Alta seguridad = A tecnología condensada = Economía y eficiencia=Más espacios verdes

Las plantas químicas por seguridad necesitan estar lejos de los centros urbanos. La figura 1 esquematiza una planta química en el desierto.

Figura 1. Planta química en el desierto y a la lejanía el centro urbano

Pero actualmente las plantas químicas han sido rodeadas por complejos de vivienda de personas. La figura 2 da un caso clásico.

Figura 2. Las plantas químicas fueron alcanzadas por las viviendas.

Existen ventajas de vivir cerca del centro de trabajo, aunque este sea una planta química. Los tiempos de desplazamientos son cortos ya sea para la rutina de ir e venir o en visitas inesperadas.
Pero actualmente existen muchos dispositivos de seguridad para las plantas químicas. La figura 3 muestra algunas válvulas de seguridad.

Figura 3 a. Válvula de seguridad con manómetros en tubería

Figura 3 b.- Esquema de válvula de seguridad

Figura 3 c. Válvula de seguridad para tubería de pvc.

Así que la "condensación" de plantas químicas es posible porque se reducen las distancias de seguridad por derrames o explosiones. La Figura 4 muestra plantas químicas condensadas.

Figura 4 a. En las plantas químicas se aprovechan los espacios verticales para condensarlas

Figura 4 a. Actualmente se pueden construir plantas químicas por modulos y se transporta por partes de la fabrica al lugar del cliente.

 Entonces la alta seguridad y la condensación de las planta químicas nos dejan más espacios verdes para los que viven cerca de la planta. (Figura 5).

Figura 5.- Canchas para practicar deportes y pasto verde junto una planta química

¿Tú que piensas? ¿Llegaremos a tener plantas químicas demasiado condensadas y muy seguras y podemos vivir plenamente cerca de ellas?

Capturar el CO2 de los escapes de los automoviles

Aún seguiremos usando combustibles de origen fosil, por unos 30 años más, al menos. Las grandes compañías petroleras dependen sus ganancias en gasolina y diesel, pero.... ya varias tienen sus proyectos listos de energías alternas. Entonces aún estaremos produciendo el CO2 por unos 30 o 40 años más, gas que favorece el efecto invernadero. Las Figuras 1a y 1b representa nuestra realidad y nuestro retro.

Figura 1 a. La emisión de CO2 viene principalmente de las fuentes móviles.

Figura 1 b. Sabemos que el efecto invernadero afecta el clima global.

Ya  se  han reportado desde el 2001 adsorbentes de alta capacidad de adsorción para dióxido de carbono a alta temperatura introduciendo MgO y S-CaO-MgO sobre adsorbentes a base de carbono [Yong, Z., Mata, V. G., & Rodrigues, A. E. (2001). Adsorption, 7(1), 41–50]

La capacidad de captura de CO2 por diferentes materiales depende también de la temperatura, como lo muestra el trabajo de Xiong et al. reportado en el 2003. La Figura 2  da un buen esquema de la ciencia y tecnología que aún se sigue desarrollando en materiales que captura y adsorben el CO2.

Figura 2. Esquema que se extrajo del trabajo de Xiong et al , Chem. Eng. Scie., 58 (2003) 4377.  Aún se siguen desarrollando materiales con capacidad de adsorber el CO2

Estamos a una nada de utilizar estos materiales en los escapes de nuestros automóviles, y así disminuiremos el efecto invernadero. La Figura 3 presenta un escape con un dispositivo al final del ducto.

Figura 3. Los escapes pronto capturarán en cierto porcentaje el CO2.

La ciencia y tecnología son importantes para la supervivencia de nuestro planeta. 
¿Tú que piensas?

Refinación del glicerol proveniente del proceso de biodiesel

La refinación es separar los componentes pesados de los medianos y ligeros del petróleo crudo o en esta caso de bioaceites obtenidos de procesos como obtención de biodiesel
Componentes pesados son sustancias químicas de multiples átomos y por lo tanto las moléculas son muy largas, pesadas y viscosas o algunas veces sólidas a condiciones estándares (25 C y 1 atm)
Figura 1 presenta un esquema fácil de entender una columna de destilación usada para la refinación.

Figura 1.- Esquema de columna de refinación de petróleo y la diferencia de temperaturas de ebullición de los componentes es lo que principal se usa para la separación.

Ahora la mezcla de producto en la reacción de acido grasos con un alcohol para dar biodiesel y el subproducto glicerol es un reto actual de instalaciones (de columnas de refinación)  disponibles para el tratamiento efectivo de separación de los esteres monoalquílicos (biodiesel) y el glicerol.

