Biomasa, la fuente limpia de hidrógeno

Un grupo de científicos de diversas instituciones mexicanas trabaja en un proyecto que permitiría obtener hidrógeno (H2) a partir de biomasa, materia orgánica de origen vegetal o animal con uso potencial como fuente energética.

Este proyecto es liderado por el doctor Benito Serrano Rosales, docente investigador de la Unidad Académica de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UACQ UAZ), trabaja en coordinación con el doctor Hugo de Lasa, de la Universidad de Western Ontario, en Canadá.

La finalidad a largo plazo de este proyecto es desarrollar una tecnología que favorezca y purifique el medio ambiente, con el aprovechamiento de biomasa y de dióxido de carbono (CO2) de la basura para la producción de energía a través de la obtención del hidrógeno como vector energético.

Apoyo Conacyt

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Benito Serrano, miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), informó que esta investigación inició en 2013 con la aceptación y apoyo de financiamiento del Proyecto No. 221690, por la Convocatoria de Ciencia Básica de la Secretaría de Educación Pública (SEP) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

“Este proyecto está relacionado con la gasificación de la biomasa, mediante el uso de un reactor novedoso de patente canadiense, hecho por el doctor Hugo de Lasa, quien además es nuestro colaborador. Este reactor, llamado Riser Simulator, desarrollado en el Chemical Reactor Engineering Centre (CREC), es de alto costo, nos sirve para hacer experimentos en múltiples áreas de la ciencia que involucran reacciones químicas y cabe destacar que es el único que hay en todo México”, indicó.

Explicó que por el momento, el equipo de investigadores experimenta en el reactor referido para obtener información química “limpia”, que posteriormente servirá para proponer modelos matemáticos, químicos y termodinámicos útiles para predecir el comportamiento de todo el fenómeno a nivel experimental.

Por su parte, el doctor Óscar Joaquín Solís Marcial, docente investigador de la UPIIZ IPN, indicó que la hipótesis de obtener hidrógeno a partir de la biomasa surgió en Canadá; sin embargo, fue ratificada en México, por parte de los investigadores mexicanos y en condiciones ambientales y de materia prima —hierbas silvestres— de origen zacatecano.

“No siempre se obtienen los mismos resultados al implementar una teoría en diferentes zonas geográficas, porque la biomasa en cada lugar es diferente, así como su efecto en condiciones climáticas y geográficas como la altura. Hemos comprobado que la hipótesis inicial funciona en las condiciones de Zacatecas y nuestro objetivo es sacar adelante el proyecto con cualquier tipo de biomasa en cualquier lugar del mundo, la especificación es que entre más carbono (C) tenga, más será un material propicio para este procedimiento, porque mayor será su cantidad de hidrógeno”, definió el candidato al SNI.

Un gran reactor

El doctor Benito Serrano indicó que una vez que el equipo de investigadores avance en esta etapa de optimización de la operación, estarán listos para dar el siguiente paso, que es perfeccionar los catalizadores y posteriormente construir un reactor a gran escala que trabaje con residuos y no con compuestos modelo, como lo han hecho hasta el momento.

Gasificación de la biomasa

El doctor Benito Serrano Rosales, en colaboración con el doctor Hugo de Lasa y el equipo de trabajo, publicó su investigación en la revista Chemical Engineering Journal, en su edición 2016, bajo el título de Catalytic steam gasification of biomass surrogates: Thermodynamics and effect of operating conditions.

“Ya hemos comprobado que esta técnica funciona para la obtención de hidrógeno, ahora es cuestión de continuar experimentando para entender exactamente lo que está sucediendo, porque de otra manera no sabremos qué compuestos obtuvimos ni de dónde vienen y qué condiciones son las más óptimas; con esta información ya podremos obtener el máximo nivel de concentración de hidrógeno producido a partir de la biomasa”.

El también miembro de la Sociedad Mexicana del Hidrógeno (SMH) especificó que para esta etapa de la investigación, el equipo utiliza glucosa y compuestos representativos de la celulosa y la lignina que se encuentran en todo tipo de biomasa, motivo por el que fueron seleccionadas para averiguar y, más adelante, predecir su comportamiento en el proceso de obtención de hidrógeno.

