BiohidrógenoExplicación
Gasificación de biomasa a hidrógeno y bio-SNG: etapas del proceso, desafíos y TRL real
La gasificación de biomasa produce gas de síntesis, del que puede separarse hidrógeno o producirse bio-SNG. Describimos los reactores, la depuración del gas, los rendimientos, el ejemplo de GoBiGas y la madurez de la tecnología.
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La gasificación de biomasa es el procesamiento termoquímico de material orgánico (madera, paja, residuos forestales y agrícolas) en gas de síntesis con acceso limitado de oxidante, a una temperatura normalmente de 700 hasta más de 1000°C. El gas de síntesis se compone principalmente de CO, H₂, CO₂ y CH₄ y puede destinarse a la producción de hidrógeno (tras la conversión del CO y la depuración), de metano sintético (bio-SNG), de combustibles líquidos o de energía. La tecnología se conoce desde hace décadas, pero su aplicación al hidrógeno de biomasa tiene carácter de demostración: las principales barreras son los alquitranes, las cenizas, la escala, los costes y la fiabilidad.
Etapas del proceso
- Preparación de la biomasa: secado, trituración, briquetado o peletizado. La humedad influye en la eficiencia.
- Gasificación: en un reactor de lecho fijo, fluidizado o de flujo arrastrado; el agente gasificante es aire, oxígeno, vapor de agua o mezclas de estos.
- Depuración del gas: eliminación de alquitranes, polvo, álcalis, compuestos de azufre y de cloro, y amoniaco.
- Conversión del CO: CO + H₂O → CO₂ + H₂ aumenta la proporción de hidrógeno.
- Separación del hidrógeno: PSA o membranas, eliminación del CO₂.
- Alternativamente, metanación del CO y el H₂ a CH₄ (bio-SNG), es decir, biometano sintético.
Tipos de reactores
| Tipo | Características | Aplicación |
|---|---|---|
| Lecho fijo (equicorriente, contracorriente) | sencillo, pequeño, grandes cantidades de alquitranes en contracorriente | pequeñas escalas, cogeneración |
| Lecho fluidizado (burbujeante, circulante) | buen intercambio de calor, flexibilidad de combustible | escalas medias y grandes |
| Flujo arrastrado (entrained flow) | temperatura muy alta, pocos alquitranes, requiere combustible finamente molido | grandes escalas, combustibles preparados |
La gasificación con vapor de agua en sistemas de dos etapas (p. ej., combustión y gasificación separadas) da un gas con una mayor proporción de hidrógeno y sin dilución con nitrógeno.
Rendimiento de hidrógeno
El rendimiento teórico de hidrógeno de la biomasa depende de la composición elemental y de la eficiencia de conversión. En la bibliografía se indican valores del orden de varias decenas hasta más de cien gramos de H₂ por kilogramo de materia seca; en el ejemplo siguiente adoptamos 100 g de H₂/kg de MS como supuesto ilustrativo. De 1 tonelada de biomasa seca esto supone 100 kg de H₂, y la energía del hidrógeno (PCI 33,3 kWh/kg) es de aprox. 3,3 MWh, mientras que la biomasa con un poder calorífico de 4,8 MWh/t de MS contiene 4,8 MWh: una eficiencia energética de aprox. 69 % (en condiciones ideales; en la práctica inferior, al tener en cuenta el consumo propio de energía). Para una instalación de 100 t de MS al día, la producción es de aprox. 10 t de H₂ diarias. Las cifras son supuestos.
Alquitranes y depuración
Los alquitranes (hidrocarburos aromáticos complejos) se condensan a temperaturas más bajas y obstruyen tuberías, intercambiadores y motores. Su eliminación se realiza mediante craqueo térmico o catalítico, lavadores de aceite o filtros. Es uno de los elementos más caros y difíciles del sistema. Además, los álcalis y el cloro corroen y el azufre envenena los catalizadores en las etapas posteriores.
Ejemplo práctico: GoBiGas
En Gotemburgo (Suecia) funcionó la instalación de demostración GoBiGas, que producía bio-SNG a partir de residuos forestales con una potencia del orden de 20 MW en gas. La primera fase funcionó entre 2014 y 2018, tras lo cual el proyecto se cerró principalmente por motivos económicos (bajo precio del gas, altos costes y falta de mecanismos de apoyo a escala comercial). El ejemplo muestra que una producción técnicamente posible a partir de biomasa puede no bastar para lograr la rentabilidad.
Hidrógeno de la gasificación y la RED
El hidrógeno obtenido de la biomasa está sujeto a las normas para los combustibles de biomasa, incluidos los criterios de sostenibilidad (materias primas, reducción de emisiones de GEI). Si la biomasa son residuos, la huella de carbono puede ser baja y, con captura y almacenamiento de CO₂ (BECCS), negativa. Por ello, la gasificación se considera una tecnología de eliminación de CO₂, pero los costes y la regulación requieren más trabajo.
Madurez tecnológica
La gasificación para producir electricidad y calor está implantada en muchas escalas (cogeneración). La gasificación para combustibles (hidrógeno, SNG, combustibles líquidos) se encuentra en el nivel de demostración y de primeras instalaciones, y su implantación comercial depende de los precios de los combustibles, de la política de apoyo y de la disponibilidad de biomasa. El hidrógeno de biomasa a escala industrial sigue siendo un proyecto a largo plazo.
Biomasa y competencia de usos
Los residuos agrícolas y forestales tienen muchos usos: abonado del suelo, alimentación animal, energía, digestión anaerobia. Al considerar la gasificación, hay que evaluar la disponibilidad de la materia prima en el radio de transporte y la competencia con otros usuarios. También la paja en Polonia es un recurso limitado debido al mantenimiento de la materia orgánica del suelo.
Resumen
La gasificación de biomasa es una vía potencial hacia el hidrógeno y el bio-SNG, pero hoy es una tecnología de demostración, dependiente del apoyo y de la escala. En comparación con la digestión anaerobia, tiene mayores exigencias de depuración del gas y un mayor riesgo técnico.
Fuentes
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