Estudio de materiales arcillosos ricos en óxidos de hierro para la desulfuración de biogás
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Resumen
Costa Rica podría generar 1,000,000 m3 de metano diariamente a partir de biogás, pero su aprovechamiento energético requiere del proceso de desulfuración, cuyos materiales filtrantes tienen elevados costos y no se producen localmente. En este estudio se analizaron sustratos naturales locales ricos en óxidos de hierro, suelos arcillosos (SR) y rocas rojas (RR), para la remoción del H2S del biogás. El desempeño de los medios filtrantes se estudió en un sistema de biodigestión anaerobia instalado en una finca porcina cuya producción diaria de biogás es 20-30 m3, 70% metano. Inicialmente se analizaron 6 muestras mediante Difracción de Rayos-X (XRD) y Fluorescencia de Rayos-X (XRF) para cuantificar los óxidos de hierro (Fe2O3) y se seleccionaron las 2 muestras de RR con mayor porcentaje de Fe2O3, RR2 con 4.8% w/w y RR3 con 7.2% w/w. La caracterización de las RR, antes y después de usarlas como medio filtrante, se realizó mediante Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopía de Dispersión de Energía de Rayos-X (EDS), y XRD combinado con el método Rietveld (XRD-Rietveld). Tras la aplicación de las RR en el filtro desulfurizador, se comprobó la absorción superficial de azufre y una disminución de 4.8% wt. a 1.1% wt. de los Fe2O3. Las RR con un tamaño de partícula entre 2.4 y 6.3 mm tienen la capacidad de remover hasta un 28% de H2S. La baja eficiencia de remoción de H2S de las RR sugiere la búsqueda de materiales con mayor cantidad de óxidos de hierro para mejorar el proceso de desulfuración.
Detalles del artículo
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Los autores conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación y pueda editarlo, reproducirlo, distribuirlo, exhibirlo y comunicarlo en el país y en el extranjero mediante medios impresos y electrónicos. Asimismo, asumen el compromiso sobre cualquier litigio o reclamación relacionada con derechos de propiedad intelectual, exonerando de responsabilidad a la Editorial Tecnológica de Costa Rica. Además, se establece que los autores pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
Citas
F. A. Vélez Bowen, “Adsorción de metano (CH4) de biogás mediante un filtro relleno de un soporte con carbón activado y piedra pómez molida,” 2019.
T. Al Seadi et al., BIOGAS HANDBOOK. 2008.
FAO, “Guía teórico-práctica sobre el biogás y los biodigestores.” Buenos aires, p. 104, 2019.
B. Morero, E. Gropelli, and E. A. Campanella, “Revisión de las principales tecnologías de purificación de biogás,” Cienc. y Tecnol., vol. 1, no. 10, pp. 187–202, 2010.
A. G. Skerman, S. Heubeck, D. J. Batstone, and S. Tait, “Low-cost filter media for removal of hydrogen sulphide from piggery biogas,” Process Saf. Environ. Prot., vol. 105, pp. 117–126, 2017.
FAO, MINENERGIA, PNUD, and GEF, “Manual de Biogás,” Proyecto CHI/00/G32. p. 120, 2011.
A. Petersson, “14. Biogas cleaning,” in The Biogas Handbook: Science, Production and Applications, Woodhead Publishing Limited, 2013, pp. 329–341.
K. Tzu-Hsing, C. Hsin, L. Hsiao-Ping, and P. Ching-Yu, “Red soil as a regenerable sorbent for high temperature removal of hydrogen sulfide from coal gas,” J. Hazard. Mater., vol. 136, no. 3, pp. 776–783, 2006.
R. Mrosso, R. Machunda, and T. Pogrebnaya, “Removal of Hydrogen Sulfide from Biogas Using a Red Rock,” J. Energy, vol. 2020, pp. 1–10, 2020.
M. Garfí, J. Martí-Herrero, A. Garwood, and I. Ferrer, “Household anaerobic digesters for biogas production in Latin America: A review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 60, pp. 599–614, 2016.
A.-A. S. M. Magomnang and P. E. P. Villanueva, “Removal of Hydrogen Sulfide from Biogas using Dry Desulfurization Systems,” in International Conference on Agricultural, Environmental and Biological Sciences, 2014, vol. 24–25, pp. 65–68.
L. J. Cihacek and J. M. Bremner, “Characterization of the Sulfur Retained by Soils Exposed to Hydrogen Sulfide,” Commun. Soil Sci. Plant Anal., vol. 24, no. 1–2, pp. 85–92, 1993.
X. M. Meng, W. De Jong, and A. H. M. Verkooijen, “Effect of Hydrothermal Carbonization Reaction Parameters on,” Environ. Prog. Sustain. Energy, vol. 28, no. 3, pp. 360–371, 2009.
A. Davydov, K. T. Chuang, and A. R. Sanger, “Mechanism of H2S oxidation by ferric oxide and hydroxide surfaces,” J. Phys. Chem. B, vol. 102, no. 24, pp. 4745–4752, 1998.
Y. Cao et al., “Low-Temperature H2S Removal from Gas Streams over γ‑FeOOH, γ‑Fe2O3, and α‑Fe2O3: Effects of the Hydroxyl Group, Defect, and Specific Surface Area,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 58, no. 42, pp. 19353–19360, 2019.
R. C. Sahu, R. Patel, and B. C. Ray, “Removal of hydrogen sulfide using red mud at ambient conditions,” Fuel Process. Technol., vol. 92, no. 8, pp. 1587–1592, 2011.
G. E. Alvarado, G. Cárdenes, F. Alvarado, J. Murillo, and M. Arias, “Utilización de rocas ornamentales en Costa Rica desde tiempos precolombinos hasta el siglo XX,” Rev. Geológica América Cent., no. 26, pp. 39–51, 2011.
T. H. Ko and H. Chu, “Spectroscopic study on sorption of hydrogen sulfide by means of red soil,” Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. Spectrosc., vol. 61, no. 9, pp. 2253–2259, 2005.
K. Tzu-Hsing, C. Hsin, and T. Jeou-Jen, “Feasibility study on high-temperature sorption of hydrogen sulfide by natural soils,” Chemosphere, vol. 64, no. 6, pp. 881–891, 2006.
B. H. Toby and R. B. Von Dreele, “Appl. Cryst.” pp. 544–549, 2013.
ASTM International, Standard Specification for Woven Wire Test Sieve Cloth and Test Sieves. 2021, pp. 1–9.
ASTM International, “Standard Test Methods for Absorption and Bulk Specific Gravity of Dimension Stone,” ASTM International. pp. 9–11, 2021.
P. Mora Rojas, M. Chaves Flores, M. F. Ellis Chaves, and A. Bejarano Carrillo, “Uso de Biodigestores para el tratamiento de residuos en cercanías del Aeropuerto Juan Santamaría de Costa Rica como instrumento para el control de aves carroñeras,” RedBioLAC, vol. 4, pp. 9–13, 2020.
O. Acevedo-Sandoval, E. Ortiz-Hernández, M. Cruz-Sánchez, and E. Cruz-Chávez, “El papel de óxidos de hierro en suelos,” Terra Latinoaméricana, vol. 22, no. 4, pp. 485–497, 2004.