¿Sabías que los residuos de naranja se pueden convertir en hidrógeno?

Un equipo del departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Sevilla, en España, diseñó un sistema capaz de obtener hidrógeno a partir de biomasa húmeda de naranja y almacenarlo en forma de amoníaco. 

La tecnología propuesta consigue generar electricidad sin emisiones contaminantes y abre nuevas vías para la producción sostenible de combustibles y fertilizantes, informó Fundación Descubre.

El estudio aborda uno de los principales retos del hidrógeno: su transporte. Este gas requiere condiciones muy exigentes para ser trasladado —como temperaturas extremadamente bajas o tanques de muy alta presión—, mientras que el amoníaco puede manejarse con infraestructuras ya existentes, similares a las del gas natural, y transportar en forma líquida a presiones moderadas. 

Se trata de una solución práctica y eficiente para llevar hidrógeno allí donde se necesite, ya sea para generar electricidad o como materia prima en procesos industriales. 

Características de la investigación 

De acuerdo a lo reportado, el simulador consiste en un software Aspen Plus, el cual plantea un sistema energéticamente autosuficiente en operación estable y continua gracias a la integración energética realizada. 

Parte del gas generado se quema en un horno para proporcionar el calor necesario al proceso, mientras que el sobrante se aprovecha mediante ciclos de turbinas de vapor para generar electricidad. También se obtiene energía en la expansión del gas de síntesis hasta 30 atmósferas. Además, el exceso de energía eléctrica puede conectarse a la red o el calor residual destinarse a abastecer las oficinas anexas.

En el estudio, titulado ‘Hydrogen production and storage as ammonia by supercritical water gasification of biomass’ publicado en la revista Energy Conversion and Management, los investigadores explicaron que el sistema opera a temperaturas superiores a los 374°C y presiones por encima de 221 atmósferas, condiciones en las que el agua alcanza un estado supercrítico. 

Las propiedades especiales de este estado favorecen la descomposición de los compuestos orgánicos como la biomasa de naranja.

Al respecto, el investigador Francisco Javier Gutiérrez comentó: "El agua pasa a un cuarto estado de la materia, denominado supercrítico, que combina propiedades de líquidos y gases, estados de los que evoluciona y a los que se conecta”. 

Añadió que las propiedades especiales de este estado favorecen la descomposición y transformación de los compuestos orgánicos, en este caso, la biomasa de la naranja. A partir de esta reacción se obtiene un gas rico en hidrógeno, que se purifica y transforma en amoníaco al combinarlo con nitrógeno mediante un proceso Haber-Bosch, reacción química utilizada habitualmente para fabricar productos como fertilizantes.

Los investigadores subrayan que esta conversión permite almacenar y transportar hidrógeno de manera más segura y económica

“Una vez transformado en amoníaco, puede usarse más adelante para generar electricidad o como materia prima en procesos industriales que requieran hidrógeno, como los hidrotratamientos o biotratamientos en biorefinerías”, detalló Gutiérrez.

Planta industrial alimentada, entre otros residuos, con biomasa de naranja.

Producción de energía

Según los datos del estudio, con unas 10 toneladas por hora de biomasa húmeda —el equivalente a llenar un camión de carga grande con restos orgánicos como cáscaras de fruta—, el sistema produce cada hora unos 745 kilos de amoníaco. En ese compuesto se “guarda” el hidrógeno, equivalente a unos 132 kilos por hora, con un contenido energético similar al de 28 bombonas de butano de 12 kilos.

Además, el sistema captura unas tres toneladas de dióxido de carbono (CO₂) por hora, lo que equivale a las emisiones de unos 200 coches de gasolina circulando a 100 km/h durante ese mismo tiempo. Ese CO₂ puede almacenarse de forma segura o aprovecharse en otros procesos industriales.

Al mismo tiempo, la planta genera 1,8 megavatios de electricidad neta, suficientes para abastecer unos 5.000 hogares, con una eficiencia energética global de hasta el 40%.

Los investigadores calcularon que la planta debe procesar unas 100 toneladas de cáscara de naranja por hora para que el sistema sea económicamente rentable.

Las simulaciones fueron validadas con datos experimentales de otros trabajos previos, y el equipo destacó que el diseño contempla condiciones industriales reales. A pesar de las altas exigencias técnicas del proceso, como reactores y tuberías de muy alta presión, defienden su viabilidad técnica.

Próximos pasos

El siguiente objetivo es analizar de manera más exhaustiva la viabilidad económica y evaluar el impacto ambiental del sistema mediante un análisis de ciclo de vida completo. “Sería oportuno realizar ensayos experimentales propios para validar la simulación, más allá de los resultados utilizados en este estudio, que fueron obtenidos por otros investigadores”, señaló Francisco Javier Gutiérrez.

El equipo también plantea la posibilidad de aplicar esta tecnología a otros residuos orgánicos húmedos, como lodos urbanos o subproductos agroindustriales. 

Este trabajo ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y con fondos propios de la Universidad de Sevilla.

*Fotografías Fundación Descubre.

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