Los suelos de los vertederos como productores de biogás (Tecnosoles al servicio de la Sociedad)

Tecnosoles Fábricas de Biogás en potencia: Fuente: Colaje Imágenes Google

La producción doméstica de biogás, con modestos biodigestores, sigue siendo una práctica muy extendida en países, generalmente pobres, aunque no siempre, así como en el mundo rural. Hablamos de los Biodigestores familiares. Viajando desde San Petersburgo a la República Independiente de Carelia, los vi en muchas granjas. Convertir desechos en energía en lugar de emitirlos a la atmósfera, y más aún cuando se encuentran cargados de metano es una práctica recomendable, que podría implementarse, como mínimo en el mundo rural, para el disgusto de las codiciosas empresas energéticas. También ahorrarían dinero a las familias y comunidades que se adhieran a tal práctica. Sin embargo, a pesar de todo tipo de iniciativas para disminuir la emisión de gases de invernadero, no leo casi noticias de instituciones y gobiernos que incentiven su uso.

Los vertederos y sus capas de sellado pueden entrar en la categoría de los Tecnosoles en la taxonomía desuelos de la WRB (FAO), Si la noticia resulta cierta y la viabilidad de la propuesta alcanzable, igual podemos defender que los suelos antrópicos pudieran considerarse en el futuro como fábricas de energía, en este caso biogás.  ¡A saber!.

Sin embargo, la emisión de gases por los vertederos sigue siendo un tema preocupante que aumenta, tanto por la creciente cantidad de residuos que producimos, como por su composición. Y realmente el tema parece es muy importante: Los autores de la nota de prensa, por ejemplo, nos informan de que: “según la EPA, los vertederos municipales de desechos sólidos representan el 14% de todas las emisiones de metano relacionadas con los humanos en los Estados Unidos cada año, la tercera fuente más grande detrás de la industria y la agricultura de gas y petróleo. Las propiedades y magnitudes de sus emisiones ha estimulado los esfuerzos para capturar metano de los vertederos y usarlo como combustible, en lugar de permitir que escape sin control”. Los birreactores industriales actuales son seriamente dañados debido a compuestos que como los  siloxanos, que abundan en los vertederos y en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Hablamos de compuestos altamente inflamables, pero que tienen justamente por esa propiedad, la posibilidad ser útiles a la hora de producir-extraer de esas montañas de inmundicia energía para la sociedad. Por esa razón los autores del estudio que presentamos en este post demostraron que los siloxanos aumentan la reactividad del biogás, lo que se traduce en una ignición más rápida en los motores y a la liberación de más energía. Debido a ello proponen utilizar los vertederos como plantas generadoras de energía. Empero la investigación aludida no comenta nada más al respecto, es decir no se habla de viabilidad, relación costes/beneficios, riesgos potenciales, ni nada que contribuya a creer que tal iniciativa es viable y recomendable. Por lo tanto hablamos de una idea, avalada “en parte” por algunos datos empíricos. Ojalá pudiera obtenerse algo de provecho de nuestros residuos y a la par paliar las emisiones de potentes gases de invernadero como el metano.

Abajo os dejo la nota de prensa traducida del Suajili al español-castellano, así como otro material que os ayudará a entender la naturaleza de los siloxanos.

Juan José Ibáñez

Continúa……..

How everyday products are supercharging landfill gas, and what that means
by Staff Writers; Ann Arbor MI (SPX) Nov 15, 2019
Synthetic compounds increasingly used in everyday products like shampoo and motor oil are finding their way into landfills and supercharging the biogas those landfills produce, researchers at the University of Michigan have found.

While it’s a problem today, the researchers say it could be an opportunity to get more energy out of landfill gas.

The compounds, called «siloxanes,» are efficient at conducting heat and interacting with water, and as such their popularity has increased in a variety of consumer products. That means more and more siloxanes are headed to your local landfill.

Biogas refers to fuel gases that are synthesized from different biological or organic feedstocks like landfill gas and wastewater treatment plants. In recent years, it has become clear that siloxanes have been damaging the power-generating equipment that’s fueled with landfill gas. But the researchers say the siloxanes could actually be harnessed to produce more energy.

Cómo los productos cotidianos están sobrealimentando el gas de los vertederos, y sus Implicaciones

Por los escritores del personal; Ann Arbor MI (SPX) 15 de noviembre de 2019

Los investigadores de la Universidad de Michigan descubrieron que los compuestos sintéticos cada vez más utilizados en productos cotidianos como el champú y el aceite de motor están llegando a los vertederos y sobrealimentando el biogás que producen.

Si bien hoy es un problema, los investigadores dicen que podría ser una oportunidad para obtener más energía del gas de los vertederos.

