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Electricidad del agua azucarada
Una nueva forma de producir hidrógeno directamente a partir de biomasa, como el aceite de soja, informada en la edición actual de Ciencias , podría reducir el costo de producción de electricidad utilizando varios combustibles baratos.
Un catalizador metálico calentado a 800 ° Celsius vaporiza el aceite de soja para producir hidrógeno. (Crédito: Paul Dauenhauer, Universidad de Minnesota)
Investigadores de la Universidad de Minnesota han desarrollado un método catalítico para producir hidrógeno a partir de combustibles como el aceite de soja e incluso una mezcla de glucosa y agua. El hidrógeno podría usarse en pilas de combustible de óxido sólido, que ahora funcionan con hidrógeno obtenido de fuentes de combustibles fósiles como el gas natural, para generar electricidad. Además, al ajustar la cantidad de oxígeno inyectado junto con el aceite de soja o el agua azucarada, el método se puede adaptar para producir gas de síntesis, una combinación de monóxido de carbono e hidrógeno que se puede quemar como combustible o convertir en gasolina sintética. El método también puede producir materias primas químicas, como olefinas, que pueden convertirse en plásticos.
Aunque los resultados son preliminares, el nuevo proceso de catálisis representa una forma fundamentalmente nueva de utilizar directamente aceite de soja y otra biomasa barata como combustibles; esta biomasa debe convertirse ahora en biodiésel o etanol para poder utilizarla como combustible. En general, la gente se ha mantenido alejada de los líquidos no volátiles, materiales que no se pueden vaporizar, ya que estos suelen producir un residuo de carbono que detiene el proceso de producción de hidrógeno, dice Ted Krause , jefe del departamento de investigación básica y aplicada del Laboratorio Nacional de Argonne, en Argonne, IL. Al eliminar la necesidad de procesar aceite de soja y agua azucarada para producir combustibles volátiles como el etanol, el nuevo método abre el número de materias primas biomateriales disponibles, dice.
El proceso comienza cuando los investigadores rocían finas gotas de aceite de soja o agua azucarada sobre un catalizador súper caliente hecho de pequeñas cantidades de cerio y rodio. El calentamiento rápido combinado con reacciones asistidas por catalizador previene la formación de lodos de carbón que de otro modo desactivarían el catalizador. Y las reacciones producen calor, manteniendo el catalizador lo suficientemente caliente como para continuar la reacción. Como resultado, aunque los combustibles fósiles se utilizan inicialmente para llevar los catalizadores a la temperatura de trabajo de 800 ° C, no se necesitan combustibles fósiles para continuar el proceso. Una de las virtudes de nuestro proceso es que no requiere calor de proceso externo; se impulsa solo, dice el profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales. Lanny Schmidt , quien dirigió la investigación.
La clave de la velocidad de las reacciones son las pequeñas gotas. Los procesos existentes para convertir combustibles volátiles, como el etanol o el biodiésel, en hidrógeno son más lentos porque los combustibles están dentro de las tuberías y el calor tarda hasta un segundo en transferirse a ellos. En el proceso de Schmidt, las gotas se calientan instantáneamente, en solo unos pocos milisegundos, y el sistema puede ser más rápido, más barato y más pequeño, dice. La velocidad permite producir más combustible a partir de un reactor más pequeño, lo que reduce los costos de capital y hace posible que sea práctico para un agricultor utilizar un sistema pequeño en la granja.
Schmidt dice que el proceso probablemente podría adaptarse para trabajar con otra biomasa, como lodos o polvos hechos de hierba o madera, que ahora son difíciles de convertir en combustibles prácticos para la generación de electricidad o el transporte debido a su alto contenido de celulosa. La capacidad de crear hidrógeno y gas de síntesis directamente a partir de fuentes celulósicas aumentaría drásticamente la cantidad de combustible que podría fabricarse a partir de biomasa residual porque sería posible, por ejemplo, utilizar todo el tallo de maíz, en lugar de solo glucosa derivada de los granos de maíz, para combustible. Otros investigadores están intentando diseñar organismos genéticamente para convertir la hierba y los tallos de maíz en combustibles líquidos como el etanol (consulte Rediseño de la vida para producir etanol).
Dichos combustibles podrían ayudar a reducir la dependencia de Estados Unidos del petróleo extranjero y proporcionar una fuente renovable de combustible que no produzca un aumento neto de dióxido de carbono en la atmósfera, ya que el carbono liberado cuando se quema el combustible es recuperado por la biomasa a medida que crece.
Krause dice que las aplicaciones iniciales del proceso actual de Schmidt probablemente serán en la producción de energía distribuida en pequeñas cantidades, ya que la producción a escala de servicios públicos será un desafío. Por ejemplo, controlar el tamaño de las gotas y la temperatura del sistema para mantener las reacciones uniformes y evitar dañar los catalizadores será más difícil en sistemas grandes.
Schmidt dice que no se está enfocando en comercializar la técnica actual. Su próximo objetivo es desarrollar el sistema para trabajar con fuentes de biomasa residual. Algún día podría ser posible utilizar un sistema de este tipo para generar electricidad a partir de los recortes de césped.