Carbonización hidrotérmica: Una alternativa a la valorización de biomasa residual

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En la actualidad existe una necesidad creciente de sustituir los combustibles fósiles por los problemas de sustentabilidad que conlleva su uso, son recursos limitados que se están agotando rápidamente, generan grandes cantidades de CO₂ en su combustión además de otros impactos ambientales. Por tal razón, la biomasa ha tomado un protagonismo importante como sustituto de los combustibles fósiles; es un recurso renovable y tiene la capacidad de secuestrar el CO₂ del ambiente, esto permite considerarla como una fuente de energía de carbono neutral. Sin embargo, la densidad energética de la biomasa es significativamente menor que, por ejemplo, el carbón, lo que deriva en problemas logísticos de transporte y generación de energía. Por lo que, para considerar a la biomasa, o sus derivados, como una alternativa realmente competitiva frente a los combustibles fósiles, es que es necesario aumentar su densidad energética. Existen diferentes tratamientos físicos y químicos para lograr esto, entre ellos se pueden destacar: la paletización, fermentación, digestión anaerobia, pirólisis, torrefacción y gasificación entre otros.

En la última década ha surgido interés por el estudio de un nuevo proceso para tratar a la biomasa, este proceso es llamado la carbonización hidrotérmica (HTC) y consiste, en esencia, en una leve pirólisis en medio acuoso donde los constituyentes de la biomasa se descomponen y sufren una serie de reacciones químicas que dan a lugar a la formación de tres corrientes de producto: una fase gaseosa compuesta principalmente por CO₂; una fase líquida (acuosa y orgánica) que contiene elementos solubles de la biomasa (cenizas, material extraíble y azúcares entre otros), además de las moléculas que no terminaron por reaccionar en el proceso; y un producto sólido llamado hydrochar, que es el de mayor interés y que energéticamente es más denso que la biomasa, sin tratar además de ser hidrofóbico, lo cual lo convierte en un combustible sólido atractivo.

“El hydrochar obtenido en el proceso ha demostrado ser una alternativa competitiva a los combustibles sólidos tradicionales, tiene un poder calorífico comparable a estos otros combustibles y además tiene la propiedad de ser hidrofóbico, es decir, el material es capaz de repeler el agua de su superficie, lo que resulta en un combustible más seco y que combustiona de mejor manera, evitando así la generación de compuestos tóxicos. Además, el hydrochar puede tener otros usos, como son remediador de suelos, material para capacitores y adsorbedor de metales pesados entre otros”, señala el investigador de la Escuela de Ingeniería Química de la PUCV, Dr. Samuel Carrasco.

En los últimos años se ha trabajado en el estudio del uso de catalizadores en el proceso, específicamente en la adición de sales para mejorar las propiedades del hydrochar, esta investigación dio como resultado que la adición de cloruro de magnesio en una dosis de 0.75 [g MgCl₂ / g biomasa] permite obtener un hydrochar con un poder calorífico casi un 33% mayor al de la biomasa sin tratar, y a menores condiciones de presión y temperatura [1]. Por otro lado, se realizó también un estudio de prefactibilidad de cambio de combustible en una central termoeléctrica, dando como resultado que, en ciertos escenarios, al sustituir el carbón común por el hydrochar permite una operación que genera menos gases contaminantes siendo aún rentable [2].

En la actualidad, se está estudiando la capacidad de adsorción de metales pesados que tiene el hydrochar producido con y sin el catalizador antes mencionado, usando como biomasa residual las cáscaras de nueces. Este trabajo comenzó su desarrollo con los alumnos de la Escuela de Ingeniería Química de la PUCV, Agustín Catán y Francisco Ponce y, actualmente, lo continúan los alumnos Rodrigo Moreno y Francisco Solís. Además, se está trabajando con una empresa para estudiar la viabilidad de valorizar los residuos de cáscara de arroz también mediante este proceso, este trabajo lo está desarrollando la alumna Bárbara Buratti.

[1] Carrasco S, Silva J, Pino-Cortés E, Gómez J, Vallejo F, Díaz-Robles L, Campos V, Cubillos F, Pelz S, Paczkowski S, et al. Experimental Study on Hydrothermal Carbonization of Lignocellulosic Biomass with Magnesium Chloride for Solid Fuel Production. Processes. 2020; 8(4):444. https://doi.org/10.3390/pr8040444

[2] Carrasco S, Pino-Cortés E, Barra-Marín A, Fierro-Gallegos A, León M. Use of Hydrochar Produced by Hydrothermal Carbonization of Lignocellulosic Biomass for Thermal Power Plants in Chile: A Techno-Economic and Environmental Study. Sustainability. 2022; 14(13):8041. https://doi.org/10.3390/su14138041