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Non-Thermal PLasma Enabled cAtalysis-Separation system for UpgRading biogas to mEthane-NTPleasure

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Captura y metanización del CO2 para obtener un biogás de calidad superior

El biogás se forma a partir del ciclo natural del carbono, así que podría contribuir significativamente a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. NTPleasure ha desarrollado una tecnología híbrida de transformación catalítica y separación por membrana para capturar carbono y producir metano de un modo más eficaz.

Energía

El biogás se genera al descomponer residuos orgánicos (o biomasa), como el de alcantarillas o basureros. Este proceso tiene lugar como digestión anaerobia en entornos sin oxígeno. El resultado es el biogás, que es básicamente una mezcla de dióxido de carbono (CO2) y metano. Tras la combustión o conversión, el biogás es una fuente de energía y de productos químicos más sostenible que los combustibles fósiles. Ha habido muchas iniciativas diseñadas para separar el CO2 del biogás a fin de generar biometano enriquecido, que se puede emplear como carburante y como componente de productos químicos. El proyecto NTPleasure, financiado con fondos europeos y desarrollado con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, ha creado una nueva membrana de ceolita ultradelgada capaz de separar y capturar eficazmente el CO2. El equipo también ha logrado crear una serie de catalizadores muy selectivos y activos para convertir el CO2 en metano bajo condiciones de plasma de baja temperatura. Ambos logros contribuyeron al diseño de un separador de membrana integrado y de un sistema de reactor de plasma capaz de utilizar y capturar carbono a un nivel superior. «Nuestro sistema tiene la capacidad de mejorar eficazmente el biogás para lograr productos de mayor valor, como el metano y el metanol, y de separar y mejorar el CO2 en los gases de combustión para aumentar el rango de aplicaciones», explica Xiaolei Fan, coinvestigador principal del proyecto y miembro de la Universidad de Manchester, Reino Unido.

Tecnología combinada para la conversión de CO2

Los marcos organometálicos (MOM) son un tipo de material poroso e híbrido (orgánico y metálico) con gran versatilidad para la adsorción y separación de gases y para la catálisis. Aunque los MOM pueden ser excelentes catalizadores para la conversión del CO2, las duras condiciones de los sistemas térmicos convencionales pueden destruirlos. La innovación integrada de NTPleasure permite la catálisis de los MOM para la metanización del CO2 durante casi setenta horas bajo condiciones normales de presión y temperatura. La solución aportada por el proyecto combinaba dos tecnologías: la separación por membrana y la transformación catalítica y activada por plasma del CO2. Las membranas ultradelgadas de ceolita podían seleccionar y separar las moléculas de la fase gaseosa de la descomposición, a fin de capturar el CO2. A continuación, este CO2 separado se llevaba a un reactor catalítico en condiciones normales de presión y temperatura para recibir una metanización catalítica en diferentes catalizadores, como los de níquel en ceolitas y MOM. Una descarga de alta tensión generaba lo que se conoce como un «plasma no térmico»: una sustancia gaseosa de gran conductividad. Esta descarga eléctrica provocaba la excitación de las moléculas de hidrógeno y CO2 en la fase gaseosa, de modo que rompían sus enlaces e interactuaban fácilmente con la superficie del catalizador. Tras las pruebas, el equipo descubrió que el sistema híbrido optimizado lograba una eficiencia del 91,8 % en la captura de carbono, además de una eficiencia en el uso del carbono del 71,7 %. Además, el proceso integrado también funcionaba en la utilización de la captura de carbono, ya que mostró un comportamiento estable durante una prueba de durabilidad de cuarenta horas. «Este diseño integrado, que combina la captura del CO2 con su metanización a temperatura ambiente, tiene un gran potencial en la explotación a escala industrial del biogás de alto valor», señala Chris Hardacre, coinvestigador principal del proyecto.

Por la economía y por el medio ambiente

Para las más de 17 000 plantas de biogás de la Unión Europea, la tecnología de NTPleasure supone una oportunidad para mejorar la calidad del biogás generado, lo que aumentará su viabilidad como materia prima y reducirá la dependencia de los combustibles fósiles. Ahora que el proyecto ya ha aportado una prueba de principio sobre la tecnología, el equipo está tratando de obtener nuevas fuentes de inversión para seguir desarrollando su potencial. «NTPleasure aumentó lo que conocíamos sobre los materiales de los MOM y cómo interactúan con el plasma. Esto nos abre toda una nueva área de investigación para lograr que estos materiales se usen en muchos tipos de aplicaciones, como la reacción de desplazamiento de gas de agua, el reformado seco de metano con CO2 para el gas de síntesis y las reducciones catalíticas de óxido de nitrógeno», concluye Fan.

Palabras clave

NTPleasure, biogás, biometano, dióxido de carbono, combustible, ceolita, metanización, catalizador, plasma, níquel, marcos organometálicos

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