Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Materiales carbonosos a partir de biomasa
La crisis energética y el calentamiento global son problemas muy graves que afectan al planeta. Alrededor del 40% del consumo energético mundial se destina a la producción de materiales y productos químicos. Para lograr una mayor sostenibilidad, es preciso desarrollar materiales de altas prestaciones a partir de recursos renovables. Estos materiales tienen que ser a la vez relativamente sencillos de sintetizar y competitivos en coste. Los materiales carbonosos derivados de la biomasa son candidatos ideales
Todo material de origen biológico (no fósil) puede transformarse en carbón vegetal. Pero el proyecto europeo Greencarbon va a utilizar biomasas residuales: residuos agrícolas, residuos de la industria agroalimentaria y residuos de biorrefinerías. Estos materiales precursores no tienen apenas valor económico y, a diferencia de los cultivos energéticos, no compiten con los cultivos alimenticios.
El objetivo del proyecto es desarrollar nuevo conocimiento y tecnología para los carbones obtenidos a partir de biomasa. De esta manera, se pretende estimular la innovación en este tipo de materiales a nivel europeo.
El plan de trabajo del proyecto abarca todos los aspectos, desde el análisis de los materiales precursores hasta el procesado (conversión termoquímica, desarrollo poroso y funcionalización química), así como su aplicación en tecnologías limpias y de bajo carbono. Por ejemplo, como adsorbentes en procesos de captura de CO2, como catalizadores en procesos de obtención de hidrógeno, etc.
En Greencarbon se pretende establecer la mejor vía de procesamiento para un determinado residuo en función de la aplicación final del material carbonoso obtenido.
Además, 14 investigadores recibirán formación de excelencia en el marco de una red de investigación multidisciplinar compuesta por nueve socios principales y siete socios asociados. La Universidad de Zaragoza actúa como socio coordinador del proyecto.
En el proyecto Greencarbon participan no solo científicos y tecnólogos, sino también profesionales de la industria, con la intención de establecer todo tipo de sinergias para formar a la nueva generación de investigadores que liderarán la investigación en materiales carbonosos sostenibles en el medio-largo plazo.¿Cómo se seleccionan las biomasas?
En Greencarbon se van a utilizar residuos agrícolas (restos de poda, paja de cereal, etc.), residuos de la industria agroalimentaria (alperujo de almazara, orujo de uva, huesos de fruta, etc.) y residuos de biorrefinerías (por ejemplo, el residuo obtenido tras el proceso de deslignificación de la madera).
Aquellas biomasas residuales que presenten un mayor grado de sostenibilidad serán seleccionadas en el marco de este proyecto. Pero ¿cómo se analiza la sostenibilidad? Hay que considerar la jerarquía en la gestión del residuo (no se debe fomentar la producción del residuo en cuestión ni reducir la tasa de reutilización); las emisiones de gases invernadero a lo largo del ciclo de vida;el uso actual del residuo y el impacto ambiental, social y económico que implicaría su utilización como material precursor de carbón vegetal.?????¿Dónde se aplican los materiales carbonosos derivados de la biomasa?
El campo de aplicación de los materiales carbonosos es muy extenso: eliminación de contaminantes en fase acuosa y gaseosa, catálisis, almacenamiento de energía, etc. En Greencarbon se va a profundizar en aplicaciones ambientales y energéticas: Captura de CO2 en postcombustión. Se van a desarrollar carbones activados que posean una capacidad de adsorción de CO2, una selectividad y una capacidad de regeneración lo más elevadas posible. Desarrollo y aplicación de catalizadores biomórficos. Si se logran reproducir los niveles jerárquicos de la biomasa original, se pueden sintetizar catalizadores con una dispersión uniforme de nanopartículas metálicas. Estos catalizadores pueden emplearse en multitud de procesos de síntesis y purificación de biocombustibles líquidos y gaseosos. Aplicación en suelos agrícolas y en horticultura. Los carbones derivados de la biomasa pueden utilizarse como enmienda de suelos para mejorar su productividad y, al mismo tiempo, secuestrar carbono durante un largo período de tiempo. Al carbón de origen biológico que se aplica en el suelo se le denomina biochar.¿Cómo se obtienen materiales carbonosos avanzados?
El primer paso es la transformación de la biomasa residual en carbón vegetal mediante procesos de pirólisis (lenta o rápida, en función de la velocidad de calentamiento) y de carbonización hidrotermal. El proceso de pirólisis, que es adecuado para biomasas relativamente secas (menos de un 30% en masa de humedad), consiste en la descomposición térmica del material precursor a temperaturas finales de entre 400 y 650°C en ausencia de oxígeno. Por su parte, el proceso de carbonización hidrotermal consiste en la descomposición de la biomasa en medio acuoso a temperaturas relativamente bajas (200240°C) a presiones autogeneradas por el vapor de agua. Este proceso es muy apropiado para biomasas con elevada humedad.
Una vez obtenido el carbón vegetal, este debe ser refinado en función de su aplicación final. El refinado puede consistir en un proceso de activación física (para aumentar la porosidad), activación química (para mejorar la afinidad a un determinado compuesto) u otras técnicas más específicas, como por ejemplo, la dispersión de nanopartículas de determinados metales en la estructura carbonosa.
Joan J. Manyà Profesor Titular de la Universidad de Zaragoza y coordinador del proyecto Greencarbon
Esta sección se realiza con la colaboración de la Unidad de Cultura Científica de la Universidad de Zaragoza
