Hidrógeno azul a partir de carbón y biomasa de café de Antioquia: una oportunidad para el futuro energético global

La transición hacia fuentes de energía sostenibles es una de las prioridades más urgentes en la ingeniería actual, y en este contexto, el hidrógeno azul se perfila como una solución clave ante los retos ambientales y climáticos globales. En este sentido, una investigación realizada en la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín profundiza en el potencial de producción de hidrógeno azul a escala departamental, con especial énfasis en el aprovechamiento del carbón y la biomasa de café generados en la cuenca carbonífera del Sinifaná, en el suroeste antioqueño.

Reunión grupal para analizar los resultados realizada el jueves 16 de enero de 2025 en la Facultad de Minas.

La transformación de carbón y biomasa en hidrógeno azul está cada vez más cerca de ser una constante nacional. La clave reside en el uso de tecnologías avanzadas y en la optimización de los costos para convertir el carbón y los residuos del cultivo del café generados en Antioquia en hidrógeno. Para que el carbón y estos residuos generen hidrógeno con captura de CO2 «Hidrógeno azul», es necesario recurrir a tecnologías especiales como la gasificación, la cogasificación (gasificación de carbón y biomasa) y la captura y almacenamiento de carbono ―CCUS, por sus siglas en inglés―, procesos que ofrecen grandes beneficios en términos de sostenibilidad y balance socioeconómico.

«Tanto el carbón como los residuos del cultivo del café, poseen una estructura carbonosa que mediante reacciones con el vapor de agua, el oxígeno y otros agentes gasificantes como el mismo CO2, facilitan su conversión mediante pirólisis o gasificación. Estos procesos generan gas de síntesis o syngas, rico en hidrógeno. Para que el hidrógeno resultante se clasifique como azul, es necesario capturar el CO2 mediante aminas u otras técnicas especiales de captura, evitando así la emisión de gases de efecto invernadero y otros compuestos nocivos», explicó el profesor Farid Chejne Janna, físico, ingeniero mecánico y doctor en Ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid. Su labor como profesor titular en el Departamento de Procesos y Energía de la Facultad de Minas ha sido fundamental para impulsar estudios sobre fuentes de energía renovables y el aprovechamiento de recursos naturales para la generación de energía limpia en Colombia.

Con el apoyo del grupo de investigación en Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas―TAYEA―, el profesor Chejne Janna lideró por parte de la Universidad Nacional, el estudio titulado Prospectivas de la producción y uso del hidrógeno en Antioquia: Una mirada integral. La investigación cuenta con la participación de la Universidad de Antioquia, el Instituto Pascual bravo, la dirección general del profesor Andrés Amell Arrieta de la Universidad de Antioquia y el respaldo financiero del Ministerio de Educación Nacional, el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y el Instituto Colombiano de Crédito Educativo y Estudios Técnicos en el Exterior ―Icetex―.

El profesor Chejne Janna destacó que en Antioquia se producen anualmente cerca de 4.000.000 de toneladas de biomasa (Datos de la Gobernación de Antioquia) que permitirían generar aproximadamente 170.000 toneladas de hidrógeno al año. Respecto al carbón, en la zona del Sinifaná se dispone, (Datos de la UPME) de alrededor de 1.900.000 toneladas que a su vez permitirían producir 76.000 toneladas de hidrógeno en el mismo periodo. Además, los estudios señalan que la región del Suroeste es la que tiene el mayor potencial para la producción de biomasa residual de café.

«Los resultados de los estudios muestran que tenemos un potencial significativo para la producción de hidrógeno, especialmente en la cuenca carbonífera del Sinifaná, que alberga cerca del 70% de las hectáreas totales cultivadas de café del departamento. Esto posiciona a Antioquia como un posible centro de producción de hidrógeno para aplicaciones como el transporte pesado y la generación de electricidad», complementó Andrés Gómez, estudiante de ingeniería biológica y miembro del grupo TAYEA.

Aunque la producción de hidrógeno a partir de biomasa o carbón sigue siendo costosa, la viabilidad de utilizarlo como combustible para el transporte pesado puede justificar estos costos, especialmente en un país como Colombia, donde la descarbonización de sectores clave puede generar tanto beneficios ambientales como económicos. Además, la captura de CO2 podría generar otros productos valiosos en múltiples esferas, como fertilizantes, urea y metanol.

Aparte de su relevancia científica, este proyecto abre la puerta a nuevas oportunidades de desarrollo económico y social para las comunidades de la región Penderisco-Sinifaná. Municipios como Titiribí, Venecia y Amagá podrían beneficiarse de estrategias basadas en el aprovechamiento del carbón y los residuos de café, contribuyendo a un modelo de desarrollo más sostenible. En este sentido, el estudio no sólo examina los beneficios del hidrógeno, sino también los desafíos asociados con el uso del carbón. «El carbón puede ser útil, pero debe emplearse de manera responsable, mitigar sus emisiones y evaluar los costos asociados con la limpieza de los efluentes para garantizar su uso adecuado», concluyó el profesor Farid Chejne Janna.

Colores para caracterizar el hidrógeno

El hidrógeno es un elemento presente en todas las formas de vida de la Tierra y es el más abundante en el universo. Es un gas incoloro y sin olor que está constituido por dos átomos de hidrógeno combinados en una molécula; su símbolo en la tabla periódica es H. La policromía del hidrógeno se organiza de acuerdo al origen de la energía utilizada para obtenerlo, la cual marca su impacto medioambiental y clasificación: de alta huella de carbono ―hidrógeno negro, gris o marrón― se extrae del carbono, es de efecto invernadero e incide en el cambio climático; de menor huella o que pueden volverse a almacenar ― hidrógeno azul, cian, rosa y amarillo― y se obtiene por electrólisis de la molécula agua o con un mix de energías renovables; y también está el natural ―hidrógeno blanco y naranja― que reside en las piedras o se obtiene a través una inyección de CO2 al subsuelo, respectivamente.

Actualmente, Colombia cuenta con una Hoja de Ruta del Hidrógeno, elaborada por los Ministerios de Ambiente y Desarrollo Sostenible, y Minas y Energía, que establece estrategias para desarrollar este elemento como fuente de energía. Esta investigación de prospección sobre el hidrógeno en Antioquia es un análisis científico que puede impulsar la consolidación de políticas energéticas y para las nuevas tecnologías a escala nacional e internacional.

Destacado: En la cogasificación se usan simultáneamente dos tipos de combustibles, en este caso carbón y biomasa, para generar un syngas que se emplea para producir hidrógeno. En la producción de este, se aprovechan los recursos fósiles y se reducen las emisiones de gases contaminantes a través de tecnologías de almacenamiento de carbono. En la actualidad es una de las alternativas más sostenible para la producción de hidrógeno en comparación con métodos convencionales como la electrólisis del agua o la reforma del metano con vapor.

Esta es una investigación interinstitucional liderada por el grupo Grupo de Ciencia y Tecnología del Gas y Uso Eficiente y Racional de la Energía ―Gasure― de la Universidad de Antioquia. Participan en ellas la Instituciónn Universitaria Pascual Bravo, la Universidad de La Guajira, el Ministerio de Educación Nacional, el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín.

Los resultados ampliados de este análisis del potencial de producción de hidrógeno de bajas emisiones a partir de la biomasa y el carbón disponibles en el departamento serán presentados los días 30 y 31 de enero de 2025 en el auditorio del Edificio de Extensión de la Universidad de Antioquia.