Procedimiento para la obtención de hidrógeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal,

donde el calor por combustión en planta de biomasa lo utilizamos para producir energía eléctrica, mediante turbina y generador (1). Los gases de la combustión pasan por filtros, carbonato cálcico y bicarbonato sódico, para eliminar los NOx y los SOx (2). Por tubería conducimos los gases restantes a horno con lecho de carbón vegetal y biomasa (3) y esta se transforma en carbón vegetal.

Reacciona CO2 con el carbón vegetal y produce monóxido de carbono que hacemos reaccionar con el agua (5).

El CO2 y el vapor de agua -H2O- que no haya reaccionado pasa por un lecho fluidizado de oxido cálcico que produce carbonato cálcico eliminándose el CO2 y el vapor de agua (6).

Almacenando la energía calorífica de la combustión de la biomasa en Hidrógeno ¿H2-, para su empleo como fuente de energía.

Procedimiento para la obtención de hidrógeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal.

La presente invención tiene por objeto almacenar la energía calorífica procedente de la biomasa en hidrógeno -H₂-, mediante tres procesos consecutivos y con un balance positivo desde el punto de vista de emisiones de dióxido de carbono -CO₂- a la atmósfera.

Las ventajas del presente proceso son indudables, dado que permite acumular la energía procedente de la biomasa en hidrógeno -H₂-, para poder utilizarlo como combustible y generar energía eléctrica. Mediante este sistema se puede acoplar la producción de energía eléctrica a la demanda, utilizando como única energía primaria la bioma- sa.

El presente proceso, se incluye en el sector energético y mediambiental y supone un avance cualitativo en los procesos conocidos hasta ahora, cuyas mejoras afectan a la eficiencia y eficacia energética de la biomasa como fuente de energía. Dentro de la categoría de almacenamiento y eficiencia energética, supone un ahorro de primera magnitud, al poder acoplar la producción energética a la demanda sin perdidas de producción en horarios de bajo consu- mo.

Como el hidrógeno -H₂- obtenido de la biomasa, tiene un balance positivo en las emisiones de CO₂, porque elimina el CO₂ producto de la combustión de la biomasa, supone que la producción de energía eléctrica a partir del hidrógeno -H₂-, tiene la consideración de energía limpia y renovable.

Antecedentes de la invención

La eficiencia energética es una de las máximas prioridades a nivel científico, amparadas por las directivas europeas para reducir el coste energético y como consecuencia evitar el consumo de energías fósiles, especialmente por su impacto medioambiental negativo.

Como consecuencia de los avances tecnológicos que han permitido transformar la biomasa en gas de síntesis y en sistemas de depuración de los gases de síntesis para obtener hidrógeno -H₂-, podemos señalar los siguientes: Conversión rápida de solar-thermal de la biomasa a Syngas US20080086946 y la gasificación de la biomasa para su posterior conversión en gas de síntesis, cuyos gasificadores principales que son empleados actualmente son: downdraft ó flujo recurrente, updraft ó flujo ascendente y lecho fluidizado. También debemos señalar el proceso de gasificación integral de ciclo combinado, para la producción de gas de síntesis a partir de la biomasa, como procesos del estado del arte actual.

Dentro de las prioridades del VI Programa Marco que fijaba como objetivo "el desarrollo de tecnologías eficaces tanto tecnológicamente y como económicamente para la producción de gases ricos en hidrógeno -H₂-, a partir de distintas biomasa, incluidos los residuos procedentes de las biomasas" y el programa Visión 21 del Departamento de Energía de Estados Unidos potencia la separación de los gases, con especial referencia a la gasificación, es donde debemos encuadrar la presente invención.

Descripción de la invención

Partimos de una planta de biomasa convencional que utiliza la energía calorífica producto de su combustión con oxígeno -O₂-, para producir vapor de agua -H₂O- a alta temperatura, que mediante una turbina mueve un generador que produce energía eléctrica.

A partir de esta planta de biomasa convencional, recogemos los gases de salida de la planta, compuestos principalmente por N₂, CO₂, SOx y NOx. Para eliminar los SOx y NOx, utilizamos dos filtros, uno de carbonato cálcico -CaCO₃- y otro de bicarbonato sódico -NaHCO₃-, con lo que los gases resultantes están formados principalmente por CO₂ y Nitrógeno -N₂-, que es inerte y no interviene en las reacciones posteriores.

Los gases de CO₂ los dirigimos a un horno donde se encuentra en el lecho del mismo, carbón vegetal y en la parte superior biomasa. El carbón vegetal, con la temperatura de entrada de los gases de CO₂, reacciona para producir monóxido de carbono -CO- de acuerdo con la conocida reacción: C + CO₂ -----> 2 CO.

Dicha reacción es exotérmica y desprende calor hasta una temperatura de quinientos grados centígrados. La biomasa que se encuentra en la parte superior del horno, se transforma lentamente en carbón vegetal, dado que se cumplen los dos principios de la producción del carbón vegetal, que son ausencia de oxígeno -O₂- y elevada tempera- tura.

Con ello, conseguimos transformar la biomasa en carbón vegetal para su uso continuo en el proceso, sin necesidad de adquirir la materia prima necesaria de fuentes externas.

