Columbus University
Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud
Carrera Doctor en Medicina y Cirugía
Proyecto final
Reciclaje Químico Avanzado de Plásticos No Reciclables
Integrantes: Jasbel Gómez 8-1058-1147
Hilarie Aguilar 3-759-216
Ariadna Bosquez 4-813-2062
Verónica Fajardo 8-965-1961
María Muñoz 8-1038-993
Introducción
Tecnologías para tratamiento de plásticos de mezcla
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| Pirólisis Descomposición Térmica. |
La pirólisis es un proceso que utiliza altas
temperaturas en un ambiente sin oxígeno para descomponer materiales sin
combustión. Como resultado, se generan tres subproductos principales: gases,
aceites y carbón, que pueden utilizarse en distintas aplicaciones industriales.
Por ejemplo, los aceites se emplean en la industria química y el gas como
fuente de energía.
Para que se inicie la pirólisis, los materiales se
calientan a temperaturas que van desde los 300 °C hasta los 900 °C en
ausencia de oxígeno, lo que evita la combustión y rompe las moléculas del
material. Este proceso genera una mezcla de gases, aceites y carbón, cuya
proporción depende de la temperatura y el tiempo de exposición: a menor
temperatura, se obtiene más carbón, mientras que las temperaturas más altas
favorecen la generación de gases y aceites. Por ejemplo, en el sector
energético, el gas puede emplearse como fuente de energía alternativa, mientras
que los aceites pueden ser aprovechados como materia prima en la industria
química.
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| Diagrama de la función de la Pirólisis de plásticos. |
La pirólisis convierte residuos que normalmente acabarían en vertederos en materiales útiles y reutilizables, favoreciendo así la reducción de desechos. Sus aplicaciones son diversas y útiles en distintos sectores:
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| Tratamientos de desechos por Pirólisis. |
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| Planta de Tratamientos Térmicos en el Aeropuerto Tocumen en su 80% de construcción. |
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| Parte de la infraestructura de la planta de Tratamiento Térmico de Residuos en el Aeropuerto de Tocumen. |
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| Llantas usadas no reciclables. |
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| Recolección de plásticos y desechos No Reciclables en la Bahía de Panamá. |
La gasificación es un proceso termoquímico que convierte materias orgánicas sólidas (biomasa, carbón, residuos) en un en un gas combustible conocido como gas de síntesis (syngas) Este proceso ocurre a altas temperaturas y con un suministro controlado de un agente gasificante, que puede ser aire, oxígeno o vapor de agua.
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Agentes gasificantes y calidad del syngas |
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Aire | Este gas es suficiente para quemar en motores o calderas, pero pobre para síntesis química. Con aire se suele usar un exceso reducido (20–40% del O₂ teórico) para controlar la temperatura y la dilución. |
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Oxígeno puro (O₂) |
Al usar O₂ (o aire con alto % de O₂), se evita la dilución por N₂. Con los agentes O₂ y H₂O mejoran el rendimiento global y se emplean cuando se busca syngas rico en hidrógeno para producción de metanol o combustibles sintéticos. |
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Vapor de agua |
Al inyectar vapor se favorece la generación de H₂ (reacción de desplazamiento CO + H₂O → CO₂ + H₂) y se enfría ligeramente el proceso (reacción endotérmica). El syngas tiene más H₂ y menos metano. |
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Hidrógeno (H₂) |
Gasificar con H₂ aportaría energía al syngas y produciría un gas muy rico en metano e hidrocarburos ligeros. Sin embargo, al ser el H₂ mismo un combustible valioso, en la práctica rara vez se emplea. |
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Dióxido de carbono (CO₂) |
Aunque menos común, el CO₂ actúa como gasificante a través de la reacción C + CO₂ → 2CO. Esto es útil en procesos de captura y aprovechamiento de CO₂ y en gasificación oxigénica. El CO₂ incrementa levemente el CO final, pero requiere más calor. |
El proceso de gasificación transcurre en cuatro etapas principales, que a menudo se solapan:
Secado: La biomasa se calienta hasta 100-150 °C para evaporar la humedad superficial. Todo el agua libre debe eliminarse antes de proseguir. Ya que si la humedad supera el 20-30%, reduce la eficiencia del proceso.
