Combinación de biomasa e hidrógeno en pos de una energía verde fiable
Las fuentes de energía renovable, como la energía eólica y solar, son alternativas limpias, pero su carácter intermitente impide una sustitución completa de los combustibles fósiles. El equilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad exige sistemas de almacenamiento de energía y capacidad de generación de respuesta rápida, una función que recae habitualmente en centrales de gas natural. «Las turbinas de gas son fundamentales para garantizar el suministro fiable de electricidad y calor. En el contexto de la transición europea hacia fuentes de energía más limpias, estas turbinas requieren adaptación a nuevos combustibles, como biogás e hidrógeno renovable», comenta Susanne Paulrud, coordinadora del proyecto Bio-FlexGen(se abrirá en una nueva ventana). Con el objetivo de responder a esta necesidad, Bio-FlexGen se centró en los avances hacia las centrales de cogeneración renovables (CHP) que emplean biomasa sólida para generar calor y electricidad. El equipo del proyecto desarrolló componentes básicos para la tecnología ciclo termodinámico superior de biomasa(se abrirá en una nueva ventana) (Biomass Top Cycle o BTC en inglés), un sistema más eficiente y avanzado en el que la biomasa se calienta primero a presión para generar gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y otros gases. La biomasa se quema para accionar la turbina de gas (ciclo superior), y los gases de escape calientes se emplean para accionar la turbina de vapor (ciclo inferior). Los parámetros de operación de la central pueden ajustarse para maximizar la producción de calor, electricidad o hidrógeno, según las necesidades de generación. «Nuestra tecnología equilibra el suministro de energía tanto a corto como a largo plazo, adaptándose a las variaciones diarias o estacionales de la demanda», agrega Paulrud, investigador principal en el Instituto Sueco de Investigación RISE(se abrirá en una nueva ventana).
Nuevas estrategias para la energía verde
La clave del éxito del proyecto fue el diseño del gasificador flexible de Bio-FlexGen, combinado con un quemador de turbina multicombustible. Un lecho fluidizado híbrido(se abrirá en una nueva ventana) permitió descomponer las partículas de biomasa y aumentar la eficiencia de las reacciones químicas, lo que redujo subproductos como el alquitrán. Un quemador de turbina de gas especialmente diseñado permite alternar de manera segura y eficiente entre la combustión de gas de síntesis e hidrógeno. Las pruebas a escala piloto confirmaron el funcionamiento estable y fiable del lecho fluidizado híbrido. «En las centrales de cogeneración de biomasa convencionales con ciclo de vapor, centradas principalmente en la generación de calor, la producción eléctrica representa típicamente solo el 25-30 % de la energía obtenida por unidad de biomasa. Nuestro diseño no solo eleva este valor a más del 50 %, lo que reduce costes y emisiones, sino que la central también puede adaptarse de manera flexible a las variaciones en la demanda energética», explica Paulrud. En invierno, cuando la demanda de calefacción es mayor y la disponibilidad de energía eólica y solar es menor, la central de BTC puede suministrar electricidad y calor a partir de biomasa. Durante los periodos estivales de menor demanda, convierte el excedente de energía en hidrógeno. Las turbinas de gas integradas también pueden incrementar rápidamente la generación eléctrica, proporcionando una alternativa más limpia a los sistemas de respaldo convencionales que emplean combustibles fósiles.
Apto para sistemas energéticos reales
Se llevó a cabo una modelización del sistema energético para evaluar la viabilidad económica de la solución, aplicando el concepto BTC a dos casos de estudio: un sistema de calefacción urbana en Suecia y dos plantas industriales en España (una química y otra cementera). «En Suecia, aunque nuestra tecnología aumentaría la producción de electricidad renovable y dotaría al sistema energético de mayor flexibilidad, los costes de inversión constituyen un obstáculo bajo las condiciones actuales del mercado. Mientras que en España, el concepto de BTC mejoró la rentabilidad y redujo las emisiones de dióxido de carbono en todos los escenarios. Esta tecnología es especialmente adecuada para los usuarios industriales con una demanda de calor constante», observa Paulrud.
Descarbonización y crecimiento de la bioeconomía
La sustitución de los combustibles fósiles por biomasa renovable e hidrógeno contribuirá a que Europa cumpla sus objetivos climáticos. «Los beneficios técnicos se traducen en un aire más limpio para la ciudadanía, así como en un suministro de calor y electricidad más estable y potencialmente más económico, al tiempo que se generan nuevos empleos verdes, sobre todo en zonas rurales e industriales», concluye Paulrud. En la actualidad, el equipo trabaja en llevar estos conceptos a aplicaciones a gran escala dentro del creciente mercado de bioenergía de la Unión Europea.
