Evaluación de la producción renovable de hidrógeno mediante la revaloración de residuos orgánicos sanitarios: pirólisis de metano

Abstract

El presente trabajo de título tiene como objetivo evaluar la producción de hidrógeno mediante valorización energética de residuos orgánicos de tres rellenos sanitarios de la Región Metropolitana utilizando el método de pirólisis de metano, considerando aspectos técnicos, ambientales y económicos. Se considera como caso base la producción de electricidad a partir de biogás utilizando motores de combustión interna. El máximo potencial eléctrico es alcanzado en el Relleno Sanitario Loma Los Colorados, obteniendo un potencial de 40 [MW] para el caso base y 47,5 [MW] utilizando hidrógeno como intermediario (alternativa 1), con un flujo de biogás de 17.281 [m3/h] en el año 2042. Asimismo, se designa como unidad de comparación (denominada unidad energética (UE)) a la potencia obtenida por flujo volumétrico de biogás, obteniendo una UE máxima de 2,40 [kWh/m3 de biogás] y 2,75 [kWh/m3 de biogás] para el caso base y alternativa 1, respectivamente. Se selecciona la descomposición térmica del plasma como principio para llevar a cabo la pirólisis de metano, obteniendo una producción de 83,4 gramos de hidrógeno por kilo de biogás. Desde un punto de vista ambiental, se estudiaron dos categorías de impacto: potencial de calentamiento global (PCG) y potencial de toxicidad humana (PTH). Los resultados indican que para el potencial de calentamiento global, la alternativa 1 produce 0,08 [t CO2,eq/MWh] y el caso base 1,14 [t CO2,eq/MWh], mientras que para el potencial de toxicidad humana, la alternativa 1 produce 0,05 [t 1,4-DCBeq/MWh] y el caso base 0,06 [t 1,4-DCBeq/MWh]. Luego, la alternativa 1 genera menos emisiones que la tecnología utilizada en la actualidad. Desde un punto de vista económico, los costos de inversión y de operación de la alternativa 1 son considerablemente mayores a los costos del caso base, esto se debe principalmente a la adquisición de las fuel cells para producir electricidad y por la operación de la antorcha de plasma. Se sugiere estudiar la viabilidad de utilizar turbinas de hidrógeno para reducir costos. Finalmente, se concluye que la producción de hidrógeno mediante pirólisis de biogás es una alternativa con un potencial más atractivo que el caso base a los métodos utilizados en la industria desde un punto de vista técnico y ambiental. Por otro lado, los principales desafíos de la implementación de la pirólisis de metano es lograr disminuir los costos del proceso.