“La gasificación de la biomasa con vapor es hacer reaccionar la glucosa o la lignina con agua. Una vez que las mezclamos y hacemos reaccionar, suceden diferentes etapas: primero se rompe la biomasa —madera, hierbas silvestres o cualquier material que contenga carbono— en moléculas pequeñas; después cada molécula se va fragmentando hasta la obtención de hidrógeno”.

El ingeniero Benito Serrano expuso que luego de realizar experimentos y estudiar la influencia de diversas variables, el equipo de científicos tendrá los conocimientos y bases —modelo matemático, químico y termodinámico— para construir un reactor a gran escala y generar una tecnología “limpia” que, además de purificar el medio ambiente, será una fuente alterna de energía.

Principales hallazgos de este proyecto

El doctor Benito Serrano Rosales informó que el equipo comenzó con el estudio de glucosa desde el año 2007, de los catalizadores de alfa alúmina —soporte— y níquel —sustancia activa—. En ese entonces, el equipo construyó un modelo cinético y termodinámico para describir las reacciones de gasificación y, posteriormente, modificó el catalizador para mejorarlo con cerio y lantano como promotores. Posteriormente, el equipo trabajó con tres biomasas sólidas llamadas broza, canmet pellet y burk.

“Hemos estado estudiando los efectos de diversas variables como temperatura, tiempo de reacción, la relación de vapor a biomasa, cantidad de catalizador, tipo de catalizador. También hemos divulgado resultados en congresos, publicado al menos cinco artículos científicos, graduado estudiantes de doctorado, maestría y licenciatura y, por el momento, aunque estamos en una etapa intermedia, hemos hecho importantes mejoras en los catalizadores y obtenido resultados muy prometedores. Consideramos que estamos próximos a dar el paso siguiente”.

El doctor Benito Serrano informó que a la fecha, en el grupo de la UAZ, la formación de recursos humanos es extraordinaria, ya que una estudiante de maestría defendió su tesis y hoy en día participan en este proyecto dos estudiantes de doctorado, dos de maestría y tres de licenciatura, además de que el equipo trabaja con dos artículos científicos para su próxima evaluación y publicación.

El paso siguiente del equipo de investigación es proponer un reactor a mayor escala para la producción de gas de síntesis, principalmente de hidrógeno. El doctor Serrano añadió que este proyecto requiere varios años de investigación, ya que busca resolver una problemática compleja y explorada en diversas partes del mundo.

“El interés de los científicos a nivel mundial por estudiar el hidrógeno como fuente de energía es debido a que el petróleo es un recurso natural no renovable que en algún momento se terminará. En el mundo aún no existen resultados de gran impacto en cuanto a la obtención del hidrógeno y otras fuentes de energías alternativas, por lo que todavía dependemos del petróleo en gran medida. Sabemos que en algún momento lo vamos a sustituir y por ello estamos enfocados en estudios de este tipo”.

Reiteró que las tecnologías propuestas y desarrolladas sobre energías alternas deben estar sustentadas en el conocimiento científico —entender el porqué y cómo funciona— para perfeccionarlas y darles continuidad en el futuro.

Energía limpia

El doctor Joaquín Solís expuso que los avances de este proyecto de investigación generarán un impacto científico, tecnológico, energético y ambiental, ya que abarca todo un estudio termodinámico para la obtención de la energía en todas las áreas ingenieriles e inclusive industriales.

“Como este proyecto se orienta al objetivo de que en lugar de gasolina se consuma biomasa y se genere energía, los resultados obtenidos generarán un gran impacto y, si logramos consolidarlo, representaría áreas importantes de oportunidad tanto para el país como para Zacatecas, en donde continuamente se elimina la biomasa mediante la combustión, hecho que genera un foco de contaminación. Con este reactor que pretendemos construir, esa biomasa sería transformada en hidrógeno y energéticos limpios, mientras que el producto que emitiría a la atmósfera sería vapor de agua, ya que es lo que obtenemos luego de la combustión del hidrógeno”.

El ingeniero Joaquín Solís Marcial reiteró que es un proyecto muy amplio y con un importante camino por recorrer, por lo que el equipo de científicos tiene la apertura hacia cualquier tipo de colaboración por parte de investigadores, estudiantes e instituciones interesados en el tema.

De Agencia CONACYT. Miércoles 9 de agosto de 2017.