Disminución de gases tóxicos emitidos por fuentes móviles y fijas empleando tecnología de plasmas y nanotecnología Etapa III

Responsable: MARQUIDIA JOSSELINE PACHECO PACHECO

Objetivos:

Diseñar y construir prototipos finales para el tratamiento de gases tóxicos

Antecedentes:

De acuerdo al Censo Económico 2004 realizado por el INEGI, existen más de 328 mil industrias manufactureras a nivel nacional y el 16% se encuentra ubicado en la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), principalmente en parques industriales.

En lo que respecta al sector transporte, éste es responsable de la mayor parte de las emisiones de monóxido de carbono (98%), de óxidos de nitrógeno (68%) y de hidrocarburos (54%), siendo los vehículos particulares la principal fuente de emisión. La flota vehicular de uso particular continua en franco aumento (2 millones de vehículos en 1990 y aproximadamente lo doble en 2006).

La falta de un transporte público metropolitano eficiente combinado con una sociedad consumista y sin la suficiente cultura ambiental, ha ocasionado que continúe creciendo la flota vehicular de uso particular; el ingreso de autos "chocolate" dista mucho de mejorar la situación. En el año 2006, este sector consumió 312 PJ (1PJ= 30x106 kW-hora), que representa el 57% de la demanda total de energía de la ZMVM; la gasolina magna (65%) y el PEMEX diesel (22%) son los principales combustibles utilizados. En la ZMVM, el consumo diario promedio de los combustibles en el 2006, se estimó en 306 mil barriles equivalentes de gasolina; es decir que se consumen diariamente alrededor de 48 millones de litros.

Por su parte, la industria contribuye con cerca de 90% del SO₂ y de un poco más de 12% de los NOx emitidos a la atmósfera, resaltando la industria química por el volumen de emisiones, la mineral no metálica y la de productos metálicos así como la de producción de energía eléctrica. El sector industrial es de los más importantes por su demanda energética, en el año 2006 requirió el 27% de la energía total generada en la ZMVM por la quema de combustibles fósiles para realizar gran parte de sus procesos productivos.

El contenido innovador de la propuesta es la generación de tecnología mexicana, que con respecto a la tecnología extranjera existente, presenta innovaciones que permiten la disminución del costo energético y aumento en los porcentajes de degradación de gases tóxicos.

Para la disminución de los contaminantes del aire emitidos a nivel industrial se emplean actualmente varias técnicas como el uso de urea para la disminución de NO_X, torres lavadoras para la remoción de SO₂, sin embargo los costos de operación son excesivos.

Entre las medidas que se han tomado para la disminución de contaminantes de fuentes móviles, se encuentran las de disminución de temperatura del motor y el catalizador de 3 vías, cambio en el tipo de combustibles, mejora de la logística de los sitios de estudio, modificación del motor de automóviles, entre otros.

Estas técnicas tienen limitantes, pues no tratan todos los tipos de gases, trabajan en rangos determinados de temperatura y tienen tiempos de vida cortos.

La tecnología de plasma y nanoestructuras puede resolver las deficiencias mencionadas anteriormente, ya que se trata de un proceso continuo, que no requiere manejar grandes cantidades de sustancias químicos peligrosas, además de que requiere de bajas energías para su alimentación. Por ejemplo para la alimentación del dispositivo que se emplearía para tratar gases de escape de autos (menos de 100W), con la energía proporcionada de la batería bastaría para iniciar el proceso de remoción.

Beneficios:

En lo que respecta al beneficio social, durante el desarrollo del proyecto propuesto se han formado recursos humanos de nivel licenciatura, maestría y doctorado. Se han difundido continuamente los resultados obtenidos en congresos nacionales e internacionales, conferencias, etc; propiciando así el intercambio de conocimientos y fomentando, a la vez, una conciencia ecológica en la población.

Por otro lado, el disminuir la emisión de gases al ambiente, tanto de fuentes fijas como móviles, disminuye la exposición-respuesta riesgo al que se somete la población de la ZMVT ya que dicha exposición puede causar daños a la población en escenarios de exposición crónica. Entre las manifestaciones clínicas de la exposición a contaminación del aire se incluyen exacerbación de asma, incremento en la incidencia de infecciones respiratorias, disminución en las funciones respiratorias, bronquitis y tos crónica, cáncer de pulmón, enfermedades respiratorias crónicas y cardiovasculares y alergias. Éstas últimas son las más comunes causando desordenes secundarios por hongos y polen produciendo rinitis alérgica (alergia al polen que transporta el aire) y asma.

En otro aspecto, una vez en funcionamiento el dispositivo propuesto en chimeneas industriales y/o automóviles, la salud de la población se vería reforzada con el concomitente ahorro económico en el sector salud.

Dentro del beneficio tecnológico se tiene la ventaja de la creación de tecnología de punta a nivel nacional lo que disminuye considerablemente los precios de dispositivos extranjeros. Además, se contaría con la formación de recursos humanos especializados que posteriormente pudieran integrarse al sector económico.

Logros Obtenidos:

PUBLICACIONES EN REVISTAS

1. Pacheco M., Santana A., Pacheco J., Valdivia R., Le Moyne L., Zamilpa C., Rivera C., Estrada N. , F. Ramos, M. Durán, M. Hidalgo, R. García, M.García, C. Torres, M.Garduño, J. Portillo. Tratamiento de emisiones de motores diesel por plasma fuera de equilibrio. Aceptado para su publicación en la Revista Internacional de Contaminación Ambiental ISSN: 0188-4999 (2012).

