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GRUPO DE PLASMAS Y SUS APLICACIONES

 

   
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Reforma de hidrocarburos usando descargas de plasma no térmico a baja potencia. Proyecto de investigación VIE en ejecución durante el 2011.


 

Este proyecto buscó crear un reactor prototipo que promueva la generación eficiente de combustibles fósiles a partir de productos de desecho en el proceso de refinado de petróleo crudo o biocombustibles, que tiene el potencial de brindar una cantidad adicional de combustible al transporte automotor. En general, esta clase de procesos, conocidos como “cracking”, requieren muy altas temperaturas, lo que representa una alta inversión en energía para llevarse a cabo. Esta propuesta podría ser mucho más eficiente en términos energéticos.

 


Debido al cambio climático que se ha estado experimentando durante las últimas décadas, se ha vuelto importante la creación de nuevas tecnologías para que el proceso de combustión de fuentes de energía tradicionales (e.g. combustibles fósiles) sea más eficiente. El ITCR debe buscar estar a la vanguardia de la creación de dichas tecnologías y de explotar sus fuertes vínculos con el sector industrial de Costa Rica.

 


La creación de nuevas tecnologías debe considerarse en todos los procesos involucrados en el uso de combustibles fósiles, desde los motores de los vehículos hasta el refinamiento del petróleo. Este proyecto permitió aprovechar los desechos del proceso de refinamiento de petróleo y de la obtención de biocombustibles (que comúnmente se utilizan en plantas térmicas de generación de electricidad, para el asfalto, entre otros) para producir más combustible que puede aprovecharse, al convertir hidrocarburos pesados en hidrocarburos livianos.

 


De esta forma, lo que antes podría considerarse como el desecho final de un proceso, ahora puede explotarse mejor, al obtenerse un producto altamente deseable (e.g. gasolina). Al agregar este paso a un proceso de refinamiento se mejora la cantidad de energía disponible para transporte, sin hacer un impacto negativo en el resto de los usos que puede tener dichos residuos. Adicionalmente, si se considera que se utilizaría mejor la materia prima para la creación de combustible, se podría observar un ahorro significativo en la “factura petrolera” de nuestro país.

 


El objetivo fue investigar la posibilidad de usar una descarga de plasma para modificar el contenido de carbono e hidrogeno en los residuos de hidrocarburos pesados (alquitrán, betún) como los que se obtienen del refinado del aceite mineral y/o biocombustible por medio de un pequeño reactor prototipo. El plasma permite romper cadenas largas de hidrocarburos en cadenas más pequeñas, que son más adecuadas para su uso como combustible automotor. La descarga de plasma permite realizar este proceso con una alta eficiencia en relación con los métodos catalizadores utilizados en la actualidad. Esta tecnología es actualmente de mucho interés e investigación a nivel global, debido al aumento en los precios del petróleo y la necesidad de explotar petróleo “no convencional” como las arenas de brea en Canadá. No obstante, esta tecnología podría tener particular relevancia en Costa Rica, debido a la naturaleza única en el mercado energético del país, donde la fuente dominante de energía es renovable.  La exitosa implementación de esta tecnología podría permitir la conversión económica de residuos del proceso de refinado en productos útiles, utilizando la barata electricidad producida domésticamente, lo cual reduce la importación de petróleo que se requiere para producir un volumen dado de fracciones livianas.

 


Si bien la tecnología no ha sido aplicada a gran escala, el uso exitoso de plasma para estas aplicaciones ha sido demostrado en varios laboratorios, por medio de una variedad de procesos. Cabe recalcar que en general estas investigaciones se han enfocado en utilizar plasmas térmicos de alta potencia, como chorros de plasma, arcos de plasma y plasmas calentados por microondas, similares a los que se utilizan en la gasificación de desechos tóxicos. Este enfoque en el uso de plasmas térmicos viene de la amplia accesibilidad a este tipo de equipo y su uso en tareas similares. No obstante, los factores económicos clave para la aplicación de esta tecnología es la alta eficiencia entre la conversión de la energía eléctrica hacia los electrones. Típicamente esto se logra mediante el uso de descargas no térmicas de baja potencia, en las cuales la energía se enfoca más fuertemente en el canal de los electrones, lo cual logra efectos químicos, más que efectos físicos. Existe una cantidad de trabajo publicado considerablemente menor en este tipo de equipo, de nuevo, debido a la alta disponibilidad de equipos de alta potencia. Se propuso investigar la eficiencia relativa de utilizar estos equipos con descargas de baja potencia, tomando en cuenta el desarrollo de un proceso más económico para la descomposición de fracciones pesadas del petróleo.

 


Este proyecto fue una investigación inicial de nueve meses de varias tecnologías de descarga de plasma no térmico de baja potencia. Con esta información se creó un pequeño reactor prototipo, que permitirá identificar el proceso químico que sea apropiado para investigar más profundamente.

 
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PlasmaTEC es un grupo de investigación en plasmas del Instituto Tecnológico de Costa Rica
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