El uso excesivo de combustibles fósiles ha provocado una contaminación que se ha convertido en un problema ambiental reconocido mundialmente.
por Revistas de fronteras
Por lo tanto, ajustar la estructura energética y reducir gradualmente el uso de combustibles fósiles tradicionales como el petróleo y el carbón mientras se desarrollan fuentes de energía verdes, sostenibles y con bajas emisiones de carbono se ha convertido en un tema candente en los últimos años.
La energía de biomasa es una de las fuentes de energía alternativas a los combustibles fósiles y se considera una fuente de energía limpia y renovable. El uso de biomasa como fuente de energía puede reducir eficazmente las emisiones de gases nocivos como CO 2 , NO x y SO x . La biomasa se refiere a diversos materiales orgánicos producidos mediante la fotosíntesis, incluidos cultivos, árboles, animales, desechos orgánicos y estiércol de ganado y aves de corral , entre otros. Entre los diferentes tipos de biomasa, el estiércol de ganado y aves de corral contribuye a la contaminación ambiental en varios aspectos, incluida la contaminación del agua, la contaminación del aire y la contaminación del suelo.
En los últimos años, ha habido varios métodos para tratar el estiércol de ganado y aves de corral, incluida la tecnología de reciclaje de piensos, la tecnología de utilización de fermentación microbiana y la tecnología de utilización de fertilizantes. Sin embargo, estos métodos de tratamiento tienen ciclos de procesamiento más largos, son susceptibles a las influencias ambientales y tienen una eficiencia baja. Con el desarrollo de industrias ganaderas a gran escala en los últimos años, se genera una cantidad importante de estiércol de ganado y aves de corral. Por tanto, el tratamiento químico térmico del estiércol de ganado y aves de corral se ha convertido en una opción prometedora.
Ha habido avances significativos en el tratamiento químico térmico del estiércol de ganado y aves de corral. La gasificación es un proceso químico térmico crucial que convierte las materias primas de biomasa en un combustible gaseoso en condiciones de combustión incompleta de alta temperatura. El producto final de la gasificación es el gas de síntesis, que se compone principalmente de CO 2 , CO, H 2 , CH 4 y otros gases.
El gas de síntesis se puede utilizar en diversos dispositivos de conversión de energía, como motores de combustión interna, turbinas de gas y pilas de combustible. La gasificación se puede clasificar en diferentes tipos según el agente gasificador, incluida la gasificación por aire, la gasificación por vapor y la gasificación de CO2 . La gasificación generalmente implica dos procesos: pirólisis, en la que la biomasa se calienta para liberar compuestos volátiles y formar carbón, y gasificación, en la que el carbón reacciona con el agente de gasificación para producir gas de síntesis.
El estiércol de ganado y aves de corral, como productos de desecho de la cría de animales, tiene la ventaja de verse menos afectado por el clima y las variaciones estacionales en comparación con otras fuentes de biomasa. Además, el estiércol de ganado y aves de corral es altamente renovable y abundante. A menudo tiene un alto contenido de humedad, lo que puede promover eficazmente la gasificación con vapor, lo que lleva a una mayor producción de gas hidrógeno. Por lo tanto, el uso de estiércol de ganado y aves de corral como materia prima para la gasificación es muy prometedor y puede mitigar eficazmente la contaminación ambiental causada por los combustibles fósiles.
La optimización de varios parámetros durante el proceso de gasificación es crucial. Sin embargo, la complejidad y variabilidad de los procesos de gasificación hacen que la estructura de los equipos de gasificación sea compleja en configuraciones experimentales. Además, el proceso se ve influenciado por las condiciones experimentales in situ y las limitaciones de los equipos de gasificación, lo que dificulta comprender completamente las características de la gasificación. Los métodos de simulación analítica y predictiva pueden compensar eficazmente las deficiencias inherentes a los sistemas experimentales.
Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Hu Jianjun de la Universidad Agrícola de Henan, incluido el estudiante de posgrado Zhang Yajun y el profesor asociado Yao Sen, utilizó el software Aspen Plus para establecer un modelo de gasificación de biomasa para el proceso de gasificación por descomposición térmica del estiércol de vaca, basado en la energía libre de Gibbs. minimización. El estudio se publica en la revista Frontiers of Agriculture Science and Engineering .
Evaluaron la relación H 2 /CO y el poder calorífico inferior (LHV) del gas de síntesis obtenido (también conocido como gas de síntesis) cambiando parámetros como la temperatura de gasificación, la relación vapor-biomasa y la presión. Los resultados de la simulación mostraron que un aumento en la temperatura de gasificación favoreció la mejora del contenido de H 2 y CO, alcanzando el H 2 su pico a 800 °C. El aumento del vapor como agente gasificante condujo a una mayor producción de H2 .
Sin embargo, la relación vapor-biomasa tuvo un impacto negativo en el CO y el CH 4 , lo que resultó en una disminución del LHV. Se encontró que la presión de gasificación óptima era 0,1 MPa. Este modelo también se puede utilizar para predecir la composición del gas de síntesis a partir de otras materias primas de biomasa y permite realizar más investigaciones sobre la mejora de los procesos de gasificación de biomasa.
Más información: Yajun Zhang et al, Modelado numérico de gasificación de biomasa utilizando estiércol de vaca como materia prima, Fronteras de la ciencia e ingeniería agrícolas (2023). DOI: 10.15302/J-FASE-2023500
