Biomasa para producir hidrógeno renovable

Biomasa para producir hidrógeno renovable

La biomasa como fuente de energía se refiere a la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, que puede utilizarse para la obtención de energía.

Esta biomasa puede agruparse de forma general en agrícola y forestal, aunque también se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y lodos de depuradora, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y otros residuos orgánicos derivados de la industria.

No se trata de un recurso energético nuevo. Su uso para cocinar, calentar, hacer cerámica, etc., era habitual antes de la llegada de los combustibles fósiles.

Pero es ahora que vuelve a tomar protagonismo por su carácter renovable, su alta eficiencia energética y el papel que puede desempeñar de cara a un futuro energético “verde”.

La aplicación de la biomasa abarca múltiples sectores, desde el doméstico al industrial y el terciario, aportando ventajas energéticas, económicas y favoreciendo el cuidado del entorno.

Además de su uso energético para generar calor y electricidad, la biomasa puede utilizarse como materia prima para generar gases renovables, entre los que se encuentra el hidrógeno verde.

 

Tipos de biomasa 

La biomasa natural es la que se produce en la naturaleza, sin la intervención humana. Pero también existe la biomasa residual o la producida.

La biomasa residual es la que procede de los restos que generan las actividades humanas y la producida se refiere a los cultivos energéticos o excedentes agrícolas.

Atendiendo a estos tipos de biomasa, las formas principales en las que se presentan para su uso son:

  • Leñas de madera cortada y troceada: su uso tradicional es en viviendas unifamiliares y en calderas. Es el producto menos elaborado.
  • Astillas: trozos pequeños de entre 5-100 mm de longitud. La calidad que tengan depende de la biomasa de la que proceden, su recogida y tecnología de astillado.
  • Pellets: pequeños cilindros hechos de serrín, astillas y otros residuos comprimidos. Se trata, por tanto, de un producto elaborado.
  • Huesos de aceituna y cáscaras de almendras: previamente secados para reducir su grado de humedad. Un producto económico y de buena calidad.

 

Gasificación de la biomasa para producir hidrógeno renovable

La gasificación es el proceso que implica la transformación termoquímica de la biomasa, a temperaturas superiores a 700˚C y con aporte controlado de oxígeno o vapor, obteniendo gas sintético o syngas.

Este gas sintético contiene hidrógeno que puede separarse y purificarse.

El proceso general de gasificación se divide en tres etapas:

1) Secado: la humedad contenida en el sólido orgánico se evapora.

2) Pirólisis: descomposición térmica en ausencia de oxígeno.

3) Gasificación: oxidación parcial de los productos de la pirólisis.

La proporción de hidrógeno que puede obtenerse a partir del gas de síntesis generado es de aproximadamente el 40%, en un proceso que resulta menos intensivo en emisión de carbono que en la producción de hidrógeno gris o azul (a partir de gas natural).

Además, este proceso resulta menos costoso que la electrólisis empleada para el hidrógeno verde, por el momento, y permite la producción continua de energía gracias a la disponibilidad de la biomasa.

No obstante, no deja de ser un proceso complejo en el que intervienen gran número de reacciones y se generan productos no deseados, como el monóxido de carbono (CO) y el coque.

A esto se suma que, el proceso requiere de unas condiciones severas de reacción, seguido de los pasos adicionales de separación y purificación del hidrógeno producido para que sea de alta calidad. Algo que complica su implantación en industrias de pequeño tamaño.

 

Alternativas a la producción de hidrógeno a partir de la biomasa

El creciente interés por la producción de hidrógeno renovable y el potencial de la biomasa como materia prima para generarlo hacen de impulso para la mejora tecnológica de los procesos ya conocidos, como la gasificación, y para la innovación con nuevas técnicas de producción.

Una de estas nuevas técnicas en las que viene trabajando el grupo de Investigación del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla-La Mancha es la obtención de hidrógeno mediante electrólisis de biomasa. 

Este nuevo método permitiría obtener hidrógeno de elevada pureza (prácticamente el 100%) en una sola etapa de reacción/separación y en condiciones suaves de reacción (25-80˚C y 1 atm de presión), empleando tan solo energía eléctrica que puede tener un origen renovable.

La ventaja de este método de electrólisis de la biomasa frente a la electrólisis del agua para producir hidrógeno se encuentra en el menor potencial termodinámico que requiere. Esto supone menores potenciales eléctricos de trabajo y un considerable descenso del consumo eléctrico requerido.

Esta nueva técnica aún en desarrollo resulta muy interesante por su capacidad de producir hidrógeno de elevada pureza, de forma eficiente y limpia, a partir de la biomasa y sin generar emisiones de gas carbono (CO, CO2).

Con esto, resulta evidente que el impulso a la I+D+i en las tecnologías para la producción de hidrógeno a partir de recursos renovables, como la biomasa, es fundamental para conseguir una producción energética competitiva y segura, que permita implementar el concepto de economía circular en los diferentes sectores y alcanzar los objetivos de descarbonización.

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