El crecimiento progresivo de la demanda global de energía y el actual modelo energético, social y ambiental del cual dependemos, basado en la combustión de recursos fósiles con grandes emisiones contaminantes, hace que sea necesario el cambio a un nuevo modelo energético basado en una producción y un consumo más sostenibles y en el desarrollo y la utilización de fuentes de energías renovables.
En este sentido la biomasa juega un papel muy importante. Sin embargo, debido a las propiedades de la biomasa, para poder obtener un combustible de mayor calidad, resulta necesaria la utilización de nuevas tecnologías de transformación de la biomasa con bajo impacto ambiental, motivo por el que la investigación en estas nuevas tecnologías resulta un campo de interés con un gran potencial de desarrollo en el ámbito de las energías renovables, lo que ha motivado la realización de este trabajo experimental.
La biomasa lignocelulósica es el material biológico más abundante en la Tierra, y por lo tanto, el más económico de producir. La lignocelulosa es un polímero estructural constituyente de la pared celular de las plantas superiores. Los materiales residuales derivados de actividades industriales, agrícolas y forestales, como son el hueso de aceituna y el hueso de aguacate. tienen elevados contenidos de lignocelulosa, y pueden ser empleados como fuente de energía renovable.
La fracción orgánica de la biomasa lignocelulósica está constituida principalmente por tres polímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina. Esta biomasa contiene además distintas proporciones de otras fracciones fundamentales: agua, extractos orgánicos y cenizas (fracción inorgánica). La proporción y la composición de cada una de estas fracciones son variables: 35-50% celulosa, 20-40% hemicelulosa; 20-35% lignina.
Se pueden utilizar diferentes tipos de procesos termoquímicos para transformar la biomasa lignocelulósica en combustibles de mayor valor. La pirólisis consiste en la descomposición térmica de los materiales en ausencia de oxígeno y da como resultado la transformación del material original en tres diferentes fracciones: sólida, líquida y gaseosa.
El proceso puede realizarse bajo diferentes condiciones de reacción en términos de temperatura, velocidad de calentamiento y tiempo de residencia, que determinan los rendimientos de los productos y la composición de las fracciones resultantes.
La pirólisis lenta convencional o carbonización, ocurre en un proceso donde el tiempo de residencia de la materia prima es alto (hasta varias horas) y la velocidad de calentamiento es baja. El objetivo de este proceso es optimizar la producción de la fracción sólida, un biocombustible con propiedades mejoradas respecto al combustible original. La fracción condensable, denominada aceite de pirólisis o bioaceite, consiste en una emulsión de agua con una gran variedad de moléculas orgánicas, entre las cuales destacan los ácidos, alcoholes, aldehídos, cetonas y compuestos derivados del azúcar. Este bioaceite muestra un potencial sustancial como biocombustible líquido y puede utilizarse en calderas y hornos. Sin embargo, no puede reemplazar a los combustibles convencionales debido a su alto contenido en compuestos oxigenados, lo que resulta en una alta viscosidad y corrosividad, bajo valor calórico e inestabilidad. En este aspecto, resolver este problema resulta un campo de investigación de gran interés.
Además del uso potencial como combustible, el bioaceite contiene una gran variedad de compuestos empleados en la industria química. Por lo tanto, la producción de estos productos es una consideración adicional de la pirólisis de la biomasa. Sin embargo, uno de los principales inconvenientes del uso del bioaceite como materia prima industrial es la baja concentración de cada uno de los compuestos específicos en la mezcla, siendo el ácido acético el más importante con porcentaje inferior al 5%.
El uso de hornos rotatorios para la transformación termoquímica de biomasa implica una serie de ventajas técnicas y económicas en comparación con los reactores de lecho fijo convencionales en términos de mayor capacidad de producción, control de procesamiento mejorado y homogeneidad del producto. Además, este tipo de reactores permiten un control más preciso de la interacción entre la fracción sólida y los productos volátiles derivados de la transformación térmica de los sólidos, reduciendo así las reacciones químicas secundarias que pueden afectar a los rendimientos y a las propiedades de las fracciones resultantes.
El objetivo de este trabajo experimental es investigar la transformación termoquímica mediante pirólisis lenta o carbonización en un reactor de cuarzo rotatorio, de dos biomasas residuales, una de carácter lignocelulósico (huesos de aceituna provenientes de la producción industrial de aceite de oliva) y una de carácter amiláceo (huesos de aguacate provenientes de la producción industrial de guacamole y otros productos a base de aguacate), para evaluar el efecto de la naturaleza del material biomásico sobre el proceso de pirólisis.
Se determinaron los rendimientos de los productos sólidos y líquidos resultantes de forma gravimétrica para cada condición experimental, realizando dos tipos diferentes de ensayos de pirólisis, continuos y fraccionados, y se caracterizaron por sus propiedades químicas, físicas y térmicas para evaluar su potencial energético como combustible y los posibles usos no energéticos de los productos derivados de los procesos de pirólisis.
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The progressive growth of global energy demand and the current energy, social and environmental model on which we depend, based on the combustion of fossil resources with high polluting emissions, makes it necessary to change to a new energy model based on more sustainable production and consumption and on the development and use of renewable energy sources.
