Inteligencia artificial para controlar la concentración de hidrógeno durante la gasificación de orujillo de oliva

La descarbonización de Europa es uno de los objetivos de la Unión Europea para contribuir a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en al menos un 55 % de aquí a 2030 y de lograr que nuestro continente sea climáticamente neutro en 2050. Si a todo ello, le añadimos la situación de conflicto de Rusia con Ucrania, que ha evidenciado la dependencia energética de gas natural ruso por parte de muchos países y sus nefastas consecuencias, urge sustituir el consumo de gas fósil por otros renovables.

En el mismo contexto de velar por el cuidado del medio ambiente, también hay que buscar una salida a toda la biomasa procedente de procesos agroindustriales como las podas, la paja o el orujillo, con un gran potencial y en gran medida desaprovechado.

Recolección de materia orgánica residual para biomasa.

De estos subproductos agroindustriales, el caso del orujillo cobra especial relevancia en España y en Andalucía por tratarse de un recurso local y ser una combustible sólido con alto poder calorífico. El orujillo se obtiene de los restos del proceso de trituración de la aceituna: hueso, piel, restos de materia grasa, residuos y alpechines, y habitualmente se usa como combustible en plantas extractoras de aceite de orujo, ya que disponen de este combustible a coste cero al ser un subproducto de su proceso productivo.

Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Superior de Linares de la Universidad de Jaén y la Escuela Universitaria Politécnica de Ferrol de la Universidad de La Coruña ha trabajado en la producción de hidrógeno a partir de orujillo. El estudio consta de una parte experimental y otra en la que han desarrollado un detector virtual basado en varios sistemas de inteligencia artificial con el que predecir la concentración de hidrógeno en el gas producido a partir de la gasificación de pellets de este subproducto de la industria oleícola.

Sistema de alerta

La novedad de este sensor virtual es su capacidad para detectar anomalías, errores y desviaciones de la concentración de hidrógeno en el gas producido en una planta de gasificación experimental alimentada con este subproducto de la aceituna. “Con su uso, incluso se podría prescindir del sensor real, que es específico para medir la concentración de hidrógeno en el gas producto”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Jaén, Roque Aguado Molina.

Equipo de investigación de la Escuela Politécnica Superior de Linares.

Equipo de investigación de la Escuela Universitaria Politécnica de Ferrol de la Universidade da Coruña.Al mismo tiempo, los expertos apuntan que la producción de hidrógeno renovable a partir de subproductos agroindustriales es actualmente más asequible en términos de consumo de energía primaria frente a la producción electrolítica de hidrógeno. Por esta razón, proponen aprovechar el orujillo para producir hidrógeno, más allá de su empleo como materia prima para obtener energía eléctrica y/o térmica. “Dado que las posteriores operaciones de separación aumentan notablemente los costes de inversión y operación, la producción combinada de electricidad y calor es actualmente la aplicación más habitual del gas producto”, señala Aguado.

Para el desarrollo del sensor virtual, se evaluaron y calibraron varios modelos híbridos de inteligencia artificial basados en algoritmos de aprendizaje supervisado a partir de un conjunto de datos recopilado en una extensa campaña experimental. Seleccionaron finalmente aquél que ofrecía mejores resultados. Así lo recogen en un estudio publicado en la revista International Journal of Hydrogen Energy.

Los expertos entrenaron el modelo matemático indicándole la composición del gas producto, también denominado gas pobre o gas de gasógeno, y que está formado principalmente por hidrógeno, monóxido de carbono, metano (gases combustibles) dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua.

Antorcha que funciona con gas producto.

Para determinar su composición y las concentraciones de cada compuesto, los investigadores utilizaron varios sensores físicos. “El gas producto se puede utilizar en aplicaciones energéticas como combustible gaseoso en motores de combustión interna, pilas de combustible o microturbinas, o incluso en síntesis química tras la separación de gases inertes como el nitrógeno”, indica Aguado.

Orujillo como materia prima

Con el fin de generar este gas producto, los expertos emplearon pellets de orujillo. “La gasificación es un proceso que convierte la biomasa sólida, en este caso orujillo, en un gas combustible a través de su oxidación parcial. Para ello, por razones económicas se emplea aire como agente oxidante. Aunque la gasificación con vapor de agua u oxígeno concentrado en lugar de aire origina un gas con mayor contenido energético denominado gas de síntesis, su producción conlleva un mayor coste”, especifica Aguado.

Tras las pruebas experimentales, los expertos proponen su uso para producir hidrógeno. “El objetivo es sacar más provecho y rendimiento a un subproducto que hasta ahora sólo se utiliza para producción convencional de energía eléctrica o térmica. También se podría concentrar el hidrógeno y emplearlo como medio de almacenamiento de energía o en síntesis química”, apunta este investigador.

El año 2030 se asoma y es más presente que futuro. Un futuro a corto plazo donde las energías renovables y el hidrógeno verde se consoliden como motor de cambio para la transición hacia una economía en la que los combustibles fósiles sean cosa del pasado.

Más información en #CienciaDirecta: Desarrollan un sensor virtual que predice la concentración de hidrógeno en el gas producto procedente de orujillo de oliva