Un conocimiento más preciso de las posibilidades ecológicas de los biocombustibles
Hace tiempo que los biocombustibles se vienen anunciando a bombo y platillo como una solución prometedora al reto de satisfacer la creciente demanda energética y de transporte reforzando al mismo tiempo la seguridad y la sostenibilidad con respecto a los combustibles convencionales. Los llamados biocombustibles de segunda generación (2G), que suelen derivarse de biomasa como pueda ser materia vegetal y animal o cualquier otra fuente de carbono orgánico, reúnen las condiciones para brindar el suministro de combustible necesario a nivel mundial. Esta segunda generación aporta mejoras con respecto a la primera (derivada de azúcares y aceites vegetales), ya que carece de sus limitaciones en cuanto a las cantidades que se pueden extraer. Sin embargo, la adopción generalizada de la 2G, por ejemplo en los sectores aeronáutico y de la automoción, plantea todavía algunos escollos, pues quedan aspectos de los procesos de combustión que no se conocen a fondo. Esto contrasta con el grado de comprensión del mecanismo de oxidación y combustión de las moléculas de hidrocarburo en los combustibles convencionales. El principal motivo de ello es que en la mezcla se encuentra una mayor variedad de estructuras químicas. El proyecto 2G-CSAFE, financiado con fondos europeos, se puso en marcha para despejar algunas de las incógnitas, y para ello debía desarrollar modelos cinéticos y analizar contaminantes emitidos durante la combustión y compuestos intermedios clave para la ignición de los combustibles en los motores nuevos. Modelos cinéticos El equipo de 2G-CSAFE elaboró una serie de modelos cinéticos de los biocombustibles 2G porque, según explicó su coordinador, el Dr. Philippe Dagaut: «Un modelo cinético se puede definir como una herramienta matemática que se emplea para imitar, y posiblemente predecir, la quema de los combustibles». La composición mixta de los biocombustibles 2G los hace singularmente complejos. Por ello, en sus modelos el equipo usó compuestos combustibles representativos que permitían extrapolar los resultados. El Dr. Dagaut especificó lo siguiente: «Los modelos sobre la combustión de los hidrocarburos son relativamente sencillos de generar, gracias a los numerosos trabajos realizados desde la década de los años setenta. Pero los biocombustibles de segunda generación son harina de otro costal y sus estructuras químicas, reaccionan de un modo distinto en cuanto a la velocidad de reacción, la reactividad y las rutas de reacción». El proyecto investigó diversas propiedades de los biocombustibles 2G. En primer lugar, las reacciones químicas de los numerosos pasos necesarios para la combustión (desde la mezcla de combustible y aire hasta la formación de agua y dióxido de carbono como productos finales, pasando por las especies no quemadas, como compuestos orgánicos volátiles e hidrocarburos aromáticos policíclicos). En segundo lugar, se examinaron los parámetros que determinan la velocidad a la que se produce cada reacción química. En opinión del Dr. Dagaut, la investigación fue especialmente difícil porque el equipo se adentró en territorios inexplorados. Según recuerda, «cuando se empieza desde cero, el camino hasta la meta siempre resulta más largo de lo esperado. Por ejemplo, medir cuantitativamente el radical HO2 se complicó más de la cuenta. Tampoco fue tan sencillo como creíamos extraer los parámetros de ignición a partir de los experimentos con un microrreactor de flujo». Una estela de hitos mundiales En conjunto, 2G-CSAFE ha demostrado que lo más determinante es dar con la mezcla precisa de combustible. Está demostrado que la quema de biocombustibles resulta, en algunos casos, más peligrosa que la de combustibles convencionales. Así lo resumió el Dr. Dagaut: «En función de la estructura del biocombustible, puede haber menos contaminantes en forma de hidrocarburos aromáticos policíclicos, por ejemplo con alcoholes y ésteres, o más que en los combustibles convencionales, como es el caso del 2,5-dimetilfurano». La investigación también ha demostrado la importancia de ciertas reacciones típicas, como la eliminación molecular en el caso de los combustibles oxigenados, reacciones que a veces se pasan por alto en los hidrocarburos. El equipo del proyecto ha creado varias herramientas prácticas y metodologías, y buena parte de ellas no tienen precedentes en el mundo. Por ejemplo, se han obtenido las primeras mediciones cuantitativas de radicales HO2 durante la oxidación de los combustibles empleando un montaje de espectroscopia CRDS («cavity ring-down spectroscopy») con cono de muestreo y reactor JSR, lo cual supone todo un logro dada la importancia de este radical para la ignición. Con un microrreactor de flujo, el equipo del proyecto consiguió también medir la frecuencia del parámetro de llama FREI («Flames with Repetitive Extinction and Ignition») y observar llamas débiles oscilantes, un comportamiento que se había previsto pero nunca observado, hasta ahora. Estos fenómenos podrían tener implicaciones importantes para el uso de microcámaras de combustión como alternativas viables a las baterías. Actualmente, el equipo sigue trabajando en la validación de los modelos de combustión relativos a los biocombustibles de mayor complejidad. También estudia la ignición asistida por plasma y el control de la combustión, tras haber descubierto que en los motores HCCI (carga homogénea y encendido por compresión) existen grandes posibilidades de incrementar la eficiencia si se añaden cantidades pequeñas de especies activas, por separado y mezcladas (NO, NO2, O3).
Palabras clave
2G-CSAFE, biocombustibles, combustión, oxidación, ignición, combustibles, carbono orgánico, motores, aeronáutica, automóviles, contaminantes, modelos cinéticos, hidrocarburos, asistido por plasma
