceso que sólo lleva unos minutos.
Este estudio se basa en décadas de investigación previa en Ohio State, dirigida por Liang-Shih Fan, distinguido profesor universitario de ingeniería química y biomolecular que asesoró el estudio. Esta investigación previa utilizaba la tecnología de bucle químico para convertir combustibles fósiles, gas de alcantarilla y carbón en hidrógeno, gas de síntesis y otros productos útiles.
En el nuevo estudio, el sistema consta de dos reactores: un reductor de lecho móvil donde los residuos se descomponen utilizando el oxígeno proporcionado por el material de óxido metálico, y una cámara de combustión de lecho fluidizado que repone el oxígeno perdido para poder regenerar el material. El estudio demostró que, con este sistema de conversión de residuos en combustible, los reactores podían funcionar hasta un 45% más eficientemente y seguir produciendo un 10% de gas de síntesis más limpio que con otros métodos.
El estudio se ha publicado recientemente en la revista Energy and Fuels.
Según un informe de la Agencia de Protección Ambiental, en 2018 se generaron 35,7 millones de toneladas de plásticos en Estados Unidos, de los cuales alrededor del 12,2% son residuos sólidos urbanos, como envases de plástico, bolsas, electrodomésticos, muebles, residuos agrícolas, papel y alimentos.
Desafortunadamente, dado que los plásticos son resistentes a la descomposición, pueden persistir en la naturaleza durante largos períodos y pueden ser difíciles de descomponer y reciclar por completo. La gestión convencional de residuos, como el vertido y la incineración, también plantea riesgos para el medio ambiente.
Ahora, los investigadores presentan una solución alternativa para ayudar a frenar la contaminación. Por ejemplo, al medir cuánto dióxido de carbono expulsaría su sistema en comparación con los procesos convencionales, los resultados revelaron que podría reducir las emisiones de carbono hasta en un 45%.
Según Shekhar Shinde, coautor del estudio y estudiante de doctorado en Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio, el diseño de su proyecto es sólo uno de los muchos que existen en el sector químico impulsados por la urgente necesidad de tecnologías más sostenibles.
En el caso de este estudio, su trabajo podría ayudar a reducir drásticamente la dependencia de la sociedad de los combustibles fósiles.
"Ha habido un cambio drástico entre lo que se hacía antes y lo que se intenta hacer ahora en cuanto a la descarbonización de la investigación", afirma.
Mientras que las tecnologías anteriores sólo podían filtrar residuos de biomasa y plásticos por separado, la tecnología de este equipo también tiene el potencial de tratar varios tipos de materiales a la vez mezclando continuamente las condiciones necesarias para convertirlos, señala el estudio.
Una vez que las simulaciones del equipo arrojen más datos, esperan poner a prueba las capacidades comerciales del sistema realizando experimentos durante más tiempo con otros componentes únicos.
"Nuestra próxima prioridad es ampliar el proceso a los residuos sólidos urbanos que obtenemos de los centros de reciclaje", afirma Kudva. "El trabajo en el laboratorio sigue su curso con respecto a la comercialización de esta tecnología y la descarbonización de la industria".
Otros coautores de Ohio State son Rushikesh K. Joshi, Tanay A. Jawdekar, Sudeshna Gun, Sonu Kumar, Ashin A Sunny, Darien Kulchytsky y Zhuo Cheng. El estudio contó con el apoyo de Buckeye Precious Plastic.
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Publicación original
Ishani Karki Kudva, Shekhar G. Shinde, Rushikesh K. Joshi, Tanay A. Jawdekar, Sudeshna Gun, Sonu Kumar, Ashin A Sunny, Darien Kulchytsky, Zhuo Cheng, Liang-Shih Fan; "Low Carbon Formaldehyde Generation from Chemical Looping Gasification of Heterogeneous Solid Waste"; Energy & Fuels, Volume 38, 2024-10-14
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