miniaturadeimagen|Esquema de una planta de gasificación de lecho fluido burbujeante. La gasificación es un proceso termo-químico en el que la biomasa, normalmente de origen leñoso, es transformada en un gas combustible (conocido como syngas, gas de síntesis, gas pobre, gas de madera o gas de gasógeno). Se considera que el gas producido tiene un bajo o medio poder calorífico (1.000 - 3.000 kCal/ Nm³ ) si es comparado con el gas natural (9.000 kCal/Nm³>), el butano (28.000 kCal/Nm³) o el hidrógeno (2.500 kCal/Nm³).

El gas producido contiene CO, H2, CH4, CO2, N2, vapor de agua entre otros componentes que se encuentran en menor cantidad. Estos compuestos se encuentran en el gas en proporciones distintas, principalmente según: la presentación y la composición de la biomasa, la tecnología utilizada para gasificar, el agente gasificante y la relación agente gasificante/biomasa. El agente gasificante puede ser vapor de agua, oxígeno, aire o una mezcla de los anteriores, obteniendo el gas con menor poder calorífico cuando se utiliza aire, en este caso la entrada se limita entre un 20 y un 40% del teóricamente necesario para una combustión completa, y la temperatura de operación oscila entre 700 y 1.400 °C según el tipo de tecnología utilizada y las condiciones del proceso.

El gas combustible generado puede ser aprovechado de diversas maneras: a través de procesos de combustión para producir electricidad y/o energía térmica o como gas de síntesis transformándose en productos de mayor valor añadido.Vargas Salgado, Carlos. Estudio Comparativo de la Utilización de las Tecnologías de Gasificación Downdraft y Lecho Fluido Burbujeante para la Generación de Energía Eléctrica en Aplicaciones de Baja Potencia.[en línea]. Valencia: Instituto de Ingeniería Energética, Universidad Politécnica de Valenica, 2012. < http://riunet.upv.es/handle/10251/16379> [Consulta: 24 de noviembre de 2013].

Historia

La gasificación de biomasa y de carbón es una tecnología usada desde hace más de 200 años. Fue utilizada para producir gas de ciudad a finales del y durante el y desde sus orígenes ha ido mejorando desde el punto de vista de la eficiencia de las emisiones al medio ambiente. Los primeros gasificadores de carbón fueron construidos en Alemania por Bischof en 1839 y por Siemens en 1861. El gas era utilizado como combustible para los hornos de la industria siderúrgica, luego mediante la aplicación de mecanismos de limpieza del gas, desarrollados en Inglaterra por Dowson en 1881, el uso de gasificadores se extendió a hornos pequeños y motores de combustión interna. A principios del se utilizaron en barcos, automóviles, camiones y tractores. Durante la II guerra mundial, debido a las escasez de petróleo, la gasificación fue ampliamente utilizada. En Francia y en Suiza miles de coches, autobuses, camiones y barcos, utilizaban gas de madera como combustible, el cual era obtenido por gasificación a partir de carbón vegetal. Después de la Segunda Guerra Mundial, los bajos costes de los derivados del petróleo, en relación con la gasificación, hicieron que la tecnología se relegara a un segundo plano.,Castells, Xavier, y otros. 2005. Tratamiento y valorización energética de residuos. Madrid : Díaz de Santos, 2005. 9788479786946

Aplicaciones Las aplicaciones más importantes basadas en la gasificación las podemos dividir en cuatro áreas: Calefacción: Producción de calor por medio de una caldera para usos industriales, residenciales o servicios.

Electricidad: Por medio de motores alternativos, turbinas de gas, turbinas de vapor, cogeneración, gasificación integrada en ciclo combinado - GICC y pilas de combustible, en la que el combustible es el hidrógeno obtenido a partir del gas generado en la gasificación.

Productos químicos: Gas de síntesis o producción de hidrógeno.

Transporte Mediante el uso del gas pobre directamente en un motor de combustión interna o del hidrógeno obtenido a partir del mismo.

Ventajas

Como ventajas de la gasificación se puede señalar su versatilidad, posibilidad de obtener la energía en el momento que ésta se requiera (de facilidad de almacenamiento de energía en forma de biomasa), aceptable eficiencia en la producción eléctrica (12-30%) y/o térmica (60 – 85%), poco impacto ambiental (se genera menor impacto ambiental cuando se realiza la combustión de un gas que de biomasa sólida) y la disminución del impacto por la reducción de gases de efecto invernadero (cuando lo que se gasifica es biomasa y no carbón u otro combustible de origen fósil).

Desventajas

La desventaja del proceso de gasificación de biomasa es que requiere de plantas industriales con altos costes de inversión y un aprovisionamiento de biomasa muy homogénea.

Tecnologías utilizadas para la gasificación de biomasa

La ubicación de la tecnología de gasificación de biomasa entre las tecnologías de conversión de energía más conocidas en la actualidad se muestra en la Figura. Como se puede observar, la gasificación es procesos termoquímico para la generación de energía, donde se mezcla biomasa con un agente gasificante, que podría ser aire, para producir un gas que puede ser utilizado para generar energía eléctrica en una turbina, en un motor de combustión interna o generar calor en una caldera. En azul se muestran las tecnologías de gasificación más comunes en la actualidad: Lecho fijo downdraft y lecho fluido burbujeante

miniaturadeimagen|Ubicación de las tecnologías de gasificación entre las principales existentes en la actualidad para la generación de energía útil.

