GAS NATURAL RENOVABLE: UN PASO ADELANTE HACIA LA ENERGÍA LIMPIA

Last updated on junio 18th, 2021 at 08:07 pm

El mundo ha pasado a centrarse en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y en la introducción de tecnologías neutras y de reducción de carbono. Para lograrlo, los científicos están desarrollando nuevas tecnologías innovadoras, como los calentadores eléctricos de inmersión. Con una menor huella medioambiental y sin pérdida de eficiencia, los calentadores eléctricos están impulsando estos objetivos en todas las industrias importantes. En gran parte, esto se debe a su compatibilidad y eficacia con las opciones de energía renovable.

La industria agrícola es un foco especialmente importante para una energía más limpia. Según la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA), la agricultura representa el 11 % de las emisiones de efecto invernadero. Las principales emisiones de la agricultura incluyen la ganadería, la gestión del estiércol, los vertederos, el tratamiento de aguas residuales y la quema de residuos agrícolas. Estos desempeñan un papel importante en las emisiones de gases de efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero consisten principalmente en metano con:

• oxígeno
• hidrógeno
• nitrógeno
• dióxido de carbono
• monóxido de carbono

La agricultura no es la única industria responsable de las emisiones de metano. Por ejemplo, también se extrae como parte del proceso de exploración de petróleo y gas además de proporcionar una valiosa fuente de energía para los consumidores domésticos y comerciales. El uso de la energía afecta a las emisiones de la mayoría de las actividades y procesos comerciales y residenciales. Dar el paso hacia un planeta más verde significa avanzar hacia una energía limpia mediante procesos como la depuración del biogás.

El biogás, un subproducto de los procesos de emisión agrícola, puede utilizarse para generar Gas Natural Renovable (GNR). Las nuevas tecnologías permiten que este procesamiento siga siendo eficiente desde el punto de vista energético, al tiempo que proporciona una menor huella ecológica. Por ello, son prácticas y fáciles de implantar en granjas, instalaciones de tratamiento de aguas residuales y vertederos ya existentes. Esto ha llevado al desarrollo y la adopción del proceso de absorción por cambio de presión (PSA). 

¿Qué es el PSA?

La absorción por oscilación de presión (PSA) aprovecha la “afinidad” que tienen algunas moléculas de gas para ser absorbidas por determinados materiales sólidos. El proceso se produce a alta presión. Al reducirse la presión, se produce la separación de la molécula de gas de la superficie del sólido. Aunque esto ocurre a temperaturas cercanas a la del ambiente, el control de la temperatura sigue siendo necesario para proporcionar altas presiones para el proceso de absorción. 

La superficie sólida del absorbente atrapa las moléculas de gas objetivo en la superficie porosa del material, mientras que otras moléculas de gas viajan a través del lecho absorbente sin obstáculos. Estos gases están entonces disponibles para su extracción en la salida o escape. 

Los materiales absorbentes, como la zeolita, tienen afinidad por el nitrógeno a alta presión. A baja presión, el nitrógeno se separa de la zeolita y se regenera el absorbente. La tecnología PSA une físicamente las moléculas de gas al absorbente. La cara de esta unión depende de varios factores como la presión parcial del gas, las temperaturas de funcionamiento y la polaridad de la molécula de gas y el material absorbente. Los calentadores eléctricos de inmersión desempeñan un papel crucial en el control de estos factores.

Absorción por cambio de temperatura (TSA) para la regeneración

Después de un cierto número de ciclos, el material absorbente pierde su afinidad con las moléculas de gas. Esto se debe a que los poros están llenos de gases de afinidad. Otra causa es la absorción de humedad cuando se trabaja a temperaturas cercanas a la del ambiente. La humedad es un factor importante en la degeneración del lecho absorbente. 

La absorción por cambio de temperatura (TSA) ayuda a regenerar el absorbente. El proceso aumenta la temperatura desde casi la ambiental hasta los 200 ˚C, evaporando la humedad. Esto, junto con el proceso PSA de baja presión, liberará la humedad y los gases absorbidos, regenerando así el lecho absorbente. 

Papel de la PSA en la purificación del biogás

La PSA desempeña un papel fundamental en la purificación del biogás debido a su alto contenido de impurezas, que lo hace inútil para cualquier actividad de generación de energía. A alta presión, el biogás se introduce en el recipiente lleno del lecho de absorbente. La corriente de gas se purifica cuando ciertas moléculas (N2, O2, CO, H2S y/o CO2) son absorbidas por el lecho absorbente. El resultado es una extracción de metano con una pureza del 97 % al 98 %. 

En la corriente de biogás que llega a la entrada del recipiente, los componentes altamente volátiles del gas como el H2 (hidrógeno) y el CH4 (metano) con baja polaridad son prácticamente no absorbibles en el lecho absorbente lleno de capas de zeolita (para el nitrógeno), carbón activado (para los compuestos orgánicos), alúmina activada (para el H2S), gel de sílice (para el agua) y tamices moleculares en contraposición a las moléculas de gases como el N2, O2, H2S, H2O y CO2 que son absorbidos por los absorbentes, extrayéndose extrae metano puro a la salida. 

Figura 1: Proceso de PSA para el gas natural renovable (RNG)

Proceso de PSA de alta eficiencia

Para mejorar la eficacia de la PSA, se utiliza un sistema de válvulas rotativas junto con un grupo de recipientes absorbentes. El sistema tiene una válvula rotativa, la válvula rotativa de alimentación, conectada en el fondo de los recipientes absorbentes PSA. Así como una válvula rotativa conectada en la parte superior de los recipientes llamada válvula rotativa de producto. 

Esta red de múltiples recipientes absorbentes conectados a través de las tuberías, aumenta la eficacia del proceso de PSA. Cuando un recipiente alcanza su capacidad de absorción, la válvula rotativa de alimentación cambia el gas de alimentación presurizado a la siguiente columna o recipiente de absorción, mientras que la válvula rotativa de producto cambia a ese recipiente. De este modo, la presión en el primer recipiente absorbente se reduce para liberar los gases absorbidos, regenerando el absorbente y dejando ese recipiente listo para el siguiente ciclo de absorción. La red de recipientes absorbentes y con dos válvulas que giran juntas y el cambio de flujo de gas de un recipiente al siguiente garantizan un funcionamiento casi continuo del sistema. Esto aumenta aún más el tiempo de funcionamiento y la eficacia general del proceso PSA.

Conclusión:

El PSA se está convirtiendo rápidamente en el método de elección para el despliegue móvil in situ de sistemas para la producción de Gas Natural Renovable (GNR). Es especialmente valioso para su uso en vertederos, granjas con gestión de estiércol y plantas de tratamiento de aguas residuales. La eficacia del sistema depende de la concentración y del tipo de absorbente utilizado, de las presiones parciales de la corriente de biogás, de las temperaturas de funcionamiento y del nivel de contaminantes (H2O, compuestos orgánicos volátiles VOC, sulfuro de hidrógeno). 

Aunque los sistemas de PSA y sus componentes asociados están diseñados para niveles específicos de contaminantes en la corriente de alimentación de biogás, concentraciones más altas de contaminantes, incluyendo líquidos de cualquier tipo que puedan adherirse al lecho absorbente, pueden reducir su capacidad de trabajo. El GNR resultante de este proceso puede inyectarse en la red nacional de gas para sustituir los gases de los combustibles fósiles. O bien, puede utilizarse como combustible primario de entrada al proceso de reformado generador de hidrógeno u otro combustible. Por ello, es un proceso muy eficiente e integrado que reduce nuestra huella medioambiental.