El arroz es uno de los alimentos más consumidos en el mundo, pero se conoce poco de su uso para generar energía sostenible. Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (Unal) descubrieron el potencial de los residuos de ese grano. El resultado: con la cascarilla de arroz se puede generar energía.
Una vez que el grano de arroz es separado en la molienda, queda un residuo que se conoce como cascarilla. Durante décadas se consideró que ese desecho no tenía ningún uso adicional. La cascarilla representa el 20% del total de residuos en el arroz.
Cada año se juntan alrededor de 700 mil de toneladas de cascarilla, cerca del 20% total de los 3.5 millones de materiales residuales que genera el arroz. A la fecha la mayor parte de estos residuos se queman y generan altos impactos ambientales por las emisiones de CO2 y afectaciones a la calidad del aire.
El trabajo de investigación de la Unal, se fundamentó en los sistemas que utilizan energía solar como fuente. Se concretó un prototipo híbrido que funciona con una biomasa hecha de desperdicios y residuos de cascarilla de arroz.
Este tipo de desarrollos han sido exitosos en el mundo. Existen diversos proyectos similares en Holanda, India, Francia o Alemania que funcionan con residuos agrícolas y desperdicios de alimentos. Ello permite que se genere energía que, en una implementación doméstica, puede cubrir el consumo diario de una casa de cuatro personas. O en una gran instalación, el consumo por día de una ciudad de 40 mil personas.
En Colombia, encontraron una solución que trae beneficios en doble vía. Por un lado, se ocupan los residuos de la industria arrocera; por el otro, se ofrece acceso a energía sostenible a comunidades rurales apartadas, lo que cierra brechas de pobreza energética.
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¿Cómo se genera energía con la cascarilla del arroz?
La historia comenzó en 2014, cuando en el Laboratorio de Ciencias de la Energía de la UNAL en Medellín, se desarrollaba el proyecto Hibrilec. Ahí se trabajó en la creación de prototipos que se pudieran utilizar en regiones apartadas de Colombia. Principalmente en el departamento de La Guajira, donde no tienen acceso a energía eléctrica y dependen de sistemas de generación propia.
“El prototipo combina tecnologías de energía solar fotovoltaica y gasificación de biomasa. Logramos unificar estos dos sistemas para garantizar la generación de energía eléctrica durante las 24 horas del día”, explica Karidys Morales Sánchez, ingeniera mecánica de la UNAL que lideró la investigación y diseñó el nuevo sistema.
En 2015 empezaron los experimentos con diversas biomasas o residuos agrícolas y descubrieron que la cascarilla de arroz genera mejores resultados. La investigación empezó a determinar la viabilidad del producto en La Guajira, ya que ese departamento se caracteriza por presentar altas temperaturas y exposición solar.
“El prototipo debía adaptarse a las condiciones específicas del departamento, que tiene una importante producción agrícola de cultivos de arroz y maíz. Los análisis comprobaron que la cascarilla de arroz tenía mejor comportamiento para convertirse en biomasa que permitiera la generación de energía”, explica Morales.
El equipo liderado por Morales adaptó el prototipo de panel solar para generar el proceso de gasificación de la biomasa de la cascarilla de arroz, que sirve como combustible limpio. También se identificó, junto a la Federación Colombiana de Arroz (Fedearroz), a los 287 productores de la región y sus 419 puntos de procesamiento, para que sirvieran como proveedores.
La Guajira tiene gran potencial de producción de biomasa al tener una producción de cerca de 20 mil toneladas de cultivos de arroz al año en esta región, lo que permite acceso constante a la materia prima con alrededor de 4 mil toneladas de cascarillas.
“La cascarilla de arroz, al ser una cáscara o capa protectora, no requiere tratamientos adicionales, como secado o trituración, para ser gasificada. Esto implica una reducción significativa en los costos asociados con el pretratamiento de la biomasa y los costos de energía adicionales”, agrega la ingeniera Morales.
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¿Podría este prototipo replicarse a gran escala?
