Investigadores de la Universidad del Valle (Univalle) están estudiando materiales de desechos de minería que posiblemente apoyarán en la captura de dióxido de carbono (CO2), uno de los gases de efecto invernadero.

La profesora Carmen Rosa Forero Amórtegui, miembro del Grupo de Investigación de Ciencia y Tecnología del Carbón (GCTC), dijo que en el futuro la combustión de residuos agrícolas de la cosecha (RAC) de caña puede ser una solución energética para la industria del Valle del Cauca; pero, primero, es necesario optimizar su combustión y avanzar en estudios para captar el dióxido de carbono.

“En los procesos de combustión convencional, como en la estufa de la casa y en los equipos industriales, el oxígeno para la reacción de combustión con el combustible (gas natural, carbón, biomasa, entre otros) viene del aire, que es una mezcla de oxígeno, nitrógeno y otros gases”, manifestó la profesora Forero.

La profesora explicó que sus estudios actuales se enfocan en un proceso novedoso de combustión en el que el oxígeno no proviene directamente del aire.

El nuevo proceso depende de un transportador sólido de oxígeno, que es un compuesto metálico, dando y recibiendo moléculas de oxígeno, mientras que circula entre 2 equipos.

La profesora Forero, quien cuenta con más que 20 años de experiencia en el campo de combustión, señaló que la esperanza es que con esta configuración reduzca el consumo de energía y haga más fácil captar los productos de la combustión como el dióxido de carbono.

“Lo importante es que estamos avanzando en estudios sobre el uso de este transportador de oxígeno en la combustión con materiales sólidos como los residuos de caña, que en el futuro puede representar un combustible alternativo para la región de Valle del Cauca”, manifestó la profesora Forero.

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Crisoles para cargar el transportador de oxígeno en una termobalanza, un equipo que permite hacer estudios de combustión. Imagen: Andrew James (Univalle)

Una combustión más eficiente

Dentro del Laboratorio Combustión Combustibles, la profesora Forero y la ingeniera Sandra Peña Murillo, una investigadora doctoral, mostraron el montaje experimental que usa gas natural como combustible y un transportador de oxígeno basado en manganeso.

“Los minerales de manganeso que usamos son residuos de la minería, entonces estamos encontrando un uso nuevo para estos desechos”, planteó la profesora Forero.

La mena de manganeso está convertida en un polvo, combinado con una solución de nitrato de cobre. Inicialmente, 50 miligramos del compuesto se cargan en un crisol (canasta) de una balanza termogravimétrica que permite identificar si el material tiene la capacidad de entregar y recibir el oxígeno.

Luego, aproximadamente 200 gramos se cargan en una planta piloto que permite monitorear los gases de combustión.

Con un software, los investigadores pueden analizar la reacción: el metano del gas natural se quema con oxígeno desde el manganeso. En otro ciclo, se pone el transportador en contacto con el aire, para reponer el oxígeno.

Esta combustión es más eficiente que la convencional, porque al realizarla con oxígeno puro en vez de aire se asegura una combustión completa.

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La profesora Forero con muestra un residuo de manganeso. Imagen: Andrew James (Univalle)

Hacia una mejor energía desde la caña

En la región de Valle de Cauca, alrededor de 241.205 hectáreas son sembradas con caña de azúcar. Entonces, buscar otro uso de los residuos como RAC, toma importancia.

Junto con investigadores de Cenicaña, un centro de investigación sobre la caña de azúcar, los investigadores de Univalle también trabajan en cómo pueden convertir los RAC hacia un gas de síntesis (monóxido de carbono e hidrógeno) para emplearlo en el proceso de combustión con el transportador de oxígeno.

En una prepublicación científica ‘Gasification of Sugarcane Cutting Residues in the Capture of Carbon Dioxide by Simulation‘ en abril de 2022, la Ingeniera Peña, autora principal, explicó que una ventaja de la gasificación de los residuos sólidos de caña es que es más fácil captar dióxido de carbono.

Además, el gas de síntesis puede generar energía para la industria del Valle del Cauca, reduciendo la cantidad de carbón mineral importado desde otras partes de Colombia.

También el mercado mundial de gas de síntesis alcanzó un volumen de 308,8 gigavatios por hora (GWH) en 2021, con una alcance predicho de 574,5 GWH para 2027, según un reporte de mercado en 2022.

Vista internacional para un impacto local

La ingeniera Peña, quien viene de la Universidad de Guayaquil en Ecuador para desarrollar el proyecto, planteó que el trabajo con el transportador y la gasificación son muy valiosos por su impacto.

“Me gusta mucho este trabajo porque si la industria puede incorporar esa tecnología sería mucho mejor para el planeta”, dijo la ingeniera Peña, añadiendo que el desarrollo científico es clave.

“Si podemos mostrar que la tecnología funciona, la industria puede incentivarse para implementar prácticas más amigables con el ambiente”, manifestó Peña.

Otra faceta del proyecto que involucra la internacionalización son los colaboradores internacionales.

La profesora Forero dijo que dentro del proyecto, cuentan con enlaces a la University of Nottingham y el Instituto Carboquímica de Zaragoza, España.

Este artículo fue publicado originalmente en el Boletín Ingeniería Informa de Univalle. Lea el original.


Investigadora doctoral Sandra Peña (izquierda) y la profesora Forero. Imagen principal: Andrew James (Univalle)