Análisis de sistemas energéticos basados en gasificación de biomasa

Abstract

Los precios de la energía han sufrido un incremento continuo debido a la disminución de las reservas de combustibles fósiles y a la creciente demanda de energía. Esta situación, unida a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, ha derivado en un creciente interés por el desarrollo de tecnologías económicas y limpias en el sector energético. En particular, la gasificación de biomasa se considera una tecnología muy prometedora, ya que se obtiene un gas combustible que puede ser empleado en una amplia variedad de aplicaciones energéticas, entre las que cabe destacar la producción de electricidad, hidrógeno o combustibles sintéticos. El objetivo de esta tesis es la evaluación de este tipo de sistemas energéticos. Concretamente se han seleccionado tres: producción de electricidad mediante gasificación de biomasa integrada en ciclo combinado, producción de hidrógeno y coproducción de biocombustibles sintéticos y electricidad mediante el proceso Fischer-Tropsch. Para todos los casos de estudio, el gasificador empleado es un gasificador indirecto de char y la biomasa lignocelulósica empleada es chopo (cultivo energético de rotación corta). El análisis de los sistemas se fundamenta en la simulación, con Aspen Plus®, del proceso de gasificación de biomasa y, a partir de ésta, de los tres sistemas energéticos. Los datos obtenidos se utilizan como base para analizar los sistemas desde un punto de vista técnico, ambiental y económico, utilizando para ello herramientas de análisis exergético, del ciclo de vida y económico, respectivamente. En general, en el análisis exergético se ha encontrado que la mayor parte de la destrucción exergética se produce en la sección de gasificación debido principalmente a las irreversibilidades asociadas a las reacciones químicas que se dan en el gasificador. Las secciones de generación de electricidad también presentan contribuciones significativas. En el análisis exergético global, los sistemas de producción de hidrógeno y de electricidad presentan las eficiencias exergéticas más elevadas (35,5 % y 31,5 %, respectivamente). El proceso de coproducción de combustibles sintéticos y electricidad presenta una eficiencia bastante inferior (26,1 %). Esto se debe principalmente al mayor número de operaciones involucradas. En el análisis ambiental, se identifica el subsistema de producción y transporte de biomasa como la principal fuente de impacto ambiental. Esto se asocia principalmente a la fase de cultivo y recolección de la biomasa. Por otro lado, este subsistema genera un impacto favorable en la categoría de calentamiento global, debido a la fijación de CO2 durante el crecimiento de la biomasa, obteniéndose porcentajes de reducción de gases de efecto invernadero con respecto a las tecnologías convencionales superiores al 65 %. De hecho, los procesos de producción de electricidad y de producción de hidrógeno presentan porcentajes de reducción de aproximadamente el 95 %. Mediante el análisis económico, se obtiene que los costes de producción de cada uno de los productos obtenidos (electricidad, hidrógeno y combustibles sintéticos) no son competitivos con los asociados a los mismos productos obtenidos mediante tecnologías actuales. De hecho, se obtienen unos incrementos en los costes de producción que van desde el 33 % (producción de electricidad) hasta el 58 % (producción de hidrógeno). Sin embargo, teniendo en cuenta que son procesos en fase de desarrollo y que dichos costes presentan el mismo orden de magnitud que los convencionales, se puede sugerir que son tecnologías prometedoras. Finalmente, en base a la comparación de los tres sistemas energéticos basados en gasificación de biomasa, el sistema con mayor viabilidad es el proceso de producción de electricidad mediante gasificación integrada en ciclo combinado. Sin embargo, no se puede elegir un único proceso como la mejor opción. Esta elección estará directamente relacionada con las necesidades energéticas futuras.