Hidrógeno verde ‘exprimido’ de la cáscara de naranja

A finales del siglo XIX, los químicos alemanes Fritz Haber y Carl Bosch revolucionaron la industria química y la producción de alimentos al conseguir transformar nitrógeno del aire e hidrógeno en amoníaco. En la actualidad, esta sustancia se emplea para la producción de fertilizantes artificiales e incrementa la productividad agrícola. Más de un siglo después, ese mismo compuesto vuelve al centro del debate energético, pero ahora como solución para almacenar y transportar hidrógeno verde, el combustible del futuro.

En esta cuestión se centra la labor de un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Sevilla, que ha diseñado un sistema que obtiene hidrógeno a partir de biomasa húmeda de naranja y lo almacena en forma de amoníaco. Este compuesto es más estable, seguro y fácilmente transportable que el gas, de modo que facilita su almacenamiento durante largos periodos y su distribución a gran escala. La propuesta se basa en una simulación de planta industrial alimentada, entre otros posibles residuos orgánicos, con biomasa de naranja.

El investigador de la Universidad de Sevilla Francisco Javier Gutiérrez Ortiz.

Así, en lugar de desechar las cáscaras, el proceso les da una segunda vida: se convierten en gas rico en hidrógeno y, tras una serie de reacciones químicas, en amoníaco. Todo ello sin necesidad de secar la materia prima, algo que hasta ahora suponía una de las barreras energéticas más costosas. “La mayoría de la biomasa y los residuos orgánicos tienen agua, lo que obliga a secarlos antes de tratarlos. Cuando este contenido hídrico es muy alto, superior al 70-80%, el coste energético es muy elevado. Nosotros evitamos ese paso, y esto hace que el proceso sea energéticamente eficiente y más económico”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Sevilla Francisco Javier Gutiérrez Ortiz.

El agua como aliada

El corazón de esta tecnología es un fenómeno conocido como gasificación con agua supercrítica. Una ‘receta’ energética que requiere:

• Biomasa de naranja

• Temperaturas por encima de los 374 ºC
• Presiones de más de 221 atmósferas

De este modo, tal y como explica Francisco Javier Gutiérrez: “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”. En esas condiciones de temperatura y presión, el agua se convierte en un medio muy eficaz para acelerar reacciones químicas, disolviendo  y descomponiendo la biomasa sin necesidad de secarla antes. Así, los restos orgánicos se transforman directamente en un gas rico en hidrógeno, listo para ser aprovechado como recurso energético.

Simulación de planta industrial alimentada, entre otros residuos, con biomasa de naranja.

Este gas se purifica y se combina con nitrógeno en un proceso químico llamado Haber-Bosch, el mismo que revolucionó la agricultura, pero con una nueva misión: convertirse en una batería química limpia. “Mientras que el hidrógeno necesita condiciones muy exigentes para ser transportado —como temperaturas extremadamente bajas o tanques de muy alta presión—, el amoníaco puede manejarse con infraestructuras ya existentes, similares a las que se emplean para gestionar gas natural, y se transporta de forma líquida a presiones moderadas”, añade Francisco Javier Gutiérrez Ortiz.

Un ‘zumo’ energético

La propuesta se basa en una simulación informática avanzada —realizada con el programa Aspen Plus— que modela el funcionamiento de una planta industrial. Alimentada con 10 toneladas por hora de residuos orgánicos húmedos, el equivalente a un camión lleno de restos de fruta, la planta puede producir cada hora 745 kilogramos de amoníaco. Éstos almacenan en su interior 132 kilogramos de hidrógeno, con un contenido energético equivalente a 28 bombonas de butano de 12 kg.

La planta también es autosuficiente desde el punto de vista energético: parte del gas generado se quema para mantener la temperatura del reactor. El calor sobrante producido se transforma en electricidad mediante turbinas de vapor, como también lo hace el gas de síntesis al expandirse hasta 30 atmósferas, de modo que el sistema puede inyectar el excedente a la red eléctrica o incluso calentar edificios cercanos. “Hemos diseñado un proceso cerrado y eficiente, que durante una operación normal no necesita energía externa y que incluso puede generar electricidad extra”, subraya Francisco Javier Gutiérrez Ortiz.

La alimentación de la planta de operación debe ser de 100 toneladas de cáscara por hora para que el sistema sea rentable. Pixabay.

Además, el sistema captura 3 toneladas de CO₂ por hora, el equivalente a las emisiones de unos 200 coches de gasolina en marcha por carretera circulando a unos 100 km/h durante ese mismo tiempo, que pueden ser almacenadas o reutilizadas para otros fines industriales.

¿Por qué usar amoníaco para almacenar hidrógeno?

De este modo, el grupo experto consigue una fórmula para obtener un recurso material y energético limpio, pero también uno de los más difíciles de guardar y transportar. El amoníaco actúa como su contenedor químico: es más fácil de manejar, se transporta en forma líquida a presiones moderadas, y puede reconvertirse en hidrógeno cuando se necesita, sin emitir dióxido de carbono en el proceso.

Esta versatilidad lo convierte en una opción energética y material en sectores industriales como la refinería, la química verde o las biotecnologías.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan un proceso que convierte residuos de naranja en hidrógeno verde