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Reactores de biocombustible más pequeños y económicos
Investigadores de la Universidad de Minnesota han desarrollado una forma rápida de convertir el aserrín y la biomasa residual directamente en una mezcla de gases que se pueden quemar para generar electricidad o convertir en combustibles líquidos como el diésel. Si el proceso puede ampliarse, podría ser un método más eficiente desde el punto de vista energético para producir biocombustibles al permitir reactores pequeños y rápidos ubicados cerca de fuentes de biomasa.
Catalizador al rojo vivo: Un lecho de catalizador se ilumina mientras convierte partículas de celulosa (blanca) de tamaño milimétrico en una valiosa mezcla de gases.
Los investigadores desarrollaron un sistema que permite transformar sólidos directamente en una útil mezcla de gases. El proceso comienza cuando partículas de tamaño milimétrico entran en contacto con una superficie porosa de 700 a 800 grados Celsius y forman instantáneamente una mezcla de compuestos gaseosos. Estos interactúan con un catalizador hecho de rodio, un metal precioso, que facilita las reacciones de oxidación parcial que mantienen el sistema caliente y convierten los gases en hidrógeno y monóxido de carbono. Esta mezcla de gases, denominada gas de síntesis o gas de síntesis, se puede quemar en una turbina de gas para generar electricidad, o se puede purificar y convertir en varios combustibles diferentes mediante procesos bien conocidos.
La clave del nuevo proceso es un lecho de catalizador con el tipo correcto de estructura porosa para mantener las temperaturas y el movimiento de los materiales necesarios para las reacciones químicas. El sistema resultante descompone la biomasa en solo 70 milisegundos. Eso es diez veces más rápido que otros métodos para producir gas de síntesis, dice Lanny Schmidt , profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales en la Universidad de Minnesota. Idealmente, eso significa que un reactor con un volumen dado podría producir diez veces la cantidad de gas de síntesis usando el nuevo método que con los métodos convencionales. O dicho de otra manera, podría permitir reactores de una décima parte del tamaño, dice.
El enfoque catalítico es uno de varios métodos en desarrollo que podrían convertir fuentes baratas de biomasa celulósica, como aserrín, pasto y desechos agrícolas, en combustibles líquidos. Todavía no está claro cuál de dos amplias categorías de enfoques será más práctico, los métodos termoquímicos, como el de Schmidt, o los métodos que utilizan enzimas y organismos. Los métodos termoquímicos son costosos, pero tienen la ventaja potencial de poder utilizar una serie de materiales de origen diferentes, mientras que los sistemas biológicos probablemente deberán ajustarse para materias primas particulares.
Pero la capacidad de fabricar reactores más pequeños para convertir la biomasa residual en gas de síntesis podría ayudar a enfrentar uno de los desafíos más importantes de producir combustibles a partir de biomasa. El transporte de materiales voluminosos como astillas de madera y desechos de maíz a largas distancias hasta las instalaciones centrales consume mucha energía, a menudo en forma de combustibles fósiles. También encarece el proceso general. Las plantas pequeñas y distribuidas de gas de síntesis podrían reducir estos costos de transporte al disminuir la distancia a la que debe enviarse la biomasa. Los reactores distribuidos también podrían ser valiosos en las economías en desarrollo, dice Schmidt, proporcionando energía y combustible a las comunidades que no tienen una infraestructura de transporte confiable.
La asequibilidad general de un sistema de este tipo dependerá en parte de si el rodio, que puede costar más de $ 6,000 la onza, se puede usar en cantidades suficientemente pequeñas y durante períodos de tiempo suficientemente largos. El proceso también debe ampliarse, incluso para pequeños sistemas distribuidos. En este momento, el prototipo utiliza un lecho de catalizador experimental del tamaño del pulgar de una persona. Los investigadores estiman que un sistema que puede producir suficiente gas de síntesis para producir 10 galones de gasolina al día requeriría un lecho de catalizador muchas veces este tamaño, de unos 15 centímetros de ancho y 3 de profundidad. Podría resultar difícil, dice Theodore Krause , jefe de ciencias básicas y aplicadas en Laboratorio Nacional Argonne , para hacer un sistema más grande que siga siendo rápido y eficiente.
Si bien persisten los desafíos, el sistema de Schmidt representa un avance distintivo en la ciencia de la fabricación de combustibles a partir de biomasa, dice Krause. Al demostrar la capacidad de convertir sólidos directamente en gas de síntesis, agrega, la investigación ha demostrado algo que la mayoría de la gente hubiera adivinado al principio que no era posible.