Calefacción residencial rentable y sostenible con aceite basado en biomasa
Los sistemas de calefacción residencial pueden desempeñar un papel importante para lograr un sistema energético europeo limpio, seguro y eficiente. Sin embargo, la mayoría de los recursos renovables de biomasa son materias sólidas con baja densidad energética. Incluso los sistemas de calefacción residencial más avanzados tienen dificultades para controlar las propiedades irregulares de la biomasa procedente de los residuos agrícolas y forestales. El proyecto Residue2Heat(se abrirá en una nueva ventana) abordó este desafío mediante el uso de biomasa sostenible y rica en cenizas en aplicaciones de calefacción residencial (de 20 kWth hasta 200 kWth) para proporcionar calor sostenible a un precio competitivo. «Nos propusimos sustituir las grandes cantidades de biocarburantes de primera generación y fósiles que se utilizan actualmente por flujos de residuos de biomasa no aptos para la producción de alimentos o piensos y, con ello, reducir el impacto sobre el cambio de utilización del suelo», comenta Herbert Pfeifer, coordinador de proyecto. Los miembros del consorcio convirtieron flujos de residuos de biomasa a través de pirólisis rápida(se abrirá en una nueva ventana), que calienta la materia orgánica sin emplear oxígeno y la convierte en un biocarburante líquido y uniforme de segunda generación llamado bioaceite de pirólisis rápida (FPBO, por sus siglas en inglés). Además, los investigadores adaptaron sistemas de calefacción residencial existentes para el uso de FPBO.
Una tecnología innovadora
El FPBO posee un 70 % del contenido energético de la biomasa y alrededor de la mitad del poder calorífico de un fuelóleo convencional. «El primer reto fue producir el FPBO —a pesar de su amplia variedad de posibles materias primas— con propiedades fisicoquímicas muy normalizadas y una calidad siempre alta. El segundo fue adaptar un sistema de calefacción de condensación muy eficiente para el uso del FPBO, puesto que las propiedades de los FPBO difieren de las de los carburantes convencionales», explica Pfeifer. Los socios del proyecto emplearon una tecnología de pirólisis rápida e innovadora para convertir los residuos de biomasa con un alto contenido de ceniza, como la paja de trigo, los residuos forestales, la corteza, las «miscanthus» y la madera limpia, en biocarburante líquido para la calefacción residencial. Residue2Heat recurrió a la modelización fundamental e investigación experimental para adaptar piezas de los sistemas de calefacción residencial existentes, como los componentes del quemador, para el uso de FPBO. Este quemador de laboratorio se amplió para una cámara de combustión apta para los sistemas de calefacción residencial. «La demostración del uso del FPBO en una calefacción residencial consistió en la combustión estable del FPBO, un funcionamiento prolongado del quemador (superior a 100 horas) y el funcionamiento con arranques y paradas. Además, la unidad funcionó y se controló en el entorno real previsto para alcanzar el nivel de preparación tecnológica 5», señala Pfeifer.
Bajas emisiones
Las propiedades del carburante se adaptaron para la calefacción residencial a lo largo del estudio, lo cual llevó a obtener un FPBO normalizado de alta calidad. Los investigadores probaron la compatibilidad de los componentes típicos empleados en los sistemas de calefacción, como bombas e inyectores, con los FPBO. Pfeifer comenta: «Dado que la información sobre la inyección y la combustión de los FPBO es limitada en la bibliografía científica, ambos procesos se analizaron a nivel básico para respaldar el desarrollo del quemador de laboratorio». Los principales resultados de Residue2Heat fueron el desarrollo de calderas residenciales autónomas de pequeña escala (entre 20 kWth y 60 kWth) alimentadas con FPBO. Otros logros son la producción de FPBO de alta calidad a partir de residuos de biomasa con alto contenido de ceniza, la atomización y la combustión de FPBO, el diseño y la fabricación de componentes modificados de quemadores y un plan de logística para su almacenaje y manipulación. La evaluación de la cadena de sostenibilidad de distintos tipos de FPBO (a base de materias primas) presentó una reducción de las emisiones del 80 % al 94 %, de forma que cumple con los requisitos de reducción de emisiones del 60 % y 70 % de la Directiva sobre fuentes de energía renovables y la Directiva sobre fuentes de energía renovables refundida(se abrirá en una nueva ventana), respectivamente. «Además, las cenizas derivadas del proceso de producción de FPBO podrían proporcionar nutrientes para los ecosistemas de suelos y, por tanto, ser utilizadas para aplicaciones agrícolas», concluye Pfeifer.