Biomass plays a very important role in this respect. However, due to the properties of biomass, in order to obtain a higher quality fuel, it is necessary to use new biomass transformation technologies with low environmental impact, which is why research into these new technologies is a field of interest with great potential for development in the field of renewable energies, which has motivated this experimental work.
Lignocellulosic biomass is the most abundant biological material on Earth, and therefore the cheapest to produce. Lignocellulose is a structural polymer constituent of the cell wall of higher plants. Waste materials derived from industrial, agricultural and forestry activities, such as olive pits and avocado pits, have high lignocellulose contents and can be used as a source of renewable energy.
The organic fraction of lignocellulosic biomass consists mainly of three polymers: cellulose, hemicellulose and lignin. This biomass also contains different proportions of other fundamental fractions: water, organic extracts and ash (inorganic fraction). The proportion and composition of each of these fractions is variable: 35-50% cellulose, 20-40% hemicellulose; 20-35% lignin.
Different types of thermochemical processes can be used to transform lignocellulosic biomass into higher value fuels. Pyrolysis is the thermal decomposition of materials in the absence of oxygen and results in the transformation of the original material into three different fractions: solid, liquid and gaseous. The process can be carried out under different reaction conditions in terms of temperature, heating rate and residence time, which determine the yields of the products and the composition of the resulting fractions.
Conventional slow pyrolysis or carbonisation occurs in a process where the residence time of the feedstock is high (up to several hours) and the heating rate is low. The objective of this process is to optimise the production of the solid fraction, a biofuel with improved properties compared to the original fuel. The condensable fraction, called pyrolysis oil or bio-oil, consists of an emulsion of water with a variety of organic molecules, including acids, alcohols, aldehydes, ketones and sugar-derived compounds. This bio-oil shows substantial potential as a liquid biofuel and can be used in boilers and furnaces. However, it cannot replace conventional fuels due to its high content of oxygenated compounds, which results in high viscosity and corrosiveness, low calorific value and instability. In this respect, solving this problem is a field of research of great interest.
In addition to the potential use as a fuel, bio-oil contains a wide variety of compounds used in the chemical industry. Therefore, the production of these products is an additional consideration of biomass pyrolysis. However, one of the main drawbacks of using bio-oil as an industrial feedstock is the low concentration of each of the specific compounds in the mixture, with acetic acid being the most important at less than 5%.
The use of rotary kilns for the thermochemical transformation of biomass implies a number of technical and economic advantages compared to conventional fixed bed reactors in terms of higher production capacity, improved processing control and product homogeneity. In addition, this type of reactor allows a more precise control of the interaction between the solid fraction and the volatile products derived from the thermal transformation of the solids, thus reducing the chemical side reactions that can affect the yields and properties of the resulting fractions.
The aim of this experimental work is to investigate the thermochemical transformation by slow pyrolysis or carbonisation in a rotary quartz reactor of two waste biomasses, one lignocellulosic (olive pits from the industrial production of olive oil) and one starchy (avocado pits from the industrial production of guacamole and other avocado-based products), in order to evaluate the effect of the nature of the biomass material on the pyrolysis process.
The yields of the resulting solid and liquid products were determined gravimetrically for each experimental condition, performing two different types of pyrolysis tests, continuous and fractionated, and characterised for their chemical, physical and thermal properties to evaluate their energy potential as fuel and the possible non-energy uses of the products derived from the pyrolysis processes.
El crecimiento progresivo de la demanda global de energía y el actual modelo energético, social y ambiental del cual dependemos, basado en la combustión de recursos fósiles con grandes emisiones contaminantes, hace que sea necesario el cambio a un nuevo modelo energético basado en una producción y un consumo más sostenibles y en el desarrollo y la utilización de fuentes de energías renovables.
En este sentido la biomasa juega un papel muy importante. Sin embargo, debido a las propiedades de la biomasa, para poder obtener un combustible de mayor calidad, resulta necesaria la utilización de nuevas tecnologías de transformación de la biomasa con bajo impacto ambiental, motivo por el que la investigación en estas nuevas tecnologías resulta un campo de interés con un gran potencial de desarrollo en el ámbito de las energías renovables, lo que ha motivado la realización de este trabajo experimental.
La biomasa lignocelulósica es el material biológico más abundante en la Tierra, y por lo tanto, el más económico de producir. La lignocelulosa es un polímero estructural constituyente de la pared celular de las plantas superiores. Los materiales residuales derivados de actividades industriales, agrícolas y forestales, como son el hueso de aceituna y el hueso de aguacate. tienen elevados contenidos de lignocelulosa, y pueden ser empleados como fuente de energía renovable.
La fracción orgánica de la biomasa lignocelulósica está constituida principalmente por tres polímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina. Esta biomasa contiene además distintas proporciones de otras fracciones fundamentales: agua, extractos orgánicos y cenizas (fracción inorgánica). La proporción y la composición de cada una de estas fracciones son variables: 35-50% celulosa, 20-40% hemicelulosa; 20-35% lignina.
