La UPM investiga producir biocombustible para aviones a partir de alcohol y aceite vegetal

El combustible alternativo derivado de fuentes renovables puede reducir significativamente las emisiones netas de gases de efecto invernadero de la industria de la aviación. Por tanto, parece necesario estudiar el desarrollo e implementación de este tipo de biocombustible en la transición energética hacia un futuro con bajas emisiones de carbono. Y esto es lo que está haciendo un grupo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), que ha llevado a cabo un análisis que evalúa la eficiencia de un modelo integrado de biorrefinería para la producción de biojet fuel, como componente de mezcla de combustible de aviación, empleando residuos agrícolas de plantas oleaginosas.

Actualmente, existen seis rutas termoquímicas aprobadas por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) para producir bioqueroseno (biocombustible de aviación compatible con el queroseno derivado de petróleo) a partir de materias primas renovables. Sin embargo, las rutas que han destacado han sido las que procesan alcohol celulósico (ATJ-SPK) y el hidroprocesamiento de esteres y ácidos grasos (HEFA-SPK).

La tesis doctoral de Nicolás Vela, codirigida por los profesores María Jesús García y David Bolonio de la ETSI de Minas y Energía de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIME), realiza un análisis de dichas rutas y valora la viabilidad de modelos de biorrefinería para la producción de bioqueroseno como componente de mezcla con el queroseno convencional (Jet A1). Como materia prima se consideró el uso de residuos agrícolas, fundamentalmente de cultivos oleaginosos.

“El transporte aéreo es vital en la globalización. Junto a un incremento exponencial de su demanda, los esfuerzos por descarbonizar la industria y alcanzar la sostenibilidad han sido, por ahora, insuficientes. Por eso estamos trabajando en ello”, señalan los autores del estudio. En la investigación realizada, se ha analizado el proceso ATJ-SPK, que implica la obtención de bioetanol a partir de los residuos lignocelulósicos de cultivos oleaginosos y su posterior mejora a bioqueroseno (y diésel verde). Por otro lado, se ha estudiado el proceso HEFA-SPK, que emplea el aceite vegetal residual y destilado de ácidos grasos descartados durante el refinamiento de aceite vegetal crudo. Ambos modelos de biorrefinerías fueron modelados con el software de simulación de procesos de ingeniería química AspenPlus.

Invetsigar el mercado

La viabilidad económica de las biorrefinerías estudiadas ha sido evaluada mediante un análisis tecno-económico, calculando el capital de inversión requerido, el precio de venta mínimo del bioqueroseno y las variables económicas más significativas para alcanzar la viabilidad económica. El resultado, en todos los casos, evidencia la necesidad de comercializar co-productos, como la lignina, para competir con el precio de venta del queroseno convencional. Con esto en mente, los investigadores integraron un análisis para optimizar la cadena productiva y reducir costos operativos, además de calcular la huella de carbono asociada de los bioquerosenos producidos, realizando un análisis de ciclo de vida en el software SimaPro.

Los resultados son alentadores, especialmente en vuelo de corto alcance, donde se ha demostrado que el bioqueroseno representa una ventaja frente a su contrapartida fósil”, concluyen los investigadores.

Los resultados de la evaluación muestran emisiones de gases de efecto invernadero inferiores a las de la producción de Jet A1 derivado del petróleo. “Sin embargo, es necesario mejorar las tecnologías de extracción y purificación del etanol para lograr reducciones mayores. Asimismo, es primordial que en las etapas de hidrotratamiento se emplee hidrógeno procedente de fuentes renovables (como biogás) para que los procesos sean sostenibles”, indican los autores del trabajo.

Los investigadores comprobaron, estimando las propiedades fisicoquímicas y termodinámicas del biocombustible de aviación, que cumple con las especificaciones vigentes (norma ASTM D7566), lo que garantiza la homogeneidad en la mezcla, la calidad de la combustión y el cumplimiento de los requisitos de seguridad para almacenamiento y transporte del bioqueroseno. Finalmente, se realizó un cálculo de carga útil en vuelos de largo y medio alcance para evaluar el rendimiento del bioqueroseno en condiciones de vuelo particulares. “Los resultados son alentadores, especialmente en vuelo de corto alcance, donde se ha demostrado que el bioqueroseno representa una ventaja frente a su contrapartida fósil”, concluyen los investigadores.