Biogás limpo - universalmente mensurável
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Os investigadores do Paul Scherrer Institute PSI desenvolveram um novo método de análise que detecta até as mais pequenas quantidades de impurezas críticas no biogás. Mesmo as pequenas centrais de biogás podem utilizar o método sem grandes investimentos, o que promove a transição energética.
O mercado do biogás está a crescer: de acordo com o Departamento Federal de Energia, a Suíça alimentou a rede de gás natural com 471 gigawatts-hora desta fonte de energia no ano passado - cerca do dobro do que há dez anos. Isto também aumenta a necessidade de poder medir de forma rápida e fiável as impurezas no biogás, uma vez que o gás verde está sujeito a critérios de qualidade rigorosos.
Os investigadores do Centro de Ciências da Energia e do Ambiente do ISP têm agora uma solução para este problema. Pela primeira vez, desenvolveram um método analítico que detecta simultaneamente as duas impurezas mais críticas do biogás: compostos de enxofre e siloxanos. Os investigadores apresentam o seu método na revista Progress in Energy.
Produção a nível nacional
Mais de 160 centrais de biogás na Suíça produzem a valiosa mistura de gás a partir de resíduos, chorume e estrume; além disso, existem centenas de centrais de tratamento de águas residuais que fermentam as lamas de depuração em torres de digestão para produzir gás de depuração com uma composição semelhante, uma subespécie de biogás.
O gás verde é composto por 50 a 75 por cento de metano e pelo menos um quarto de dióxido de carbono. A separação do dióxido de carbono produz biometano, que pode ser introduzido na rede de gás natural. No entanto, o biogás - e, por conseguinte, também o biometano - pode conter muitas impurezas em apenas milionésimos de um por cento. "Apesar da sua pequena concentração, estas impurezas causam enormes problemas", afirma Ayush Agarwal, que analisou o biogás na sua tese de doutoramento no PSI e é o primeiro autor do estudo.
Os compostos orgânicos de enxofre, por exemplo, são os temidos interferentes: São formados quando as bactérias decompõem as proteínas que contêm átomos de enxofre. Os siloxanos, por outro lado, são compostos que contêm silício e que tornam os géis de duche, por exemplo, agradáveis na pele. Os siloxanos também são despejados pelo ralo com o gel de duche e acabam na estação de tratamento de águas residuais - e, por fim, no biogás.
Veneno puro para as células de combustível
Se o biometano for queimado para gerar energia, por exemplo em caldeiras a gás, os siloxanos reagem de uma forma extremamente indesejável: Formam dióxido de silício - um componente da areia e um dos compostos mais estáveis do planeta. "Este dióxido de silício obstrui os sistemas de combustão e, por exemplo, os sistemas necessitam de mais energia para aquecer a mesma quantidade de água", explica Agarwal. É como uma chaleira entupida com calcário.
Tanto os siloxanos como os compostos orgânicos de enxofre têm também impedido, até agora, a utilização do biometano numa célula de combustível. As células de combustível produzem eletricidade a partir de gases ricos em energia, mas os compostos de enxofre são puro veneno para elas. Por conseguinte, atualmente não é possível operar células de combustível com biometano. As impurezas também interferem com a transformação do biogás em biometano que pode ser alimentado na rede. Resumindo: "Mesmo em vestígios, os siloxanos e os compostos orgânicos de enxofre são prejudiciais".
Medidas para melhorar
Na Suíça, tal como no resto da Europa, aplicam-se limites rigorosos aos compostos de enxofre e siloxanos no biogás - um pré-requisito para alimentar a rede pública de gás com biometano e para operar centrais de biogás como fornecedor de combustível.
As centrais de biogás de maior dimensão dispõem de sistemas de purificação para remover as substâncias indesejáveis do gás. Os operadores utilizam equipamento analítico para medir a composição do seu biogás e podem assim verificar o bom funcionamento dos seus sistemas de purificação. Uma boa análise é, portanto, um pré-requisito para o funcionamento de todo o sistema de biogás: "Só se pode melhorar algo se se puder medi-lo bem", resume Agarwal.
Como parte da sua tese de doutoramento no Centro de Ciências da Energia e do Ambiente do ISP, o cientista desenvolveu um método analítico robusto que detecta simultaneamente siloxanos e compostos orgânicos de enxofre - até vestígios de quinze bilionésimos, o que significa que existem exatamente quinze moléculas da impureza por cada mil milhões de moléculas - uma quantidade verdadeiramente minúscula.
Um impulso para a transição energética
Os investigadores do PSI desenvolveram também uma solução prática para as pequenas instalações de biogás que não dispõem de analisadores no local. As amostras de biogás podem ser recolhidas utilizando um dispositivo móvel que dissolve os gases num líquido. Está provado que mesmo pequenas quantidades de impurezas permanecem no líquido durante pelo menos 28 dias - tempo suficiente para enviar as amostras para um laboratório de análises para medição.
A aplicabilidade universal do método de análise torna possível a sua utilização generalizada em todo o país, promovendo assim a utilização do biogás. "Este é um bom exemplo de como realizamos investigação aplicada no ISP que fornece soluções concretas para os desafios actuais", afirma Christian Ludwig, também investigador do Centro de Energia e Ciências Ambientais e coautor do estudo.
Como funciona o método
Um aparelho de cromatografia gasosa começa por separar os componentes do biogás. De seguida, são analisados um a um através de um método denominado "espetrometria de massa com plasma indutivamente acoplado". Neste processo, os componentes da amostra são vaporizados, decompostos nos seus componentes atómicos e convertidos em partículas carregadas. O espetrómetro de massa regista então os isótopos dos elementos individuais e quantifica-os.
O truque aqui é que o dispositivo regista apenas elementos muito específicos, previamente selecionados, e ignora todos os outros. Assim, é possível detetar enxofre e silício, mesmo em quantidades muito pequenas, juntamente com uma série de outros compostos presentes no biogás. "Tanto quanto sabemos, este é o primeiro método do género que consegue determinar simultaneamente compostos de enxofre e silício", afirma Agarwal.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
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