Tecnologías para tratamiento de plásticos de mezcla

Gasificación

Gasificador de biomasa

La gasificación es un proceso termoquímico que convierte materias orgánicas sólidas (biomasa, carbón, residuos) en un en un gas combustible conocido como gas de síntesis (syngas) Este proceso ocurre a altas temperaturas y con un suministro controlado de un agente gasificante, que puede ser aire, oxígeno o vapor de agua. 

Agentes gasificantes y calidad del syngas
Aire	Este gas es suficiente para quemar en motores o calderas, pero pobre para síntesis química. Con aire se suele usar un exceso reducido (20–40% del O₂ teórico) para controlar la temperatura y la dilución.
Oxígeno puro (O₂)	Al usar O₂ (o aire con alto % de O₂), se evita la dilución por N₂. Con los agentes O₂ y H₂O mejoran el rendimiento global y se emplean cuando se busca syngas rico en hidrógeno para producción de metanol o combustibles sintéticos.
Vapor de agua	Al inyectar vapor se favorece la generación de H₂ (reacción de desplazamiento CO + H₂O → CO₂ + H₂) y se enfría ligeramente el proceso (reacción endotérmica). El syngas tiene más H₂ y menos metano.
Hidrógeno (H₂)	Gasificar con H₂ aportaría energía al syngas y produciría un gas muy rico en metano e hidrocarburos ligeros. Sin embargo, al ser el H₂ mismo un combustible valioso, en la práctica rara vez se emplea.
Dióxido de carbono (CO₂)	Aunque menos común, el CO₂ actúa como gasificante a través de la reacción C + CO₂ → 2CO. Esto es útil en procesos de captura y aprovechamiento de CO₂ y en gasificación oxigénica. El CO₂ incrementa levemente el CO final, pero requiere más calor.

Etapas del proceso de gasificación

El proceso de gasificación transcurre en cuatro etapas principales, que a menudo se solapan:

• Secado: La biomasa se calienta hasta 100-150 °C para evaporar la humedad superficial. Todo el agua libre debe eliminarse antes de proseguir. Ya que si la humedad supera el 20-30%, reduce la eficiencia del proceso.

• Pirólisis: A 200–500 °C y prácticamente sin oxígeno la biomasa se descompone térmicamente. Se liberan volátiles y se forma carbón vegetal (char), además de vapores y líquidos de alquitrán.

• Oxidación: Al aumentar aún más la temperatura, se introduce oxígeno en la zona de combustión. El char se oxida casi completamente produciendo CO₂ (y algo de CO). Esta combustión parcial provee el calor necesario para mantener todo el proceso. Simultáneamente, las moléculas pesadas de alquitrán que viajan con el gas atraviesan esta zona caliente, donde craquean (se descomponen) en gases más ligeros.

• Reducción (gasificación propiamente dicha): En la zona final, el carbono del char remanente reacciona con los gases de combustión (CO₂ y vapor de agua) produciendo CO y H₂ según las reacciones: C + CO₂ → 2CO; C + H₂O → CO + H₂. Estas reacciones endotérmicas generan el syngas combustible. Tanto el CO como el H₂ son los componentes de mayor poder calorífico del gas final. En resumen, la reacción con O₂ genera calor (oxidación), y luego el carbono absorbe ese calor reduciendo CO₂ y H₂O a CO/H₂.

Proceso de gasificación

Tecnologías principales

Existen varios tipos de gasificadores, tales como:

• Lecho fijo (móvil): Se dispone la biomasa en un lecho estático. Los más comunes son updraft y downdraft. En un gasificador updraft (flujo ascendente) el agente oxidante entra por abajo y el gas caliente sube contracorriente al combustible. Esto produce un gas con alto contenido de tar. En contraste, en un gasificador downdraft (flujo descendente) la biomasa y el gas fluyen en la misma dirección; el aire se inyecta cerca de la parte media y el gas resultante atraviesa la zona caliente, craqueando el tar. El downdraft genera un gas con bajo contenido de alquitrán, adecuado para motores de combustión interna, pero no escala bien a grandes potencias (dificultades de uniformidad térmica).

  

  Tecnología de lecho fijo

  
  
• Lecho fluidizado: El combustible sólido se mantiene en suspensión mediante un flujo ascendente de gas (aire, O₂, vapor, CO₂ o mezcla). Hay variantes burbujeante y circulante. En un lecho fluidizado burbujeante, las partículas de biomasa se mezclan bien con el material del lecho a 800–1.000 °C. Esto uniformiza la temperatura y permite procesar combustibles heterogéneos (madera, residuos agrícolas, etc.) Sin embargo, suele generar gas con más tar y arrastra partículas sólidas (requiere ciclones). Los lechos circulantes añaden corrientes adicionales para retornar las partículas de carbón al reactor, mejorando la conversión pero complicando el diseño.

  

  Tecnología de lecho fluidizado

  
  

Ventajas ambientales de la gasificación
Reducción de GEI	Al utilizar biomasa (carbono-renovable) en lugar de combustibles fósiles, las emisiones netas de CO₂ son bajas. La combustión del syngas sólo libera el CO₂ originalmente absorbido por la biomasa en su crecimiento, obteniéndose por tanto una huella de carbono neta reducida. Además, al diversificar la matriz energética (incorporando energías renovables como la biomasa) se reduce la dependencia de los recursos fósiles.
Aprovechamiento de residuos	La gasificación puede convertir residuos orgánicos (residuos municipales, agrícolas o industriales no reciclables) en recursos útiles. Esto evita que dichos residuos terminen en vertederos, ahorrando espacio y evitando emisiones de metano por descomposición anaerobia. Por otro lado, residuos complejos (plásticos no reciclables, residuos de poda, lodos, etc.) pueden gasificarse para producir energía renovable y productos químicos, integrando este proceso en una economía circular de baja huella de carbono.
Sustitución de combustibles fósiles	El syngas puede usarse en lugar de gas natural, carbón o petrodiesel en muchos usos. Por ejemplo, el vapor o electricidad producidos a partir de syngas desplazará al gas natural en la industria. La síntesis de combustibles (metanol, diésel sintético) a partir de gasificación reduce la necesidad de petróleo crudo. Todo esto contribuye a una matriz energética más limpia y baja en carbono.
Menores emisiones locales	En comparación con la incineración o combustión directa, los procesos de gasificación (especialmente si llevan post-quemador o plasma) emiten menos contaminantes como NOₓ, SO₂, partículas finas y dioxinas/furanos. Por ejemplo, la gasificación por plasma evita la formación de dioxinas/furanos y óxidos de nitrógeno debido a las altísimas temperaturas de reacción, produciendo residuos de escoria inerte.