Desarrollo de nuevos biocombustibles sólidos a partir de biomasa residual

El objetivo final del Centro Nacional de Energías Renovables es desarrollar y validar una tecnología que mejore las propiedades de la biomasa residual para producir un combustible de calidad, medioambientalmente sostenible y competitivo en términos económicos.

La tecnología combina la torrefacción de biomasa residual con procesos para eliminar ciertos elementos inorgánicos indeseados y el uso de aditivos que mejoran el comportamiento a alta temperatura de la fracción mineral.

El resultado es un biocombustible sólido con alto poder calorífico, muy alta densidad energética, bajo nivel de emisiones y una alta temperatura de fusión de cenizas. El proceso se optimiza en cada caso en función de las características de la materia prima, considerando la evaluación de los costes de producción y los requisitos de cada aplicación.

Los motivos que han llevado a CENER a apostar por esta línea estratégica se fundamentan en la perspectiva de futuro de la evolución del mercado de la bioenergía. Entre otros, está la creciente demanda de biomasa en múltiples sectores, que crea tensiones sobre la disponibilidad de la misma, ligada a la necesidad de evitar la competencia con el mercado de la fibra de madera y otras aplicaciones de alto valor añadido.

Esta tendencia dentro del ámbito de la sostenibilidad viene definida por el principio de uso en cascada de la biomasa, que restringe la utilización de biomasa de calidad para aplicaciones energéticas. De hecho, en las proyecciones de la Hoja de Ruta Europea Horizonte 2050 (In-depth Analysis in Support on the COM (2018) 773), el crecimiento previsto en el consumo de biomasa en Europa está basado en biomasa residual.

Por ejemplo, el potencial de residuos agrícolas en España es del orden de 17 millones de toneladas secas (Evaluación del Potencial de la Energía de la Biomasa. Estudio Técnico PER 2011-2020, IDAE), de los que el 47% corresponden a biomasa herbácea. En Europa el potencial es cercano a 440 millones de toneladas secas (Biomass production, supply, uses and flows in the European Union. JRC 2018), de los que el 74% corresponde a paja de cereal.

Por todo ello, se espera que en los próximos años aumente drásticamente el consumo de materias primas residuales de menor calidad en el campo de la bioenergía y de los biocombustibles avanzados.

Actualmente, en el marco del proyecto europeo H2020 CLARA, CENER desarrolla esta tecnología aplicada a la paja de cereal, un residuo agrícola mayoritario.

La biomasa residual herbácea, como la paja de cereal, tiene propiedades indeseadas de cara a su aprovechamiento energético: baja densidad energética, bajo punto de fusión de cenizas y alto contenido de inorgánicos volátiles como álcali y cloro, que afectan negativamente a la fiabilidad y emisiones de las calderas.

Mediante la combinación integrada de diferentes tecnologías como la torrefacción, el lavado, el uso de aditivos y el peletizado, se han conseguido los siguientes resultados con residuos de paja de trigo:

• Reducción del 70% del contenido en potasio (en base al contenido energético del combustible; es decir en mg/kWh), del 80% en el caso del cloro y del 35% en el caso del azufre.
• Aumento del contenido energético del producto, en términos de poder calorífico neto, del 20% hasta 20 MJ/kg. Si además se considera la densidad energética del producto (MWh/m3), ésta aumenta en un 700 % hasta aproximadamente 3,9 MWh/m3. Reflejando en consecuencia un impacto muy positivo en los costes logísticos.
• La fusibilidad de las cenizas de fondo de caldera aumenta en +300°C hasta alcanzar valores por encima de 1.100°C, equiparándose así al comportamiento de la biomasa leñosa.
• Por último, en lo referente a emisiones y especies causantes del ensuciamiento y corrosión en las secciones convectivas de las calderas, se han obtenido reducciones del 70% en la volatilización del KCl.

Todo este desarrollo se está realizando en el Centro de Bioenergia y Biorrefinería (BIO2C) de CENER. Se trata de una instalación en la que es posible realizar ensayos a escala piloto semindustrial, que tiene capacidad para desarrollar procesos de producción de bioproductos, biocombustibles sólidos, biocombustibles líquidos y gaseosos avanzados, así como conceptos de biorrefinería, integrando diferentes rutas de valorización, como etapa intermedia entre el laboratorio y el escalado industrial de estas tecnologías.

El centro constituye una plataforma integral de ensayo y demostración, diseñada para desarrollar procesos, equipos o componentes específicos, nuevos bioproductos o biocombustibles, y conceptos de biorrefinería.

En los próximos meses vamos a llevar a cabo el escalado de todo el proceso integrado de pretratamiento de paja de cereal en las instalaciones del BIO2C. Se realizará el estudio tecno-económico para evaluar el coste de producción y se prevé realizar ensayos de validación del producto en instalaciones de combustión.

El cumplimiento de los objetivos de descarbonización de la economía establecidos en la Estrategia de Descarbonización a Largo Plazo (MITECO 2020) requiere un impulso específico de la investigación en nuevos procesos para producir biocombustibles sólidos, líquidos y gaseosos a partir de biomasa residual, e implantar mecanismos que faciliten la movilización y valorización de la misma.