Cómo usar energía solar para producir fertilizantes sostenibles y biocombustibles

Investigadores del Instituto de Carboquímica (ICB) del Consejo Superior de Investigadores Científicas (CSIC) investigan un novedoso proceso para obtener combustibles y productos sostenibles a partir de energía renovable y biomasa proveniente de residuos. La investigación se realiza en el marco del proyecto Horizonte Europa PYSOLO, dotado con 5 millones de euros, en el que nueve socios europeos de cuatro países colaborarán durante cuatro años.

El proyecto PYSOLO busca ofrecer una solución tanto para la descarbonización del sector industrial y del transporte como para eliminar las materias primas fósiles en la industria química. La propuesta consiste en combinar energía solar concentrada (CSP) o fuentes de energía renovable (solar/eólica) para proporcionar la energía necesaria para llevar a cabo un proceso termoquímico de alto interés como es la pirólisis de biomasa proveniente de residuos forestales. La pirólisis consiste en realizar la descomposición química de la materia orgánica a temperaturas moderadas entre 400oC y 600oC en ausencia de oxígeno y permite transformar residuos en productos de alto valor añadido como biocombustibles o fertilizantes sostenibles.

El proyecto se pone en marcha dentro de un contexto en el que la Unión Europea afronta el reto de tener una economía con cero emisiones netas de gases de efecto invernadero para el año 2050. Este ambicioso objetivo no será posible si no se lleva a cabo la descarbonización de la industria química, considerada responsable de un cuarto de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. El director del ICB y uno de los investigadores a cargo del proyecto, Tomás García, afirma que la industria química europea necesita descarbonizarse urgentemente: “Actualmente está apostando por electrificarse, pero no es suficiente para cumplir con los Acuerdos de París. El futuro pasa porque no solo la energía, sino también las materias primas para los procesos industriales, provengan de fuentes renovables como el reciclaje, la captura de CO2 o la biomasa”.

La tecnología del proyecto

La energía solar concentrada es una tecnología que permite capturar la luz solar mediante espejos movibles, que la dirigen y concentran en un receptor solar. En el caso particular de los receptores que se desarrollarán en PYSOLO, la luz solar concentrada se emplea para calentar partículas sólidas hasta altas temperaturas cuya energía puede usarse directamente para llevar a cabo procesos posteriores, producir electricidad o almacenarla para su uso posterior.

Alternativamente en PYSOLO y para proporcionar una mayor flexibilidad al proceso, también se plantea utilizar directamente energía eléctrica renovable (solar o eólica) para realizar el calentamiento de las partículas sólidas mediante el uso de la inducción. Ramón Murillo, investigador del ICB y miembro del proyecto, explica que con esta tecnología “es posible proporcionar la energía necesaria para el proceso de pirólisis a partir de fuentes renovables, produciendo no solo materias primas para la obtención de biocombustibles y productos químicos, sino también un biochar (forma de carbón creado calentando biomasa en atmósfera libre de oxígeno) que puede utilizarse como un fertilizante de origen renovable y sumidero de carbono, dando lugar a emisiones de CO2 negativas.”

En el caso de los residuos forestales, existen diversos procesos industriales en los que, a diferencia de lo propuesto en este proyecto, la energía del proceso se obtiene a partir de la combustión del biochar obtenido en el propio proceso de pirólisis.

Flexibilidad para funcionar en modo autónomo y equilibrar la red eléctrica

La mayor innovación de la tecnología del proyecto PYSOLO es que el proceso de pirólisis se flexibiliza. Puede llevarse a cabo con la tecnología de concentradores solares durante las horas de sol, pero también con el uso de electricidad de origen renovable cuando la insolación no es suficiente. “Si es necesario, el gas de pirólisis puede convertirse en electricidad e incorporarse a la red eléctrica”, clarifica García. “Por otro lado, cuando haya disponible un exceso de energía barata en la red, por ejemplo eólica, puede convertirse en energía térmica de una forma altamente eficiente mediante un proceso de inducción para mantener el proceso de pirólisis”, añade.

Comparada con la pirólisis convencional, en la cual el char (carbón) y el gas de pirólisis siempre se queman para llevar a cabo el proceso, la tecnología del proyecto PYSOLO ofrece muchos más beneficios medioambientales y económicos. Gracias al uso de la energía solar en el proceso de pirólisis de biomasa, productos de alto valor añadido como el bioaceite, el biochar o el gas de pirólisis pueden maximizarse y, a su vez, las emisiones de CO2 asociadas disminuyen debido al uso de energías renovables y materias primas libres de combustibles fósiles. Gracias a la producción de biochar, que actúa como un sumidero de carbono, el proyecto PYSOLO desarrollará un proceso a escala TRL4 que produce emisiones netas de CO2 negativas.

Uniendo fuerzas para innovar

El proyecto PYSOLO tiene una dotación de 5 millones de euros en un consorcio que combina, bajo la dirección de la Politecnica de Milán, la experiencia de nueve socios de cuatro países europeos: L’Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques (INERIS), de Francia; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. y el nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH, ambos de Alemania; Consorzio per la Ricerca e la Dimostrazione sulle Energie Rinnovabili, Politecnico di Torino y EU CORE Consulting SRL, de Italia; y, por parte de España,el Consorci Centre de Ciencia I Tecnologia Forestal de Catalunya y el Instituto de Carboquímica del CSIC en Zaragoza.