Investigadores desarrollan proceso que convierte residuos de caña en hidrógeno verde y combustible para transporte

Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una tecnología innovadora que convierte residuos de caña de azúcar en hidrógeno verde de alta pureza y combustibles para el transporte, utilizando un proceso de gasificación química de bucle mejorada por sorción (SECLG). El estudio, publicado en la revista Renewable Energy, demuestra que es posible obtener hidrógeno con una concentración molar igual o superior al 68% utilizando bagazo como materia prima.

La tecnología SECLG combina transportadores de oxígeno como óxido de níquel (NiO) y óxido férrico (Fe₂O₃) con óxido de calcio (CaO) como material absorbente para lograr una producción eficiente de hidrógeno con captura inherente de CO₂. El proceso opera a temperaturas relativamente bajas de 600°C y presiones de 5 bar, lo que reduce significativamente los costos energéticos comparado con métodos convencionales.

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Los investigadores, liderados por Lebohang Gerald Motsoeneng de la Universidad de Johannesburgo, evaluaron el rendimiento comparativo de dos transportadores de oxígeno de alto rendimiento. Los resultados muestran que el NiO es más eficiente para producir gas de síntesis rico en hidrógeno con mayor secuestro de CO₂, mientras que el Fe₂O₃ es superior para generar mezclas de gas con elevados potenciales de combustibilidad.

Una de las características más destacadas del proceso es su capacidad para limitar las emisiones de CO₂ a menos del 10% del gas de producción, una reducción significativa comparada con los sistemas de gasificación convencionales. Esto se logra mediante la captura in situ de carbono durante el proceso, eliminando la necesidad de tecnologías adicionales de limpieza y purificación posteriores.

El estudio utilizó modelos termodinámicos desarrollados en el software Aspen Plus para simular el proceso completo, desde la gasificación del bagazo hasta la síntesis Fischer-Tropsch para producir combustibles líquidos para el transporte. Los investigadores encontraron que el rendimiento total de alquitrán en el gas de síntesis se mantiene en niveles extremadamente bajos de 2 × 10⁻⁵ gramos por kilogramo de bagazo seco.

La tecnología también demuestra versatilidad en la producción de combustibles sintéticos. Mediante una fase de desplazamiento inverso del gas de agua, el proceso puede ajustar la relación hidrógeno/monóxido de carbono para optimizar la producción de combustibles Fischer-Tropsch, ofreciendo una alternativa sostenible a los combustibles fósiles para el sector del transporte.

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Los materiales empleados en el proceso son abundantes y económicamente viables. El óxido de calcio utilizado como absorbente es ampliamente disponible, mientras que los transportadores de oxígeno pueden regenerarse completamente a temperaturas de 700°C, permitiendo su reutilización en múltiples ciclos sin degradación significativa del rendimiento.

Esta innovación representa un avance significativo hacia la economía circular en el sector agroindustrial, donde los residuos de la producción de azúcar pueden convertirse en combustibles limpios y hidrógeno verde. El proceso no solo aborda el problema de gestión de residuos agrícolas, sino que también contribuye a la descarbonización del sector energético.

Los investigadores señalan que el proceso podría escalarse industrialmente para contribuir a los objetivos de neutralidad de carbono para 2040. La tecnología SECLG ofrece eficiencias termodinámicas mejoradas comparadas con métodos tradicionales como el reformado de vapor de metano, al tiempo que utiliza materias primas renovables en lugar de combustibles fósiles.

El estudio también evaluó los efectos de diferentes parámetros operativos, incluyendo temperatura, presión y relaciones de equivalencia, para optimizar tanto la producción de hidrógeno como el secuestro de carbono. Los resultados indican que temperaturas de operación entre 600-800°C son óptimas para maximizar la captura de CO₂ y la producción de hidrógeno de alta pureza.

Esta investigación abre nuevas posibilidades para la producción descentralizada de hidrógeno verde en regiones con abundantes residuos agrícolas, particularmente en países productores de caña de azúcar como Brasil, India y varios países africanos. La tecnología podría transformar industrias locales mientras contribuye a la transición energética global hacia fuentes más sostenibles.