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Técnicas para el aprovechamiento de la biomasa
Queridos lectores,
Me voy de viaje unos días y estoy bastante enfrascado con los preparativos. Luis Cosin, una vez más, se ha ofrecido amablemente a escribir un breve post para el comienzo de esta semana, sobre un tema que los lectores han solicitado recurrentemente: el de la biomasa. El post de hoy toca sólo las cuestiones técnicas relacionadas con su aprovechamiento para el transporte y la generación de electricidad. Particularmente interesante es la aplicación directa para el transporte (yo hace tiempo que tengo hablado con un amigo de montar un troncomóvil).
Les dejo con Luis. Yo ya les contaré cómo me ha ido mi viaje cuando vuelva de allí… de Grecia.
Salu2,
AMT
Biomasa para el transporte y la generación de electricidad
La gasificación
La tecnología de gasificación es ya un viejo conocido, pero vuelve a estar de actualidad por la crisis energética a la que nos enfrentamos.
Conceptualmente, es un proceso muy simple. Consiste en obtener una mezcla de gases combustibles (lo que se conoce genéricamente como “gas pobre”) a partir de materia orgánica, es decir, biomasa, mediante la combustión parcial de la misma a altas temperaturas, entre 700 y 1.200 ºC.
Este proceso genera tres tipos de gases combustibles:
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Principalmente monóxido de cabono (CO)
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y, si se añade vapor de agua, hidrógeno gaseoso (H2) y metano (CH4)
Que se utilizan para alimentar un motor de combustión convencional o una turbina.
CxHyOz+ n H2O (vapor) + m O2 ->
p CO2 (no combustible) + q CO + r H2+ s CH4 (combustibles)
La proporción de Carbono que se convierte en CO2 es la que aporta la energía de reacción y la combustión incompletaes lo que permite que se generen gases que aun son combustibles.
Por razones termodinámicas, la reacción debe llevarse a cabo a altas temperaturas (superiores a los 700ºC) para que no se forme agua (H2O) y sí hidrógeno gas. A temperaturas inferiores, se formaría fundamentalmente agua, CO2 y carbón sólido, con un rendimiento muy inferior en gases combustibles.
La mezcla de gases generada depende de la materia prima y el proceso seguido. Son fuentes adecuadas: madera y serrín, paja, basura orgánica secada y triturada, restos animales …etc.
Fue el ingeniero químico francés Georges Christian Peter Imbert, quien perfeccionó la técnica para obtener gas combustible a partir de madera hacia 1.920, con un éxito notable, sobre todo a partir de 1.930. En épocas de escasez de gasolinas y gasóleos, los automóviles podían llevar acoplado un pequeño gasificador (conocido como “gasógeno”) cuyos gases se mezclaban con la gasolina o el gasóleo y alimentaban el motor.
Llegó a usarse incluso en vehículos grandes, como tractores: Ara, Renault y Mac Cormick presentaron en abril de 1930 en el Salón de la Maquinaria Agrícola de París tractores con gasógenos para madera o carbón de madera.
El diseño del reactor es clave y debe ser adaptado a cada tipo de combustible. En general, los verticales (con inyección de vapor al fondo) son los más fiables.
Dentro del reactor, se distinguen varias zonas:
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Secado, en la parte superior, con el calor que se genera en la parte inferior.
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Pirólisis o rotura térmica de las moléculas orgánicas complejas, entre 300 y 500ºC, lo que genera parte del metano y el hidrógeno recuperados.
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Reducción, con el hidrógeno procedente de la descomposición del vapor de agua inyectado por debajo y que genera metano.
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Oxidación, donde la materia orgánica se combina con el oxígeno, generando CO2, H2O (agua), CO y el calor necesario para mantener la reacción. También se produce allí la pirólisis del agua (que genera H2).
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Cenizas.
Los principales inconvenientes técnicos son:
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La formación de gomas, resinas y carbones, que obstruyen los conductos
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y la inestabilidad del proceso.
El uso de tecnología de lecho fluido con inyección de aire o vapor en el fondo, puede mejorar la predictibilidad y la estabilidad del mismo.
Teniendo en cuenta la heterogeneidad de la materia orgánica usada, es difícil conseguir reactores que puedan funcionar de forma fiable durante largo tiempo (sin operaciones de mantenimiento).
Además, los gases deben ser filtrados convenientemente si se quieren usar en un motor de combustión, ya que las partículas, los inquemados y los óxidos de azufre (toda materia orgánica tiene un cierto contenido en azufre) corroen y deterioran estos motores.
El gas puede ser tambien aprovechado en centrales de tipo GICC(central de Gasificación Integrada con Ciclo Combinado). Estas centrales pueden funcionar con gas natural, con carbón y con coque derivado del refino del petróleo, y son muy eficientes, por funcionar a altas temperaturas.
Un ejemplo de este tipo de centrales es la de Puertollano, de Elcogas, queproduce energía eléctrica a partir de biomasa y es pionera en aspectos de rendimiento. En ella, actualmente utilizan harinas de origen animal, pero se pueden utilizar cultivos energéticos, madera provenientes de talas y podas, vísceras de animales, grasas de pescado, etc.
Ventajas:
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Se integran bien en una explotación agrícola-ganadera y dan una vía de salida ecológica y rentable para los residuos, ya que permite valorizarlos.
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Es un procedimiento de generación de energía a pequeña escala y local (sin necesidad de trasladar los combustibles a grandes distancias).
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En automóviles, puede reducir (aunque no eliminar completamente!) el consumo de combustibles fósiles.
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La adaptación de los motores convencionales para el uso de gasógeno es relativamente sencilla.
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La tecnología es sencilla y bien conocida.
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La biomasa es abundante y en algunos casos (como los RSU), deshacerse de ella es un problema.
Inconvenientes:
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En general, bajo poder calorífico por unidad de volumen de los gases de síntesis, lo que obliga, por ejemplo, al uso de turbocompresores.
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El CO es un gas muy venenoso, que debe ser manipulado con cuidado extremo.
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La heterogeneidad de la materia prima usada dificulta el diseño de reactores que funcionen en un abanico amplio de situaciones.
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El mantenimiento frecuente es necesario.
Referencias: