PROCEDIMIENTO QUE UTILIZA ENERGÍA TÉRMICA SOLAR ACOPLADA A PLASMAS PARA PRODUCIR UN CARBURANTE LÍQUIDO E HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA DE CARBÓN FÓSIL (PROCEDIMIENTO P-SL Y P-SH).

Procedimiento que utiliza energía térmica solar acoplada a plasmas para producir un carburante líquido e hidrógeno a partir de biomasa o de carbón fósil (procedimiento P-SL y P-SH) El agotamiento de los recursos petrolíferos y la contaminación por dióxido de carbono (CO2) que genera la combustión de productos petrolíferos (una de las causas principales del calentamiento climático) implican el desarrollo de procedimientos de producción de energías alternativas menos contaminantes, que permitan conservar la comodidad y el confort de la vida en los países industrializados y hacer frente a las demandas de energía siempre crecientes de los países emergentes. En efecto, el consumo energético mundial era de 5500 Mtep en 1971, de 10300 Mtep en 2002 y se evalúa en 16500 Mtep para el año 2030. Sin embargo, es necesario distinguir: - Por un lado, las necesidades energéticas destinadas al desarrollo industrial y urbano, que pueden ser calificadas de estáticas (para las cuales existen numerosas soluciones. Esencialmente, unidades de producción de electricidad solar, nuclear, hidráulica, geotérmica, eólica,) - Por otro lado, las necesidades energéticas ligadas a los transportes que necesitan el almacenamiento y el transporte de la energía por el propio vehículo, con la excepción de los vehículos eléctricos en línea, como los trenes y los tranvías Para esta última necesidad ligada al transporte, las soluciones resultan mucho menos evidentes, puesto que el o los carburantes utilizados en los diferentes modos de transporte han de responder a varios imperativos. Deben ser fácilmente transportables y almacenables en condiciones de seguridad equivalentes al menos a las que existen actualmente para los productos petrolíferos, presentar un balance de contaminación (fabricación utilización) inferior al de los hidrocarburos y, por último, ser viables económicamente cuando se comparan con respecto a los productos petrolíferos. El problema se complica todavía más cuando se tienen en cuenta las limitaciones e imperativos de un carburante compatible con los transportes aéreos. Se dibujan diferentes vías para la producción de carburantes para vehículos: La producción de biocarburantes (alcoholes, ésteres). La utilización de dihidrógeno como carburante en pilas de combustible o en motores térmicos. La utilización de baterías con un rendimiento muy alto en vehículos eléctricos. La utilización de biomasa o carbón para la producción de carburante. La producción de biocarburantes, alcoholes o ésteres de ácidos grasos, parece prometedora a primera vista y se ha puesto en marcha ya en diferentes países. Sin embargo, estas soluciones no son perfectas; en efecto, las superficies a cultivar para ofrecer autonomía energética son colosales y representan más que el conjunto de superficies cultivadas actualmente. Por ello, estos cultivos entran en competencia con los cultivos para alimentación. Con frecuencia, las materias primas para la producción de estos biocarburantes son productos alimenticios como maíz, trigo, etc. Una producción intensa de biocarburantes de este tipo, además de desequilibrar la economía agroalimentaria mundial, en particular la de los países emergentes y en vías de desarrollo, sería un vector fuerte de riesgo de hambrunas y de desórdenes ecológicos importantes. Además, ciertos modos de producción de estos biocarburantes tienen un rendimiento energético muy bajo y un balance de contaminación elevado comparado con el del petróleo. Por ejemplo, se puede citar la producción de alcohol a partir de la remolacha o la producción de ácidos grasos o de ésteres a partir de la colza. La utilización de dihidrógeno como carburante parece una solución elegante para un carburante limpio en su uso. Sin embargo, todavía no se ha resuelto el problema de producir dihidrógeno no contaminante por un precio de coste similar al de los productos petrolíferos. Además, antes de usar este carburante, es necesario resolver numerosos problemas relativos a su almacenamiento y distribución, debido a su peligrosidad. El almacenamiento de energía eléctrica en baterías que serán utilizadas en vehículos eléctricos o electro-térmicos es una de las soluciones propuestas por numerosos fabricantes de automóviles. Esta solución implica la producción de baterías de muy alto rendimiento a bajo coste que no generen contaminación o lo hagan en una cantidad muy pequeña, ya sea en su proceso de fabricación o en su proceso de reciclado. Además, subsiste el problema de la producción de un carburante alternativo para los vehículos de propulsión mixta electro-térmica. Según nuestro conocimiento, hasta la fecha no se ha propuesto ninguna solución de propulsión aeronáutica viable basada en pilas de combustible o baterías eléctricas. La utilización de biomasa y, en