Biomasa, biocombustibles y capacidades en el CIO - Conacyt - | La Crónica de Hoy
Facebook Twitter Youtube Sábado 02 de Septiembre, 2017
Biomasa, biocombustibles y capacidades en el CIO | La Crónica de Hoy

Biomasa, biocombustibles y capacidades en el CIO

Conacyt -

Dr. Iván Salgado Transito*

El sistema energético mundial está basado principalmente en la utilización de fuentes de energía fósil; sin embargo, el riesgo asociado por la emisión de gases de efecto invernadero durante su combustión y los efectos en el cambio climático han impulsado en la última década la implementación de sistemas de energía renovable, principalmente en energía eólica, geotermia, solar y biomasa.

No obstante, este significativo avance de las energías renovables no ha permeado en todos los sectores del sistema energético, concentrándose primordialmente en el sector de generación de electricidad. Su penetración en sectores clave como el industrial y el de transportes es mínimo debido a lo excepcional de las propiedades, calidad y densidad energética de los combustibles fósiles como la gasolina, el diésel o el gas natural. Por poner un ejemplo, la cantidad de energía contenida en un litro de gasolina es equivalente a la radiación solar que incide a medio día sobre una superficie de 9 metros cuadrados durante 1 hora entera. En esto consiste el enorme desafío por encontrar nuevos métodos de síntesis de combustibles alternativos, con propiedades equivalentes a los fósiles, de bajo o nulo impacto ambiental y aun costo competitivo.

El uso de la materia orgánica que puede emplearse para producir energía, es decir la biomasa, data desde la antigüedad con la quema de la madera. Sin embargo en la actualidad se han desarrollado nuevos métodos para su aprovechamiento por las ventajas de ser un material orgánico abundante, ampliamente disponible, fuente neutral de emisiones de CO2 y a la factibilidad de poder sintetizar a partir de ella combustibles y productos químicos de alto valor. En la figura 1 se ilustra un diagrama con las principales rutas y tecnologías disponibles para el aprovechamiento energético de la biomasa: generación de calor, electricidad y producción de combustibles alternativos. En lo que respecta a la producción de combustibles a partir de biomasa, a menudo se suelen identificar con mayor facilidad el biodiesel, el etanol y el biogás, sin embargo también existe otro biocombustible menos conocido pero de igual importancia llamado gas de síntesis. Las diferencias en sus propiedades físicas y químicas entre cada uno de ellos es originada por el método de síntesis y el tipo de materia prima utilizados. Dentro de las tecnologías existentes en la producción de biocombustible, la gasificación es una de las más prometedoras por la posibilidad de obtener altas eficiencias de conversión y por su versatilidad para operar con diferentes fuentes de biomasa. La gasificación es un proceso termoquímico de oxidación a alta temperatura, que trasforma la energía almacenada en los enlaces químicos de la biomasa sólida en un gas combustible conocido como gas de síntesis junto a otros subproductos, principalmente carbón vegetal, cenizas y varios compuestos condensados (alquitranes y aceites). El gas de síntesis o syngas (por sus siglas en inglés) está compuesto por hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, metano y otros componentes menores, es altamente apreciado debido a que puede ser utilizado directamente como combustible en la generación de calor o en una turbina para la generación de electricidad, así como también puede ser empleado como un precursor para la obtención de hidrógeno o incluso combustibles líquidos (gasolina, keroseno, gasoil y lubricantes) mediante el método de síntesis de Fischer-Tropsch.

La tecnología de gasificación de biomasa todavía debe vencer grandes retos. Las impurezas indeseables como NH3, H2S, HCl, SO2, y el alquitrán (una mezcla de compuestos aromáticos más pesados que el benceno) se producen inevitablemente durante la gasificación y permanecen presentes en el gas efluente. Entre las impurezas, el alquitrán es el más relevante debido a que por su propiedad de ser altamente pegajoso se condensa en zonas de baja temperatura y bloquea los sistemas de admisión. Pero su principal desventaja  es que para que ocurra el proceso de Fischer-Tropsch la concentración de alquitrán debe ser muy baja (<0.1 mg/m3). Durante la gasificación, debido al nitrógeno contenido en la biomasa se generan compuestos tóxicos como NH3, N2, HCN, HNCO y óxidos de nitrógeno, NOx. La concentración de Alquitrán y NH3 producidos son función de dos parámetros operacionales del gasificador: la relación aire-combustible y la temperatura de operación. Mientras mayor sea la temperatura las impurezas disminuyen. Sin embargo, la gasificación de biomasa a alta temperatura consume grandes cantidades del biocombustible, mermando la rentabilidad del proceso. Por el otro lado una relación aire-combustible demasiado alta diluye en el producto la composición de compuesto químicos de alto valor energético como el H2 o el CO.

Aquí un pequeño paréntesis, pero para todo esto, ¿Qué tiene que ver un Centro de investigación en Óptica, con la producción de combustibles a partir de la Biomasa? Una de las posibles soluciones para reducir la merma de biocombustible y mantener la reacción endotérmica de la gasificación es la utilización de energía solar concentrada como fuente de energía. Los sistemas de concentración solar utilizan espejos o lentes ópticos para concentrar la radiación solar en una zona focal, similar al efecto ocasionado por una lupa, haciendo posible alcanzar altas temperaturas de operación (>800 ºC) en un gasificador de biomasa. Las ventajas obtenidas son: aumento en la eficiencia de conversión de energía, disminución de impurezas, mejor calidad del gas de síntesis y además se logra almacenar energía solar de manera eficiente en forma de energía química.

Es por ello que el Laboratorio de Energía Termosolar del CIO en Aguascalientes tiene como uno de sus objetivos realizar investigación aplicada para el Desarrollo de sistema de gasificación de biomasa asistidos con energía solar concentrada. Por ello actualmente se está fortaleciendo su capacidad en infraestructura y equipamiento mediante la instalación de equipo especializado como un Simulador Solar de Alto flujo Concentrado y un Espectrómetro de masas acoplado a un cromatógrafo de gases y a un analizador térmico simultaneo. Con dicho equipamiento será posible reproducir en un ambiente controlado el comportamiento de un sistema de concentración solar acoplado a un gasificador de biomasa, capturar en tiempo real el estado químico de los productos e impurezas, y así poder optimizar el proceso de gasificación para maximizar la producción y calidad del gas de síntesis.

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Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.

 

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