Desde principios de la segunda mitad de 2024, el mercado mundial de metanol ha experimentado un aumento constante de precios. En la región de Asia y el Pacífico, en el tercer trimestre aumentaron un 18% en comparación con el mismo período del año pasado. El cambio en las condiciones económicas ha provocado un gran interés por parte de los científicos de la Universidad de Minería de San Petersburgo de la Emperatriz Catalina II en desarrollar un reactor que ahorra recursos para la producción de gas de síntesis, que posteriormente puede transformarse en metanol.
El proyecto se desarrolló en el Centro Educativo de Tecnologías Digitales. Hasta febrero de 2022 se trabajó en el marco de un programa científico conjunto con la Academia de Minería de Freiberg. Esta universidad alemana es uno de los centros de investigación líderes en el mundo en el campo de la gasificación del carbón. La Universidad de Minería de San Petersburgo se dedica a proyectos científicos en el campo del carbón casi desde su fundación en 1773. Aquí se creó en 1916 el primer laboratorio de Rusia para estudiar el beneficio de minerales y carbones. En la década de 1930 se formó una escuela científica sobre extracción subterránea de carbón y yacimientos minerales, construcción de minas y mecánica minera.
En 2017, el rector de la Universidad de Minería de San Petersburgo y profesor, exrrector de la Academia de Minería de Freiberg, Bernd Mayer, publicaron una monografía bilingüe conjunta “Producción de gas de síntesis: estado actual y oportunidades de implementación en la industria rusa”.
Los logros recientes incluyen, por ejemplo, la creación de software especializado y la producción en las instalaciones de la empresa Mining Instrument de varios juegos de sinfines innovadores para las minas de carbón en Kuzbass y la República de Komi.
Un modelo innovador de reactor que ahorra recursos para la producción de gas de síntesis es uno de los desarrollos más prometedores de la Universidad de Minería de San Petersburgo. Ha sido muy apreciado en varias exposiciones científicas representativas (medalla de oro y diploma de 1er grado de la XXXVII Exposición Internacional de Innovaciones "HI TECH 2021", diploma de la VIII exposición nacional anual "VUZPROMEXPO -2021", medalla de bronce y diploma de la XXV Salón Internacional de Invenciones y Tecnologías Innovadoras de Moscú "Arquímedes" -2022", medalla de plata y diploma de 2º grado de la XXXVIII Exposición Internacional de Innovación "HI TECH 2022").
Los derechos de autor de los desarrolladores de un reactor que ahorra recursos para la producción de gas de síntesis están confirmados por dos patentes de modelo de utilidad: "Gasificador de lecho fluidizado multizona" y "Gasificador para procesar materias primas sólidas que contienen carbono de baja calidad". La primera de estas tecnologías permite, por ejemplo, reducir la necesidad de electricidad entre un 17 y un 20 % en comparación con el producto comercial de SIEMENS que se encuentra actualmente en el mercado.
Para modelar el proceso de gasificación, los científicos utilizaron enfoques interdisciplinarios modernos utilizando los paquetes de software Ansys Fluent y Rocky DEM, y Aspen Plus y Aspen Hysys para modelar las cadenas de procesos. Los promotores han descubierto que el plan más rentable es organizar la producción cerca de una central eléctrica de carbón utilizando la energía térmica y eléctrica generada allí. Los cálculos se realizaron, en particular, para los carbones de Kuzbass. Un mayor procesamiento del gas de síntesis para obtener productos con mayor valor agregado, como metanol, amoníaco, combustible sintético y otros, proporcionará un aumento adicional en la eficiencia económica del proyecto.
La tecnología permite introducir residuos que contienen carbono en la materia prima junto con el carbón. La empresa Russian Railways ya se ha interesado por la posibilidad de ahorrar en la eliminación de traviesas de madera usadas. Se tratan con diversas sustancias tóxicas que, al quemarse, contaminan el aire y la tierra. Por tanto, la eliminación de las traviesas es muy costosa.
Hoy en día se gasifican en el mundo más de 170 millones de toneladas de carbón al año, lo que corresponde aproximadamente a la mitad de la producción anual de carbón en Rusia. Durante el período de 2015 a 2025, la capacidad térmica total de las industrias relevantes aumentó de 147 a 500 gigavatios. Además de la mencionada empresa SIEMENS, en las tecnologías de gasificación de carbón también participa, por ejemplo, la gran empresa de ingeniería alemana Thyssenkrupp Industrial Solutions. Los generadores de gas industriales operan en Japón, Alemania, Sudáfrica y otros países.
“La mayoría de los generadores de gas funcionan de un modo determinado. En pocas palabras, puede ser un generador de gas continuo, donde la combustión se produce en un flujo de materias primas, la gasificación en un lecho denso o fluidizado, donde las partículas están en suspensión. Proponemos combinar dos enfoques: gasificación en lecho denso y fluidizado. La ventaja es que es posible procesar materias primas de mayor tamaño, es decir, con menores costes de preparación. Además, pudimos reducir la temperatura del gas crudo y aumentar la conversión. En otras palabras, logramos aumentar el rendimiento del gas de síntesis y al mismo tiempo minimizar el desperdicio: la fase de hollín sólido”, dijo Ilya Beloglazov, autor del desarrollo y profesor asociado del Departamento de Automatización de Procesos Tecnológicos y Producción de la Universidad de Minería.
Los futuros planes científicos de los promotores incluyen la instalación, posiblemente en el centro de formación de la Universidad de Sablino, junto con un socio industrial interesado, de un generador de gas semiindustrial para probar un sistema de producción eficaz para distintos tipos de materias primas.
El desarrollo se puede implementar con éxito en empresas como Siberian Coal Energy Company, Kuzbassrazrezugol y Siberian Anthracite. Entre las grandes empresas extranjeras se encuentran la china China Shenhua Energy, la india Coal India, la australiana BP Billiton, Rio Tinto y la sudafricana Sasol Limited. Este último, por ejemplo, se dedica con éxito tanto a la extracción de carbón como a su transformación en combustible sintético para automóviles.