Evaluación termodinámica de la gasificación de diferentes materias primas utilizando agua supercrítica y CO para la producción de hidrógeno y metano
Autores: Caraballo, Luis David García; dos Santos Junior, Julles Mitoura; Zelioli, Icaro Augusto Maccari; Castillo Santiago, York; Bayer, Juan F. Perez; Mariano, Adriano Pinto
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Evaluación termodinámica de la gasificación de diferentes materias primas utilizando agua supercrítica y CO para la producción de hidrógeno y metano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería General
Palabras clave
Gasificación de agua supercrítica
Gasificación de dióxido de carbono
Residuos agroindustriales
Residuos urbanos
Software TeS v.2
Composiciones de equilibrio
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La gasificación de agua supercrítica (SCWG) y la gasificación de dióxido de carbono de residuos de desechos agroindustriales y urbanos -Cáscara de café, Biocarbón de Eucalipto, Caña de azúcar energética y Combustible derivado de residuos (RDF)- fueron estudiados utilizando el software TeS v.2, que emplea un modelo termodinámico no estequiométrico para minimizar la energía libre de Gibbs y predecir las composiciones de equilibrio. Se analizaron los efectos de la temperatura (873.15-1273.15 K), presión (220-260 bar), alimentación de biomasa (18-69%) y agentes gasificantes en la formación de hidrógeno y metano. Temperaturas más altas y porcentajes de alimentación de biomasa favorecieron la producción de hidrógeno, mientras que temperaturas más bajas aumentaron la formación de metano. A 1273.15 K, RDF mostró el mayor rendimiento de hidrógeno en SCWG, aumentando de 0.43 a 1.42 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.39 a 1.23 mol), Cáscara de Café (0.34 a 0.74 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.33 a 0.62 mol). En la gasificación de CO, los rendimientos de hidrógeno fueron más bajos pero siguieron una tendencia similar. A 873.15 K, RDF también mostró el mayor aumento de metano en SCWG, de 0.14 a 0.91 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.12 a 0.65 mol), Cáscara de Café (0.11 a 0.36 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.11 a 0.29 mol). La formación de metano en la gasificación de CO fue significativamente menor, con RDF aumentando de 0.0035 a 0.35 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.0024 a 0.24 mol), Cáscara de Café (0.0002 a 0.058 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.0002 a 0.028 mol). Por otro lado, se observó un ligero aumento en la formación de hidrógeno a medida que la presión disminuía, mientras que se observó el efecto opuesto en la formación de metano, con un pequeño aumento en su producción a medida que la presión aumentaba. El impacto del cambio de presión en las composiciones de equilibrio no fue tan significativo como el efecto observado al variar la temperatura; este comportamiento se observó en ambos procesos de gasificación estudiados. Además, se analizó el comportamiento de la relación molar H/CO para cada biomasa en los procesos de gasificación estudiados para evaluar los posibles usos del gas de síntesis producido. Se observó que la SCWG resultó en relaciones molares H/CO significativamente más altas en comparación con la gasificación de CO.
Descripción
La gasificación de agua supercrítica (SCWG) y la gasificación de dióxido de carbono de residuos de desechos agroindustriales y urbanos -Cáscara de café, Biocarbón de Eucalipto, Caña de azúcar energética y Combustible derivado de residuos (RDF)- fueron estudiados utilizando el software TeS v.2, que emplea un modelo termodinámico no estequiométrico para minimizar la energía libre de Gibbs y predecir las composiciones de equilibrio. Se analizaron los efectos de la temperatura (873.15-1273.15 K), presión (220-260 bar), alimentación de biomasa (18-69%) y agentes gasificantes en la formación de hidrógeno y metano. Temperaturas más altas y porcentajes de alimentación de biomasa favorecieron la producción de hidrógeno, mientras que temperaturas más bajas aumentaron la formación de metano. A 1273.15 K, RDF mostró el mayor rendimiento de hidrógeno en SCWG, aumentando de 0.43 a 1.42 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.39 a 1.23 mol), Cáscara de Café (0.34 a 0.74 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.33 a 0.62 mol). En la gasificación de CO, los rendimientos de hidrógeno fueron más bajos pero siguieron una tendencia similar. A 873.15 K, RDF también mostró el mayor aumento de metano en SCWG, de 0.14 a 0.91 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.12 a 0.65 mol), Cáscara de Café (0.11 a 0.36 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.11 a 0.29 mol). La formación de metano en la gasificación de CO fue significativamente menor, con RDF aumentando de 0.0035 a 0.35 mol, seguido por Caña de Azúcar Energética (0.0024 a 0.24 mol), Cáscara de Café (0.0002 a 0.058 mol) y Biocarbón de Eucalipto (0.0002 a 0.028 mol). Por otro lado, se observó un ligero aumento en la formación de hidrógeno a medida que la presión disminuía, mientras que se observó el efecto opuesto en la formación de metano, con un pequeño aumento en su producción a medida que la presión aumentaba. El impacto del cambio de presión en las composiciones de equilibrio no fue tan significativo como el efecto observado al variar la temperatura; este comportamiento se observó en ambos procesos de gasificación estudiados. Además, se analizó el comportamiento de la relación molar H/CO para cada biomasa en los procesos de gasificación estudiados para evaluar los posibles usos del gas de síntesis producido. Se observó que la SCWG resultó en relaciones molares H/CO significativamente más altas en comparación con la gasificación de CO.