Aun que la electricidad y la pila de combustible son las dos soluciones de las que más se habla a la hora de conseguir vehículos sin emisiones contaminantes o generadoras del llamado 'efecto invernadero', son numerosas las investigaciones en marca que intentan conseguir -y lo logran- biocombustibles y combustibles sintéticos neutros en emisiones de carbono.
El secreto reside en los combustibles sintéticos o neutros en carbono, cuyo proceso de fabricación captura CO2. De esta manera, este gas de efecto invernadero se convierte en materia prima, a partir de la cual se puede producir gasolina, diésel y un sustituto del gas natural con la ayuda de electricidad procedente de fuentes de energía renovable.
Un ejemplo es el trabajo realizado en la UPM, que ha conseguido generar metano sintético renovable a partir de hidrógeno y biogás.
Los sistemas 'Power-to-Gas' permiten convertir excedentes de electricidad renovable en gases como el hidrógeno o metano, considerados vectores esenciales en la transición energética por su capacidad de almacenamiento de energía a gran escala y largo plazo que permitirán prescindir de otros procesos mucho más contaminantes como los basados en gas natural que al quemarse liberan un gran volumen de CO2 a la atmósfera.
De ahí que mejorar el diseño, rendimiento y economía de estos sistemas sea uno de los principales retos a los que se enfrenta la comunidad científica. Con este objetivo, un equipo de investigadores de la UPM ha simulado los procesos de metanización basados en un modelo cinético riguroso de la reacción y ha determinado su configuración óptima y viabilidad económica.
El H2 electrolítico y el CO2 pueden transformarse en metano sintético (CH4) que tiene ventajas en cuanto a densidad energética, infraestructura y utilización. Pero hasta ahora, los procesos para lograrlo requerían separar el CO2 de fuentes donde está mezclado con otros gases y de ahí que «la obtención del metano mediante el uso directo de biogás sea una alternativa muy interesante que evita las fuentes de carbono y tratamientos convencionales», explica Fernando Gutiérrez, investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI) y uno de los autores de este trabajo.
La investigación realizada muestra que es posible obtener un gas sintético (SNG) de 'calidad gasoducto' con reactores refrigerados en 1 etapa o lechos adiabáticos en solo 2 etapas, sin ningún procesamiento adicional, gracias al uso directo del biogás (CO2, CH4), la recirculación del efluente y la eliminación de agua a la salida de los reactores. Pero, ¿llegará a ser esto viable desde el punto de vista de la productividad y economía del proceso?
Para averiguarlo, los investigadores de la UPM modelan rigurosamente los procesos de metanización catalítica del biogás y valoran si esta alternativa puede ser adecuada fuera del laboratorio o la simulación. Los factores a tener en cuenta son diversos, explican los investigado-res: «El análisis económico muestra que los costes de producción del gas sintético están dominados por los del biogás y el H2, de forma que son similares para procesos con diferentes reactores y características de la materia prima, por lo que la optimación de la etapa de metanización debe valorarse sobre todo por su factibilidad y rendimiento técnicos, ya que permite evitar con bajo sobrecoste los problemas derivados del uso final del biogás y el hidrógeno», asegura Gutiérrez.
«Aunque el coste final de producción de SNG (0,54–0,58 €/Nm3) sigue siendo elevado en comparación con el gas natural, es muy sensible a los precios del biogás y la electricidad, por lo que si se adoptan medidas adecuadas con relación a estos factores la obtención de SNG a partir de biogás puede ser rentable y contribuir a la reducción de las emisiones», añaden.
El trabajo desarrollado por los investigadores de la UPM, recientemente publicado en la revista `Renewable Energy´, pone de relieve el potencial que la optimización de los reactores químicos plantea de cara a intensificar, simplificar y abaratar el proceso de obtención de metano sintético, el cual permite usar de modo eficaz las infraestructuras gasistas y descarbonizar otros sectores, además de ser una oportunidad en cuanto a capacidad exportadora de energía limpia.
UPM
Bibliografía: F. Gutiérrez-Martín, L.M. Rodríguez-Antón, M. Legrand, Renewable power-to-gas by direct catalytic methanation of biogas, Renewable Energy, Volume 162, 2020, Pages 948-959, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.090. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148120313355)
¿Serán rentables los combustibles sintéticos?
Los motores de combustión neutros en carbono que funcionan con combustibles sintéticos representan un camino muy prometedor a explorar. Además, los combustibles sintéticos se pueden diseñar para ser quemados prácticamente sin hollín. De esta manera, se podría reducir el coste del tratamiento de los gases de escape.
Otra ventaja crucial es que se puede seguir utilizando la red actual de estaciones de servicio. Lo mismo se aplica a la experiencia existente en el motor de combustión. Por otra parte, aunque los coches eléctricos reducirán significativamente su precio en los próximos años, el desarrollo de estos combustibles podría ser rentable. Un estudio de la firma Bosch ha calculado que hasta los 160.000 kilómetros, el coste total de un híbrido que funcione con combustible sintético podría ser menor que el de un coche eléctrico de gran autonomía, dependiendo del tipo de energía renovable utilizada.
«Los combustibles sintéticos pueden hacer que los vehículos de gasolina y diésel sean neutros en carbono y, por lo tanto, que contribuyan significativamente a limitar el calentamiento global», asegura Volkmar Denner, presidente del Consejo de Administración de Robert Bosch GmbH.
Los expertos de Bosch han cifrado, incluso, la contribución que podría aportar, tan sólo, la flota europea de automóviles. Así, para 2050, el uso de combustibles sintéticos empleados como complemento a la electrificación podría ahorrar hasta 2,8 gigatoneladas de CO2 o, lo que es lo mismo, 2.800.000.000.000 de kg. Esto equivale a tres veces las emisiones de dióxido de carbono que Alemania produjo en 2016.
