Resumen

El hidrógeno producido a partir de la biomasa procedente de los residuos de la planta de banano es considerado como un combustible altamente eficiente. Uno de los métodos más limpios para su obtención es la gasificación catalítica en agua en condiciones supercríticas, en donde se transforman los polisacáridos constitutivos de la biomasa (celulosa, hemicelulosa y lignina) en productos gaseosos de elevado valor. En el desarrollo de la reacción de gasificación es importante el diseño de un reactor de forma que este proporcione el hidrógeno de manera segura y respetuosa con el medio ambiente. De los elementos que determinan el diseño de un reactor, en este artículo se estudiaron la cinética intrínseca y el balance de materia. En la cinética de la reacción se tomó como compuesto modelo de la biomasa a la glucosa, por ser el grupo estructural representante de la celulosa. Se develaron las diferentes reacciones intermedias que influyen en el rendimiento a hidrógeno. Posteriormente, se planteó la ecuación de balance diferencial para la glucosa, modelo matemático que fue resuelto mediante Fortran 95 aplicando el algoritmo numérico de Thomas. Los resultados obtenidos revelaron que a fracciones másicas más bajas de glucosa los niveles de conversión son más elevados.

1. Introducción

La producción de hidrógeno es considerada de vital importancia para la sociedad actual. Constituye una de las alternativas limpias, seguras y fiables para la transición energética entre el uso de combustibles fósiles y las energías renovables[1]. El hidrógeno es un vector energético con muy bajas emisiones de gases de efectoinvernadero, por lo que el impacto medioambiental dependerá de [2]:

• La fuente de energía.
• La tecnología empleada para su obtención.

Con respecto a la fuente de energía, el 96 % de la producción mundial de H2 proviene de materias primas fósiles. Actualmente, se está considerando a la biomasa por ser un recurso alternativo y renovable como materia prima para la obtención de H2. Entre los diversos tipos de biomasa, se encuentran los residuos de la producción agrícola de diversos cultivos como banano, arroz, cacao, maíz y caña de azúcar. Al ser el Ecuador uno de los mayores productores a nivel mundial de banano, la biomasa proveniente de los residuos de campo (pseudotallo y hojas) y de procesamiento (raquis) presentan un potencial energético que debe ser aprovechado [3]. Se estima que a nivel nacional se producen 4.926.095,60 ton/año de estos residuos, que representan un potencial energético de 62.231,77 TJ/año, de acuerdo a la información presentada por el Atlas Bioenergético del Ecuador 2014.

En cuanto a la tecnología y en función de la tasa de emisión de carbono, existen tres rutas para la producción de H₂[4]: a) las que tienen una tasa positiva neta de emisión de CO₂, como el reformado a base de vapor y el reformado autotérmico de hidrocarburos, b) las que son libres de emisiones de CO₂, como la descomposición y aromatización del metano, y c) las que tienen emisiones neutrales de CO₂, como la gasificación de la biomasa, la pirólisis de los bio-oils y el reformado en fase acuosa de los azúcares [3], denominándose así debido a que todo el CO₂ que se libera durante el proceso de producción del H₂ es consumido por las plantas, que luego constituirán la fuente de biomasa del proceso [5]. Entre las tecnologías de emisiones neutrales de CO₂ se encuentra la gasificación de la biomasa [6]. Este procedimiento se realiza a elevadas temperaturas y produce una mezcla de gases como H₂, CO, CH₄, N₂, CO₂, O₂ e hidrocarburos gaseosos así como pequeñas cantidades de alquitrán, carbón vegetal y cenizas, conteniendo H₂ y CO en mayor cantidad, los cuales son llamados en conjunto gas de síntesis [7]. Sin embargo, la gasificación de la biomasa para la generación de H₂ afronta algunos problemas tecnológicos como la formación de alquitrán [8, 9] y la humedad presente que afecta tanto a la calidad del gas producido como a la eficiencia del proceso [9].

• Materias:Cinética Catálisis Aprovechamiento de residuos Hidrógeno
• Subjects:Kinetics Catalysis Waste utilization Hydrogen
• Palabras claves:Catálisis, Glucosa, Hidrógeno, Cinética, Modelización
• Keywords:Catalysis, Glucose, Hydrogen, Kinetic, Modeling