Líneas de Investigación

Valorización energética de combustibles y residuos.
 
La misión en esta área de investigación del CIEMAT es desarrollar e implementar sistemas de conversión termoquímica para fomentar el uso limpio y sostenible del carbón, biomasa y residuos y responder a las exigencias tecnológicas y ambientales de cada momento y su proyección de futuro. Se analizan y desarrollan sistemas avanzados de combustión y gasificación, así como para el tratamiento de las corrientes de salida de dichos procesos, con especial énfasis en las corrientes de gases. Los procesos y sistemas desarrollados se aplican a combustibles fósiles (carbón), biomasa y residuos (agrícolas, forestales, urbanos, industriales, etc.). Igualmente, asociados a procesos termoquímicos, se estudian tecnologías de captura y valorización de CO2 y producción de H2.
Dentro de esta área el CIEMAT trabaja en las siguientes líneas: 
 
1. Combustión y gasificación 
2. Depuración y tratamiento de corrientes de procesos de conversión termoquímica

 

1. Combustión y gasificación

El CIEMAT se centra en el desarrollo e implementación de sistemas avanzados de combustión y gasificación, con especial énfasis en los sistemas basados en Tecnologías de Lecho Fluidizado, favoreciendo el uso de este tipo de tecnologías para el aprovechamiento energético del carbón, biomasa y residuos de una manera limpia, eficaz y sostenible.
Dentro de esta línea el CIEMAT trabaja en las siguientes sub-líneas:

1.1. Combustión
Esta sub-línea se centra en el estudio y desarrollo de procesos de combustión, co-combustión y oxi-combustión de carbón, biomasa y residuos urbanos, agrícolas e industriales, con el objetivo científico-técnico de evaluar su viabilidad técnica y medioambiental para producción de calor y/o energía. La línea también se ocupa de la determinación de los residuos derivados de dichos procesos de combustión, emisiones gaseosas (SO2, NOx, N2O, CO2), elementos traza (Hg, Se, As, Cd, etc.) y cenizas. Los estudios van desde estudios cinéticos a escala de laboratorio (TGA) hasta experimentación en plantas de combustión en lecho fluidizado a escala bench.

1.2. Gasificación
El objetivo de esta sub-línea es la evaluación técnica y ambiental de biomasas y residuos en procesos de gasificación para la obtención de un gas que pueda ser quemado en caldera, aprovechado para la producción de calor, energía (en motores de combustión interna) o para obtención de productos químicos de mayor valor (hidrógeno, metano sintético, hidrocarburos, biocarburantes, etc.). La línea aborda también el estudio de los residuos derivados en el proceso, las emisiones gaseosas (H2S, HCl, NH3), los alquitranes, las cenizas, su muestreo, análisis y diagnóstico. Como en la línea de combustión, los estudios van desde la escala de laboratorio hasta plantas de tamaño semi-industrial (en este último caso en colaboración con la Unidad de Procesos de Conversión Térmica del CEDER).

 

2. Depuración y tratamiento de corrientes de procesos de conversión termoquímica

Esta línea de investigación se dirige al desarrollo y evaluación de tecnologías avanzadas, físicas, químicas y catalíticas, para el tratamiento de corrientes efluentes de los procesos de valorización termoquímica de combustibles, carbón, biomasa y residuos. Así, por ejemplo los gases deben ser sometidos a etapas de depuración (debido a requerimientos medioambientales y/o equipos) y a etapas de ajuste de su composición en el caso de su uso como materias primas para la síntesis química o de carburantes. El CIEMAT se centra en el desarrollo de sistemas avanzados, que den respuesta a dichas necesidades.
La actividad en esta línea engloba estudios experimentales que abarcan la escala de laboratorio y planta piloto.
Dentro de esta línea el CIEMAT trabaja en las siguientes sub-líneas: 

2.1 Depuración y procesado
Esta sub-línea se ocupa del estudio y desarrollo de materiales, sistemas y procesos de depuración y eliminación de componentes nocivos generados en los procesos de conversión térmica (SOx, NOx, CO2, alquitranes, H2S, NH3, HCl) así como del desarrollo de materiales, sistemas y procesos (e.g. reformado, WGS, COProx) que permitan ajustar la composición del gas (de gasificación) a la requerida en los procesos subsecuentes (pilas de combustibles, síntesis de carburantes, síntesis química, etc.). La línea incluye actividades en:

  • Eliminación de contaminantes (e.g. H2S, Tar, SOx, NOx, otros),
  • Mejora de la calidad del gas de gasificación (e.g. craqueo, reformado, water-gas-shift), 
  • Mejora de la calidad de los productos de conversión termoquímica de carbón, biomasa y residuos, e.g. las fracciones líquidas de procesos de licuefacción y pirólisis.

La actividad en esta sub-línea engloba estudios experimentales que abarcan la escala de laboratorio y planta piloto.

2.2 Producción de Hidrógeno
Se dirige al estudio de la separación selectiva de hidrógeno a partir de corrientes que lo contengan, por ejemplo procedentes de gasificación, reformado, pirolisis, para su utilización en sistemas que usen éste como combustible (pilas de combustible, turbinas) o como materia prima en otros procesos químicos.
El desarrollo se centra en los sistemas de media-alta temperatura basados en membranas (paladio y sistemas de dos o más metales) y en los sistemas integrados de reactores de membrana y catalizador, adsorbente y catalizador, materiales bifuncionales, adsorbente-catalizador-membrana y su estudio y aplicación en procesos del ámbito termoquímico, reformado, reacción shift, reacción mejorada por adsorción, etc. El concepto de sistema integrado con separación de hidrógeno puede ser aplicado a otros campos de la industria química.
La actividad en esta sub-línea engloba estudios experimentales que abarcan la escala de laboratorio y planta piloto.

2.3 Captura y Valorización de CO2
Dirigida a la búsqueda de alternativas y desarrollo de tecnologías de aprovechamiento de CO2 que permitan el uso sostenible del carbón, para la generación eléctrica, así como minimizar su emisión en procesos de conversión termoquímica de la biomasa y los residuos y en otros procesos industriales. 
En el apartado de captura se estudian y desarrollan materiales, sistemas y procesos de adsorción tanto en pre- como en post-combustión, así como mediante tecnologías asistidas por promoción electroquímica de la catálisis.
En el apartado de uso de CO2 como materia prima se busca su transformación en combustibles (e.g. metano) y/o productos químicos (e.g. alcoholes, hidrocarburos). Se desarrollan tanto procesos basados en adsorción convencional con sólidos y catálisis heterogénea convencional como tecnologías de catálisis asistidas por promoción electroquímica y sistemas integrados de reactor de membrana.
La actividad en esta sub-línea engloba estudios experimentales que abarcan la escala de laboratorio y planta piloto.