especial, de residuos vegetales, de celulosa o de productos agrícolas no valorizados, 2   representa un recurso importante de materias primas para la fabricación de carburantes líquidos, así como para las materias plásticas no reciclables en su último uso. Las reservas de carbón fósil pueden todavía permitir satisfacer las necesidades de carburantes líquidos durante varios decenios. Sin embargo, ya sea con biomasa o con carbón fósil, los procedimientos de gasificación utilizados para la fabricación de carburante líquido a partir de estas materias primas son todavía demasiado contaminantes en CO2, el cual puede representar del 20 al 40 % de los gases producidos. Debido a esta pérdida de carbono en forma de CO2, la producción de carburante a partir de la biomasa por gasificación presenta un balance de contaminación que no es más que ligeramente favorable respecto del petróleo, que rápidamente se transforma en desfavorable si no se dominan las dificultades para controlar las emisiones de CO2 durante la producción de las biomasas y su transporte a las fábricas de transformación. Minimizando las pérdidas de carbono en forma de CO2 cuando se produce el carburante a partir de la biomasa, este balance podría conducirse al equilibrio o cerca de él, si se llega a secuestrar el CO2 producido o a transformarlo en carburante con un rendimiento mejor. En efecto, en estas condiciones, las biomasas fijarían una proporción de carbono equivalente a la liberada cuando se produce la combustión del carburante sintetizado. Para el carbón fósil, la situación es completamente diferente. Cualquiera que sea el modo de transformación del carbón en carburante, la combustión del carburante lanzará a la atmósfera CO2 que proviene del carbono fósil, además de subproductos indeseables (azufre, sulfuros,). Un procedimiento de gasificación sin emisión de CO2 mejoraría el balance de contaminación de los carburantes obtenidos, respecto de los productos petrolíferos. Sin embargo, para hacer que la balanza de contaminación de los carburantes de origen fósil sea equivalente a la balanza de los carburantes que provienen de la biomasa, deberán ponerse en práctica soluciones de secuestro o de transformación del CO2 producido en los lugares de utilización de los biocarburantes, es decir, en los propios vehículos. Cada vez se desarrollan más métodos que permiten la transformación del CO2 en productos valorizables; sin embargo, pocos de dichos métodos describen soluciones adaptadas a la industria de gasificación de la biomasa o del carbón. Se pueden citar dos grandes tipos de procedimientos de transformación del CO2: Los métodos catalíticos que consisten en reducir el CO2 a compuestos tales como el metanol, el formaldehido o el ácido fórmico, directamente valorizables. Los procedimientos electroquímicos en fase gaseosa que consisten en reducir el CO2 a CO (monóxido de carbono) y dihidrógeno (H2), mediante la acción de descargas eléctricas. Se señala que existen métodos electroquímicos en disolución que permiten transformar el CO2 en ácido fórmico. Si bien se puede valorizar de manera industrial, el metanol, el metanal o el ácido fórmico no permiten, más que muy difícilmente, la síntesis de hidrocarburos mediante procedimientos como el procedimiento Fischer-Tropsch (TP). Los procedimientos electroquímicos en fase gaseosa pueden producir CO y H2 a partir del CO2 gas. Los métodos de arco deslizante (GlidArc por su denominación abreviada en inglés) son especialmente prometedores, si bien son todavía muy consumidores de energía (varios kilovoltios por metro cúbico de gas producido). Los procedimientos GlidArc descritos por el instante necesitan a menudo para reducir el CO2 la utilización de aditivos gaseosos como ácido sulfhídrico (H2S) o metano (CH4). Estos métodos no se describen para oxidar partículas de materia carbonizada o de carbono. Los aditivos que favorecen las reacciones son siempre gases. Las geometrías descritas para los procedimientos GlidArc hacen muy... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de gasificación de compuestos que contienen carbono para la producción de un gas de síntesis, compuesto principalmente por CO y H2, caracterizado porque comprende: A) Una primera etapa de pirolisis y torrefacción de los compuestos, para producir materia carbonizada y gas de pirolisis, en un reactor solar y de microondas, provocada por un calentamiento de los compuestos contenidos en dicho reactor solar y de microondas gracias a la energía térmica sinérgica aportada conjuntamente, por una parte por el calentamiento de las paredes del reactor gracias a la concentración por convergencia o reflexión de la radiación solar en la superficie de dichas paredes y, por otra parte, por microondas inyectadas directamente en el interior del reactor y de los compuestos y B) Una segunda etapa de transformación de la materia carbonizada y de los gases de pirolisis, que provienen del reactor solar y de microondas, principalmente en CO y H2, mediante reacciones químicas de oxidoreducción que se producen en un reactor ciclónico, permitiendo dicho reactor ciclónico la formación de vórtices gaseosos que arrastran y oxidan las partículas de materia carbonizada, gracias a la combustión de los gases de pirolisis o de gas adicional, a la inyección en el reactor ciclónico de gases o de mezclas de gases calentados y a un calentamiento de los gases presentes directamente en dicho reactor bajo la acción de las microondas inyectadas directamente en el reactor ciclónico. