Torrefacción

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 de alta densidad energética de 20 a 21  GJ / tonelada de valor calorífico inferior (LHV). ^[1] La torrefacción hace que el material experimente reacciones de Maillard . La biomasa torrefacta se puede utilizar como portador de energía o como materia prima utilizada en la producción de combustibles y productos químicos de base biológica. ^[2]

La biomasa puede ser una fuente importante de energía. ^[3] Sin embargo, existe una gran diversidad de posibles fuentes de biomasa, cada una con sus propias características únicas. Para crear cadenas eficientes de biomasa a energía, la torrefacción de la biomasa, combinada con la densificación ( peletización o briquetado ), 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 el almacenamiento que la biomasa de la que se derivan.

La torrefacción es un tratamiento termoquímico de la biomasa a una temperatura de entre 200 y 320 °C (392 y 608 °F). Se lleva a cabo a 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 varios tipos de volátiles. ^[4] El producto final es el material sólido restante, seco y ennegrecido ^[5] al que se denomina biomasa torrefacta o biocarbón .

Durante el proceso, la biomasa pierde típicamente 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 que la biomasa se torrefacta, se puede densificar, generalmente en briquetas o pellets utilizando equipo de densificación convencional, para aumentar su masa y densidad energética y mejorar sus propiedades hidrofóbicas. El producto final puede repeler el agua y, por lo tanto, se puede almacenar 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 torrefacta y densificada presenta diversas ventajas en los diferentes mercados, lo que la convierte en una opción competitiva frente a los pellets de madera de biomasa convencionales .

Se puede lograr una densidad energética de 18-20 GJ / ^m3 (en comparación con los 26 a 33 gigajulios por tonelada de contenido de calor del carbón antracita natural) cuando se combina con la densificación (peletización o briquetado), en comparación con los valores de 10-11 GJ/ ^m3 para la biomasa cruda, lo que genera una reducción del 40-50% en los costos de transporte. Es importante destacar que la peletización o briquetado aumenta principalmente la densidad energética. La torrefacción por sí sola generalmente disminuye la densidad energética, aunque hace que el material sea más fácil de convertir en pellets o briquetas.

La biomasa torrefacta 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 . Juntas, estas se denominan lignocelulosa . La torrefacción elimina principalmente la humedad y los grupos funcionales ricos en oxígeno e hidrógeno de estas estructuras, produciendo estructuras similares similares al 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 las cenizas del combustible original.

La biomasa torrefacta tiene propiedades hidrófobas , 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, lo que reduce el riesgo de incendio y detiene la descomposición biológica como la putrefacción.

La torrefacción de la biomasa mejora su molturabilidad. ^{[7] Esto conduce a} una co-combustión más eficiente en las centrales eléctricas de carbón existentes o a la gasificación de flujo arrastrado para la producción de productos químicos y combustibles para el transporte.

La biomasa torrefacta tiene un valor añadido para diferentes mercados. La biomasa en general proporciona una vía de bajo coste y bajo riesgo para reducir las emisiones de CO2 _. [ ^{cita requerida ]} Cuando se necesitan grandes volúmenes, la torrefacción puede hacer que la biomasa procedente de fuentes distantes sea competitiva en cuanto a precio porque el material más denso es más fácil de almacenar y transportar.

Combustible de polvo de madera:

• El polvo de madera torrefacto se puede moler hasta obtener un polvo fino y, al comprimirse, imita el gas licuado de petróleo (GLP). ^{[ cita requerida ]}

Combustión conjunta a gran escala en centrales eléctricas de carbón:

• La biomasa torrefacta supone unos costes de manipulación más bajos;
• La biomasa torrefacta permite mayores tasas de co-combustión;
• El producto se puede entregar en una variedad de LHV (20–25  GJ /tonelada) y tamaños (briquetas, pellets).
• La co-combustión de biomasa torrefacta con carbón conduce a una reducción de las emisiones netas de las centrales eléctricas.

Producción de acero:

• La biomasa fibrosa es muy difícil de utilizar en hornos;
• Para reemplazar el carbón de inyección, el producto de biomasa debe tener un PCI de más de 25 GJ/tonelada.

Calefacción residencial/descentralizada:

• El porcentaje relativamente alto de transporte sobre ruedas en la cadena de suministro encarece la biomasa. El aumento de la densidad energética volumétrica sí reduce los costos;
• El espacio de almacenamiento limitado aumenta la necesidad de una mayor densidad volumétrica;
• El contenido de humedad es importante ya que la humedad genera humo y olor.

De biomasa a líquidos:

• La biomasa torrefacta supone unos costes de manipulación más bajos.
• La biomasa torrefacta sirve como materia prima “limpia” para la producción de combustibles para el transporte ( proceso Fischer-Tropsch ), lo que permite ahorrar costes de producción.

Usos varios:

• Varios fabricantes de guitarras han utilizado la torrefacción para obtener madera dimensionalmente más estable para las partes de la guitarra que la que proporciona el secado tradicional en horno o al aire, incluidos Yamaha, Martin, Gibson y el luthier Dana Bourgeois . ^{[8] [9]}

• Pirólisis
• Madera modificada térmicamente
• Carbonización
• Miscanthus giganteus § Desafíos del transporte y la combustión (contiene una descripción detallada de las cualidades de combustión inferiores de la biomasa en comparación con el carbón y los efectos positivos de la torrefacción).

• "Polvo de madera torrefacta a propano"; "Acerca de nosotros". Summerhill Biomass Systems, Inc. Recuperado el 29 de febrero de 2012 .
• Zwart, RWR; "Control de calidad de la torrefacción basado en requisitos logísticos y del usuario final", informe ECN, ECN-L–11-107
• Verhoeff, F.; Adell, A.; Boersma, AR; Pels, JR; Lenselink, J.; Kiel, JHA; Schukken, H.; "TorTech: Torrefacción como tecnología clave para la producción de combustibles (sólidos) a partir de biomasa y residuos", informe ECN, ECN-E–11-039
• Bergman, PCA; Kiel, JHA, 2005, "Torrefacción para la mejora de la biomasa", informe de ECN, ECN-RX–05-180
• Bergman, PCA; Boersma, AR; Zwart, RWR; Kiel, JHA, 2005, "Desarrollo de la torrefacción para la co-combustión de biomasa en centrales eléctricas de carbón existentes", informe de ECN, ECN-C–05-013
• Bergman, PCA, 2005, "Torrefacción y peletización combinadas: el proceso TOP", Informe ECN, ECN-C–05-073
• Bergman, PCA; Boersma, AR; Kiel, JHA; Prins, MJ; Ptasinski, KJ; Janssen, FGGJ, 2005, "Biomasa torrefactada para gasificación de biomasa por flujo arrastrado", Informe ECN, ECN-C–05-026.