Sistemas de Control de Emisiones y Eficiencia Energética

Sistemas de Control de Emisiones de Gases

Los gases de escape se hacen pasar por un sistema de catalizadores para reducir el contenido en HC, CO y NOx. El SO₂ suele “envenenar” estos sistemas.

Catalizadores

Catalizadores de primera generación (1980): solo se utilizaban para oxidar CO y HC.

Catalizadores duales: Cuando se restringió el contenido en NOx, se utilizaban dos en serie: En el primero se produce la reducción de los NOx y en el segundo, con aporte de oxígeno, la oxidación.

Catalizadores de tres vías (TWC): Actualmente se han desarrollado catalizadores en los que simultáneamente se puede llevar a cabo ambos tipos de reacciones: oxidación (de CO y HC) y reducción (de NOx). Para que el catalizador de tres vías funcione correctamente, la relación aire-combustible se debe mantener dentro de un estrecho margen. Para mantener esta relación, es necesaria una medida precisa de la composición de los gases de combustión, enviando las señales de control necesarias al sistema de mezcla aire-combustible.

Alternativas para la Reducción de Emisiones

• Legislación: Directivas europeas: Directiva 96/69/CEE
• Mejoras en la eficacia del combustible: Utilización de oxígeno puro (separación por membranas), motor de dos tiempos, mezclas pobres, recirculación de gases.
• Cambio en combustible:
  • Metanol:

    Ventajas: Fácil producción (gasificación de carbón o reformado de CH₄), alto índice de octanaje, menor contaminación (especialmente partículas y HC).

    Desventajas: Formación de formaldehído, arranque en frío, tóxico, llama no visible, menor contenido energético.

    Soluciones: mezcla con gasolina convencional (M85).

  • Etanol: Situación semejante, pero posibilidad de bioetanol: emisiones de CO₂, E15.
• Motores eléctricos: Actualmente comercializados como “híbridos”. Uso futuro de H₂ en pilas de combustible.
• Biodiesel: Alternativa al diésel convencional. Energía renovable: procede de la transesterificación de aceites vegetales. Mezclas con diésel convencional (B15).

Mejora en la Eficacia

Nuevas Tecnologías en la Combustión del Carbón

• Utilización de lechos fluidizados
• Gasificación del carbón (o del sólido).

Se mejora sustancialmente las emisiones, pero el rendimiento energético no sufre un aumento importante (2-3%).

Ciclos Combinados

Utilización conjunta de una turbina de vapor y una de gas. Se alcanzan eficacias de hasta un 55%. En las plantas que tienen estos ciclos se sigue tirando calor y como no lo aprovecho no es cogeneración. La dificultad primera del ciclo combinado es que el combustible tiene que estar en estado gas, se utiliza gas natural, sobre todo CH₄.

Cogeneración

Aprovechamiento de la energía térmica, habitualmente para calefacción de viviendas. Rendimiento de hasta el 90%.

Sistemas IGCC (Sistema de Gasificación Integrada en Ciclo Combinado, GICC)

Instalaciones que utilizan un combustible primario sólido que es gasificado previamente, y el gas obtenido se utiliza como combustible, para así utilizar un ciclo combinado.

Pilas de Combustible

Conversión electroquímica de H₂ y O₂ en H₂O para producir electricidad y calor. Proceso inverso a la electrólisis del agua, alta eficacia (>80%), cogeneración, contaminación mínima.

Nuevas Tecnologías en el Uso del Carbón

Aplicable también a combustibles sólidos (residuos sólidos orgánicos, biomasa)

Optimización del Proceso de Combustión

• Combustión en lecho fluidizado: La combustión se lleva a cabo en una masa compuesta por arena (sílice), partículas del combustible y CaO como absorbente alcalino (para eliminación de SO₂). Menores emisiones de NOx.
• Gasificación: Técnica tradicional de transformación de sólido orgánico en gas, normalmente CO + H₂, denominado gas de síntesis, pero que en este caso su utilización es como combustible.