Fabricar carbón a partir de desperdicios de alimentos, recortes de jardín y aguas residuales

Los residuos de alimentos, los recortes de jardín, el estiércol e incluso las aguas residuales humanas pueden convertirse en biocarbón sólido para generar energía.

Basura orgánica
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Los residuos de alimentos, los recortes de jardín, el estiércol e incluso las aguas residuales humanas pueden convertirse en biocarbón sólido para generar energía. Si se amplían, podrían ayudar a ajustar la demanda industrial de carbono y la necesidad de deshacernos de los residuos orgánicos así como a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Europa tiene un problema de biorresiduos. En lugar de utilizar material rico en carbono como combustible, millones de toneladas de residuos orgánicos son arrojados a los vertederos, donde se descomponen y emiten gases de efecto invernadero.

Al mismo tiempo, la Unión Europea importa millones de toneladas de carbón para uso industrial y generación de energía. Se trata de una materia prima que está sujeta a cadenas de suministro vulnerables y que se suma a las emisiones de carbono, de las que Europa pretende disminuir su dependencia.

Los esfuerzos por compensar esos desequilibrios podrían encontrar una solución en el biocarbón, un producto básico neutro en cuanto a la emisión de carbono, elaborado a partir de residuos orgánicos, que puede utilizarse como fuente de energía, como materia prima industrial o incluso como una forma de almacenar carbono, en lugar de emitirlo a la atmósfera.

“La tecnología del biocarbón puede desempeñar un papel importante en el mercado. En primer lugar porque recuperamos un material de alto valor, en segundo lugar porque es rápido, y en tercer lugar porque puede evitar las emisiones de CO2", dijo Marisa Hernández Latorre, fundadora y directora ejecutiva de la empresa de tecnología sostenible Ingelia, con sede en Valencia, España.

Para fabricar este sustituto del carbón se puede emplear un proceso conocido como carbonización hidrotermal (HTC), que utiliza agua sobrecalentada bajo presión para producir biocarbón en pocas horas. En la naturaleza la formación geológica de carbón fósil tarda millones de años.

“Es realmente un proceso muy simple y estable porque actúa como una aceleración de la formación natural del carbón", dijo Hernández Latorre.

Ingelia ha desarrollado un proceso HTC propio para tres plantas de biocarbón en España, Reino Unido y Bélgica, con una capacidad total de 8.000 toneladas de biocarbón por año. Varias más están a la espera de la aprobación regulatoria y deberían duplicar su capacidad en los próximos años.

“El biocarbón de HTC no solo evita el uso de hulla en los procesos industriales, sino también la emisión de metano de los vertederos", dijo Hernández Latorre, añadiendo que la tecnología puede recuperar hasta el 95% del carbono de los residuos orgánicos.

El metano es un gas de efecto invernadero aún más potente que el dióxido de carbono y una fuente notable de este son los vertederos. Europa abandona cada año millones de toneladas de desechos biológicos en los vertederos, e incluso en los lugares donde hay sistemas de captura de metano, una parte sustancial del gas puede escapar.

Olla a presión

Se han desarrollado varios métodos diferentes de HTC, pero el proceso generalmente funciona de acuerdo a la línea de una olla a presión, aunque los ingredientes van desde residuos del procesamiento de alimentos o bebidas, desechos agrícolas, descartes de la industria forestal como astillas y serrín, hasta mazorcas de maíz y aguas residuales.

Los residuos biológicos se introducen en un dispositivo conocido como reactor, a temperaturas de 180°C-250°C bajo una presión del orden de 2 megapascales (MPa) o 20 atmósferas. Esto significa que el agua del sistema se sobrecalienta, en lugar de convertirse en vapor.

El reactor convierte los sólidos de la materia orgánica en biocarbón duro (también conocido como hidrocarbón), mientras que los líquidos pueden recogerse por separado y utilizarse como bio-fertilizante. Los gases que se desprenden son capturados y utilizados para alimentar el sistema.

El biocarbón tiene características similares, independientemente de los residuos biológicos utilizados, aunque las diferentes materias primas influyen en la calidad determinando el contenido de cenizas. Las condiciones en el reactor destruyen los patógenos y los productos resultantes son estériles. La lechada de carbón también puede procesarse para eliminar piedras o fragmentos de vidrio o metal, antes de ser comprimida en briquetas o pellets.