Los compuestos, llamados «siloxanos«, son eficientes para conducir calor e interactuar con el agua, y como tal su popularidad ha aumentado en una variedad de productos de consumo. Eso significa que más y más siloxanos se dirigen a su vertedero local.

El biogás se refiere a los gases combustibles que se sintetizan a partir de diferentes materias primas biológicas u orgánicas como el gas de vertedero y las plantas de tratamiento de aguas residuales. En los últimos años, ha quedado claro que los siloxanos han estado dañando los equipos de generación de energía alimentados con gas de vertedero. Pero los investigadores dicen que los siloxanos podrían aprovecharse para producir más energía.

The U-M team conducted the first chemical analysis of how siloxanes affect biogas. The researchers found that siloxanes increase the reactivity of biogas, leading to faster ignition in engines and the release of more energy. But those engines – typically power-generating gas turbines and reciprocating piston engines – can be damaged by the siloxanes in the biogas.

«Siloxanes are highly ignitable,» said Margaret Wooldridge, the Arthur F. Thurnau Professor of Mechanical Engineering and director of the Dow Sustainability Fellows Program at U-M. «They change the chemistry of biogas like crazy. The stuff is like rocket fuel, literally – crazy-reactive.»

The siloxanes essentially change the biogas’s «flame speed,» which is a measure of how quickly a fuel combusts and drives a turbine or piston.

Biogas is composed mainly of methane. Methane gas is found in nature but it is also produced when organic material decomposes in landfills, along with hydrogen, carbon monoxide, and other hydrocarbons. Methane is the main component of natural gas and biogas, making both valuable sources of fuel and energy that are cleaner than coal.

El equipo de U-M realizó el primer análisis químico de cómo los siloxanos afectan el biogás. Los investigadores encontraron que los siloxanos aumentan la reactividad del biogás, lo que lleva a una ignición más rápida en los motores y a la liberación de más energía. Pero esos motores, típicamente turbinas de gas generadoras de energía y motores de pistones alternativos, pueden ser dañados por los siloxanos en el biogás.

«Los siloxanos son altamente inflamables«, dijo Margaret Wooldridge, profesora de Ingeniería Mecánica Arthur F. Thurnau y directora del Programa Dow Sustainability Fellows en U-M. «Cambian la química del biogás como locos. Las cosas son como combustible de cohetes, literalmente, como reactivos locos«.

Los siloxanos esencialmente cambian la «velocidad de la llama» del biogás, que es una medida de la rapidez con que un combustible se quema y acciona una turbina o pistón.

El biogás está compuesto principalmente de metano. El gas metano se encuentra en la naturaleza, aunque también se produce cuando el material orgánico se descompone en los vertederos, junto con hidrógeno, monóxido de carbono y otros hidrocarburos. El metano es el componente principal del gas natural y el biogás, lo que genera fuentes valiosas de combustible y energía más limpias que el carbón.

In the atmosphere, however, methane is particularly good at trapping heat, adding to our global warming problem. In particular, methane is 30 times more effective a greenhouse gas than CO2. And according to the EPA, municipal solid waste landfills account for 14% of all human-related methane emissions in the U.S. each year – the third-largest source behind the gas and petroleum industry and agriculture.

That property has spurred efforts to capture methane from landfills and use it as a fuel, instead of allowing it to escape unchecked.

Sin embargo, en la atmósfera, el metano es particularmente eficiente con vistas a atrapar el calor, lo que se suma a nuestro problema de calentamiento global. En particular, el metano es 30 veces más efectivo como gas de efecto invernadero que el CO2. Y según la EPA, los vertederos municipales de desechos sólidos representan el 14% de todas las emisiones de metano relacionadas con los humanos en los Estados Unidos cada año, la tercera fuente más grande detrás de la industria y la agricultura de gas y petróleo.

Esa propiedad y magnitud de sus emisiones ha estimulado los esfuerzos para capturar metano de los vertederos y usarlo como combustible, en lugar de permitir que escape sin control.

Measuring ‘ignitability’

In this study, U-M researchers separately tested hydrogen and carbon monoxide mixtures containing two siloxanes – trimethylsilanol (TMSO) and hexamethyldisiloxane (HMDSO) – against hydrogen and carbon monoxide mixtures with no siloxanes.

Specifically, the researchers clocked how long it took for each mixture to ignite. Fuels that have a shorter ignition delay are considered more ignitable or reactive – and hydrogen is one of the most reactive fuels we use.

Hydrogen and carbon monoxide with TMSO produced ignition delay times that were 37% faster than the reference case. And HMDSO-infused methane produced delay times 50% faster.

The results of U-M’s research are published in the latest edition of Combustion and Flame. Researchers hope their work sheds light on how siloxanes alter engine performance when used as a fuel.