2. J. Pacheco, M. García, M. Pacheco, R. Valdivia, C. Rivera, M. Garduño, Degradation of Tetrafluoroethane Using Three-Phase Gliding Arc Plasma, Journal of Physics: Conference Series (JCPS) ISSN 1742-6596, IOP (2012).

3. M. Garduño, M. Pacheco, J.Pacheco, R. Valdivia, A. Santana, B. Lefort, N. Estrada,C. Rivera, Hydrogen production from methane conversion in a gliding arc, Journal Of Renewable And Sustainable Energy ISSN: 1941-7012 4, 021202 (2012)

4. Estrada N., Pacheco M., Valdivia R., Pacheco J. , Garcia R. , Rivera C., Degradación de Dióxido de Azufre empleando Tecnología de Plasma” Aceptado para su publicación en la Revista Internacional de Contaminación Ambiental ISSN: 0188-4999 (2012).

5. M Pacheco, E Alva, R Valdivia, J Pacheco, C Rivera, A Santana, J. Huertas, B. Lefort and N Estrada, Removal of main exhaust gases of vehicles by a Double Dielectric Barrier Discharge, Journal of Physics: Conference Series (JCPS) ISSN 1742-6596, IOP (2012).

6. R. Valdivia-Barrientos, M Ibañez-Olvera, J Pacheco-Sotelo, M Pacheco-Pacheco, N Estrada-Martinez, J Silva-Rosas and C Rivera-Rodríguez, Acid gas degradation by non-thermal plasma and energy estimation Journal of Physics: Conference Series (JCPS) ISSN 1742-6596, IOP (2012).

7. Pacheco M, Pacheco J, Alva E, Valdivia R, Rivera C, Durán M, Ramos F, Hidalgo M, García M, Soria G, Silva J, Salazar A, M. Ibáñez, Jiménez G. Síntesis de nanoestructuras de carbono (NEC) para su uso como adsorbentes de gases tóxicos, Vanguardia Tecnológica 2012. 2ª Feria de Innovación Tecnológica de la Ciudad de México. 21-23 marzo, Ciudad de México. (2012).

8. M. Pacheco, E. Alva, M.García, J. Pacheco, R. Valdivia, C. Rivera, M. Durán, F.Ramos, M.l Hidalgo, G. Soria, M. Ibáñez, A. Salazar, J. Silva. Jiménez G, El cuarto estado de la materia en el cuidado de nuestro ambiente. Muestra de proyectos ambientales de tu ciudad, 24-25 de abril. Ciudad de México (2012).

9. G. Jiménez, R. Valdivia, M. Pacheco, J.Pacheco, E. Rojas, A. Colín, C. Rivera, “Degradación de gases tóxicos provenientes de motores de combustión interna mediante tecnología de plasma frío”, XI Congreso Internacional y XVII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales, Mazatlán Sinaloa, 5-7 de Junio (2012).

10. R. Valdivia B., M. Ibáñez O., J. Silva R., J. Pacheco S., M. Pacheco P., J. Salazar T., F. Ramos F., G. Soria A., M. Hidalgo P., M. Duran G. Simulación de un arco eléctrico en 3D con el método de volúmenes finitos. XXII Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN “Usos pacíficos de la Energía Nuclear”, México, Dic. 4-7, (2012).

11. R. Valdivia B., J. Silva R., M. Ibáñez O., M. Pacheco P., J. O. Pacheco S., M. Espinoza P., F. Ramos F., J. A. Salazar T., G. Soria A., E. R. Loza C. Síntesis y caracterización de nanoestructuras de carbono por descarga de arco eléctrico. XXII Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN “Usos pacíficos de la Energía Nuclear”, México, Dic. 4-7, (2012).

12. M. Pacheco, E. Alva, R. Valdivia, J. Pacheco, M. Duran, M Hidalgo, F. Ramos, A. Santana, U. Aguero, A. Luna, M. Pérez. Tratamiento de una mezcla automotriz industrial con plasma frio. XXII Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN “Usos pacíficos de la Energía Nuclear”, México, Dic. 4-7, (2012).

13. J. Pacheco S., G. Soria A., R. Valdivia B., M. Pacheco P., J. Salazar, F. Ramos F., M. A. Duran G., M Hidalgo, J. Silva R., A. Luna, M. Pérez. Conversión de gases ácidos a syngas utilizando warm plasma. XXII Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN “Usos pacíficos de la Energía Nuclear”, México, Dic. 4-7, (2012).

FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS

1. Tesis de maestría, mayo 2012 ““Tratamiento por plasma frío de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno provenientes de automóviles”, Elvia Alva Rojas, Universidad Nacional Autónoma de México.

2. Tesis de Doctorado, Enero 2012 Nadia Estrada Martinez, “Estudio de un reactor de doble barrera dieléctrica y su aplicación en el tratamiento de efluentes gaseosos”, ITT-ININ.

PATENTES

16. Diseño de prototipos y Registro de Patente. “Reactor de Plasma Frio de Barrera Dieléctrica con Lecho de Nanofibras de Carbono y Sistemas Asociados para Tratamiento de Gases Tóxicos en Fuentes de Emisión Fijas y Móviles” , Referencia 213914/JUO/igm.