Fabricación de carbón a partir de desperdicios de alimentos

El desperdicio de alimentos, los recortes de jardín, el estiércol e incluso las aguas residuales humanas pueden convertirse en biocombustible sólido para la generación de energía y, si se amplía, podría ayudar a igualar la demanda industrial de carbono con la necesidad de eliminar los desechos orgánicos y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. .

Europa tiene un problema de residuos biológicos. En lugar de utilizar el material rico en carbono como combustible, millones de toneladas de material de desecho orgánico se vierten en vertederos, donde se descomponen y emiten gases de efecto invernadero.

Al mismo tiempo, la UE importa millones de toneladas de carbón para uso industrial y generación de energía. Eso trae una materia prima que está sujeta a cadenas de suministro vulnerables, se suma a las emisiones de carbono y de la cual la UE pretende disminuir su dependencia.

Los esfuerzos para igualar esos desequilibrios podrían encontrar una solución en el carbón vegetal: un producto neutral en carbono hecho de desechos orgánicos que puede usarse como fuente de energía, materias primas industriales o incluso como una forma de almacenar carbono, en lugar de emitirlo a la atmósfera .

"La tecnología (Biocoal) puede desempeñar un papel importante (en el mercado), en primer lugar porque recuperamos material de alto valor, en segundo lugar porque es rápido y en tercer lugar porque puede evitar las emisiones de CO2", dijo Marisa Hernández Latorre, fundadora y jefa Ejecutiva de la empresa de tecnología sostenible Ingelia, con sede en Valencia, España.

Una forma de hacer el sustituto del carbón es un proceso conocido como carbonización hidrotermal (HTC), que utiliza agua sobrecalentada bajo presión para producir carbón vegetal en unas pocas horas. Normalmente toma millones de años para que el carbón fósil se forme geológicamente.

"Realmente es un proceso muy simple y estable, porque actúa como una aceleración de la formación natural del carbón", dijo Hernández Latorre.

Ingelia ha desarrollado un proceso patentado de HTC para tres plantas de biocombustible: en España, el Reino Unido y Bélgica, con una capacidad total de 8,000 toneladas de biocombustible por año. Varios más están esperando la aprobación regulatoria y deberían duplicar su capacidad en los próximos años.

"HTC biocoal no solo evita el uso de carbón duro en procesos industriales, sino también la emisión de metano del vertedero", dijo Hernández Latorre, y agregó que la tecnología puede recuperar hasta el 95% del carbono de los desechos orgánicos.

El metano es un gas de efecto invernadero aún más potente que el dióxido de carbono y una fuente notable son los vertederos de basura. Europa abandona millones de toneladas de residuos biológicos en vertederos cada año, e incluso donde los sitios tienen sistemas de captura de metano, una parte sustancial del gas puede escapar.

Olla a presión

Se han desarrollado varios métodos HTC diferentes, pero el proceso generalmente funciona en la línea de una olla a presión, aunque los ingredientes van desde residuos de procesamiento de alimentos o bebidas, desechos agrícolas, descartes de la industria forestal como astillas de madera y aserrín, hasta mazorcas de maíz y aguas residuales.

El residuo biológico se coloca en un dispositivo conocido como reactor, a temperaturas de 180 ° C-250 ° C bajo presión del orden de 2 megapascales (MPa) o 20 atmósferas. Esto significa que el agua en el sistema se sobrecalienta, en lugar de convertirse en vapor.

El reactor convierte los sólidos en el material orgánico en biocombustible duro, también conocido como hidrocarburo, mientras que los líquidos se pueden recolectar por separado y usar como biofertilizante y cualquier gas emitido se captura y se usa para alimentar el sistema.

El biocarbón tiene características similares independientemente del residuo biológico utilizado, aunque diferentes materias primas influyen en la calidad al determinar el contenido de cenizas. Las condiciones en el reactor destruyen los patógenos y los productos resultantes son estériles. La suspensión de carbón también puede procesarse para eliminar piedras o fragmentos de vidrio o metal, antes de comprimirse en briquetas o gránulos.

El proceso básico de HTC de Ingelia puede utilizar el desperdicio de alimentos, por ejemplo, para producir biocombustible similar al carbón marrón fósil, que comprende aproximadamente 60% de carbono. Este hidrocarburo puede pasar por pasos adicionales para producir biocarbón de "diseñador" de mayor valor, eliminando cenizas y volátiles para garantizar un contenido de carbono de hasta el 90%, capaz de competir con el carbón duro de alta calidad.

