Procesado solar de biomasa y residuos: nuevas rutas para la producción eficiente de combustibles

A pesar de la actual expansión de los distintos tipos de energías renovables, existen pocos estudios que consideren los posibles beneficios de la hibridación de estos recursos. En este sentido, una opción muy atractiva es emplear la energía solar de concentración para la gasificación de biomasa o residuos carbonosos. Posteriormente, el gas de síntesis obtenido podría ser utilizado para la producción de combustibles para el transporte.

 Autor: [Juan M. Coronado-IMDEA Energía]

Esquema de un sistema de producción de biocombustibles empleando calor solar

La gasificación de biomasa o residuos proporciona una ruta de elevada flexibilidad para la producción de combustibles líquidos, ya que permite obtener gas de síntesis (CO + H₂) que puede ser transformado en combustible sintéticos por medio del proceso de Fischer–Tropsch. La producción de gas de síntesis requiere un tratamiento a temperaturas de al menos 700 ºC, aunque para superar las limitaciones cinéticas a menudo es necesario alcanzar más de 900 ºC. Por tanto, esta etapa implica un consumo energético importante, que resta eficiencia global al proceso. La solución habitual es utilizar parte de la alimentación para generar por combustión el calor necesario para llevar a cabo la gasificación. Este proceso de gasificación autotérmica permite utilizar entre un 75 y un 80 % de la energía original de los residuos, aunque la separación de los gases de salida para obtener gas de síntesis puro es compleja y costosa. Por el contrario, si el aporte energético se consigue con un concentrador solar, el contenido calórico de la corriente puede aumentar hasta un 145 %. Este hecho convierte a la gasificación solar no sólo en un método atractivo para la gestión de residuos con un contenido elevado de carbono (biomasa, residuos de papel y plástico, neumáticos…), sino también en un forma de almacenamiento químico de la energía solar. Varios artículos recientes analizan las ventajas y limitaciones de estas rutas alternativas, tanto desde un punto de vista teórico como experimental

 [1]^, [2]. Uno de estos trabajos modeliza la gasificación de biomasa forestal con aporte de calor solar². Este análisis considera además la eliminación completa del CO₂ producido en el proceso por medio de la reacción inversa del gas de agua (CO₂ + H₂ → CO + H₂O), que emplearía el hidrógeno generado electrolíticamente a partir de energía solar. Los resultados obtenidos muestran que el acoplamiento de la energía solar en el proceso permite producir la misma cantidad de combustible sintético con un balance neutro de emisiones de CO₂, empleando un 33%  menos de biomasa y reduciendo el uso del terreno en un 38% con respecto a lo que requería un tratamiento autotérmico. Sin embargo, desde un punto de vista económico el empleo de tecnología solar se estima que podría suponer una inversión inicial de casi el doble de coste por Kw generado que en el caso de la ruta convencional. No obstante, el menor coste del combustible producido permitiría amortizar con cierta rapidez la inversión inicial. Teniendo en cuenta el continuo incremento a escala mundial del transporte por carretera, y las limitaciones medioambientales, sociales y económicas de la presente generación de biocombustibles, es previsible que estas tecnologías híbridas puedan alcanzar un desarrollo sustancial en un futuro cercano. Sin embargo, para que esto sea una realidad es necesario un mayor esfuerzo investigador que permita superar las actuales limitaciones e incertidumbres técnicas asociadas con los sistemas para el tratamiento solar de la biomasa, sobre los que existe todavía una experiencia limitada.¹

[1]N. Piatkowski, C. Wieckert, A. W. Weimer, A.Steinfeld, Solar-driven gasification of carbonaceous feedstock—a review . Energy Environ. Sci., 2011, Advance Article. DOI: 10.1039/C0EE00312C N.

[2] E. Hertwich, X. Zhang, Concentrating-Solar Biomass Gasification Process for a 3^rd Generation Biofuel, Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4207–4212. DOI: 10.1021/es802853g