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los gases utilizados para realizar las reacciones de oxidoreducción son calentados, acelerados y presurizados bajo la acción sinérgica de la energía térmica que proviene del calentamiento de las paredes de un reactor de calentamiento, de presurización y de aceleración, por convergencia y/o reflexión de la radiación solar en la superficie de las paredes de dicho reactor y por microondas inyectadas en el interior de dicho reactor. 3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el reactor ciclónico y/o los reactores de calentamiento, de presurización y de aceleración comprenden medios para producir plasmas gaseosos y/o plasmas o plasmones mixtos de gases y partículas. 4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las microondas se utilizan a la vez que una radiación infrarroja, preferentemente a frecuencias correspondientes a las frecuencias de absorción de los modos de vibración simétricos de las moléculas de CO2. 5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un sustrato de gasificación comprende partículas heterogéneas que tienen partículas de compuestos que contienen carbono y partículas de aditivos que favorecen la gasificación, eventualmente aglomeradas o fusionadas con las partículas de los compuestos que contienen carbono. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque las partículas de aditivos comprenden, por una parte, metales reductores que favorecen la gasificación mediante reacciones de oxidoreducción y la producción de elementos cargados y de radicales libres bajo la acción de arcos eléctricos producidos por corrientes inducidas en las partículas y, por otra parte, partículas de sílice o de silicio que producen SiO capaz de fijar una parte del carbono contenido en los compuestos, en forma de SiC. 7. Dispositivo para poner en práctica el procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un reactor solar y de microondas de pirolisis y torrefacción y un reactor ciclónico, el cual tiene: una tubería (1), por ejemplo de material refractario; medios para hacer progresar los compuestos en el interior de la tubería del reactor solar y de microondas de pirolisis y torrefacción (2); medios para concentrar y hacer converger la radiación solar en la superficie de la tubería del reactor (3-3a-4-5); medios para aislar la tubería del reactor del medio exterior (figura 1.1.c); medios para mejorar la inercia térmica de la tubería del reactor; medios para producir microondas; medios para guiar las microondas; y el reactor ciclónico comprende al menos dos unidades ciclónicas superpuestas o embutidas que se comunican entre ellas; dispositivos que permiten combustiones que inducen vórtices gaseosos en las unidades y/o dispositivos de inyección laterales o tangenciales de gas en las unidades, que inducen vórtices gaseosos; medios para producir microondas y medios para guiar las microondas. 8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende, entre otros elementos, un reactor de calentamiento, de presurización y de aceleración de los gases de oxidación que tiene una tubería, por ejemplo de material refractario, medios para concentrar y hacer converger la radiación solar en la superficie de la tubería del reactor, medios para aislar la tubería del medio exterior; medios para mejorar la inercia térmica de la tubería del reactor; medios para hacer progresar los gases y eventualmente las partículas a lo largo de la tubería del reactor comprimiéndolos, calentándolos y acelerándolos. 9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el reactor de calentamiento, de presurización y de aceleración de los gases de oxidación comprende, entre otros elementos, rotores de álabes, compresores centrífugos y/o de álabes, turbinas, al menos una cámara anular, al menos una fuente de microondas eventualmente completada por una fuente de infrarrojos para hacer progresar y para comprimir, calentar y acelerar gases. 32   10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque comprende dispositivos de corrientes eléctricas inducidas o no, de óptica y de microondas para producir plasmas gaseosos y/o plasmones mixtos de gases y partículas. 11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque comprende al menos un magnetrón y al menos una guía de ondas para producir microondas de frecuencia comprendida entre 1 GHz y 300 GHz y para guiar dichas microondas. 33   34     36   37   38   39   Gas de síntesis   41   42   43   44     46   47