"Podemos usar (procesamiento adicional) para adaptar el producto final, para recuperar del material biológico exactamente lo que necesitan para los procesos industriales, en una economía (sistema) circular", dijo Hernández Latorre.

Gases de efecto invernadero

Hernández Latorre dice que la investigación interna de Ingelia muestra que se evitan entre 6.5 y 8.3 toneladas de CO2 equivalente por tonelada de biocombustible HTC producido, en comparación con una operación de relleno sanitario con o sin un sistema de recuperación de metano.

Ella dice que el biocarbón puede tener un valor de mercado de 170 € por tonelada para el hidrocarburo más básico, a más de 400 € por tonelada para el biocarbón de grado superior con el mayor contenido de carbono, dependiendo de su uso previsto.

Ingelia ha combinado sus hallazgos de varios proyectos de investigación en su proceso HTC y está apuntando su tecnología a industrias que dependen del carbón, el procesamiento de aguas residuales, que tiene que lidiar con los desechos orgánicos y los productores de energía que se alejan de la generación de energía a base de carbón hacia las energías renovables.

Con la caída de los precios del carbón y la demanda en la desaceleración económica causada por la pandemia de COVID-19, el biocarbón puede demorar en desplazar los combustibles fósiles en la industria en todo el mundo. Pero ofrece una solución para aquellos obligados a lidiar con los desechos orgánicos y cumplir con el plan de la UE de convertirse en carbono neutral para 2050.

Hernández Latorre, quien el 12 de junio fue nombrada Campeona de Innovación de Misión de la UE por su trabajo en la investigación de energía limpia, considera que desempeñará un papel cada vez más importante en los próximos 10-15 años.

"El mercado está realmente preparado para aceptar o implementar nuevas tecnologías, lo único es que necesitan estar lo suficientemente desarrolladas a escala", agregó.

Las industrias necesitan una disponibilidad suficiente de biocarbón en el mercado para planificar con anticipación la sustitución de combustibles fósiles. Y los inversores quieren estar seguros de que tendrán suficientes desechos biológicos para procesar, y el compromiso de los usuarios de tomar sus productos, antes de invertir en unidades HTC sofisticadas que podrían costar cientos de miles o incluso millones de euros.

Baja tecnología

Esos costos de instalación son prohibitivos en muchos países en desarrollo, a pesar de que los desechos biológicos representan un problema en todo el mundo.

Pero una versión de bajo costo y baja tecnología que utiliza heces humanas para producir biocombustibles y fertilizantes podría aportar un doble beneficio a los lugares donde las personas carecen de instalaciones sanitarias, dijo el investigador surcoreano Dr. Jae Wook Chung.

Él ve potencial para generar ingresos para las comunidades y abordar sus problemas ambientales y de salud causados ??por excrementos no tratados, citando que la OMS estima que 673 millones de personas tienen que defecar al aire libre, en la calle, detrás de los arbustos o en aguas abiertas.

La investigación ha demostrado que los reactores HTC se pueden fabricar por menos de € 20,000, pero el Dr. Chung tiene como objetivo utilizar un proyecto llamado PIES para desarrollar un modelo aún más simple y barato que se pueda usar en comunidades pobres y de alta densidad como el barrio marginal de Kibera en Kenia capital de Nairobi.

Él prevé un sistema del tamaño de un barril de petróleo, hecho con tubos de acero inoxidable disponibles como suministro de construcción en muchos países en desarrollo. Y quiere controlar la temperatura y la presión desde el exterior del reactor, evitando sondas costosas.

El Dr. Chung también se centrará en las formas de garantizar un suministro sostenible de residuos para el procesamiento, tal vez a través del vaciado organizado de letrinas de pozo o baños portátiles, y para demostrar los beneficios económicos del biocarbón y el fertilizante líquido.

Él ve que hacer que un sistema de saneamiento sea rentable para la comunidad es clave para hacerlo sostenible y para proporcionar baños en las regiones que actualmente carecen de ellos.

"El beneficio económico también ayudaría a aquellos que tienen una barrera cultural al uso de inodoros convencionales a alejarse de la defecación al aire libre", dijo.

Este artículo ha sido publicado originalmente en Horizon, the EU Research and Innovation magazine. Puede consultar el original aquí.