A través de la biomasa se obtienen los compuestos químicos susceptibles de ser utilizados en los actuales sistemas de almacenamiento, otorgando un valor agregado a los desechos del proceso de elaboración de la madera.
La gestión de residuos es una de las principales preocupaciones a nivel mundial debido a su impacto en el medio ambiente. Según un estudio de The Waste Atlas, publicado en 2018, Chile es el país sudamericano que más basura genera, pues cada habitante produce aproximadamente 456 kilos por año. Entre los desechos más dañinos se encuentran las baterías y pilas convencionales, las cuales han sido modificadas por la industria con el fin de disminuir la presencia de compuestos tóxicos para la salud. Sin embargo, siguen siendo perjudiciales para nuestro entorno ya que cuando termina su vida útil son descartadas de forma inapropiada, liberando elementos nocivos como el plomo.
Frente a esta amenaza, y considerando el contexto de nuestro país, el Laboratorio de Química Analítica y Electroanálisis del Departamento de Química de la USM, en convenio con la Universidad de Concepción y la empresa chilena Borg, está desarrollando una investigación que busca darle un valor agregado a los residuos forestales, también llamados biomasa. Estos son sometidos a un proceso termoquímico del cual se obtiene, en mayor porcentaje, un líquido pirolítico llamado bio-oil, rico en compuestos altamente requeridos por la industria; entre ellos, el catecol, el cual en la actualidad podría ser utilizado como anolito, una de las soluciones clave para baterías más amigables con el medio ambiente, ya que cuenta con la capacidad de descomponerse.
El uso más común de este material residual que se genera en la elaboración de la madera y el papel, entre otros derivados, es su quema directa para obtener energía calórica; no obstante, es una aplicación que no aprovecha todo su potencial. Es así como la industria mundial ha desarrollado diversos procesos termoquímicos para aprovechar esta materia; entre ellos está la pirolisis rápida, la cual somete la biomasa a una combustión a 500° C entre 2 y 3 segundos, provocando que pase del estado sólido al líquido y dando origen al bio-oil, entre otros productos.
Esta iniciativa es liderada por la Dra. Catherine Tessini, profesora del Departamento de Química de la USM, quien detalla que la Unidad de Desarrollo Tecnológico de la Universidad de Concepción realiza el proceso de pirolisis específicamente a los taninos de la corteza del pino, y luego les entrega el bio-oil que están estudiando. “La primera etapa de este proyecto, que comenzó en 2014, fue desarrollar las metodologías analíticas para identificar, cuantificar y posteriormente separar el catecol del bio-oil, lo que no es algo sencillo ya que es una matriz extremadamente compleja. En ese marco comenzamos la colaboración con la empresa Borg, la cual ha desarrollado de forma comercial baterías de flujo redox fabricadas con compuestos orgánicos, siendo más amigables con el medio ambiente y con mejor rendimiento”, explica la especialista.
Por su parte, Patricio Reveco, Director del Departamento de Química de la USM, destaca la importancia de este trabajo ya que “nuestro país tiene ventajas comparativas en cuanto a los residuos forestales, por ello, la producción y almacenamiento de energía es un área de investigación de interés para nuestro Departamento. De esta manera, el proyecto de la Dra. Tessini es muy relevante, ya que investiga celdas de flujo electroquímicas que permiten almacenar energía, proveniente de fuentes como la eólica y la solar, a un bajo costo y de menor toxicidad”, agrega.
Baterías de flujo redox
La empresa chilena Borg ha desarrollado una alternativa al almacenamiento de energía que no utiliza metales ni materiales tóxicos. Se trata de una batería de flujo redox que funciona con dos compuestos orgánicos; uno de ellos es el catecol, el cual se adquiriere en el comercio como reactivo químico de alta pureza y, por ende, de alto costo.
Con el aporte de esta iniciativa es posible obtener el mismo compuesto, pero extraído de fuentes renovables y naturales, es decir, de la biomasa forestal residual. Laura Gamboa, estudiante del Doctorado en Ciencias, mención Química USM – UV, se encuentra desarrollando su trabajo de memoria en esta investigación. “Utilizamos dos compuestos alojados en recipientes separados, uno como catolito y otro como anolito, los cuales se conectan a la batería de flujo redox a través de una bomba peristáltica. La batería tiene una membrana en su interior que permite que cada solución pase por un lado sin contaminarse, mientras se genera un proceso de oxidoreducción, con intercambio de electrones, que le permite tanto generar como almacenar energía”, precisa.
Además de identificar, cualificar y extraer los catecoles del bio oil, la investigación está evaluando el funcionamiento de este compuesto en una batería de 1 celda, la cual se espera que funcione sin reacciones adversas. Posteriormente, se identificará el total de ciclos que tiene el equipo y cuánto va a durar su proceso de descarga; de acuerdo eso, se puede aumentar la cantidad de baterías para conseguir un mayor voltaje. Su principal aplicación, y donde se proyecta su mejor desempeño, es en el almacenamiento de energía generada por paneles solares o energía eólica, e incluso en el futuro puede ser clave para la electromovilidad.
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