Sobre si este es un dispositivo que pueda usarse a gran escala, Morales respondió que al optar por otro tipo de biomasa, sería necesario ajustar las condiciones operativas, “para asegurar la producción de un gas de síntesis con las condiciones adecuadas para su uso en el motogenerador”.
La ingeniera es precavida en advertir que durante su investigación no se desarrolló un producto relacionado con escalabilidad comercial o mercadeo de producto. El uso del prototipo en otras regiones del país sigue en estudio, porque se debe tener acceso a las mismas condiciones de biomasa producto de residuos agrícolas y su rendimiento debe ser compatible con el sistema de gasificación.
La investigadora dijo que los paneles solares a nivel mundial solo pueden ser utilizados directamente o se almacenan en baterías para usarse cuando no hay luz solar disponible. Por eso, el uso de una tecnología híbrida permitiría diversificar fuentes de energía y garantizar un suministro continuo y estable.
Iván Rodríguez, experto en transformación e innovación en el sector del gas natural y gases renovables, señala que la viabilidad de estos prototipos depende de la combinación de criterios técnicos y económicos.
Es decir, la viabilidad de escalar estos proyectos debe definirse en la relación costo-beneficio, que se fundamenta en la facilidad de acceder a la materia prima para la generación de energía. En el caso del prototipo híbrido, su uso dependerá de la capacidad de cada región para disponer de residuos agrícolas que sean compatibles. Es posible generar la energía diaria necesaria en un hogar rural, y también hasta el 25% de la necesaria para el funcionamiento de una fábrica productora de azúcar.
“En Colombia está tomando fuerza el uso de residuos agrícolas para la generación de biogases que permitan la generación de energía de una forma más limpia. Además, la industria de alimentos debe promover prácticas más sostenibles en el manejo de residuos, que generalmente son quemados, pero ello produce un mayor impacto ambiental”, explica Iván Rodríguez.
El experto agrega que los procesos de gasificación distribuidos –o in situ– generan menos contaminantes atmosféricos y son un camino para el manejo adecuado y aprovechamiento de recursos renovables como los alimentos.
Respecto del costo de la creación del dispositivo, la realidad es que se trata de una adecuación a los sistemas de paneles solares ya existentes que no generan sobrecostos adicionales.
La viabilidad de la generación de energía con uso de residuos alimenticios a escala mundial
La viabilidad y capacidad de que estos prototipos sean comercializables depende de las necesidades del mercado. Hoy, quienes necesitan del uso de estos sistemas son los hogares más pobres y con menos capacidad adquisitiva. Estos se encuentran ubicados en regiones rurales y dependen directamente de proyectos públicos en los que el sector agrícola funcionará como un aliado estratégico.
En el mundo existen diversos prototipos y proyectos que han logrado consolidarse en el mercado. Un ejemplo es el proyecto Hybrid2Grid de Shell en Holanda, que funciona de la misma forma que el prototipo colombiano. Combinr la energía que producen paneles solares con la producción de biogás a partir de residuos orgánicos.
Otro caso que evidencia la posibilidad de volver escalable esta iniciativa colombiana está en la India. Ahí, el proyecto SolBites combina la generación de energía solar con la gestión de residuos orgánicos, incluidos los restos de alimentos en escuelas rurales. Su objetivo es la producción de energía sostenible y gestión de residuos en entornos educativos.
En Alemania hoy existen más de 9 mil plantas de biogás distribuidas por todo el país que reciben residuos agroindustriales para convertirlas en biogás. Asimismo, en Francia existe un programa de tratamiento y separación de residuos alimenticios en los hogares para que se conviertan en fuente de energía sostenible.
Estos proyectos son un espejo del piloto que hoy avanza en La Guajira, donde cerca del 70% de la población no tiene energía eléctrica. Estos prototipos creados en la Unal son financiados por el proyecto Energética 2030, de Colombia Científica, una de las comunidades científicas de mayor repercusión en temas de transformación del sector energético y el cierre de brechas de pobreza.
