La transición energética hacia una energía más limpia requiere el desarrollo de tecnologías que permitan generar energía de forma sostenible y eficiente. La inclusión de la valorización de residuos en los procesos de generación de energía contribuye a la protección medioambiental. Además, desde la perspectiva de una economía circular es necesario establecer oportunidades de valorización de los subproductos y residuos de procesos industriales. En este contexto, dos de las principales líneas de trabajo de nuestro grupo PrEM tienen como objetivos la producción de hidrógeno renovable y la captura de CO2 mediante procesos de adsorción. En ambos casos, la biomasa se utiliza como recurso, para su conversión en H2 o en materiales adsorbentes de CO2.

En la línea de investigación de producción de hidrógeno a partir de biomasa, el grupo trabaja en dos métodos termoquímicos, que son la gasificación y el reformado con captura integrada de CO2 (estos procesos se denominan en inglés sorption-enhanced). En trabajos previos del grupo se ha investigado la producción de hidrógeno a partir de biomasa sólida, de bioaceites (obtenidos mediante el proceso de pirólisis de biomasa), y de biogás (obtenido mediante el proceso de digestión anaerobia de biomasa). El proyecto H2Biorefinery se enmarca en esta línea de investigación con el objetivo de implementar la producción de hidrógeno verde en los procesos de biorrefinería. Se espera que las biorrefinerías desempeñen un importante papel en el desarrollo global a corto plazo de la bioeconomía, así como de tecnologías sostenibles con bajas emisiones de carbono. La Figura 1 muestra un esquema del objetivo de este proyecto.

El propósito de una biorrefinería es la generación de forma sostenible de bioenergía, bioproductos y/o biocombustibles, por lo que la biomasa es el recurso inicial necesario para el desarrollo de las biorrefinerías. En relación a la producción de biocombustibles, los procesos de biorrefinería incluyen diversas tecnologías, tanto bioquímicas como termoquímicas, de transformación de la biomasa, que dan lugar a las rutas denominadas Biomass-to-Liquid (BTL) y Biomass-to-Gas (BTG), que están consideradas entre las alternativas más prometedoras para su producción. Los tratamientos termoquímicos utilizados en este tipo de procesos incluyen la pirólisis rápida de biomasa para producir bioaceite, y la gasificación de biomasa para generar gas de síntesis. Estos dos productos son precursores para la síntesis de biocombustibles líquidos. Por otro lado, el tratamiento bioquímico de digestión anaerobia produce biogás, que constituye un recurso para la producción de biometano. De esta forma, se configuran distintas posibilidades de biorrefinerías, que estarían basadas en los procesos de gasificación, pirólisis y digestión anaerobia de biomasa.

Uno de los retos principales en el desarrollo de las biorrefinerías está relacionado con la disponibilidad de hidrógeno renovable a una escala y un coste adecuados, ya que el H₂ es utilizado en los procesos de conversión de los precursores (que suelen ser compuestos oxigenados) en los biocombustibles finales (que son hidrocarburos), por lo que la demanda de hidrógeno en las biorrefinerías es elevada. Además, la generación de hidrógeno a partir de fuentes renovables es un requisito imprescindible para la producción final de biocombustibles a partir de biomasa que sean sostenibles. Sin embargo, actualmente la producción de hidrógeno se realiza mayoritariamente a partir de combustibles fósiles.

Siguiendo los criterios de sostenibilidad, el objetivo del proyecto H₂Biorefinery es, por lo tanto, la integración de la producción de hidrógeno renovable en los procesos de biorrefinería mediante el método de reformado con vapor con captura integrada de CO₂ (en inglés sorption-enhanced steam reforming, SESR) de subproductos generados en la propia biorrefinería. La Figura 2 muestra las reacciones que intervienen en el proceso SESR. Los procesos de reformado con captura integrada de CO₂ son actualmente una tecnología novedosa y prometedora para producir hidrógeno de elevada pureza con un alto rendimiento, que combina la reacción de reformado con vapor y la separación de CO₂ in situ en un solo paso. El aprovechamiento de subproductos generados en la propia biorrefinería para producir el hidrógeno requerido para el proceso global puede resultar en un menor coste e intensidad energética que si éste se obtiene de fuentes externas. La integración de la producción de hidrógeno dentro de la biorrefinería promoverá la viabilidad económica del proceso en su conjunto, impulsando el desarrollo de las biorrefinerías y fomentando el uso de bioenergía.

H₂Biorefinery combina el estudio experimental del proceso con un análisis energético mediante herramientas de simulación, lo que permitirá establecer las condiciones óptimas de operación para diferentes casos de estudio de biorrefinerías. Se espera poder convertir los subproductos de biorrefinería en biohidrógeno mediante el proceso SESR en un solo paso alcanzando rendimientos mayores de 90% y purezas superiores a 95 % vol.

A nivel científico-técnico, los resultados del proyecto H₂Biorefinery supondrán un avance en el conocimiento técnico y fundamental de los procesos sorption-enhanced como metodología novedosa para la producción de hidrógeno renovable con alta pureza y rendimiento. Una parte de la investigación que se realizará estará enfocada en el estudio de estrategias de regeneración de los materiales adsorbentes utilizados para la captura del CO₂ generado, para mejorar la eficiencia energética del proceso. Aunque el objetivo principal del proyecto es la producción de hidrógeno renovable a partir de subproductos de biorrefinería, este proceso no está limitado a una materia prima específica y podría tener una aplicación más amplia, por lo que su desarrollo puede contribuir a desbloquear otras aplicaciones enfocadas a la producción de biohidrógeno.

El impacto socio-económico de los resultados esperados del proyecto H₂Biorefinery está relacionado a nivel global directamente con la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero debido a la captura del CO₂, la producción de hidrógeno renovable como vector energético, y la valorización energética de residuos. Asimismo, los resultados del proyecto contribuirán a la prolongación del ciclo de vida de los recursos y subproductos de procesos productivos, lo que está en consonancia con los principios de economía circular y, en este caso particular, de la bioeconomía. El proyecto espera contribuir al despliegue de las biorrefinerías, como tecnología prometedora para la generación sostenible de bioenergía y biocombustibles a partir de biomasa. El desarrollo de tecnologías de biorrefinería promoverá la creación de empleo, la expansión de la industria y el crecimiento económico del sector de las tecnologías energéticas con bajas emisiones de carbono. Además, fomentará la dinamización socio-económica, creando y manteniendo empleo en el medio rural.