Gasificación

Gasificación de biomasa


La vieja tecnología de gasificación, empleada con éxito en aquellos "gasógenos" de los años 40 durante los periodos de escasez de carburantes provocados por la II Guerra Mundial, cobra nueva fuerza como medio renovable de emplear técnicamente combustibles sólidos en máquinas térmicas de combustible fluido, constituyendo una piedra angular en los modernos desarrollos de sostenibilidad cuando los recursos fósiles son cada vez más escasos y caros. A continuación paso a describir esta tecnología.


La gasificación formalmente es definida como la conversión termoquímica de un sustrato sólido carbonoso en un gas combustible, por medio de una oxidación parcial a elevada temperatura.

De modo más sencillo, podemos definir la gasificación como la combustión incompleta (defecto de oxígeno/aire) de un combustible sólido, para generar un gas también combustible constituido por H2 y CO, además de elementos no combustibles (diluyentes) formados por CO2, H2O y N2.

Empleando notación química (considerando una composición promedio para una biomasa tipo de CH1.4O0.6) podemos representar ambos procesos (combustión completa e incompleta = gasificación) del siguiente modo:

`CH_(1.4)O_(0.6) + 1.05 O_(2) + 3.95 N_(2) => CO_(2) + 0.7 H_(2)O + 3.95 N_(2)`

`DeltaH_r^0 = -481.12 kJ//mol`

`CH_(1.4)O_(0.6) + 0.4 O_(2) + 1.5 N_(2) => 0.7 CO + 0.6 H_(2) + 0.3 CO_(2) + 0.1 H_(2)O + 1.5 N_(2)`

`DeltaH_r^0 = -107.15 kJ//mol`

Se puede apreciar como la cantidad de aire introducida en gasificación es un 38 % al correspondiente para una combustión completa. Es por ello que el gas resultante no está agotado químicamente (como en el caso de la combustión con CO2 y H2O), sino que posee constituyentes combustibles (CO, H2), junto con otros no combustibles (CO2 y H2O) formados por la combustión parcial de la biomasa para generar el calor de reacción necesario.

Atendiendo a la ecuación teórica, la composición del gas resultante (% volumen) y su poder calorífico inferior (PCI) son los siguientes:

CO = 21,87 %
H2 = 18,75 %
CO2 = 9,37 %
H2O = 3,12 %
N2 = 46,89 %
PCI = 4800 kJ/Nm3


El efecto de la humedad en la biomasa será siempre negativo, ya que el calor necesario para secar la misma será captado mediante la combustión parcial de biomasa adicional, por lo que aumentará la concentración de agentes químicos agotados (CO2 y H2O) frente a los combustibles (CO e H2). Por ello siempre se empleará una biomasa lo más seca posible.


- Tipos de gasificadores -

Existen diferentes modelos de gasificadores, muchos de ellos desarrollados a partir de la experiencia industrial en la gasificación de carbón (mucho menos problemática). Así tenemos reactores de lecho móvil, de lecho fluidizado y de alta presión.

Los reactores de lecho móvil fueron los primeros en desarrollarse (a mediados del siglo XX), para potencias de generación eléctrica de hasta 500 kWe. Son con diferencia los más sencillos de construir y los menos problemáticos de operar, por lo que son la opción preferente a implementar para proyectos de microcogeneración.


Este tipo de gasificador es muy sencillo, consta de un cilindro vertical donde la biomasa va reaccionado y descendiendo por gravedad. A lo largo de su trayectoria descendente, la biomasa sufre una serie de procesos físico-químicos, así primeramente sufre un secado, posteriormente y a una temperatura de 300 C comienza la pirólisis que es el desprendimiento de los compuestos volátiles (alquitranes) de los que consta la biomasa, permaneciendo el carbono fijo bajo forma de carbón vegetal (char). A un tercio aproximadamente del fondo, existe un estrechamiento por donde se introduce el aire gasificante, de esta manera se consigue un contacto más íntimo entre la biomasa y el aire. Las dimensiones de esta sección son críticas y de su adecuación depende la aptitud o no del equipo para gasificar eficientemente. El aire (en defecto respecto a una combustión) reacciona y combustiona parte del char y los alquitranes, generando calor para romper los compuestos pirolíticos en moléculas elementales “craquear” y potenciar el conjunto de reacciones endotérmicas que tienen lugar (secado, pirólisis). Por último el char es reducido con CO2 y H2O para formar CO e H2. Finalmente la biomasa queda reducida a cenizas minerales que pueden ser empleadas como abono inorgánico.

El gas deberá ser acondicionado (limpiado de impurezas = alquitranes) y enfriado hasta temperatura ambiente antes de alimentarlo a un motor de combustión interna, donde se generará electricidad y calor residual para ser empleado en aplicaciones de cogeneración.

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