Un solo paso El proceso catalítico mejorado con plasma para convertir el dióxido de azufre en azufre puro a partir de las corrientes de gas de cola puede proporcionar un prometedor, alternativa más respetuosa con el medio ambiente que la actual térmica multietapa, procesos catalíticos y absorbentes, según científicos de Penn State.

"Los dióxidos de azufre pueden causar problemas ambientales importantes como la lluvia ácida, y puede provocar la acidificación del mar, "dijo Xiaoxing Wang, profesor asociado de investigación en el Penn State EMS Energy Institute. "El azufre también puede contribuir a la formación de partículas finas en el aire que respiramos, que puede ser más severo que el propio dióxido de azufre ".

Se estimó que la exposición a material particulado causa 4,2 millones de muertes prematuras y más de 100 millones de años de vida ajustados por discapacidad, lo que mide los años perdidos debido a una enfermedad. discapacidad o muerte, según el Estudio Lancet Global Burden of Diseases Study, publicado en 2015.

Según Wang, Los métodos actuales de desulfuración pueden eliminar con éxito el dióxido de azufre de las corrientes de gas de cola, pero no sin importantes inconvenientes.

Tecnologías de desulfuración de gases de combustión, por ejemplo, son los métodos más utilizados para capturar dióxido de azufre, pero estos procesos crean una gran cantidad de desechos sólidos en forma de sulfato metálico que requiere eliminación. Es más, estos procesos producen aguas residuales que requieren un tratamiento adicional, haciendo que el método general sea costoso y nocivo para el medio ambiente.

Alternativamente, El dióxido de azufre se puede reducir a azufre elemental sólido mediante catálisis, una reacción química provocada por un catalizador y generalmente un agente reductor como el hidrógeno. metano, o monóxido de carbono, y luego se usa como materia prima para cosas como fertilizantes. Sin embargo, Normalmente se necesitan altas temperaturas en el proceso catalítico tradicional para alcanzar altos niveles de conversión. Esto no es ideal porque consume mucha energía y hay una pérdida de actividad del catalizador, según los científicos.

Debido a estos defectos, Wang y sus colegas probaron una tecnología novedosa, un paso Proceso catalítico asistido por plasma de baja temperatura que elimina la necesidad de altas temperaturas y genera muchos menos desechos que las tecnologías FGD.

Para probar este proceso, el equipo cargó un catalizador de sulfuro de hierro en un reactor de lecho compacto. Luego introdujeron el hidrógeno y las mezclas de gas de dióxido de azufre, que pasó a través del lecho de catalizador a aproximadamente 300 grados Fahrenheit. Luego encendieron el plasma no térmico y las reacciones comenzaron a ocurrir de inmediato.

Una vez completado el proceso, analizaron las muestras para ver cuánto dióxido de azufre había en el gas y cuánto hidrógeno se consumía. También recolectaron y analizaron el azufre sólido, que se acumula en el fondo del reactor. Publicaron sus resultados en Catálisis ACS y un número reciente del Revista de catálisis.

"La temperatura que usamos, 150 grados C (aproximadamente 300 grados F), es más alto que el punto de fusión del azufre para evitar la deposición de azufre sobre el catalizador, ", Dijo Wang." A través de este proceso, el catalizador muestra una estabilidad muy excelente. Cuando se ejecuta durante varias horas, no vemos ninguna desactivación. La actividad y la selectividad siguen siendo las mismas ".

Los investigadores también encontraron que este proceso promovió dramáticamente la reducción del dióxido de azufre a bajas temperaturas, mejorar la conversión en un 148% a 200 por ciento y de 87 a 120 por ciento usando hidrógeno y metano, respectivamente.

Sean Knecht, profesor asistente en la Facultad de Diseño de Ingeniería, Tecnología y programas profesionales, dijo que el NTP funciona porque los electrones altamente energéticos interactúan con las moléculas de gas para producir especies reactivas:radicales, iones y moléculas excitadas, lo que permite diversas reacciones químicas a baja temperatura.

"El resultado es que los electrones pueden iniciar lo que parecerían ser reacciones químicas termodinámicamente desfavorables a través de la disociación y excitación de los reactivos a temperaturas mucho más bajas que la catálisis térmica, ", Dijo Knecht." Si estas reacciones se pueden llevar a cabo a temperaturas mucho más bajas que las típicas para la catálisis térmica, como hemos mostrado, entonces la entrada de energía a los sistemas futuros se reduce significativamente, que es un gran problema ".

Wang agregó que el uso de plasma les permite lograr un rendimiento óptimo con solo 10 vatios de electricidad. Otra ventaja es que la energía renovable, como la eólica o la solar, se puede aplicar fácilmente a este proceso para suministrar energía al plasma.

Los investigadores ahora quieren comprender mejor exactamente cómo el plasma contribuye al proceso de catálisis y buscan desarrollar un catalizador aún más eficaz para el proceso.

"Un desafío actual para el que estamos trabajando es aislar aún más los efectos del plasma frente a los efectos del catalizador y los aspectos sinérgicos, ", Dijo Knecht." Estamos analizando algunas opciones de espectroscopía de superficie en la actualidad y en algún momento, combinándolo con el modelado computacional. Reunirlos puede proporcionar una comprensión más holística de la física y la química en juego ".

Si el proceso es comercializable, tiene el potencial de reemplazar en gran medida las tecnologías actuales de FDG.

"Es muy beneficioso para la energía y el medio ambiente, ", Dijo Wang." Nuestro proceso ahorra energía, reduce el desperdicio y ahorra agua. Esto es muy transformador ".