De residuos a kWh, la carrera por convertir los desechos en energía

• Aprovechar los residuos y dar soluciones a la demanda energética con bajas emisiones es uno de los grandes retos actuales.

El viejo mantra de no desperdiciar, se aplica tanto a la energía como a la comida. Cuanta menos energía desperdiciemos, menores serán nuestras emisiones de carbono.

Puede resultar sorprendente saber que alrededor de la mitad de la energía total se desperdicia en formas convencionales de producir calor y electricidad a partir de combustibles fósiles. Pero hay otra forma de generar tanto energía eléctrica como calor en lo que se llama “calor y energía combinados” (CHP, por sus siglas en inglés) o cogeneración. Aparte del uso de combustibles fósiles, abre la puerta para traer más bioenergía de material de desecho a la combinación energética. Este tipo de material a menudo se pasa por alto como recurso, pero tiene un potencial significativo.

Movimiento de biomasa

«Esta es una forma de producir calor y energía al mismo tiempo», dice Martin Stroleny de Greenovate Europe, una red con sede en Bruselas que apoya las tecnologías sostenibles y la innovación ecológica. ‘Puede ahorrar hasta un 40% de energía en comparación con los sistemas convencionales de solo energía’, añade. Como parte de un proyecto financiado por la UE llamado SmartCHP, están diseñando un nuevo motor que puede convertir la biomasa en calor y electricidad.

El trabajo consiste en modificar un motor diésel para que pueda manejar bioaceite, en lugar de diésel. Los científicos e ingenieros del proyecto han estado trabajando en la máquina durante los últimos dos años.

La idea es utilizar primero una máquina (una planta de pirólisis rápida) que pueda convertir residuos orgánicos como los huesos de aceituna, pero también restos forestales y agrícolas, en un bioaceite. El bioaceite verdoso se puede enrutar por cualquiera de dos caminos. El aceite se puede alimentar a un motor diesel modificado para generar electricidad o, si se requiere calor, a una caldera de gas de combustión.

«Podemos generar calor y electricidad al mismo tiempo», explica Stroleny, «y el sistema es muy dinámico». Esto significa que la producción de calor puede aumentarse en un día frío de invierno, pero luego reducirse durante los días más cálidos de verano. También es una gran solución para equilibrar la red energética y complementar más energías renovables variables como la solar o la eólica.

El motor que está diseñando el proyecto será apto para proporcionar calor y energía a hoteles, hospitales, escuelas e incluso algunos edificios industriales. «Podemos ayudarlos a reducir sus costos de energía y calefacción, así como a mejorar la eficiencia energética general y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero», dijo Stroleny.

Primeros biocombustibles

En los últimos meses, el equipo obtuvo un éxito significativo cuando montó su unidad CHP en un laboratorio y la hizo funcionar con bioaceite durante 500 horas.

Por ahora, las diversas partes de la máquina, como el motor diésel, la caldera de gases de combustión y el controlador inteligente, se están desarrollando y probando en un laboratorio. El proyecto todavía está trabajando en la mejor manera de unirlos todos y hacer que la unidad CHP sea lo más eficiente posible. Es probable que se realicen pruebas a gran escala en 2023.

También evaluará diferentes materias primas biológicas para entrar en la máquina, como huesos de aceitunas de Grecia, cultivos de miscanthus de Croacia o residuos forestales de Suecia. SmartCHP está realizando una evaluación de mercado en diferentes países, para apoyar la comercialización de estas nuevas máquinas.

CHP genera energía y calor en el mismo punto de consumo, como una escuela o un hospital. Esto lo hace especialmente adecuado para calentar y alimentar edificios en ubicaciones remotas o incluso en lugares que no están conectados a una red eléctrica, como islas.

Ardiendo por delante

BLAZE es otro proyecto europeo que se está esforzando por desarrollar tecnologías más eficientes y flexibles para devolver la biomasa sobrante como servicios combinados de calor y energía. Los ingenieros aquí están desarrollando sistemas CHP capaces de convertir desechos industriales, alimentarios o de madera y otra biomasa en energía.

Este proceso produce un gas como combustible, pero este no se quema en un motor o turbina de gas. En cambio, el gas alimenta a una celda de combustible, un dispositivo similar a una batería que convierte los químicos del gas en electricidad y calor. Luego, el sistema alimenta la electricidad a la red eléctrica, para ayudar a equilibrar las cargas y posiblemente para compensar los déficits si las entradas de energía eólica o solar disminuyen.

«El desafío es cómo convertir los residuos de biomasa de manera eficiente, sin emisiones y también a bajo coste», afirma el profesor Enrico Bocci de la Universidad Guglielmo Marconi, quien dirige el proyecto BLAZE. A finales de este año, las máquinas CHP se pondrán a prueba. La esperanza es una eficiencia eléctrica cercana al 50 % y una eficiencia CHP general del 90 %, lo que significa que el 50 % de la energía disponible de un combustible se convierte en electricidad utilizable y el 40 % en calefacción.

Doble eficiencia

El sistema admitirá todo tipo de desechos, que pueden generar compuestos de alquitrán, partículas, azufre y cloro que podrían interferir con la unidad. Para evitar tales problemas, convertirá los residuos en gas a unos 800 °C y los tratará, antes de introducir el gas en la pila de combustible, convirtiendo el combustible más el oxígeno en electricidad y calor a temperaturas de unos 700 °C, con muy bajas emisiones. El gas también puede fluir hacia un quemador para permitir que se genere más calor.

Una planta de energía piloto se ensamblará en Italia a fines de este año y se probará hasta mayo de 2023. «Lograremos duplicar la eficiencia eléctrica de las plantas de cogeneración de biomasa con cero emisiones de nuestro programa piloto», dice Bocci.

«Cuando el precio de la energía suba, las personas y las empresas buscarán soluciones alternativas a los combustibles fósiles. También existe una necesidad imperiosa de reducir la dependencia de los combustibles fósiles por razones geopolíticas y climáticas. Pero no es posible reemplazar los combustibles fósiles solo con electricidad renovable solar y eólica, y mientras haya vida habrá biomasa», añade.

BLAZE es una primera demostración de esta tecnología que puede convertir la biomasa sobrante de manera muy eficiente y con bajas emisiones y costes.

Todavía no hemos llegado allí, pero los investigadores e ingenieros en Europa se están moviendo hacia el día de la combinación óptima de calor y energía que proporcionará múltiples beneficios.

«Llegará un momento en que podremos tomar los residuos de biomasa y ponerlos en un reactor pequeño y de bajo coste para generar electricidad, calor y productos químicos, sin emisiones», concluye Bocci.

Fuente: Este artículo fue originalmente publicado en Horizon, the EU Research and Innovation magazine