P.I.C.T 2021: La Dra. María L. Rodríguez coordina un proyecto que busca reducir la emisión de contaminantes en la atmósfera

Dra. María Laura Rodríguez 

La Dra. María Laura Rodríguez es la investigadora responsable de uno de los proyectos que fueron seleccionados en la convocatoria PICT 2021 (Proyectos de Investigación en Ciencia y Tecnología) del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Nación (Mincyt). El tema del trabajo es " Captura selectiva de CO2 en centrales térmicas empleando absorbentes sólidos. Estudio experimental y teórico", que recibirá un aporte de  seis millones 480 mil pesos ($6.480.000) y tiene un plazo de cuatro años de desarrollo.

¿Qué significa para ustedes haber accedido a este financiamiento?

La posibilidad de obtener este financiamiento para nuestras investigaciones es muy importante porque permite afianzar y fortalecer el trabajo que se viene realizando en nuestro Laboratorio de Análisis de Reactores y Procesos Asistido por Computadora (LARPAC) que funciona en la FICA-UNSL (Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias) , y en el que nos nucleamos un grupo de investigadores jóvenes y becarios de CONICET con lugar de trabajo principalmente en INTEQUI (Instituto de Investigaciones en Tecnología Química) , pero también en PLAPIQUI (Planta Piloto de Ingeniería Química) y la propia UNSL (Universidad Nacional de San Luis). Nuestros aportes están enfocados en la generación de conocimiento científico y tecnológico en el área de modelado, simulación y diseño de reactores y procesos químicos, para dar solución a problemas medioambientales.

¿Cuáles son los puntos más relevantes que destacan en este proceso?

Creemos que los puntos más importantes además del financiamiento conseguido y las posibilidades económicas que de esto derivan, tiene que ver con la consolidación de vínculos con investigadores e institutos de otras partes del país, en este caso con el grupo liderado por la Dra. Fabiana Genari del Instituto Balseiro en el Centro Atómico Bariloche – UNCu/CONICET, quien es una prestigiosa y premiada investigadora del país en temas de H2 y CO2. Y con el Dr. Daniel Borio, referente nacional e internacional en reactores químicos Investigador Principal del CONICET en el Instituto PLAPIQUI (UNS/CONICET) con quien venimos trabajando desde 2008. Los temas planteados, surgieron de la necesidad de predecir o anticipar por medio del modelado y simulación de equipos (reactores/absorbedores) y procesos, las potencialidades de los materiales sólidos absorbentes que la Dra. Genari y su grupo están investigando para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. Estos materiales desarrollados resultan particularmente atractivos por su buena capacidad de captura y estabilidad cíclica y térmica, lo que los torna aptos para realizar captura de CO2 en las chimeneas de centrales termoeléctricas alimentadas en base a combustibles fósiles, ya que las mismas concentran la tercera parte de las emisiones de CO2 a la atmósfera lo que las convierte en las principales fuentes estacionarias de emisión.  Tales centrales producen el 60% de la demanda energética actual en Argentina y resultan un punto focal para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera hasta tanto el sistema energético nacional logre migrar hacia una matriz energética basadas en fuentes renovables.

¿Cuáles son los alcances que tiene este proyecto?

Como alcance del proyecto, nos planteamos avanzar en el conocimiento de las características físicas y de las cinéticas observables de las partículas absorbentes, así como en la exploración de diferentes configuraciones de contacto entre las fases, atendiendo a aspectos de eficiencia térmica. Esto, aunado a una cabal comprensión de las condiciones operativas de las diferentes etapas de operación del ciclo combinado de la turbina de gas y vapor en las centrales térmicas, y de alternativas de integración energética, permitirá proyectar un escalado realista y confiable del proceso de captura de CO2 acoplado a CTCCs.

Resumen científico 

El rápido aumento de la concentración atmosférica de CO2 y las consecuencias que implican para el medioambiente, han llevado a incrementar los esfuerzos para mitigar las emisiones de CO2. Las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono constituyen una de las estrategias para reducir estas emisiones.

El proyecto propone estudiar dos materiales adsorbentes de CO2, el ortosilicato de litio (Li4SiO4) y triborato de litio (Li3BO3) modificados con aditivos, y evaluar la aplicación de los mismos para la captura de CO2 poscombustión. Los adsorbentes de CO2 producidos serán evaluados tanto en los aspectos cinéticos de la reacción como los termodinámicos. En cuanto a las propiedades termodinámicas, se planea determinar la relación entre la temperatura y la presión de CO2 en equilibrio, para establecer los rangos de aplicabilidad de los materiales modificados y los calores involucrados en el proceso de sorción. En cuanto a la cinética de captura/regeneración de CO2 se determinará para polvos y en el caso de mayor cantidad de muestra para gránulos, la capacidad de captura, la velocidad de la sorción de CO2 y la estabilidad luego de ciclos sucesivos de captura/regeneración en reactores de lecho fijo. Se analizará el efecto de la temperatura, la presión parcial de CO2 y la presencia de otros gases en la corriente gaseosa a tratar (H2O, H2, CO), sobre las propiedades cinéticas.

El proyecto plantea a su vez predecir de manera realista y confiable el comportamiento de las columnas de absorción reactiva en condiciones similares a las de operación. Para simular el comportamiento de la columna se emplearán modelos unidimensionales, no -isotérmicos, en estado no estacionario, acoplados en la partícula con un modelo del núcleo decreciente o con un modelo de grano, que represente la reacción gas-sólido en condiciones de control difusional. Se tomará como contexto de aplicación una central térmica de ciclo combinado (CTCC), de manera de optimizar la eficiencia energética del proceso de captura de CO2 y maximizar tanto la captura de CO2 como la pureza de la corriente de CO2 obtenida. Se compararán diferentes formas de contacto de las fases gaseosa y sólida de manera de maximizar la eficiencia térmica del proceso: lechos móviles o lechos fluidizados, cuyo desempeño será comparado con la tecnología de lechos fijos.

Se propone a su vez, el estudio del acoplamiento térmico y energético del proceso de absorción de CO2 al correspondiente a una central térmica de ciclo combinado. Para ello se plantearán diferentes estrategias de manipulación de las corrientes del proceso de la CTCC, con el fin de lograr una eficiente remoción de CO2 con una mínima penalización en la generación de potencia de la planta.

Integrantes del proyecto

✔ Investigadora Responsable: Dra. María Laura Rodríguez (INTEQUI-UNSL/CONICET)

✔ Investigadora Co-responsable: Dra. Fabiana Gennari (Departamento de Fisicoquímica de Materiales, Instituto Balseiro, UNCu/CONEA/CONICET)

 Grupo Colaborador: 

✔ Dr. Daniel O. Borio (PLAPIQUI-UNSL/CONICET)

✔ Dr. Pierre Arneodo Larochette (Departamento de Fisicoquímica de Materiales, Instituto Balseiro, UNCu/CONEA/CONICET)

✔ Dra. María Laura Grasso (Departamento de Fisicoquímica de Materiales, Instituto Balseiro, UNCu/CONEA/CONICET)

✔ Dra. María Dolores Morales (Departamento de Fisicoquímica de Materiales, Instituto Balseiro, UNCu/CONEA/CONICET)

✔ Dr. Pablo Belzunce (INTEQUI-UNSL/CONICET)

✔ Ing. María José Orozco (INTEQUI-UNSL/CONICET)

✔ Ing. Ángel Federico Miranda (PLAPIQUI-UNSL/CONICET)