Estamos siendo testigos de una verdadera revolución en la innovación de los combustibles sostenibles. Empresas consolidadas y startups de todo el mundo están presentando soluciones novedosas para convertir abundantes recursos de carbono renovable en combustibles de baja emisión de carbono y alta densidad energética, cruciales para combatir el cambio climático. Una de las innovaciones más impresionantes es el desarrollo de biojet, también conocido como combustibles sostenibles para la aviación (SAF, por sus siglas en inglés) a partir de biomasa, residuos, dióxido de carbono (CO2) y otros recursos que pueden reducir significativamente la huella de gases de efecto invernadero de los aviones comerciales más grandes y los jets más rápidos.
Los EE.UU. se ha propuesto ambiciosos objetivos para el uso de SAF en las próximas décadas. Para alcanzar estas metas, las empresas deben probar y optimizar cuidadosamente sus procesos de biorrefinación, especialmente antes de iniciar la construcción de costosas biorrefinerías. Las compañías necesitan recopilar datos a una escala intermedia integrada y reducir los riesgos inherentes a la introducción de nuevas tecnologías en el mercado.
En resumen, las empresas de biorefinación necesitan plantas piloto.
Las plantas piloto son biorefinerías en miniatura que permiten a los investigadores validar equipos, reducir riesgos, probar procesos y analizar ciclos de producción durante períodos de tiempo más largos. Al incorporar volúmenes de combustible más pequeños y equipos de menor tamaño, con condiciones y configuraciones que imitan a las instalaciones a gran escala, las plantas piloto facilitan la recopilación de datos críticos que las empresas necesitan para perfeccionar incluso los componentes más pequeños.
Con el apoyo de la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del Departamento de Energía de los Estados Unidos, los laboratorios nacionales como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés) pueden ofrecer plantas piloto personalizables, equipos de laboratorio e incluso supercomputadoras que la industria puede utilizar para respaldar demostraciones a gran escala de SAF, todo sin asumir el costo de construir instalaciones o comprar equipos especializados.
A continuación, se presentan algunos ejemplos de cómo los investigadores y las empresas ya están utilizando plantas piloto para escalar sus tecnologías:
Combustible de aviación sostenible a partir de etanol renovable en las instalaciones de Investigación de Biorefinería Integrada de NREL
Los tanques de acero inoxidable, los fardos de residuos agrícolas y el aroma similar al de la cerveza en las instalaciones de Investigación de Biorefinería Integrada (IBRF, por sus siglas en inglés) de NREL dejan poco margen de duda sobre la investigación en curso. Los científicos están utilizando enzimas para romper los enlaces químicos de la biomasa, a través de la hidrólisis y otros procesos biológicos, para obtener azúcares y compuestos que se convierten fácilmente en combustibles de alta densidad energética mediante la fermentación.
El IBRF maneja una variedad de materias primas de biomasa y está diseñado para integrar procesos y equipos de terceros para que los socios puedan validar procesos de conversión a escala piloto. Últimamente, se ha centrado en la paja de maíz, un residuo agrícola que los científicos de NREL y sus socios han demostrado que se puede deconstruir de manera asequible, fermentar en etanol y finalmente convertir en SAF de alta densidad energética.
En asociación con BETO, D3MAX LLC, Southwest Airlines, LanzaJet, Novozymes y otros, NREL está utilizando el IBRF para respaldar el proyecto Renewable Ethanol (SAFFiRE). SAFFiRE es una de las pocas tecnologías económicas y probadas capaces de producir SAF más económico que el combustible de aviación a base de petróleo y que puede reducir drásticamente las emisiones de carbono, más del 80% en un ciclo de vida.
El proceso se basa en el proceso de pretratamiento de desacetilación y refinación mecánica con patente pendiente de NREL, desarrollado en el IBRF para superar los desafíos de las tecnologías de pretratamiento de paja de maíz anteriores. Aumenta eficazmente el rendimiento de etanol en un 14% y reduce los costos en 33 centavos por galón (8,7 centavos de dólar).