«Trace concentrations of siloxanes have been a known problem in biogas applications – leading to the formation of abrasive silica deposits on engine components,» said Rachel Schwind, a doctoral student and study co-author. «For this reason, most prior research in this area has focused on how to remove them from the captured gas.»

Medición de ‘inflamabilidad’

En este estudio, los investigadores de U-M probaron por separado mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono que contienen dos siloxanos – trimetilsilanol (TMSO) y hexametildisiloxano (HMDSO) – contra mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono sin siloxanos.

Específicamente, los investigadores registraron cuánto tiempo tardó en encenderse cada mezcla. Los combustibles que tienen un retraso de ignición más corto se consideran más inflamables o reactivos, y el hidrógeno es uno de los combustibles más reactivos que utilizamos.

El hidrógeno y el monóxido de carbono con TMSO produjeron tiempos de retardo de ignición que fueron un 37% más rápido respecto al caso de referencia. Y el metano con infusión de HMDSO produjo tiempos de retraso 50% más rápidos.

Los resultados de la investigación de U-M se publican en la última edición de Combustion and Flame. Los investigadores esperan que su trabajo arroje luz sobre cómo los siloxanos alteran el rendimiento del motor cuando se usan como combustible.

«Las concentraciones traza de siloxanos han sido un problema conocido en las aplicaciones de biogás, lo que lleva a la formación de depósitos de sílice abrasivos en los componentes del motor«, dijo Rachel Schwind, estudiante de doctorado y coautora del estudio. «Por esta razón, la mayoría de las investigaciones previas en esta área se han centrado en cómo eliminarlos del gas capturado«.

Harnessing siloxanes, rather than removing them
Along with the problem siloxanes pose, there is also potential. Wooldridge said siloxanes could be key to deriving bolstered energy production from biogas.

«We would love to be able to harness them as an energy source,» she said.

Analyzing the combustion chemistry is a step in that direction.

«That would potentially negate the need for scrubbing or removal during biogas processing and reduce costs,» Schwind said. «If we can reduce those costs, it moves biogas closer to being a truly carbon neutral fuel. And if we can make landfill gas a more economically attractive option, landfill operators will have more incentive to capture and utilize this harmful greenhouse gas.»

Research Report: «Effects of Organic Silicon Compounds on Syngas Auto-ignition Behavior»

Aprovechar los siloxanos, en lugar de eliminarlos

Junto con el problema que plantean los siloxanos, también podrían atesorar un interesante potencial. Wooldridge dijo que los siloxanos podrían ser clave para derivar la producción de energía reforzada del
biogás. «Nos encantaría poder aprovecharlos como fuente de energía«, dijo. Analizar la química de la combustión es un paso en esa dirección. «Eso podría negar la necesidad de fregar o eliminar durante el procesamiento de biogás y reducir los costos», dijo Schwind. «Si podemos reducir esos costos, acercará el biogás a ser un combustible verdaderamente neutral en carbono. Y si podemos hacer que el gas de vertedero sea una opción económicamente más atractiva, los operadores de vertederos tendrán más incentivos para capturar y utilizar este dañino gas de efecto invernadero«.

Biogás (Wikipedia Introducción)

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico).¹ Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos. El biogás se obtiene de desperdicios orgánicos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita.

La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo útil de tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible valioso, además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico.

El resultado es una mezcla constituida por metano en una proporción que oscila entre un 50% y un 70% en volumen, y dióxido de carbono más pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y ácido sulfhídrico/sulfuro de hidrógeno. El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 megajulios por metro cúbico (MJ/m³).

Este gas, adecuadamente depurado,¹ se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, y también para producir calor en hornos, estufas, secadores, calderas, calefacción u otros sistemas debidamente adaptados.

Remoción de siloxanos del biogás (fragmentos)

La remoción de siloxanos del biogás es indispensable para garantizar un rendimiento consistente de la maquinaria que se usa habitualmente, como motores de combustión, calderas, turbinas de gas, etc. Los depósitos de óxido de silicio o silicatos pueden provocar que estas máquinas se desgasten, aparte de generar otros problemas como desequilibrios, fallos, etc.

Pero primeramente: ¿qué son exactamente los siloxanos?

¿Qué son los siloxanos?

Los siloxanos son compuestos químicos presentes en productos cosméticos, desodorantes, revestimientos que repelen el agua para parabrisas, aditivos alimentarios y algunos jabones. A menudo se utilizan para suavizar o ablandar productos cosméticos, o como bloque de construcción química para gomas y aceites con base de silicona. Una famosa aplicación de siloxano es lo que se conoce como “sellador siloxano”: un líquido pulverizable con base de agua que se utiliza para impermeabilizar hormigón o paredes de ladrillos en general….