La empresa rusa Active Nano está desarrollando catalizadores que aumentan significativamente la eficiencia de la combustión de biomasa –astillas y pellets- y busca colaboradores para continuar los ensayos.

Según la ingeniera Galina Chernik, directora general de la compañía, los campos de aplicación prioritaria de los catalizadores de combustión son los biocombustibles difíciles o muy valiosos, en los que sería más notable el efecto económico derivado del ahorro de materia prima derivado del uso de los mismos.

Las tecnologías de combustión catalítica son incipientes y tienen mayor desarrollo en el segmento de los carburantes, pero según los ensayos realizados hasta la fecha en Rusia e Italia (Uniconfort) en combustibles sólidos sólo es necesario mezclar el catalizador con la biomasa en una pequeña proporción que varía entre el 0,05 y el 1% para observar sus efectos beneficiosos: emisiones de gases de efecto invernadero de 2,5 a 3 veces más bajas; mayor eficiencia calorífica y menor formación de cenizas volantes y escorias.

Los catalizadores cambian el mecanismo de combustión alargándola y haciéndola más completa, lo que se observa en la disminución de partículas de carbono, hidrocarburos y monóxido de carbono en las emisiones.

Se han realizado hasta ahora pruebas con carbón, leña, astillas y pellets de madera, pero también se puede ensayar con residuos sólidos agrícolas y municipales en distintos tipos de equipos de combustión.

Se buscan colaboradores

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Galina Chernik busca colaboradores para realizar ensayos en laboratorio, a escala piloto y en hornos o calderas comerciales para documentar cambios en el poder calorífico y emisiones con y sin uso de catalizadores. “Estamos interesados sobre todo en probar los catalizadores en combustibles difíciles de quemar y que causen problemas durante la combustión convencional”.

Galina G. Chernik presentó los resultados de sus ensayos con catalizadores en WSED 2017, Wels.

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Efectos sobre la potencia calorífica y las emisiones en los ensayos con catalizadores de combustión en comparación con la combustión convencional.

Combustible Condiciones de la combustión Aumento de poder calorífico Emisiones
Leña

Diámetro: 10 cm

Humedad: 31 %

Catalizador 1

Catalizador 2

+ 26 %

+ 47 %

Astillas de madera (pino)

2.200 kcal/kg

Humedad: 50 %

Proporción catalizador/biocombustible: 1,5 % + 65 % 3 veces menos emisiones de CO
Pellets de Madera (caldera Uniconfort-Italia) Suministro continuo de biocombustible: 24-40 kg/h + 18 % 2,5 veces menos emisiones de CO

En los ensayos con leña se obtuvo un ahorro de hasta el 32% en combustible, mientras que con astillas de madera procedente de subproductos de pino, las emisiones de CO disminuyeron 3 veces en comparación con combustión sin catalizador y se produjo un ahorro de combustible del 39%.

La relación catalizador/combustible en estos experimentos no excedió del 1,5%. Una vez establecido el régimen de combustión catalítica, se necesitará sólo 0,5-1 kg del catalizador por tonelada de combustible (0,05-0,1%).

Gráfico: Las emisiones de CO disminuyeron de 50 mg/Nm3 en la combustión convencional a 20 mg/Nm3 al añadir el catalizador, de una manera muy estable y sobre todo a bajas temperaturas. La prueba se realizó durante una hora y se observó también un ahorro del 15% en biocombustible (pellet).

¿Por qué aumenta el poder calorífico?

Aunque es necesario comprender mejor los mecanismos de la combustión catalítica, una explicación plausible incluye los siguientes factores:

  • el catalizador mejora el craqueo de los componentes de alto peso molecular como la celulosa y la lignina en la madera;
  • la reacción exotérmica de oxidación es más completa de CO a CO2;
  • se da una oxidación más completa del carbono negro y el coque ya presentes en la cámara de combustión.

Para calcular la eficiencia de una caldera se utiliza el poder calorífico inferior del combustible, que a su vez es medido con una bomba calorimétrica en condiciones estándar de exceso de oxígeno. Por supuesto, nunca se han utilizado catalizadores para realizar estas mediciones. Un combustible con catalizador debe ser considerado como un nuevo tipo de combustible.

Las emisiones de CO disminuyeron de 50 mg/Nm3 en la combustión convencional a 20 mg/Nm3 al añadir el catalizador, de una manera muy estable y sobre todo a bajas temperaturas. La prueba se realizó durante una hora y se observó también un ahorro del 15% en biocombustible (pellet).

Las emisiones de CO disminuyeron de 50 mg/Nm3 en la combustión convencional a 20 mg/Nm3 al añadir el catalizador, de una manera muy estable y sobre todo a bajas temperaturas. La prueba se realizó durante una hora y se observó también un ahorro del 15% en biocombustible (pellet).

Los catalizadores a largo plazo

La combustión es la principal tecnología para obtener energía en el mundo y se prevé que continúe siéndolo durante al menos varias décadas. Su cuota será del 80% todavía en 2040, en paralelo con un crecimiento del consumo de energía del 56% entre 2010 y 2040. Por ello se requerirá aumentar, y mucho, la eficiencia de la combustión.

Empleadas a gran escala, las tecnologías de combustión catalítica pueden traer cambios revolucionarios a la generación de calor y energía con cualquier tipo de combustible, sólido, líquido o gaseoso.

En el caso de los biocombustibles sólidos, a largo plazo, se añadirán catalizadores de combustión durante su fabricación y se desarrollarán tecnologías para aplicarlos de forma generalizada en centrales eléctricas que los utilicen.

Los catalizadores a base de minerales no son tóxicos, ni inflamables, ni explosivos, y no contienen mercurio o metales pesados

 

Más información en http://active-nano.com

Galina G. Chernik/Active-nano

galgeorg@active-nano.com

 

Publicado en BIE 35 · Marzo 2017

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