La Figura 2 muestra un ejemplo de una instalación casera de biodiesel.

Figura 2.-  Instalación casera de producción de biodiesel

Las producciones pequeñas de biodiesel (200 a 1000 litros producidos al día) tienen como materia prima los residuos grasos de negocios como restaurantes, comedores industriales y/o escolares y otros. 

Figura 3.- Las residuos de grasa saturadas de los restaurants son la materia prima para producir biodiesel

Se necesita una cadena de servicio de refinación (columnas de destilación) para tener una separación efectiva de biodiesel y glicerol que es un producto muy útil en muchos otros procesos químicos. Las Figuras 4 y 5 muestran ejemplos de pequeñas instalaciones de destilación.

Figura 4. Destilador en casa

Figura 5. Esquema de un destilador sencillo.

¿Qué piensas le entramos al negocio de refinación para producción de glicerol? Es la ramificación de la nueva industria en crecimiento de biodiesel.

Líquidos obtenidos de la pirólisis de biomasa, ¿ya se puede usar como biocombustible?

En una entrada pasada hablamos de la pirólisis como un proceso para transformar la biomasa en productos con potencial de ser usados como biocombustibles. Los productos gaseosos selectos por provenientes de la pirólisis de la biomasa arrastrados por gas inerte como es el nitrógeno, son condensados en un tren de condensación a diferentes temperaturas, de tal manera que tenemos diferentes líquidos pirolíticos (Figura 1).

Figura 1. Los líquidos obtenidos de la pirólisis de biomass pueden tener diferentes consistencias, propiedades y componentes.

Figura 2. Los productos piróliticos de la biomasa se pueden ir separando por propiedades, una de ellas es la temperatura de condensación.

¿Pero yá están listos estos productos líquidos para usarse como biocombustibles?

Deben tener algunas condiciones básicas para poder ser usados como biocombustibles

1. Poder calorífico competitivo a un biodiesel
2. Viscosidad comparada con la gasolina o diesel
3. Acidez baja para que no afecte a las partes de los automotores (Figura 3).
4. Estabilidad en el almacenamiento.

Figura 3. Los ácidos son  parte de los componentes de los productos en los líquidos obtenidos por pirólisis de residuos agroindustriales (biomasa)

Una acidez más alta de los biocombustibles, en comparación con los combustibles tradicionales a base de aceite, aumentará el riesgo de fugas en los equipos que se utilizan para almacenar y manipular los combustibles.

Figura4.- Los biocombustibles deben adaptarse a los motores de los autos actuales.

¿Tú que piensas, producirás, comprarás, venderás, importarás biocombustibles?

Extracción de los lípidos de las microalgas: Combustibles de 3era generación

Una vez que se reproducen las micro algas es importante separarlas del medio acuoso (filtrando) y llevarlas a un proceso de extracción de los ácidos grasos (lípidos). Estos son los componentes de valor como combustible (Figura 1).

Figura 1.- En el laboratorio se pueden probar diferentes métodos, solventes y mecanismos para extraer los lípidos de los micro algas.

Existen diversas condiciones y solventes para aplicar a cada tipo de algas, inclusivo usando dióxido de carbono supercrítico y extracción por microondas. Lo importante es determinar en el laboratorio y luego escalar las condiciones y propiedades del sistema (micro alga, solventes, concentración de lípidos y propiedades termodinámicas y de fenómenos de transporte). Un método clásico es extracción por solventes de laboratorio se muestra en Figura 2.

Figura 2.- La extracción por solventes puede darnos datos de termodinámica de equilibrio para obtener datos y propiedades que luego se puedan usar en el diseño y escalamiento a equipos de mayor alcance eficientes.

Por lo tanto para una producción industrial se deben diseñar y aplicar equipos para mayor alcance (Figura 3) y que la producción de los ácidos lípidos sea sustentable (eficiencia de proceso, eficiencia económica, cuidado al ambiente y cuidado al ambiente social).

Figura 3.- Equipo de extracción por solventes a escala industrial

Las moléculas extraídas de las micro algas son de tipo ácido grasos (lípidos) como los triglicéridos.

Los triglicéridos (Figura 4) también se dividen en sus componentes a través de la reacción de transesterificación durante la fabricación de biodiesel. Los ésteres de ácidos grasos resultantes se pueden utilizar como combustible en motores diesel

La reacción de transesterificación produce glicerol el componente del biodiesel

Una vez obtenido los esteres, podemos obtener el biodiesel y mover motores de transporte para vivir la vida actual de movernos de un lugar a otro, transportar comida y consumibles a ciudades.