El monóxido de carbono -CO- producido en el horno de carbón vegetal, a alta temperatura, lo hacemos reaccionar con el agua -H₂O- procedente de la salida de la turbina del horno de biomasa, para obtener gas de hidrógeno -H₂-. La obtención del hidrógeno -H₂- se basa en la reacción del monóxido de carbono -CO- con vapor de agua -H₂O- a más de doscientos cincuenta grados centígrados, con un catalizador de platino e iridio, de acuerdo con la reacción:

CO + H₂O ---------- CO₂ + H₂.

Los gases después de la reacción del monóxido de carbono con el vapor de agua, son básicamente, hidrógeno -H₂-, dióxido de carbono -CO₂- y en menor cuantía, el monóxido de carbono -CO- y el vapor de agua -H₂O- que no haya reaccionado entre sí.

Dichos gases los hacemos pasar por un lecho compuesto de oxido calcio -CaO- más comúnmente conocida como cal viva, para que en su reacción con el vapor de agua y el dióxido de carbono -CO₂- produzca carbonato cálcico -CaCO₃-, dejando únicamente como elementos que forman parte de los gases el hidrógeno -H₂- y nitrógeno -N₂-.

Como el único combustible y materia prima que utilizamos en todo el proceso es la biomasa, que ha captado el CO₂ de la atmósfera, su balance energético en la producción de CO₂ es positivo, porque no emite a la atmósfera ninguna cantidad de CO₂, que se ha sido capturado en forma de carbonato cálcico -CaCO₃-.

Breve descripción de los dibujos

(1) Es la planta de biomasa convencional. (2) son los filtros de carbonato cálcico -CaCO₃- y bicarbonato sódico -NaHCO₃- y la tubería que transporta los gases de combustión al horno de carbón vegetal. (3) Es el horno de carbón vegetal. (4) Es la tubería que conduce el agua que sale de la turbina de la planta de biomasa convencional. (5) Es el depósito donde reacciona el monóxido de carbono -CO- con el agua -H₂O- (6) Es el reactor donde interaccionan los gases de CO₂, H₂, CO, H₂O, con el oxido cálcico -CaO-. (7) Es el deposito donde se recoge el hidrógeno -H₂- y el nitrógeno -N₂-.

Descripción de la forma de realización preferida

Partimos de una planta convencional de biomasa(1), donde el calor producido por la combustión lo utilizamos para, mediante una turbina y un generador producir energía eléctrica (1). Los gases producto de la combustión compuestos mayoritariamente por N₂, NOx, SOx, CO₂ y CO, lo hacemos pasar por dos filtros, uno de carbonato cálcico -CaCO₃- y otro de bicarbonato sódico -NaHCO₃-, para eliminar los NOx y los SOx. (2) Mediante una tubería conducimos los gases restantes a un horno de carbón vegetal. (3). En el lecho de dicho horno, ponemos carbón vegetal y en la parte superior biomasa. Al darse las condiciones de alta temperatura y ausencia de oxígeno -O₂-, la biomasa se va transformando lentamente en carbón vegetal. El CO₂, en su reacción con el carbón vegetal, produce monóxido de carbono -CO-, de acuerdo con la reacción: C + CO₂-2CO. El monóxido de carbono -CO-, lo hacemos reaccionar con el agua -H₂O- (4) procedente de la salida de la turbina en un deposito para producir hidrógeno -H₂- y dióxido de carbono -CO₂-, de acuerdo con la reacción: CO + H₂O \rightarrow CO₂ + H₂. (5). Los gases a salida del reactor anterior están...

1. Procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de la biomasa y carbón vegetal, que aprovecha la energía calorífica que produce la combustión de la biomasa, para obtener hidrógeno y carbón vegetal. El procedimiento descrito comprende las siguientes fases:

- Combustión de la biomasa con oxígeno -O₂- para producir dióxido de carbono -CO₂-.

- Los gases de -CO₂- se introducen en un horno que contiene carbón vegetal, en el lecho del mismo y en la parte superior la biomasa. El carbón vegetal, con la temperatura de entrada de los gases de -CO₂-, reacciona para producir monóxido de carbono -CO-. La biomasa, que se encuentra en la parte superior del horno, se transforma lentamente en carbón vegetal, por la ausencia de -O₂- y alta temperatura.

- El monóxido de carbono -CO- se hace reaccionar con agua.

- H₂O- para obtener hidrógeno -H₂- y dióxido de carbono-CO₂-.

- El hidrógeno y el dióxido de carbono -CO₂- se hacen pasar por un lecho de óxido cálcico -CaO-, para que el dióxido de carbono -CO₂- reaccione con el óxido cálcico, para formar carbonato cálcico, quedando únicamente el hidrógeno -H₂- y gases inertes.

El procedimiento se caracteriza por las siguientes características técnicas: Combustión del carbón vegetal -C- obtenido de la combustión de la biomasa, con el -CO₂- producido por la combustión, según C + CO₂ ----- 2CO.

Reacción del -CO- con agua -H₂O- según:

CO + H₂O ----- CO₂ + H₂

Reacción del dióxido de carbono y el hidrógeno con óxido cálcico, para que el dióxido de carbono forme carbonato cálcico, según: CO₂ + H₂ + CaO ------- CaCO₃ + H₂.