Page 64

Energetica194_ok

BIOMASA Producción de hidrógeno renovable mediante electrólisis de biomasa La obtención de hidrógeno mediante electrólisis de corrientes residuales de biomasa es una técnica novedosa de producción de hidrógeno renovable, alternativa a los procesos catalíticos convencionales y con un consumo energético mucho menor que la electrólisis de agua. Esta técnica permite implementar el concepto de economía circular en procesos químico-industriales, mediante la valorización de corrientes residuales y sub-productos a hidrógeno. ANTONIO DE LUCAS CONSUEGRA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA, UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA En las últimas décadas, se ha producido un crecimiento del nivel de vida a escala mundial que lleva consigo un aumento de la demanda energética y, en particular, un incremento de consumo de combustibles fósiles, debido a su fácil acceso y su elevado poder calorífico. Estos hechos favorecen el aumento de los problemas medioambientales y ha llevado a la búsqueda de alternativas energéticas que permitan la disminución de la dependencia de combustibles fósiles mediante el uso de fuentes de energía no renovables. El objetivo es, además de cubrir las necesidades energéticas presentes y futuras, conseguir una disminución e, incluso, una eliminación del negativo impacto medioambiental de las fuentes de energía actuales. Debido a su naturaleza renovable, lo que incide de forma positiva en las emisiones de CO2 que se generan tras su combustión, la biomasa ha sido considerada como uno de los recursos alternativos más factibles para la producción de biocombustibles, como por ejemplo el etanol (bioetanol), ya que pueden integrarse en procesos y productos comerciales existentes. La conversión de biomasa comestible (de origen agrícola) en bioetanol de primera generación, mediante un proceso de fermentación convencional, es un éxito comercial en países como Brasil o EE.UU. El principal inconveniente de este proceso es que requiere de una materia prima que se usa en alimentación. Si a esto se le añaden los problemas socioeconómicos que los cultivos energéticos originan, no sorprende que la investigación y el desarrollo tecnológico en este campo se haya dirigido hacia la valorización energética de biomasa de origen no alimentario, es decir, residuos forestales, urbanos o industriales. Los residuos industriales suponen por tanto una materia prima de enorme interés para su conversión a moléculas de valor añadido o de interés energético como el hidrógeno. De este modo, industrias como la alimentaria (e.j. alcoholeras) o las biorefinerías generan corrientes residuales líquidas, susceptibles de ser valorizadas energéticamente, especialmente si para ello se emplea energía limpia y renovable. Entre las distintas técnicas de transformación de este tipo de corrientes orgánicas líquidas a hidrógeno destaca el reformado catalítico con vapor de agua. En la actualidad, pueden encontrarse un gran número de estudios científicos publicados en bibliografía sobre la producción de hidrógeno mediante esta tecnología empleando para ello una gran variedad de catalizadores heterogéneos. Sin embargo hay que destacar que el reformado catalítico de alcoholes, bioalcoholes y biomasas líquidas es en general es un proceso complejo en el que interviene un gran número de reacciones, por lo que es frecuente la aparición de productos indeseables, destacando entre ellos el monóxido de carbono y el coque. Además de las condiciones severas de reacción necesarias en el reactor de reformado (temperaturas superiores a 500 ºC y presiones superiores a 10 bar), este tipo de tecnología requiere de procesos adicionales de separación y purificación del H2 producido, por ejemplo mediante reactores de ‘Water gas-shift’ y tecnología de membranas (PSA), que permitan la producción de hidrógeno de elevada calidad. Todo ello complica la implantación de este tipo de procesos especialmente en industrias de pequeño tamaño, que son por otro lado, las que suelen generar este tipo de corrientes residuales. En los últimos años el grupo de Investigación del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla-La Mancha viene trabajando en la electrólisis o reformado electroquímico de disoluciones de alcoholes, bioalcoholes y otro tipo de biomasas, como técnica eficiente y limpia de producción de hidrógeno. Esta método de producción de H2 supone una alternativa muy interesante a los procesos catalíticos convencionales de reformado anteriormente mencionados, ya que permiten obtener H2 de muy elevada pureza (prácticamente del 100 %), en una sola etapa de reacción/separación y en condiciones suaves de operación (1 atm, 25-80 ºC), empleando tan solo energía eléctrica, que además puede tener un origen renovable. El proceso de electrólisis de biomasas se realiza en reactores electroquímico de membrana como el que se muestra en la figura 1, consistentes en un ensamblaje electrocatalítico formado por ánodo/membrana iónica/cátodo. De este modo la aplicación de corriente eléctrica permite la ruptura electroquímica de la biomasa de partida mediante una reacción de electro-oxidación en el ánodo, que conduce a la formación de productos intermedios, protones y electrones. Los primeros son conducidos por la membrana hasta el cátodo, reaccionando junto con los electrones que circulan por el circuito eléctrico externo, dando lugar a la reacción de evolución de hidrógeno. Para el caso concreto del etanol (bioetanol), en un electrolizador en medio ácido, las reacciones conducen principalmente a la formación de acetaldehído (1) y ácido acético (2), siendo la reacción (3) la reacción catódica de producción de H2. Ánodo: CH3CH2OH —> CH3CHO + 2H+ + 2e- (1) CH3CH2OH + 2H2O —> CH3COOH + 6H+ + 6e- (2) Cátodo: 2H+ + 2e- —> H2 (3) 64 energética XXI · 194 · MAR20


Energetica194_ok
To see the actual publication please follow the link above