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Medio Ambiente

Leña para encender bombillos

Producir hidrógeno y electricidad mediante biomasa obtenida de madera y residuos vegetales, como la zoca del café, es la propuesta que busca beneficiar a la población rural con difícil acceso a fuentes de energía.

, 12 de abril de 2015

La investigación apunta a la obtención de hidrógeno, por tratarse de una fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles. fotos: Andrés Almeida Guano/Unimedios

Colombia es uno de los países latinoamericanos que más residuos agroindustriales generan. De las 850,000 hectáreas de pino cultivadas, por mencionar solo un caso, se obtienen residuos de madera cercanos a 412,778 toneladas anuales, utilizados en el sector rural como combustible para cocinar o calentar agua, pero con un potencial energético muy bajo, según la Unidad de Planificación de Minas y Energía.

Esa madera y otros residuos lignocelulósicos (vegetales) como la zoca de café son la materia prima que el estudiante de la Maestría en Ingeniería Química, Carlos Andrés García Velásquez, utiliza para producir hidrógeno y electricidad, por medio de la gasificación de biomasa.

El proyecto surgió en el grupo en Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos, de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, bajo la dirección del profesor Carlos Ariel Cardona Alzate. 

Alto rendimiento 

Los primeros resultados son muy positivos: a partir de un kilogramo de biomasa se pueden obtener 0,75 kilovatios/hora de energía, lo que equivale a encender 50 bombillos ahorradores de 15 vatios durante una hora.

Este rendimiento permite llevar el recurso a aquellas comunidades rurales que no cuentan con él. Tales poblaciones, además, tendrían el insumo diario para la cogeneración de energía, ya que pueden reutilizar los residuos de sus cultivos para producir electricidad y cubrir sus necesidades.

El interés por avanzar en este tema radica en la producción de hidrógeno y electricidad en laboratorio. Para ello, se ha utilizado un equipo de gasificación que le permite al material lignocelulósico o residuo agroindustrial convertirse en gas de síntesis, con alto contenido en hidrógeno y con componentes como monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno y metano.

El trabajo está enfocado, principalmente, en la producción de hidrógeno, prometedora fuente de energía, pues dispone de alta densidad y óptimo rendimiento energético, en comparación con otros combustibles fósiles. “Este elemento puede ser utilizado directa e indirectamente como combustible con bajas emisiones de gases de efecto invernadero”, explica el ingeniero químico.

Con base en este enfoque, se plantean varias posibilidades: utilizar el gas de síntesis como combustible en un motor de encendido por chispa, para generar electricidad; aprovecharlo directamente como precursor de biocombustibles como el bioetanol; o utilizar el hidrógeno directamente en celdas de combustible. Estas dos últimas opciones aún no se han realizado.

Según el experto, se están realizando diferentes experimentos, en los que se ajusta el tamaño de la materia prima, el contenido de humedad y la relación aire/biomasa, para obtener un gas de síntesis rico en hidrógeno y bajo en contenido de dióxido de carbono. 

Proceso de gasificación 

La primera etapa consiste en el pretratamiento del material vegetal, que reduce su tamaño entre 0,5 y 1 cm, para luego secarlo por exposición al sol hasta obtener una humedad de entre el 10 % y el 20 %.

Posteriormente, la materia se carga en el gasificador, donde se lleva a cabo el proceso termoquímico. El control de las diferentes etapas (pirolisis, combustión y reducción) se realiza por temperaturas dentro del reactor.

El secado adicional de la materia prima se realiza en el gasificador, aprovechando la alta temperatura con la que sale el gas generado en el reactor.

Una vez disminuye su calor, pasa a un ciclón (equipo que retira las partículas sólidas en suspensión) donde es purificado, mediante un filtro fabricado con los mismos residuos. Así se retienen componentes como alquitranes, que pueden ocasionar daños en el motor.

La composición del gas filtrado se determina con un analizador, que comprueba su capacidad energética para trabajar en el motor.

“Después de obtener tal composición y de cuantificar la cantidad de energía producida, se adelantan simulaciones del proceso con los principales parámetros evaluados en la parte experimental, es decir, tamaño, contenido de humedad y relación aire/combustible, entre otras”, indica el ingeniero.

Según los investigadores, para implementar este tipo de tecnologías en el contexto nacional, se requiere un análisis tecnoeconómico, energético y ambiental. De esta forma, sería posible determinar la rentabilidad del proceso, el aprovechamiento de los principales outputs y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, respectivamente.

(Por: Fanny Lucía Pedraza Valencia, Unimedios Manizales
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