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Descarbonización de la Industria Pesada

CENER está trabajando activamente en desarrollar la tecnología necesaria para torrefactar biomasa y convertirla en un sustituto efectivo al carbón y al coque de petróleo, en la combustión pulverizada, para la generación de calor a alta temperatura en procesos industriales.

Entre sus diversos desarrollos tecnológicos, en este momento CENER está intensamente enfocado en desarrollar la tecnología necesaria para torrefactar biomasa y convertirla en un sustituto efectivo al carbón y al coque de petróleo, en la combustión pulverizada para la generación de calor a alta temperatura en procesos industriales, como por ejemplo en hornos de calcinación, sinterización o fabricación de cemento, o en los altos hornos del sector siderúrgico.

Uno de los principales objetivos de la Unión Europea en materia de energía es descarbonizar el sector energético. Para ello, es necesario el desarrollo de tecnologías innovadoras que permitan llevar a cabo procesos más eficientes para el uso de las energías renovables. El sector industrial en España consume más de 1,4 millones de toneladas de estos combustibles, fundamentalmente coque de petróleo[1], generando unas emisiones de CO2 superiores a 4 millones de toneladas.

Para la descarbonización de estos sectores, CENER está desarrollando el proceso de torrefacción de biomasas residuales. El proceso de torrefacción transforma la biomasa en un biocombustible sólido con unas propiedades adecuadas para sustituir estos combustibles fósiles en las aplicaciones mencionadas. Mejoran sus propiedades aumentando su contenido energético, reduciendo el contenido en humedad y el tamaño de las partículas del biocombustible después de su molienda, así como otras propiedades importantes para su uso en estas aplicaciones.

El CO2 neto emitido durante su combustión es cero, ya que fue absorbido de la atmosfera durante la formación de la biomasa, contabilizando por tanto sólo las emisiones generadas en la recolección y transporte de la misma, y en la producción del producto torrefactado, por el uso de combustibles fósiles y electricidad de origen fósil, en estas tareas. CENER ha logrado la reducción de emisiones en torno al 90%, cifra que aumentará en el futuro con la progresiva descarbonización de la economía.

Los sectores mencionados están sujetos a la legislación del comercio de derechos de emisión, por lo que el aumento del precio del CO2 y la reducción paulatina de los derechos gratuitos según la legislación europea, hacen que esta tecnología sea económicamente competitiva.

CENER está desarrollando esta tecnología para el uso de biomasas residuales, como por ejemplo residuos agrícolas y forestales, que no generan impactos en el mercado alimentario, ni en el uso de la tierra para el cultivo de alimentos, ni en el uso de la madera para la fabricación de productos como muebles, tableros de partículas, papel, etc.

CENER está llevando a cabo dichas demostraciones en su Centro de Biorrefinería y Bioenergía, BIO2C, donde se ubica la planta piloto de torrefacción con una capacidad de 150-300kg/h, que dispone de un eje rotativo de calentamiento indirecto con fluido térmico (250-300ºC) y que cuenta con una gran flexibilidad en cuanto a las materias primas a procesar. En esta planta a escala semi-industrial se optimiza el proceso para cada materia prima y el producto para cada aplicación. Gracias a la capacidad de la planta piloto los resultados son directamente aplicables en el sector industrial en un corto plazo de tiempo.

El proceso consiste en astillar la biomasa recibida, secarla, torrefactarla, molerla y, en caso de ser necesario por cuestiones logísticas, peletizarla. Durante el proceso, hay que destacar la importancia que cobra la etapa de astillado por la necesidad de reducir el tamaño de los restos y asegurar así un secado y torrefactado homogéneo, tanto en la superficie como en el interior. Durante la torrefacción la biomasa triturada se calienta a 250-300º sin oxígeno, por lo que se obtiene un producto totalmente homogéneo.

Durante sus desarrollos, CENER ha podido constatar que los principales parámetros que afectan al rendimiento térmico del proceso de torrefacción son: la humedad de la biomasa y el grado de torrefacción (entendiéndose por este último la pérdida en peso de los volátiles de la biomasa durante el proceso en base seca). A su vez, se constató que hay ciertos parámetros que afectan en menor medida, como son: la reactividad de la biomasa, la densidad de pila y el tipo de tecnología de torrefacción utilizado.

CENER ha realizado múltiples pruebas de torrefacción en su planta piloto con un amplio rango de materias primas, entre las que se encuentran: haya, pino, chopo, eucalipto, paulonia, poda de olivo, paja de trigo y bioestabilizado.  Además, ha conseguido la optimización del proceso de torrefacción, maximizando la capacidad de producción del proceso y la eficiencia térmica, con valores en función de la humedad de la materia prima de entre el 91 y el 96%.

Adicionalmente, uno de los hitos más importantes del proyecto ha sido que se ha conseguido desarrollar un pellet de paja torrefactada de alta calidad, con un alto valor de poder calorífico, una durabilidad superior al 97% y una densidad de pila superior a 700 kg/m3. Este desarrollo supone un hito relevante en el desarrollo de la torrefacción y peletización de biomasa agrícola.

El esfuerzo de CENER durante todos estos años se ha centrado en optimizar el proceso y comprobar la viabilidad industrial del uso de la biomasa torrefactada como sustituto ideal del carbón y el coque de petróleo en usos térmicos de la industria, estando la madurez de la tecnología ya muy cercana a mercado y a punto para comenzar en una planta industrial.

[1] https://www.idae.es/informacion-y-publicaciones/estudios-informes-y-estadisticas/estadisticas-y-balance-energetico

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