Minimizando los riesgos de los proyectos de gasificación mediante la validación de materias primas a escala real

La gasificación transforma biomasa, biorresiduos y residuos en combustibles renovables y productos químicos de alto valor, a la vez que contribuye a la descarbonización de procesos industriales. Para garantizar la viabilidad técnica y comercial de estos proyectos, es clave una validación rigurosa a escala demostrativa, que permita reducir riesgos tecnológicos y optimizar el rendimiento operativo, la conversión de carbono, la eficiencia, los rendimientos del proceso, la calidad del gas de síntesis y los costes de producción. En este contexto, el gasificador de lecho fluidizado BIO2C de 2 MW de CENER ofrece resultados plenamente representativos y directamente transferibles a instalaciones comerciales, proporcionando a nuestros socios industriales información clave para implementar con éxito y confianza sus proyectos de gasificación.

Los proyectos de gasificación han enfrentado históricamente retos técnicos e incertidumbres que, en muchos casos, han provocado retrasos o incluso su fracaso en implementación. Al mismo tiempo, el aumento del coste de los derechos de emisión del EU ETS y la introducción del CBAM están generando un fuerte incentivo para adoptar la gasificación como solución de descarbonización en procesos industriales de alta temperatura, como la producción de cemento, la siderurgia, la sinterización o la calcinación. Además, es una tecnología alineada con los principales objetivos regulatorios en materia de combustibles renovables, como RefuelEU Aviation, FuelEU Maritime, la Directiva RED III y las disposiciones del Anexo IX-A, consolidándose como una vía cada vez más estratégica para alcanzar operaciones industriales sostenibles.

El éxito en la reducción de riesgos en los proyectos de gasificación requiere abordar dos factores críticos: comprender el comportamiento de las materias primas a escala real y evaluar la eficacia de los sistemas de limpieza y acondicionamiento del gas.

La variabilidad y complejidad de las materias primas sigue siendo uno de los principales retos técnicos en el escalado de la gasificación. Según la Directiva RED III (Anexo IX-A), los materiales elegibles incluyen una amplia gama de residuos agrícolas, residuos forestales, subproductos industriales, fracciones biogénicas de residuos sólidos urbanos (MSW) o combustible sólido recuperado (RDF).

Estas materias primas presentan diferencias significativas en sus propiedades físicas y químicas, lo que influye directamente en la viabilidad operativa, la eficiencia de conversión de carbono, los rendimientos del proceso, la calidad del gas de síntesis y el coste global del proyecto. Aunque los materiales más complejos suelen ser más competitivos en precio o incluso tener coste negativo, también implican un mayor riesgo técnico. Por ello, la validación experimental mediante ensayos a escala demostrativa es esencial para identificar con antelación posibles problemas operativos como la sinterización, fallos en la alimentación, formación de depósitos o desgaste de equipos.

CENER está abordando estos retos mediante campañas de ensayos a escala demostrativa junto con actores industriales, promotores de proyectos y proveedores de tecnología, utilizando materias primas no convencionales y que suponen un reto.

La planta de gasificación BIO2C de 2 MW, en operación desde 2012, es una instalación a escala semiindustrial diseñada para tratar una amplia gama de biomasas y residuos. Su tamaño es clave para reproducir las condiciones de un gasificador industrial a escala real, garantizando que los resultados sean válidos y directamente transferibles a proyectos comerciales. Los gasificadores de menor escala presentan mayores pérdidas térmicas, lo que distorsiona parámetros clave como la relación oxígeno-combustible, generando condiciones de operación que no son representativas del rendimiento industrial. Del mismo modo, en lechos fluidizados de menor diámetro, el comportamiento de la fluidización y la distribución del combustible difieren significativamente, a menudo requiriendo tamaños de partícula más pequeños y generando datos de rendimiento poco precisos o no escalables.

La unidad de gasificación de CENER opera como un lecho fluidizado burbujeante con una potencia nominal de 2 MWt, tratando aproximadamente 500 kg/h a presiones cercanas a 0,1 barg y temperaturas entre 650 y 1000 °C. Funciona en dos modos: gasificación con aire y gasificación con vapor y oxígeno, con inertización mediante CO₂, e incorpora descarga semicontinua del lecho, lo que permite ensayar una amplia gama de biomasa y residuos. Adicionalmente, la planta piloto de limpieza de gas de síntesis trata hasta 100 Nm³/h de syngas y elimina el agua y los contaminantes generados durante la gasificación, incluyendo alquitranes, partículas, compuestos nitrogenados como NH₃ y HCN, compuestos de azufre como H₂S y COS, y halógenos como HCl y HF.

CENER ha ensayado una amplia gama de materias primas complejas, incluyendo residuos de parques y jardines, paja picada, residuos forestales de eucalipto, pellets de paja de cereal, residuos forestales de pino, material biostabilizado procedente de RSU mezclado con astillas de madera forestal, residuos agrícolas mixtos con orujillo de oliva y residuos forestales de eucalipto, así como CSR. Estos materiales presentan habitualmente una densidad aparente de 130–500 kg/m³, humedad inferior al 20–30%, tamaño de partícula inferior a 20 mm, contenido de finos (<1 mm) inferior al 18% y un contenido de cenizas entre el 13–20% en base seca.

El alcance de los ensayos en BIO2C incluye el astillado y secado de la materia prima, pruebas de alimentación en frío, ensayos de gasificación y limpieza del gas de síntesis, así como la caracterización detallada de la composición del syngas, materia prima, biochar y material del lecho. También, se realizan balances completos de masa y energía, junto con el muestreo de contaminantes y el análisis de alquitranes, partículas, NH₃, HCN, H₂S, COS, HCl y HF.

La gasificación tiene un gran potencial para valorizar biomasa, biorresiduos y residuos en combustibles renovables y productos químicos de alto valor, a la vez que contribuye a la descarbonización de procesos industriales de alta temperatura, bajo la creciente presión del coste de los derechos de emisión de CO₂.

Aunque las materias primas complejas representan una gran oportunidad por sus ventajas económicas, su mayor riesgo tecnológico hace imprescindible una validación rigurosa a escala demostrativa. Para ello, CENER está llevando a cabo múltiples campañas de ensayo industrial en la unidad de gasificación de lecho fluidizado de 2 MW, evaluando de forma sistemática la viabilidad operativa, la eficiencia de conversión de carbono, los rendimientos del proceso, la calidad del gas de síntesis y los costes de producción en una amplia gama de materias primas exigentes. Realizar ensayos a escala demostrativa garantiza que los resultados sean representativos y directamente transferibles a futuras instalaciones comerciales, proporcionando a los socios industriales la información necesaria para reducir con confianza los riesgos de sus proyectos de gasificación y acelerar el despliegue de soluciones industriales sostenibles de alta temperatura.

¡La validación de materias primas a escala real es la clave para reducir el riesgo técnico en el desarrollo de proyectos industriales de gasificación!