¿Te gusta el final de la historia de los combustibles de 3era generación?

¿Qué opinas?

De que depende la producciòn de biocombustibles de tercera generación

Si las algas pueden producir lípidos que son moléculas con poder calorífico hasta aveces mejor que los carbohidratos, entonces es importante saber que algas y que factores influyen para la producción de estos compuestos orgánicos (lípidos).

Figura 1.- Las microalgas pueden fijar el CO2 de la atmosfera y con la luz del sol llegan a sintetizar lípidos y estos a su vez al poder ser extraídos puede generar biocombustibles ( etanol, biodiesel, gasolina) e inclusive hidrógeno.

En la Figura 1 se puede ver que los factores externos son: los nutrientes, las luz del sol, el CO2 disuelto en el agua de la atmósfera (aire). Entonces se debe estudiar el crecimiento de la población de las algas y su producción de lípidos. Entonces es importante que llegue la luz de sol y se disuelva el dióxido de carbono de la atmósfera (Figura 2)

Figura 2.- Es importante que llegen los rayos de sol y que se disuelva el CO2 de la atmósfera, para que las algas microscópicas crezcan y puedan producir los lípidos.

Los reactores tubulares de vidrio pueden ser una excelente opción si es que se le esta alimentando CO2 o aire con alto contenido de CO2 (por encima de 300 ppm). La Figura 3 muestra el arreglo de reactor y torre para disolver el aire.

Figura 3.- Un arreglo de tubo de vidrio expuestos a la luz solar y una torre donde se disuelva el aire con CO2 es una opción tecnológica para los factores; sol y CO2.

Pero luego sigue el reto de extraer los lípidos producidos dentro las algas microscópicas.Pero eso lo veremos en la siguiente entrada.
Por lo pronto te comparto que la micro alga Nannochloropsis oceanica (Figura 4) ha probado tener una excelente  producción de lípidos.

Figura 4.- Alga microscópica Nannochloropsis oceanica 

Entonces es interesante el trabajo entre ingenieros químicos y biólogos para estos retos.
¿Tu que piensas? 

Biocombustibles de 3era generación

El bioetanol es un biocombustible de 1era generación, y todos los biocombustibles que vengan de biomasa lignocelulosica, como granos, azucares, residuos agroindustriales, aceites vegetales. Aunque han sido muy criticados por que parte de su producción de estos, vienen de granos que son alimentos para el ser humano o ganado (FIgura 1)

Figura 1.- Los biocombustibles de 1era generación vienen en un  gran porcentaje directos del tratamiento de granos que son alimento para el ser humano.

Los biocombustibles de 2da generación vienen de la biomasa o residuos municipales que la procesan para obtener materia con calor de combustión suficiente y que sea sustentable. Así que se usa residuos agroindustriales, llantas residuales y residuos con poder calorífico y se usan procesos como pirólisis (Figura 2), gasificación, radiación solar o rutas bioquímicas acompañadas con catálisis en ocasiones.
También se usa algas marinas y de agua dulce de tal manera que debe caracterizarse la materia antes de ser sometida a un proceso de transformación y que no genere residuos más peligrosos.

Figura 2.- La pirólisis de biomasa (residuos agroindustriales- no alimento) peude ser acoplada a procesos secundarios de tal manera que se obtengan diferente tipos de productos o un biocombustible muy enriquecido en poder calorífico. 

Los biocombustibles de 3era generación vienen de la microalgas (Figura 3) modificadas o no genéticamente de tal manera que se producen lípidos mas que carbohidratos, de tal manera que la pared celular es rota y se extraen selectivamente (con procesos diseñados para ello) los lípidos y luego estos se transforman en biodiesel.

Figura 3.- Las microalgas se pueden o no modificar geneticamente para mejorar la producción de lípidos y que sea más sencillo extraerlos, y así transformarlos en biodiesel.

Por lo tanto, ya se hacen muchas investigaciones para cosechar microalgas (Figura 4) en modo eficiente y económico para producir biocombustibles y hasta otros productos.

Figura 4.- La investigación de cosecha de microalgas esta en voga

La producción industrial de microalgas es muy interesante e importante para muchos países como China y otros, actualmente (Figura 5).

Figura 5.- El cultivo de microalgas consume CO2 (gas invernadero) y luz solar.

¿Tu piensas que puedes entrarle al mercado de las microalgas?
Opina.