Un enfoque de diseño de experimento basado en redox para reclg de residuos de combustible. Crédito: Energía Renovable (2025). Doi: 10.1016/j.enene.2025.123022
Un proceso industrial prometedor puede convertir los desechos de caña de azúcar triturados en hidrógeno verde de manera mucho más eficiente de lo que se pensaba anteriormente, muestra una simulación de proceso en reclg de la Universidad de Johannesburgo. El estudio se publica en Energía renovable.
La simulación indica una alta eficiencia energética y produce una pequeña fracción del alquitrán no deseado, el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2) y el nitrógeno (N) en comparación con las plantas de gasificación de biomasa convencionales. El proceso puede ayudar a descarbonizar las industrias intensivas en energía como el acero y el cemento en el futuro.
Caña de azúcar y rejillas eléctricas
Alrededor de 1.400 millones de toneladas métricas de caña de azúcar se producen en todo el mundo cada año. A partir de eso, se producen alrededor de 540 millones de toneladas métricas de biomasa de desechos de caña de azúcar triturada (conocida como bagazo). Países como India, China, Brasil y Mauricio ya están gasificando bagazo para producir energía para sus redes eléctricas nacionales.
La gasificación es una forma de “quemar químicamente” la biomasa y convertirla en síntesis, que es una mezcla limpia de hidrógeno y otros gases. Sin embargo, no hay incendio convencional involucrado.
Demasiado alquitrán
Los métodos de gasificación a gran escala utilizados en la actualidad no son eficientes en energía, no producen altas tasas de hidrógeno y producen altas tasas de alquitrán y otros subproductos nocivos, dice el profesor Bilainu Oboirien de la Universidad de Johannesburgo. Es investigador del Departamento de Tecnología de Ingeniería Química.
“Un síngas típico de la gasificación de biomasa tiene hidrógeno (10-35%), monóxido de carbono (20-30%), dióxido de carbono (10-25%), TAR (10–100 g/nm3), nitrógeno (40–50%) y un equilibrio de hidrocarburos”, dice Oboirien.
“Aquí, el proceso de dióxido de carbono generado no es capturado por el proceso. Además, los altos rendimientos de alquitrán requieren muchos equipos adicionales para la limpieza. Para el contexto, el alquitrán es como el aceite de motor sucio en un automóvil. Esto, a su vez, aumenta los costos operativos significativamente”, agrega.
Una mejor manera de hidrógeno verde
Un método mucho más efectivo para gasificar la biomasa, como el bagazo, se llama gasificación de bucle químico mejorado con sorción (SECLG). Varios grupos de investigación han estado desarrollando reclg en los últimos 10 años.
En comparación con los métodos utilizados en la industria hoy en día, SECLG puede producir hidrógeno verde de pureza mucho mayor, a mayores rendimientos de la biomasa. También es mucho más eficiente energéticamente y es mejor capturar carbono dentro del proceso en sí, dice Oboirien.
Simulación de proceso de alquitrán bajo
El profesor Oboirien y el candidato de Master de UJ, el Sr. Lebohang Gerald Motsoeneng, crearon un modelo matemático del proceso de reclg.
Siguieron esto con un Aspen integral más simulación del proceso SECLG a escala de laboratorio. Compararon dos óxidos metálicos conocidos utilizados como portadores de oxígeno en el proceso para ver cómo estos afectarían el rendimiento de hidrógeno y otros parámetros.
Mayores rendimientos de hidrógeno
“Para SECLG, nuestro modelo estima el hidrógeno (62-69%), el monóxido de carbono (5-10%), el dióxido de carbono (menos del 1%), el alquitrán (menos de 1 g/nm3), el nitrógeno (menos del 5%) y un equilibrio de los hidrocarburos”, dice OBOIRIEN.
Esto significa que el alto rendimiento de hidrógeno, la baja concentración de alquitrán y la baja dilución de nitrógeno en el gas podría reducir significativamente los costos económicos, al reducir el equipo adicional requerido.
Se puede esperar que la calidad del hidrógeno sea buena. Sin embargo, aún requeriría una purificación adicional para llegar a un gas de grado industrial que se puede usar fácilmente para procesos vinculados, agrega.
Infraestructura existente
Los países con infraestructura de gasificación de biomasa existente y el acceso listo a la biomasa se beneficiarán más de la reclusión de bagas para hidrógeno verde, dice Oboirien. Los ejemplos son China, Brasil y Sudáfrica. Esto se debe a que sería mucho más fácil y más barato modernizar las tecnologías existentes en lugar de adquirir y construir nuevas plantas de reclg dedicadas, dice.
Tinte con portadores de oxígeno
El modelo Aspen Plus compara la eficiencia de los portadores de oxígeno de alto rendimiento, los conocidos óxidos de metal óxido de níquel (NIO) y el óxido férrico (Fe2O3). El estudio también examina la estabilidad de los portadores de oxígeno y el material sorbente, dadas las duras condiciones durante la reclg causada por altas temperaturas, presiones y sistemas de transmisión de materiales, dice Oboirien.
El modelo muestra que el óxido de níquel portador de oxígeno produce hidrógeno de mayor pureza y captura el dióxido de carbono de manera más efectiva en el reactor durante el proceso.
Mientras tanto, el otro portador de oxígeno, el óxido férrico, es mejor para producir una mezcla de gas más combustible. También indica la posibilidad de un proceso de reclg sintonizable para producir combustibles de transporte como diesel además de hidrógeno.
Siguientes pasos
Actualmente, el modelo no aborda la degradación del portador de oxígeno y el material sorbente a lo largo del tiempo en aplicaciones del mundo real. Además, el material sólido que transmite y la separación eficiente de cenizas y carbón no deseadas no se modelaron ni simularon, pero se requieren para un sistema de reclg viable.
Oboirien dijo: “Actualmente estamos desarrollando más pruebas de concepto, experimentalmente, en un entorno a escala de laboratorio. A través de estos experimentos, esperamos poder validar estos modelos contra datos experimentales”.
Ampliar
SECLG es un concepto probado que utiliza modelos de simulación de procesos, pero tiene sus propios desafíos. Todavía no se usa en operaciones de biocombustibles industriales a gran escala de síntesis.
Oboirien dice que la reclg requiere temperaturas de alrededor de 600 grados Celsius, una presión de alrededor de 5 bar y múltiples ciclos. SEGLG también requiere sistemas de transporte para los portadores de oxígeno de óxido metálico y el material sorbente en este caso. Estos permiten la catálisis continua y el “efecto de bucle” del ciclo de captura de carbono del proceso.
“La gasificación de buceo química mejorada por la sorción de la biomasa es un proceso prometedor para producir combustibles de hidrógeno y transporte”, dice Oboirien.
“La investigación requiere inversión en infraestructura y colaboración entre las industrias para ser sostenibles y, con suerte, para realizar el potencial de esta tecnología de reclg”, agrega.
Más información: Lebohang Gerald Motsoeneng et al, Sorción Gasificación de bucle química mejorada de biomasa para H2 y producción de combustible de transporte, energía renovable (2025). Doi: 10.1016/j.enene.2025.123022
Proporcionado por la Universidad de Johannesburgo
Cita: Hidrógeno verde de alta pureza con alquitrán muy bajo de la biomasa, con gasificación de bucle químico (2025, 14 de julio) recuperado el 14 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-high-purity-green-hydrógeno-toR.html
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