Determinar a través de simulación numérica el proceso de gasificación y combustión de biomasa al interior de un reactor, es el principal objetivo de la “Producción de gas síntesis, mediante la combustión híbrida de gas metano y pellets de madera en medios porosos”, proyecto desarrollado por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María, y que busca reducir las extensas horas de trabajo que implica este tipo de experimentos en laboratorios.

Según explica Claudio Silvestre, Ingeniero Civil Mecánico y estudiante de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánica, “el gas de síntesis es una mezcla compuesta en mayor medida por hidrógeno y monóxido de carbono y en menor, por bióxido de carbono y fracciones de metano. Además, se trata de un producto sintético, que permite generar otros combustibles líquidos o aceites del tipo lubricante”.

La combustión híbrida en un medio poroso inerte, en tanto, considera dos combustibles, que en este caso corresponden a los pellets de madera y al gas metano, de manera de evitar los altos niveles de residuos sólidos producidos por gasificadores convencionales. Ambos intervienen en la producción de gas de síntesis, además del oxígeno, elemento químico que actúa como oxidante y que ante su ausencia no se pueden generar las reacciones de combustión de la biomasa.

“De esta manera y mediante modelamiento computacional, se trata de predecir lo que sucede al interior de un reactor de medio poroso y estudiar los fenómenos físicos y químicos que predominan, ya que si se realizan experimentos de este tipo en laboratorios, se desconocen cuáles son las principales reacciones químicas que toman lugar en el proceso”, agrega.

Es importante destacar que el modelo unidimensional y no estacionario toma en cuenta la ecuación de conservación de masa de las especies químicas, la conservación de masa para el combustible sólido, la conservación de energía para la fase gaseosa y la conservación de energía de la fase sólida inerte-combustible.

Adicionalmente, añade, se considera que no hay equilibrio térmico local entre las fases sólidas y gaseosas y se asume que el consumo de los pellet de madera es completo, generándose CO, CO2, H2 y CH4 como gases producto. “Este planteamiento requiere el acoplamiento de la cinética química del proceso de pirólisis de biomasa, además de las reacciones heterogéneas, entre el carbón de esta última y los gases circundantes, y el proceso de reacciones homogéneas entre las mismas especies gaseosas, incluyendo los fenómenos de trasporte por difusión, convección y conducción”, explica Silvestre.

Asimismo, detalla que “el proceso de modelación entrega como resultado los perfiles térmicos y las concentraciones químicas que se generan, lo que permite reducir horas de trabajo en laboratorio y los costos que esto implica. Además, como se trata de un modelo validado se puede aplicar en cualquier escenario, modificando los parámetros de trabajo y pudiendo ser aplicado a nivel industrial para obtener gas de síntesis y utilizarlo en la generación de energía eléctrica o para venderlo como combustible alternativo”.

Esta investigación contempló el uso de pellets de madera, dado que implica una fuente renovable de energía. Hoy, tanto en Chile como en los países desarrollados, los hidrocarburos son el tipo de combustible más utilizado y están haciéndose cada vez más escasos, por lo tanto, se deben buscar nuevas fuentes de generación de energía.