Pensándolo bien...
La licuefacción hidrotermal (HTL) es una de las tecnologías emergentes más prometedoras para la conversión de residuos orgánicos en recursos energéticos de alto valor añadido. Inspirada en procesos geológicos naturales que transforman biomasa en petróleo durante millones de años, la HTL reproduce condiciones análogas, como son las altas presiones, temperaturas elevadas y medios acuosos, para acelerar drásticamente la obtención de un biocrudo utilizable producido en tiempos en escala de horas. Su potencial radica en su capacidad para procesar una amplia variedad de desechos con elevada humedad, evitando etapas costosas de secado y ofreciendo rendimientos considerables en energía líquida.
La HTL se desarrolla típicamente entre 250 y 374 °C, con presiones que pueden oscilar entre 10 y 25 MPa, de forma que el agua mantiene su fase líquida en condiciones subcríticas o alcanza estados supercríticos próximos a sus límites termodinámicos. En este medio, el agua experimenta cambios estructurales profundos: disminuye su constante dieléctrica, aumenta su carácter hidrofóbico, se convierte en un excelente disolvente para compuestos orgánicos y permite reacciones intensas de ruptura, solubilización y reorganización molecular.
En estas condiciones, los componentes de la biomasa, es decir, los lípidos, proteínas, carbohidratos y lignina, experimentan procesos de hidrólisis, despolimerización, desoxigenación y repolimerización que conducen a la formación de un líquido oleoso conocido como biocrudo (bio-oil o HTL oil). Además del biocrudo, se generan otros productos, como una fracción acuosa rica en compuestos orgánicos solubles, una fase sólida carbonosa denominada char, y gases ligeros como CO₂ y pequeñas cantidades de metano e hidrógeno.
La HTL se distingue de métodos como la pirólisis o la gasificación al operar directamente con biomasa húmeda. La pirólisis requiere porcentajes de humedad inferiores al 10 %, por lo que resulta ineficiente para residuos como lodos de depuradora, algas, restos agrícolas recién recolectados o subproductos alimentarios. La HTL, en cambio, utiliza el agua como medio reactivo, lo que reduce significativamente los requerimientos energéticos y mejora la sostenibilidad del proceso.
Otra ventaja clave es la mayor calidad del biocrudo respecto al que se obtiene mediante pirólisis rápida. El biocrudo de HTL contiene menor porcentaje de oxígeno y agua, es más estable y presenta un poder calorífico más alto, además de ser miscible con aceites pesados y potencialmente co-procesable en refinerías convencionales tras un tratamiento de hidrodesoxigenación (HDO).
Una de las fortalezas principales de la HTL es su versatilidad para transformar una amplia gama de desechos orgánicos. Entre los más estudiados y con mejores resultados se encuentran: 1) Lodos de depuradora, que son uno de los sustratos más adecuados gracias a su humedad elevada y a su composición rica en proteínas y lípidos. La HTL permite valorizar un residuo difícil de gestionar, reduciendo volumen, riesgo sanitario y emisiones; 2) biomasa procedente de algas, porque las algas son particularmente compatibles con la HTL, pues contienen proporciones interesantes de lípidos y proteínas, crecen rápidamente y no compiten con cultivos alimentarios; 3) residuos agroindustriales, dado que los restos de frutas, vegetales, bagazos, subproductos ganaderos o subproductos de la industria pesquera pueden convertirse en biocrudo sin necesidad de secado intensivo y 4) residuos plásticos húmedos o mezclados, ya que aunque con limitaciones, algunos estudios exploran la co-licuefacción de biomasa con fracciones plásticas, mejorando la estabilidad del biocrudo obtenido.
Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E
El proceso de HTL puede ser continuo o discontinuo. En un sistema típico, la biomasa se mezcla con agua (y en ocasiones con catalizadores) y se introduce en un reactor presurizado. Tras alcanzar las condiciones de temperatura y presión adecuadas, se mantiene un tiempo de residencia que suele variar entre 5 y 60 minutos. Una vez finalizada la reacción, la mezcla se enfría y los productos se separan según densidad y solubilidad.
Las variables más importantes que influyen en el rendimiento y calidad del biocrudo incluyen: 1) temperatura, que al incrementarse, aumenta la despolimerización, aunque temperaturas demasiado altas pueden favorecer la producción de gas y disminuir la fracción líquida; 2) presión, que garantiza la fase líquida del agua; influye menos en el rendimiento que la temperatura; 3) catalizadores, ya que metales como Ni, Ru o catalizadores alcalinos pueden mejorar la desoxigenación y el poder calorífico del biocrudo; 4) tiempo de residencia, para lograr un equilibrio entre despolimerización e indeseable formación de char y 5) composición de la biomasa, dado que la presencia de lípidos favorece la producción de biocrudo; carbohidratos y proteínas producen más fase acuosa y gases.
El biocrudo generado posee una densidad y viscosidad similares al petróleo pesado. Su poder calorífico puede situarse entre 30 y 37 MJ/kg, dependiendo del tipo de biomasa empleada. Presenta compuestos como fenoles, ácidos grasos, ésteres, hidrocarburos aromáticos y nitrogenados, lo que requiere procesos posteriores de refino para estabilizarlo y adaptarlo a usos energéticos convencionales.
El biocrudo puede transformarse en: 1) combustibles líquidos (diésel renovable, queroseno para aviación, fuel para transporte marítimo); 2) productos químicos de alto valor, como precursores aromáticos o 3) combustibles industriales para calderas o generación eléctrica en motores específicos.
La HTL se encuadra en las estrategias de economía circular al convertir flujos residuales problemáticos en energía. Su capacidad para reducir el volumen de residuos, minimizar patógenos, disminuir la carga orgánica y generar productos útiles la convierte en una tecnología con un impacto ambiental potencialmente positivo. Además, puede contribuir a reducir emisiones netas de gases de efecto invernadero, especialmente cuando se procesan residuos biogénicos cuya alternativa sería el vertido, la incineración o la degradación anaerobia no controlada. En el caso de los lodos de depuradora, la HTL evita la emisión de metano asociada al compostaje o a su disposición en vertedero.
A pesar de su potencial, la HTL enfrenta desafíos técnicos y económicos. Entre ellos cabe destacar la necesidad de una escalabilidad industrial, pues aún existen pocos sistemas operativos a gran escala; soslayar problemas como la corrosión y compatibilidad de materiales, debido a las condiciones extremas del proceso; solventar los costes energéticos y de mantenimiento, que deben optimizarse para la competitividad; idear soluciones para el tratamiento de la fase acuosa, que contiene compuestos solubles que requieren depuración o valorización adicional; en todo caso supone una inversión inicial elevada, comparada con tecnologías convencionales. No obstante, las tendencias de investigación apuntan a mejoras en catalizadores, optimización de reactores continuos, co- procesamiento con corrientes industriales y sinergias con refinerías existentes. Todo ello indica que la HTL podría convertirse en una tecnología clave en la transición energética y la gestión sostenible de residuos.
Sopa de letras: LICUEFACCIÓN HIDROTERMAL
Soluciones: EXOPLANETAS HABITABLES