El proceso básico de HTC de Ingelia puede utilizar los residuos alimenticios, por ejemplo, para producir biocarbón similar al carbón marrón fósil, que comprende alrededor del 60% de carbono. Este hidrocarbón puede entonces pasar por pasos adicionales para hacer biocarbón "de diseño" de mayor valor, eliminando las cenizas y los volátiles para asegurar un contenido de carbono de hasta el 90%, capaz de competir con la hulla de primera calidad.

“Podemos utilizar el procesamiento posterior para adaptar el producto final, para recuperar del biomaterial exactamente lo que se necesita para los procesos industriales en una economía circular", dijo Hernández Latorre.

Gases de efecto invernadero

Hernández Latorre dice que la investigación interna de Ingelia muestra que por tonelada de biocarbón HTC producido, se evitan entre 6,5 y 8,3 toneladas de CO2, en comparación con una operación de vertedero con o sin un sistema de recuperación de metano.

Hernández Latorre opina que el biocarbón puede tener un valor de mercado de 170 euros por tonelada para el hidrocarbón más básico y más de 400 euros por tonelada para el biocarbón de primera calidad con el mayor contenido de carbono, dependiendo del uso que se la vaya a dar.

Ingelia ha combinado los resultados de varios proyectos de investigación en su proceso de HTC y está dirigiendo su tecnología a las industrias que dependen del carbón, al procesamiento de aguas residuales, que tiene que tratar con residuos orgánicos, y a los productores de energía que están pasando de la generación de energía a partir del carbón a las energías renovables.

Con la caída de los precios del carbón y la demanda en la desaceleración económica causada por la pandemia de la COVID-19, puede pasar tiempo para que el biocarbón desplace a los combustibles fósiles en la industria en todo el mundo. Sin embargo, ofrece una solución para los que están obligados a tratar los residuos orgánicos y a cumplir el plan de la Unión Europea de ser neutral en cuanto al carbono para 2050.

Hernández Latorre, que el 12 de junio fue nombrada Campeona de la Misión de Innovación de la UE por su labor en la investigación sobre energías limpias, considera que ésta desempeñará un papel cada vez más importante en los próximos 10 ó 15 años.

“El mercado está realmente preparado para aceptar o implementar nuevas tecnologías, lo único que necesita es que estén suficientemente desarrolladas a escala", añadió.

Las industrias necesitan suficiente disponibilidad de biocarbón en el mercado para planificar con antelación la sustitución de los combustibles fósiles. Y los inversores quieren estar seguros de que tendrán suficientes desechos biológicos para procesar (y el compromiso de los usuarios de usar sus productos) antes de invertir en sofisticadas unidades HTC que podrían costar cientos de miles o incluso millones de euros.

Tecnología poco sofisticada

Estos costos de establecimiento son prohibitivos en muchos países en desarrollo, aunque los desechos biológicos plantean un problema en todo el mundo.

Sin embargo, una versión de bajo coste y baja tecnología que utilice las heces humanas para hacer biocarbón y fertilizante podría aportar un doble beneficio a los lugares donde la gente carece de instalaciones sanitarias, dijo el investigador surcoreano Dr. Jae Wook Chung.

Chung ve potencial tanto para generar ingresos para las comunidades como para abordar sus problemas ambientales y de salud causados por los excrementos sin tratar, citando las estimaciones de la OMS de que 673 millones de personas tienen que defecar al aire libre (en la calle, detrás de los arbustos o en aguas abiertas).

Las investigaciones han demostrado que los reactores HTC pueden fabricarse por menos de 20 000 euros, pero el Dr. Chung se propone utilizar un proyecto denominado FEET para desarrollar un modelo aún más simple y más barato que pueda utilizarse en comunidades pobres y de alta densidad, como el barrio de tugurios de Kibera en Nairobi, la capital de Kenya.

Prevé un sistema del tamaño de un barril de petróleo, fabricado con tubos de acero inoxidable, disponible como suministro para la construcción en muchos países en desarrollo. Y quiere monitorear la temperatura y la presión desde el exterior del reactor, evitando sondas costosas.

El Dr. Chung también se centrará en las formas de garantizar un suministro sostenible de residuos para su procesamiento (tal vez a través del vaciado organizado de letrinas de pozo o lavabos portátiles) y demostrar los beneficios económicos del biocarbón y el fertilizante líquido.

Considera que hacer que un sistema de saneamiento sea rentable para la comunidad es la clave para hacerlo sostenible, y para proporcionar inodoros en las regiones que actualmente carecen de ellos.

“El beneficio económico también ayudaría a aquellos que tienen una barrera cultural para usar los inodoros convencionales a alejarse de la defecación al aire libre", dijo.

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