A medida que aumenta la demanda mundial de energía, también aumenta nuestro consumo de combustibles fósiles. El resultado es un aumento masivo de las emisiones de gases de efecto invernadero con efectos ambientales severamente adversos. Para abordar esto, los científicos han estado buscando fuentes de energía alternativas y renovables.
Un candidato principal es el hidrógeno producido a partir de desechos orgánicos, o "biomasa", de plantas y animales. La biomasa también absorbe, elimina y almacena CO2 de la atmósfera, mientras que la descomposición de la biomasa también puede brindarnos formas de eliminar emisiones negativas o gases de efecto invernadero. Pero aunque la biomasa presagia un camino a seguir, aún queda la cuestión de cuál es la mejor manera de maximizar su conversión en energía.
Gasificación de biomasa
Actualmente existen dos métodos principales para convertir la biomasa en energía: la gasificación y la pirólisis. La gasificación pone la biomasa sólida o líquida a temperaturas de alrededor de 1000 °C, convirtiéndola en gas y compuestos sólidos; el gas se denomina "syngas" mientras que el sólido se"biocarbón".
El gas de síntesis es una mezcla de hidrógeno, metano, monóxido de carbono y otros hidrocarburos, y estos son los que se utilizan como "biocombustible" para generar energía. Por otro lado, el biocarbón suele considerarse un desecho de carbono sólido, aunque puede serutilizado en aplicaciones agrícolas.
Pirólisis de biomasa
El otro método, la pirólisis de biomasa, es similar a la gasificación excepto que la biomasa se calienta a temperaturas más bajas, entre 400 y 800 °C y a presiones de hasta 5 bar en una atmósfera inerte. Hay tres tipos de pirólisis: convencional, rápiday la pirólisis flash. De los tres, los dos primeros toman más tiempo y tienen la mayor producción de carbón.
La pirólisis flash se lleva a cabo a 600 °C y produce la mayor cantidad de gas de síntesis y tiene el tiempo de residencia más bajo. Desafortunadamente, también necesita reactores especializados que puedan manejar altas temperaturas y presiones.
Banana split para producción de hidrógeno
Ahora, los científicos dirigidos por el profesor Hubert Girault en la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL han desarrollado un nuevo método para la fotopirolisis de biomasa que produce no solo gas de síntesis valioso, sino también un biocarbón de carbono sólido que se puede reutilizar en otras aplicaciones. El trabajose publica en Ciencia Química.
El método realiza pirólisis con luz de flash utilizando una lámpara de xenón, comúnmente utilizada para curar tintas metálicas para electrónica impresa. El grupo de Girault también ha utilizado el sistema en los últimos años para otros fines, como sintetizar nanopartículas.
La luz de flash blanca de la lámpara proporciona una fuente de energía de alta potencia, así como pulsos cortos que promueven reacciones químicas fototérmicas. La idea es generar un disparo de luz de flash potente, que la biomasa absorbe y que instantáneamente desencadena una conversión de biomasa fototérmicaen gas de síntesis y biochar.
Esta técnica de flasheo se usó en diferentes fuentes de biomasa: cáscaras de plátano, mazorcas de maíz, cáscaras de naranja, granos de café y cáscaras de coco, todos los cuales se secaron inicialmente a 105 °C durante 24 horas y luego se molieron y tamizaron hasta obtener un polvo finoLuego, el polvo se colocó en un reactor de acero inoxidable con una ventana de vidrio estándar a presión ambiente y bajo una atmósfera inerte. La lámpara de xenón parpadea y todo el proceso de conversión finaliza en unos pocos milisegundos.
"Cada kg de biomasa seca puede generar alrededor de 100 litros de hidrógeno y 330 g de biocarbón, que es hasta el 33 % en peso de la masa de cáscara de plátano seca original", dice Bhawna Nagar, quien trabajó en el estudio. El método también tuvoun resultado de energía calculado positivo de 4,09 MJ·por kg de biomasa seca.
Lo que se destaca en este método es que sus dos productos finales, hidrógeno y biocarbón de carbono sólido, son valiosos. El hidrógeno se puede usar como combustible verde, mientras que el biocarbón de carbono se puede enterrar y usar como fertilizante ose puede utilizar para fabricar electrodos conductores.
"La relevancia de nuestro trabajo se ve reforzada por el hecho de que estamos capturando CO indirectamente2almacena de la atmósfera durante años", dice Nagar. "Hemos convertido eso en productos finales útiles en muy poco tiempo usando una lámpara de destello de xenón".
Otros colaboradores
Instituto de Ingeniería de Sistemas, HES-SO Valais-Wallis