Pirolizar, gasificar y catalizar en el edificio de laboratorio de prueba de campo de NREL
Mientras que los protagonistas de la conversión de biomasa en el IRBF son enzimas y microbios, en el edificio de laboratorio de prueba de campo de NREL (FTLB, por sus siglas en inglés) son el calor intenso y los catalizadores. El FTLB es una instalación personalizable que brinda a las empresas acceso a una variedad de reactores a escala de laboratorio y piloto, gasificadores, elevadores, hidrotratadores y equipos de análisis de apoyo. Juntos, estas capacidades diversas permiten a los socios de la industria modelar y evaluar métodos igualmente diversos para convertir biomasa, residuos y CO2 en combustible.
Investigadores Simplifican la Conversión de Syngas y Dióxido de Carbono Renovables: Los investigadores del Consorcio de Catálisis Química para Bioenergía de BETO (ChemCatBio), incluido el científico de NREL Dan Ruddy, están optimizando un enfoque de un solo paso para convertir syngas, una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y CO2, en hidrocarburos. En un estudio en el FTLB, Ruddy y su equipo demostraron que el uso de un solo reactor para convertir CO2 junto con otros compuestos de syngas aumenta la eficiencia de carbono de los procesos basados en la gasificación, reduciendo los costos en comparación con los métodos tradicionales de múltiples reactores para la producción de gasolina y SAF de alto valor y alto octanaje.
Diseños de Planta Piloto de NREL para Co-Procesamiento en Refinerías: En asociación con la empresa de catalizadores para refinerías Johnson Matthey, los científicos de NREL Kim Magrini y Calvin Mukarakate han demostrado que los catalizadores y procesos compatibles con las refinerías transforman el aceite vegetal en muchos de los mismos compuestos que se encuentran en los combustibles a base de petróleo de hoy en día. Al demostrar las salidas químicas del co-procesamiento a escala piloto, los investigadores reducen el riesgo para las refinerías de petróleo en todo el país para comenzar a implementar el co-procesamiento.
Lectura sugerida
NREL y Alder Pilotan la Tecnología SAF: En un proyecto con BETO, Alder, Honeywell UOP, United Airlines, AvFuel y otros, NREL está ayudando a escalar un proceso avanzado de pirolisis para convertir biomasa en biocrudo listo para refinería. Después de meses de análisis, modelado y pruebas piloto, el equipo ha diseñado una plataforma que integra la tecnología patentada de Alder para demostrar la producción continua del biocrudo renovable de las empresas, al que llaman Alder Renewable Crude (ARC). ARC es una plataforma baja en carbono que se puede convertir en la infraestructura de refinería existente en un combustible de aviación sostenible de alta densidad energética y listo para usar. El equipo de Alder también ha demostrado la viabilidad de Alder SAF100, un combustible de aviación sostenible 100% biogénico y libre de fósil.
Comenzar pequeño. Crecer desde allí. Pero hacerlo rápidamente.
El principio «comenzar pequeño y crecer desde allí» es válido en el mundo de los biocombustibles. A medida que las empresas de todo el mundo compiten por producir millones de toneladas de biojet de bajo carbono para 2050, resulta necesario un crecimiento más rápido que nunca.
A través del SAF Grand Challenge, la Casa Blanca se ha fijado el objetivo de establecer cuatro plantas de demostración de biocombustibles para 2030, destinando apoyo financiero a las empresas que demuestren que sus tecnologías están listas para escalar. Para lograrlo, se requerirá inversión, asociaciones de investigación, ingeniería rigurosa y creativa, trabajo en equipo y tenacidad. Pero el éxito dependerá en última instancia de las plantas piloto y de los datos indispensables que proporcionan.
Las plantas piloto pueden ser costosas, pero son esenciales, y los laboratorios nacionales pueden ayudar a las empresas a acceder a sus beneficios para validar y escalar rápidamente sus tecnologías.
