carlos m. padilla moreno -...

INNPACTO SIGMA

Investigación y Desarrollo de Sistemas Avanzados de Separación de Gases

Atmosféricos por Ionización yAtmosféricos por Ionización y Magnetismo y su Aplicación a la

Captura de CO2.

Carlos M. Padilla Moreno

SIGMA Consorcio

Investigación y Desarrollo de Sistemas Avanzados de Separación de Gases Atmosféricos por Ionización y Magnetismo. INNPACTO 2010

Motivaciones para realizar el proyecto


Vías de actuación


Captura y Concentración de CO2

••TRANSPORTETRANSPORTE•• INDUSTRIAINDUSTRIA RESIDENCIAL RESIDENCIAL Y SERVICIOSY SERVICIOSRESIDENCIAL RESIDENCIAL Y SERVICIOSY SERVICIOSINDUSTRIAINDUSTRIAINDUSTRIAINDUSTRIA

••50%50%••12%12%Y SERVICIOSY SERVICIOSY SERVICIOSY SERVICIOS

ÓÓÓÓ

COCOPRODUCCIÓN PRODUCCIÓN ELÉCTRICAELÉCTRICA

PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN ELÉCTRICAELÉCTRICA

COCO22

••PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN ELÉCTRICAELÉCTRICA

••30%30%

••RESIDENCIAL RESIDENCIAL Y SERVICIOSY SERVICIOS

••8%8%

EFICIENCIA EFICIENCIA ENERGÉTICAENERGÉTICAEFICIENCIA EFICIENCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA

ENERGÍA ENERGÍA RENOVABLERENOVABLEENERGÍA ENERGÍA

RENOVABLERENOVABLE

••30%30%••8%8%

CCSCCSCCSCCS


Estrategia europea en CCS

Plataforma Tecnológica Europea ZEP “CCS EII Implementation Plan 2010-2012”


Plataforma Tecnológica Europea ZEP CCS EII Implementation Plan 2010 2012

Pre-CombustiónTipos de Captura de CO2

Pre Combustión

Post CombustiónPost-Combustión

Oxi-Combustión


Tipos de Concentración de CO2

Procesos de separación

OtrosCriogeniaMembranasAdsorciónAbsorción

CLC Membranas Orgánicas

Química(TSA)

Química

Derivados Celulósicos Hidrato de CO2

PolisulfatoPoliamida

Ot

Óxidos Metálicos

OtrosCarbonatosAminas

Otros

Física Física(PSA, TSA)

MembranasInórgánicas

BombeoElectroquímico

Otros

Selexol Zeolitas MetálicasMicrobiológico/

AlgasOtrasCerámicas

Geles de Si/AlAcs

OtrosRectisol


Tipos de Concentración de CO2

CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA FÍSICAFÍSICA DEL GDEL GASAS MÉTODO DE SEPARACIÓNMÉTODO DE SEPARACIÓN

Carácter Oxidante/ReductorCarácter Oxidante/Reductor AbsorciónAbsorción

P l id dP l id d Ad ióAd ióPolaridadPolaridad AdsorciónAdsorción

Cambio de FaseCambio de Fase CriogeniaCriogenia

Tamaño molecularTamaño molecular MembranaMembrana


Sistema SIGMA. Simplificación de diseño


Etapas de funcionamiento


INNPACTO SIGMA



Captura de CO2.

Álvaro Peralta Conde


Diagrama general

ON2 NO2 SO2O2

2 2

CO2

SO2

SO3 H OO2

N2H2O3 H2ONO

2 2

Moléculas

Separador electromagnético

Cámara de fotoionización

cargadas CO2

electromagnéticofotoionización

NO

NONO2

SOSO


SO2SO3

Diagrama general

O2

N2 NO2

CO

SO2

CO2 SO3 H2ONO

Moléculascargadas

Cámara deCámara de fotoionización


Fotoionización

Átomo o molécula sistema neutro conLaser

Átomo o molécula sistema neutro conel mismo número de cargas +(protones) que cargas – (electrones)

Mediante el uso de radiación láser es posible ionizar de forma eficiente átomos y moléculas, es decir eliminar un electrón, quedando estos con carga +


Fotoionización

Características:Características:

‐ Laser de TiSa con longitud de onda central de =800 nm7 J l‐ 7 mJ por pulso

‐ Duración temporal de ~100 fs‐ Tasa de repetición de 1 kHz‐ Potencia pico 70 GW p


Fotoionización

Laser100 000 MW~100 000 MW

Tiempos muyTiempos muy cortos!

1 segundo

Potencia eléctrica instalada en Españainstalada en España

~110 000 MW 1 femtosegundo


Fotoionización

Plasmas inducidos por láser

Filamentación: Creación de un canalde átomos y moléculas ionizadas

Plasmas inducidos por láser

Fotoionización eficiente


Diagrama general

ON2 NO2 SO2O2

2 2

CO2

SO2

SO3 H OO2

N2H2O3 H2ONO

2 2

Moléculas



cargadas CO2


NO

NONO2

SOSO


SO2SO3

Diagrama general

O2

N2H2O

Moléculascargadas CO2


cargadas CO2

NO

NO2

SO2SO3


INNPACTO SIGMA



Captura de CO2.

César Raposo Funcia


Espectrometría de Masas

Se basa en la separación deiones de acuerdo a surelación masa/carga.

Se trata de un camino relativamente inexplorado para cantidades p pelevadas de un compuesto químico.


Diagrama general

ON2 NO2 SO2O2

2 2

CO2

SO2

SO3 H OO2

N2H2O3 H2ONO

2 2

Moléculas



cargadas CO2


NO

NONO2

SOSO


SO2SO3

Sector Magnético

La separación mediante sector magnético fueLa separación mediante sector magnético fue ensayada a mediados del siglo XX con elevado coste en una escala de gramos.

+ +


Cuadrupolo

Son separadores que requieren alto vacío para funcionar eficientemente. Su diseño está enfocado a separaciones a escala mínima.


Separación electrostática

+

+

+

+

Era necesaria una aproximación compatible con las cantidades de materia producidas y que no

t lt t d f i i trepresentase un alto coste de funcionamiento.


Precedentes bibliográficos

Existen pocos intentos similares para separar gases a presión atmosférica. T b j li i ñTrabajan para eliminar pequeñas impurezas

Ito et al., Aerosol and Air Quality Research, Vol. 4, No. 1, pp. 91-104, 2004


Impulso de las partículas

4 AireN2N2

2

3

orrie

nte

(µA

)

0

1

C

0 200 400 600 800 1000 1200Voltaje (V)

Estudio del comportamiento del sistema con los diferentes parámetros de funcionamiento.


Trabajo sin vacío

El trabajo a presión cercana a la atmosférica j pimplica limitaciones en la evolución de los iones durante su separación.

+

1

+

0,0001

0,01

11,00E-07 1,00E-04 1,00E-01 1,00E+02

+

1E-10

1E-08

0,000001


1E 10

Movimiento de los iones

El sistema debe aprovechar al máximo el tiempoEl sistema debe aprovechar al máximo el tiempo de trabajo, por lo que es necesario observar el la evolución temporal de los iones.


Conclusiones

Disponemos de un prototipo capaz deDisponemos de un prototipo capaz de ionizar y transportar dichos iones a las zonas esperadas del espacio.

Estudiaremos su capacidad para llevar a cabo la separación química y su coste ycabo la separación química y su coste y rentabilidad futura.


INNPACTO SIGMA



Captura de CO2.


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