La torrefacción de biomasa , por ejemplo, madera o grano, es una forma suave de pirólisis a temperaturas típicamente entre 200 y 320 °C. La torrefacción cambia las propiedades de la biomasa para proporcionar una mejor calidad de combustible para aplicaciones de combustión y gasificación . La torrefacción produce un producto relativamente seco, lo que reduce o elimina su potencial de descomposición orgánica . La torrefacción combinada con la densificación crea un portador de combustible denso en energía de 20 a 21 GJ /tonelada de poder calorífico inferior (LHV). [1] La torrefacción hace que el material sufra reacciones de Maillard . La biomasa torrefactada se puede utilizar como portador de energía o como materia prima utilizada en la producción de biocombustibles y productos químicos. [2]
La biomasa puede ser una importante fuente de energía. [3] Sin embargo, existe una gran diversidad de fuentes potenciales de biomasa, cada una con sus propias características únicas. Para crear cadenas eficientes de conversión de biomasa en energía, la torrefacción de la biomasa, combinada con la densificación ( peletización o briquetas ), es un paso prometedor para superar los desafíos logísticos en el desarrollo de soluciones energéticas sostenibles a gran escala , al facilitar su transporte y almacenamiento. Los pellets o briquetas tienen mayor densidad, contienen menos humedad y son más estables en almacenamiento que la biomasa de la que se derivan.
La torrefacción es un tratamiento termoquímico de biomasa de 200 a 320 °C (392 a 608 °F). Se lleva a cabo bajo presión atmosférica y en ausencia de oxígeno . Durante el proceso de torrefacción se libera el agua contenida en la biomasa así como los volátiles superfluos y los biopolímeros ( celulosa , hemicelulosa y lignina ) se descomponen parcialmente, desprendiendo diversos tipos de volátiles. [4] El producto final es el material restante sólido, seco y ennegrecido [5] que se conoce como biomasa torrefacta o biocarbón .
Durante el proceso, la biomasa normalmente pierde el 20% de su masa (base completamente seca) y el 10% de su poder calorífico, sin cambios apreciables en el volumen. Esta energía (los volátiles) se puede utilizar como combustible de calefacción para el proceso de torrefacción. Después de torreficar la biomasa, se puede densificar, generalmente en briquetas o pellets utilizando equipos de densificación convencionales, para aumentar su densidad de masa y energía y mejorar sus propiedades hidrofóbicas. El producto final puede repeler el agua y, por lo tanto, puede almacenarse en aire húmedo o lluvia sin cambios apreciables en el contenido de humedad o el poder calorífico, a diferencia de la biomasa original.
La historia de la torrefacción se remonta a principios del siglo XIX y los gasificadores se utilizaron a gran escala durante la Segunda Guerra Mundial. [6]
La biomasa torrefactada y densificada presenta varias ventajas en los diferentes mercados, lo que la convierte en una opción competitiva frente al pellet de madera de biomasa convencional .
Se puede lograr una densidad de energía de 18 a 20 GJ /m 3 (en comparación con los 26 a 33 gigajulios por tonelada de contenido de calor del carbón de antracita natural ) cuando se combina con densificación (peletización o briquetas) en comparación con valores de 10 a 11 GJ/m 3. 3 para la biomasa cruda, lo que genera una reducción del 40 al 50 % en los costos de transporte. Es importante destacar que la peletización o briquetas aumenta principalmente la densidad de energía. La torrefacción por sí sola generalmente disminuye la densidad de energía, aunque hace que el material sea más fácil de convertir en gránulos o briquetas.
La biomasa torrefactada se puede producir a partir de una amplia variedad de materias primas de biomasa cruda que producen propiedades de producto similares. La mayor parte de la biomasa leñosa y herbácea consta de tres estructuras poliméricas principales: celulosa , hemicelulosa y lignina . En conjunto, estos se llaman lignocelulosa . La torrefacción impulsa principalmente la humedad y los grupos funcionales ricos en oxígeno e hidrógeno de estas estructuras, produciendo estructuras similares a carbón en los tres casos. Por lo tanto, la mayoría de los combustibles de biomasa, independientemente de su origen, producen productos torrefactos con propiedades similares, con la excepción de las propiedades de las cenizas, que reflejan en gran medida el contenido y la composición de cenizas del combustible original.
La biomasa torrefactada tiene propiedades hidrofóbicas , es decir, repele el agua, y cuando se combina con la densificación hace factible el almacenamiento a granel al aire libre.
Se detiene toda actividad biológica, reduciendo el riesgo de incendio y deteniendo la descomposición biológica como la putrefacción.
La torrefacción de la biomasa conduce a una mejor triturabilidad de la biomasa. [7] Esto conduce a una combustión conjunta más eficiente en las centrales eléctricas de carbón existentes o a una gasificación de flujo arrastrado para la producción de productos químicos y combustibles para el transporte.
La biomasa torrefactada tiene valor añadido para diferentes mercados. La biomasa en general proporciona una ruta de bajo costo y bajo riesgo para reducir las emisiones de CO 2 . [ cita necesaria ] Cuando se necesitan grandes volúmenes, la torrefacción puede hacer que el precio de la biomasa de fuentes distantes sea competitivo porque el material más denso es más fácil de almacenar y transportar.
Combustible de madera en polvo:
Co-combustión a gran escala en centrales eléctricas de carbón:
Producción de acero:
Calefacción residencial/descentralizada:
Biomasa a Líquidos:
Usos varios: