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Investigación

Desde sus orígenes la humanidad ha usado la biomasa vegetal como fuente principal para satisfacer sus necesidades energéticas. En el siglo XX los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural le restaron protagonismo, pero en el contexto actual de lucha contra el cambio climático y de reducción del impacto de la actividad humana en el medio ambiente, la biomasa recupera su protagonismo por ser una de las fuentes más prometedoras de energía, combustibles y productos químicos. Las razones que justifican este renovado interés por la biomasa vegetal son su carácter renovable, la elevada densidad energética y su amplia distribución geográfica, ya que salvo en climas extremos, las plantas han colonizado la superficie terrestre. Se estima que la cantidad de biomasa en nuestro planeta alcanza los 1.8 billones de toneladas, lo que equivale aproximadamente al doble del consumo energético mundial. La biomasa es un recurso renovable, que ayuda a fijar la tierra, mantiene los ecosistemas y contribuye a la descarbonización, ya que tiene un balance nulo de CO2. Además, la biomasa vegetal lignocelulósica (herbáceas, madera, etc.) no puede ser digerida por el ser humano, por lo que queda fuera de la polémica en torno al uso de productos básicos de alimentación para la obtención de biocombustibles. Por otro lado, el uso industrial de la biomasa no supone una amenaza para los bosques, ya que se ha demostrado que la explotación sostenible de las masas forestales es una buena forma de protegerlas y generar oportunidades de negocio.

Además de los procesos tradicionales que se han venido usando desde hace siglos, como la combustión o la carbonización, en las últimas décadas se han desarrollado nuevas rutas para el aprovechamiento y la valorización de la biomasa vegetal. Entre las muchas y diversas propuestas tecnológicas resultan especialmente relevantes aquellos procesos integrados que aprovechan toda la biomasa, es decir, aquellos que no generan residuos o al menos minimizan su producción. Entre ellos destacan los procesos termoquímicos (pirólisis, gasificación y combustión), que son capaces de convertir la biomasa lignocelulósica en bioaceite y biochar, biocombustibles o energía térmica.

Uno de los mayores problemas para el desarrollo industrial de los procesos de valorización termoquímica es garantizar un calentamiento homogéneo de las partículas de sólido (biomasa) dentro del horno o cámara de reacción. Una de las tecnologías más prometedoras para superar esta limitación son los denominados spouted beds o lechos en surtidor. El grupo PROCAT-VARES de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea es pionero y referente mundial en el desarrollo de esta tecnología, en la que lleva trabajando más de 30 años. En este tiempo ha demostrado su viabilidad a escala de laboratorio para el tratamiento de la biomasa vegetal mediante procesos físicos (secado) y químicos (pirólisis, pirólisis catalítica, pirólisis oxidativa, gasificación, reformado en línea de los productos de pirólisis y gasificación, combustión). Además, el grupo cuenta con una dilatada experiencia en la valorización termoquímica de otros polímeros sintéticos residuales, como plásticos y cauchos. Esta experiencia, que se refleja en la cantidad y calidad de las publicaciones científicas del grupo, disponibles en la web https://www.ehu.eus/cpwv, ha sido protegida mediante patentes y licenciada a Spouted Bed Solutions (SBS, https://sbsprocess.com/), una start-up universitaria creada en 2020 y en la que participan los autores de este artículo para promover la transferencia de la tecnología de spouted bed al mercado, ofreciendo soluciones específicas a medida en aquellas aplicaciones en las que esta tecnología presenta ventajas frente a las convencionales.

Para promover la trasferencia a la industria de la tecnología de valorización termoquímica de biomasa resulta crucial abordar el escalado de los hornos o cámaras de reacción, donde se produce el contacto entre el gas y el sólido, ya que esta etapa es la clave para el buen funcionamiento de los procesos aguas abajo (reformado catalítico). El proyecto BIOSPOUT+, financiado por la Agencia Estatal de Investigación (PDC2021-121331-I00) y por el Mecanismo de Recuperación y Resiliencia de la Unión Europea - NextGenerationEU en la Convocatoria de 2021 de Proyectos Prueba de Concepto, se centra precisamente en este aspecto, abordando el escalado de la tecnología de spouted bed para la valorización termoquímica de biomasa vegetal y así aportar al mercado una tecnología que permitirá obtener a escala industrial todo el rango de productos ofrecidos por esta ruta de valorización.

La situación actual, en la que la comunidad internacional está firmemente comprometida en avanzar en políticas de descarbonización que permitan cumplir los objetivos fijados en los acuerdos internacionales, es el escenario más adecuado para abordar esta transferencia tecnológica. Es además una oportunidad para poner en valor el trabajo llevado a cabo por el grupo de investigación, que le ha permitido adquirir un amplio y consolidado know-how que resulta crucial para garantizar el éxito en el reto propuesto. En este sentido cabe destacar que el grupo ya ha dado pasos para avanzar en el escalado y anticiparse a los problemas que pueden aparecer: 1) apostando por diseñar, construir y operar plantas de pirólisis a escala de laboratorio (capacidad nominal de hasta 1 kg/h) pero que operan en continuo y que incluyen todos los sistemas de una planta a escala industrial; 2) avanzando en el estudio y caracterización de la fluidodinámica característica de este régimen de contacto, operando contactores de dimensiones similares a las de las futuras unidades industriales; 3) y participando hace unos años junto con Ikerlan Energía en un primer intento de escalado en el que se diseñó y operó con éxito una planta de pirólisis de 15 kg/h. El trabajo realizado permitió alcanzar un nivel TRL 3 (del inglés Technological Readiness Level o, en español, Nivel de Madurez Tecnológica), y nos permite asumir con optimismo este proyecto, en el que se espera alcanzar al menos un TRL 5.

Hasta la fecha, el grupo ha hecho grandes progresos en la conceptualización de la planta piloto proyectada (Figura 1). Se pretende construir una planta multiproceso modular que permitirá demostrar la viabilidad de la tecnología de spouted bed para el procesado de biomasa lignocelulósica. La capacidad prevista será de 100 kg/h, y está previsto construirla respetando las dimensiones estándar de los contenedores de transporte, para facilitar su traslado a las plantas de futuros clientes y así alcanzar un TRL 6. Aprovechando la versatilidad del spouted bed, la planta se diseñará para trabajar en condiciones de secado, combustión, torrefacción y pirólisis, alimentando tanto biomasa forestal como agrícola o residual.