Nanoadsorbentes para captura de dióxido de carbono (CO2 ): un enfoque a la purificación del biogás

Nanoadsorbents to capture carbon dioxide (CO2 ): an approach to biogas purification

En los últimos años, la producción de biogás en biodigestores domésticos ha tenido un creciente desarrollo, siendo empleado en zonas rurales principalmente para iluminar y calentar. Sin embargo, la presencia de $C{O}_2$​ reduce considerablemente el poder calorífico del biogás, lo cual genera disminución en la eficiencia térmica, lo que hace necesaria la remoción de este componente para mejorar la calidad del gas y aumentar sus posibilidades de aplicación como combustible. En este trabajo se evaluó la capacidad de adsorción de $C{O}_2$​ de nanopartículas de sílice y sílice pirogénica comercial Aerosil 380 funcionalizadas con aminas. Las nanopartículas de sílice se prepararon mediante el método sol-gelusando como precursor de silicio tetraetil ortosilicato (TEOS). Los materiales se funcionalizaron mediante impregnación húmeda con 15 y 30 %p de dietanolamina y etilendiamina. Las pruebas de caracterización permitieron determinar el tamaño de nanopartícula (TEM), área superficial (BET), estabilidad térmica(TGA) y composición química (FTIR) de las nanoestructuras, y relacionar dichas propiedades con la afinidad por el adsorbato. Los ensayos de adsorción de $C{O}_2$​ se realizaron a una temperatura de 30 °C bajo un flujo de 60 $mLmi{n}^{-1}$​ de $C{O}_2$​ a una presión de 20 psi. Los materiales basados en sílicepirogénica Aerosil 380 obtuvieron una mayor capacidad de adsorción comparados con los materiales de nanopartículas de sílice sintetizadas, y se obtuvo la mayor capacidad de adsorción (35,4 mg $g^{-1}$​) para la muestra impregnada al 30 %p de dietanolamina, que además puede adsorber $C{O}_2$​ en presencia de humedad.

INTRODUCCIÓN

La producción de biogás mediante digestión anaerobia se ha explorado como una de las fuentes alternativas de energía renovable que tiene el potencial de complementar los requisitos energéticos actuales [1], y es de gran interés porque supone además una solución viable para el tratamiento de un amplio rango de residuos (aguas residuales industriales y municipales, residuos sólidos municipales, estiércoles, residuos agropecuarios y cultivos energéticos [2]). En Colombia, una parte de los sistemas de generación de energía a partir del biogás se desarrolla a pequeña y mediana escala en biodigestores de bajo costo (BDG) [3], y no cuentan con sistemas de purificación, por lo que su uso se ha limitado en la mayoría de los casos a la cocción de alimentos.La composición del biogás puede variar dependiendo del sustrato utilizado y de las condiciones de operación del biodigestor. Está compuesto principalmente por metano (55-65 %) y dióxido de carbono (30-45 %), además de compuestos contaminantes como vapor de agua, sulfuro de hidrógeno y siloxanos en pequeñas concentraciones [4-6].