Pirólisis: A 200–500 °C y prácticamente sin oxígeno la biomasa se descompone térmicamente. Se liberan volátiles y se forma carbón vegetal (char), además de vapores y líquidos de alquitrán.
Oxidación: Al aumentar aún más la temperatura, se introduce oxígeno en la zona de combustión. El char se oxida casi completamente produciendo CO₂ (y algo de CO). Esta combustión parcial provee el calor necesario para mantener todo el proceso. Simultáneamente, las moléculas pesadas de alquitrán que viajan con el gas atraviesan esta zona caliente, donde craquean (se descomponen) en gases más ligeros.
Reducción (gasificación propiamente dicha): En la zona final, el carbono del char remanente reacciona con los gases de combustión (CO₂ y vapor de agua) produciendo CO y H₂ según las reacciones: C + CO₂ → 2CO; C + H₂O → CO + H₂. Estas reacciones endotérmicas generan el syngas combustible. Tanto el CO como el H₂ son los componentes de mayor poder calorífico del gas final. En resumen, la reacción con O₂ genera calor (oxidación), y luego el carbono absorbe ese calor reduciendo CO₂ y H₂O a CO/H₂.
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| Proceso de gasificación |
Existen varios tipos de gasificadores, tales como:
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| Tecnología de lecho fijo |
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| Tecnología de lecho fluidizado |
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Ventajas ambientales de la gasificación |
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Reducción de GEI |
Al utilizar biomasa (carbono-renovable)
en lugar de combustibles fósiles, las emisiones netas de CO₂ son bajas. La
combustión del syngas sólo libera el CO₂ originalmente absorbido por la
biomasa en su crecimiento, obteniéndose por tanto una huella de carbono
neta reducida. Además, al diversificar la matriz energética (incorporando
energías renovables como la biomasa) se reduce la dependencia de los recursos
fósiles. |
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Aprovechamiento de residuos |
La gasificación puede convertir residuos
orgánicos (residuos municipales, agrícolas o industriales no reciclables) en
recursos útiles. Esto evita que dichos residuos terminen en vertederos,
ahorrando espacio y evitando emisiones de metano por descomposición anaerobia.
Por otro lado, residuos complejos (plásticos no reciclables, residuos de
poda, lodos, etc.) pueden gasificarse para producir energía renovable y
productos químicos, integrando este proceso en una economía circular de baja
huella de carbono. |
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Sustitución de combustibles fósiles |
El syngas puede usarse en lugar de gas
natural, carbón o petrodiesel en muchos usos. Por ejemplo, el vapor o
electricidad producidos a partir de syngas desplazará al gas natural en la
industria. La síntesis de combustibles (metanol, diésel sintético) a partir
de gasificación reduce la necesidad de petróleo crudo. Todo esto contribuye a
una matriz energética más limpia y baja en carbono. |
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Menores emisiones locales |
En comparación con la incineración o
combustión directa, los procesos de gasificación (especialmente si llevan
post-quemador o plasma) emiten menos contaminantes como NOₓ, SO₂,
partículas finas y
dioxinas/furanos. Por ejemplo, la gasificación por plasma evita la formación
de dioxinas/furanos y óxidos de nitrógeno debido a las altísimas temperaturas
de reacción, produciendo residuos de escoria inerte. |
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| Desechos acumulados en las costas de la Ciudad de Panamá. |
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| La imagen ilustra el proceso de Reciclaje Químico, dividido en tres etapas: Entrada, Proceso y Salida. |
El reciclaje químico permite transformar plásticos no reciclables en materias primas químicas valiosas mediante procesos específicos. Estas materias primas pueden ser utilizadas en diversas industrias, promoviendo la economía circular y reduciendo la dependencia de recursos vírgenes. Los principales productos obtenidos son:
Monómeros
Combustibles
Químicos Industriales
Subproductos Sólidos
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| Plásticos PET, publicados por la Alcaldía de Panamá, el 5 de Diciembre de 2022, donde firman un convenio con la Fundación Botellas de Amor para tratar estos residuos y convertirlos en mobiliario urbano para parques municipales. |
¿Qué falta para que Panamá dé el salto?
El futuro del reciclaje químico en el país dependerá de su capacidad para convertir el potencial teórico en realidad tangible.
