Catalizadores para mejorar la producción de biocarburantes
El proyecto financiado con fondos europeos FASTCARD utilizó dos rutas distintas para cumplir los compromisos europeos en cuanto a producción de biocarburantes avanzados. La primera implicaba la «licuefacción» de la biomasa y es la que compite más de cerca desde un punto de vista económico con los combustibles fósiles, mientras que la segunda empleó la gasificación de la biomasa, que puede suponer un reto económico a corto plazo. «La iniciativa integró estudios teóricos fundamentales e ideas desarrolladas a escala molecular con modelos y actividades experimentales llevadas a cabo a escala piloto», explica el coordinador de proyecto, el doctor Duncan Akporiaye. La investigación permitió la aplicación a corto y largo plazo de la producción de biocarburantes avanzados basada en la industrialización rápida y de reducción de riesgos de los procesos nanocatalíticos a través de cadenas de valor de biomasa líquida y gaseosa. El consorcio lo combinó con la microcinética y la modelización de la etapa del diseño de los procesos para comprender mejor los mecanismos y los aspectos económicos subyacentes a estos procesos. «Estos modelos ayudarán a identificar catalizadores prometedores de próxima generación, así como a pasar del laboratorio a escala industrial», explica el doctor Akporiaye. Mejor rendimiento Los investigadores desarrollaron un «diseño racional» novedoso para los nanocatalizadores basado en modelos matemáticos y físicos escalables. Esto se empleó para predecir el rendimiento de las materias primas biológicas con el fin de mejorar el control. Además, crearon unas metodologías para reducir la escala que son intuitivas e industrialmente relevantes para evaluar el impacto de las distintas materias primas biológicas en el rendimiento del catalizador. Según el doctor Akporiaye: «Los modelos microcinéticos pueden aplicarse a las cuatro etapas principales de las dos rutas para la producción de carburantes avanzados». Los socios del proyecto abordaron las principales dificultades que repercuten en la eficiencia y la aplicación de las cuatro etapas catalíticas clave de los procesos de base biológica. Estos incluían la mejora de la selectividad y la estabilidad en el hidrotratamiento (HT) y el aumento del contenido de bioaceites en el craqueo catalítico en lecho cofluidizado (co-FCC, por sus siglas en inglés), ambos parte de la cadena de valor de la biomasa líquida. El uso del HT ayudó a desarrollar una nueva generación de catalizadores para producir una coalimentación de las unidades de FCC existentes, con lo que se minimizaba el nivel general de tratamiento. Las dificultades incluían el rendimiento del catalizador a la hora de reducir el consumo de hidrógeno, la presión y la temperatura para mejorar la duración e incrementar la selectividad relacionada con la eliminación de oxígeno. La etapa del co-FCC logró coprocesar materias primas biológicas y destilados de petróleo crudo en unidades de FCC, presentando un rendimiento similar o mejor que un catalizador FCC de última generación mediante la maximización del contenido de la mezcla de alimentación. El nuevo catalizador debería cumplir las especificaciones de estabilidad hidrotérmica y reducir el uso de recursos estratégicos como las tierras raras y los metales preciosos como mínimo un 20 %. Menor riesgo Los científicos también seleccionaron y probaron catalizadores para el reformado de hidrocarburos (HC) en condiciones reales para producir gas sintético a partir de biomasa e investigaron el efecto del níquel o el paladio con el hierro en propiedades catalíticas. Además, se utilizó el proceso de Fischer-Tropsch tolerante al dióxido de carbono para desarrollar catalizadores nuevos destinados a pequeñas plantas deslocalizadas de transformación de biomasa en combustibles líquidos con una producción de 500-3 000 barriles al día, que mejoraron la selectividad hacia HC C5+ y la estabilidad al funcionar a temperaturas más elevadas en condiciones fluctuantes de gases sintéticos. Esto resultó en un incremento de la productividad, en unos mayores ahorros energéticos y en un menor gasto de capital. FASTCARD propicia una mejor comprensión del proceso a escala experimental de las dos rutas para obtener biocombustibles avanzados. «El proyecto ayudará a las empresas participantes a traducir los resultados experimentales realizados anteriormente en el laboratorio a escala experimental, reduciendo de ese modo los riesgos e incertidumbres relacionados con la decisión de seguir adelante con la plena comercialización», destaca el doctor Akporiaye.
Palabras clave
FASTCARD, catalizador, biomasa, biocarburante, escala piloto