En la actualidad las tecnologías más utilizadas para la gasificación de biomasa son:

Lecho fijo miniaturadeimagen|Reacciones en un reactor de lecho fijo downdraft. Los más comunes son el updraft y el downdraft. En un gasificador updraft el aire y la biomasa van a contracorriente, a diferencia de este, la tecnología downdraft, o de corriente descendente, los flujos de biomasa y agente gasificante van en la misma dirección. El aire entra en el gasificador a una cierta altura por debajo de la parte superior del reactor y va directamente a la zona de combustión. La sección transversal se reduce normalmente mediante un troncocono en la garganta a partir de la cual el área del cono empieza a aumentar nuevamente. El gas producido fluye hacia abajo al igual que la biomasa (de allí el nombre de downdraft) y sale por la parte inferior del lecho de residuo carbonoso.

A su paso por la zona de alta temperatura, donde el residuo carbonoso se está oxidando, el alquitrán contenido en el gas producido encuentra condiciones favorables para craquearse, por esta razón, un gasificador downdraft tiene una tasa de producción alquitranes baja (0,015 - 3 g/Nm³).

Esta configuración da lugar a un gas bajo en alquitranes, pero también de menor contenido energético. El propósito de que la zona de oxidación esté en la parte más estrecha de la garganta es forzar a todo el gas producido en la pirólisis a pasar a través de esta parte estrecha. Según,Reed, T.B. y Das, A. 1988. Handbook of biomass downdraft gasifier for engine–system. [ed.] Solar Energy Research Institute. 1988. cuando la garganta es larga, la ubicación de los orificios de inyección esta aproximadamente a 1/3 de su altura desde su parte superior. Con este tipo de gargantas largas, el paso de los productos de la pirólisis a través de esta zona caliente y estrecha da como resultado una distribución uniforme de la temperatura sobre la sección transversal y permite que la mayoría de los alquitranes sean craqueados.

Los gasificadores downdraft, si son operados a la temperatura adecuada, producen un gas apropiado para motores de combustión interna. La succión del motor provoca un vacío en sistema de admisión que aspira aire del ambiente y lo hace pasar a través del lecho de biomasa para producir el gas que es succionado por motor de combustión. El bajo contenido de alquitrán en el gas producido, debido a que el gas pasa por una zona de alta temperatura donde los alquitranes se craquean, es la principal motivación para su uso en motores de combustión interna.

En un gasificador downdraft si se introduce residuo carbonoso (carbón vegetal o char en inglés) en vez de biomasa de origen leñoso en la zona de combustión durante el encendido, el tiempo que tarda en encender disminuiría notablemente debido a que dicho residuo está seco, además se producen menos alquitranes en el arranque (que es la etapa más crítica debido a que la temperatura durante el arranque es baja) lo que se explica por el hecho de que el carbón vegetal ya ha sido pirolizado y por lo tanto se han retirado de él los alquitranes.

La mayoría de las referencias bibliográficas coinciden en que los gasificadores downdraft con garganta no son adecuados para grandes potencias, debido a que no permiten una distribución uniforme de caudal y temperatura en la zona de generación del gas.Venselaar, Jan. Agosto de 1982. Design rules for downdraft wood gasifiers, a short review. Research development, Institute Teknogi. Bandung, Indonesia : s.n., Agosto de 1982. pág. Indonesia.

Lecho fluido

miniaturadeimagen|Perfil de temperaturas en un reactor de lecho fluido burbujeante.

miniaturadeimagen|Vista frontal de la planta de gasificación de lecho fluido burbujeante ubicada en el LabDER, Instituto de Ingeniería Energética - Universidad Politécnica de Valencia.

miniaturadeimagen|Vista trasera de la planta de gasificación de lecho fluido burbujeante ubicada en el LabDER, Instituto de Ingeniería Energética - Universidad Politécnica de Valencia.

Las tecnologías más conocidas son: burbujeante y circulante. En un gasificador de lecho fluido burbujeante, el combustible es alimentado por la parte superior o lateral, el agente gasificante (aire, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono o una mezcla de ellos) es además el gas de fluidización y es introducido por la parte inferior del reactor.

En este tipo de gasificadores, las partículas de combustible sólido que acaban de ingresar al reactor se ponen en contacto con el lecho a alta temperatura el cual rápidamente las calienta hasta la temperatura del lecho y hace que éstas experimenten las distintas fases del proceso: secado rápido, pirólisis, combustión de residuo carbonoso y generación de gas.

A pesar de que los sólidos del lecho se mezclan adecuadamente, el gas de fluidización se mantiene en modo flujo pistón, entrando por la parte inferior y saliendo por la parte superior. Al entrar en la parte inferior del lecho, el oxígeno entra en contacto con el residuo carbonoso que a su vez está en contacto con el material del lecho (generalmente arena) llevándose a cabo en primer lugar reacciones de oxidación exotérmicas (R4, R5 y en menor medida R8 - ver figura). El material del lecho de inmediato dispersa el calor liberado por estas reacciones a todo el lecho fluido.