Más energía, menos dióxido de carbono
Éxito en el concurso de estudiantes para la eliminación del carbono
El biogás es un factor importante en la aplicación de la transición energética. Pero hay margen para mejorar la eficiencia de estas instalaciones. Los investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han desarrollado un concepto de planta que combina una mayor producción de energía con una menor huella de carbono. Con esto, el equipo también impresionó en el "Concurso estudiantil de eliminación de carbono XPRIZE", que cuenta con el apoyo de la fundación del empresario Elon Musk. Los jóvenes investigadores y doctorandos ganaron una beca de hasta 250.000 dólares para poner en práctica su concepto.
(de izquierda a derecha) Maximilian Hauck, Felix Fischer y Jeremias Weinrich en la unidad de prototipos de Erding.
F. Vogl / TUM
Las instalaciones de biogás convierten la materia orgánica en energía y calor. Los microorganismos descomponen inicialmente el estiércol, los residuos vegetales o los cultivos energéticos como el maíz y los cereales. La mezcla resultante de metano y dióxido de carbono se conoce como biogás.
El metano es el principal componente del gas natural. También está contenido en el biogás utilizado como combustible en los motores de las centrales eléctricas convencionales. "Sin embargo, en lugar de convertirse en electricidad, una parte considerable de la energía se convierte en calor", afirma el Dr. Stephan Herrmann, jefe del Grupo de Conversión Electroquímica de la Energía de la Cátedra de Sistemas Energéticos de la TUM.
Pilas de combustible en lugar de motores
Una posible alternativa a los motores son las pilas de combustible de alta temperatura. Éstas utilizan procesos electroquímicos para convertir el biogás en energía eléctrica y lograr una mayor eficiencia. "Sin embargo, las soluciones disponibles en el mercado no aprovechan todo el potencial de las pilas de combustible", afirma Herrmann. Producen residuos de combustible que se queman. "Una gran parte de la energía química del biogás se pierde a través de esta combustión de los gases de escape".
En el proyecto BioCORE, financiado por el Ministerio de Educación e Investigación alemán, Herrmann y sus colegas han desarrollado un concepto de planta alternativa con pilas de combustible de alta temperatura. Los jóvenes investigadores ya han implantado un prototipo de la tecnología patentada en un contenedor y han demostrado la viabilidad del sistema.
Alta eficiencia y dos modos de funcionamiento
"Hemos instalado un circuito cerrado en nuestro sistema", dice Herrmann. "Eso significa que no tenemos pérdidas de gas combustible y utilizamos casi el 100% del metano. El escape es dióxido de carbono puro, que se almacena y puede reutilizarse". El calor creado en las pilas de combustible también puede convertirse en energía eléctrica con una turbina de vapor. "Esto producirá un rendimiento eléctrico sin precedentes del 80% en los futuros sistemas".
Lo que hace que el sistema sea especial: las pilas de combustible de alta temperatura tienen un segundo modo de funcionamiento en el que se utiliza la corriente eléctrica para combinar el dióxido de carbono con vapor y convertirlo de nuevo en metano. Esto permite reutilizar el dióxido de carbono creado en el modo de funcionamiento normal. El metano podría introducirse en una red de gas natural y almacenarse durante meses sin pérdidas significativas.
Prueba de campo en Erding
Los investigadores han probado su sistema en el campus de Garching, donde utilizaron gas natural. Ahora han trasladado su contenedor a Erding y han puesto en funcionamiento la unidad prototipo en una planta de biogás local.
El profesor Hartmut Spliethoff, director de la cátedra de Sistemas Energéticos, cree en el concepto. "Se trata de un diseño de sistema totalmente nuevo y orientado al usuario", afirma. "A nadie se le había ocurrido combinar estos componentes para que la planta de biogás pudiera funcionar como un circuito cerrado. Los sistemas de control, en particular, requirieron mucha experiencia y experimentación".
Los investigadores también disfrutan de un éxito internacional: El proyecto ganó el premio "XPRIZE Carbon Removal Student Competition", dotado con hasta 250.000 dólares estadounidenses. Este reto forma parte del concurso XPRIZE de eliminación de carbono, que apoya la Fundación Musk. El objetivo es desarrollar tecnologías para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera terrestre.
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