Se pueden utilizar diferentes tipos de procesos termoquímicos para transformar la biomasa lignocelulósica en combustibles de mayor valor. La pirólisis consiste en la descomposición térmica de los materiales en ausencia de oxígeno y da como resultado la transformación del material original en tres diferentes fracciones: sólida, líquida y gaseosa.
El proceso puede realizarse bajo diferentes condiciones de reacción en términos de temperatura, velocidad de calentamiento y tiempo de residencia, que determinan los rendimientos de los productos y la composición de las fracciones resultantes.
La pirólisis lenta convencional o carbonización, ocurre en un proceso donde el tiempo de residencia de la materia prima es alto (hasta varias horas) y la velocidad de calentamiento es baja. El objetivo de este proceso es optimizar la producción de la fracción sólida, un biocombustible con propiedades mejoradas respecto al combustible original. La fracción condensable, denominada aceite de pirólisis o bioaceite, consiste en una emulsión de agua con una gran variedad de moléculas orgánicas, entre las cuales destacan los ácidos, alcoholes, aldehídos, cetonas y compuestos derivados del azúcar. Este bioaceite muestra un potencial sustancial como biocombustible líquido y puede utilizarse en calderas y hornos. Sin embargo, no puede reemplazar a los combustibles convencionales debido a su alto contenido en compuestos oxigenados, lo que resulta en una alta viscosidad y corrosividad, bajo valor calórico e inestabilidad. En este aspecto, resolver este problema resulta un campo de investigación de gran interés.
Además del uso potencial como combustible, el bioaceite contiene una gran variedad de compuestos empleados en la industria química. Por lo tanto, la producción de estos productos es una consideración adicional de la pirólisis de la biomasa. Sin embargo, uno de los principales inconvenientes del uso del bioaceite como materia prima industrial es la baja concentración de cada uno de los compuestos específicos en la mezcla, siendo el ácido acético el más importante con porcentaje inferior al 5%.
El uso de hornos rotatorios para la transformación termoquímica de biomasa implica una serie de ventajas técnicas y económicas en comparación con los reactores de lecho fijo convencionales en términos de mayor capacidad de producción, control de procesamiento mejorado y homogeneidad del producto. Además, este tipo de reactores permiten un control más preciso de la interacción entre la fracción sólida y los productos volátiles derivados de la transformación térmica de los sólidos, reduciendo así las reacciones químicas secundarias que pueden afectar a los rendimientos y a las propiedades de las fracciones resultantes.
El objetivo de este trabajo experimental es investigar la transformación termoquímica mediante pirólisis lenta o carbonización en un reactor de cuarzo rotatorio, de dos biomasas residuales, una de carácter lignocelulósico (huesos de aceituna provenientes de la producción industrial de aceite de oliva) y una de carácter amiláceo (huesos de aguacate provenientes de la producción industrial de guacamole y otros productos a base de aguacate), para evaluar el efecto de la naturaleza del material biomásico sobre el proceso de pirólisis.
Se determinaron los rendimientos de los productos sólidos y líquidos resultantes de forma gravimétrica para cada condición experimental, realizando dos tipos diferentes de ensayos de pirólisis, continuos y fraccionados, y se caracterizaron por sus propiedades químicas, físicas y térmicas para evaluar su potencial energético como combustible y los posibles usos no energéticos de los productos derivados de los procesos de pirólisis.
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The progressive growth of global energy demand and the current energy, social and environmental model on which we depend, based on the combustion of fossil resources with high polluting emissions, makes it necessary to change to a new energy model based on more sustainable production and consumption and on the development and use of renewable energy sources.
Biomass plays a very important role in this respect. However, due to the properties of biomass, in order to obtain a higher quality fuel, it is necessary to use new biomass transformation technologies with low environmental impact, which is why research into these new technologies is a field of interest with great potential for development in the field of renewable energies, which has motivated this experimental work.
Lignocellulosic biomass is the most abundant biological material on Earth, and therefore the cheapest to produce. Lignocellulose is a structural polymer constituent of the cell wall of higher plants. Waste materials derived from industrial, agricultural and forestry activities, such as olive pits and avocado pits, have high lignocellulose contents and can be used as a source of renewable energy.
The organic fraction of lignocellulosic biomass consists mainly of three polymers: cellulose, hemicellulose and lignin. This biomass also contains different proportions of other fundamental fractions: water, organic extracts and ash (inorganic fraction). The proportion and composition of each of these fractions is variable: 35-50% cellulose, 20-40% hemicellulose; 20-35% lignin.
Different types of thermochemical processes can be used to transform lignocellulosic biomass into higher value fuels. Pyrolysis is the thermal decomposition of materials in the absence of oxygen and results in the transformation of the original material into three different fractions: solid, liquid and gaseous. The process can be carried out under different reaction conditions in terms of temperature, heating rate and residence time, which determine the yields of the products and the composition of the resulting fractions.
Conventional slow pyrolysis or carbonisation occurs in a process where the residence time of the feedstock is high (up to several hours) and the heating rate is low. The objective of this process is to optimise the production of the solid fraction, a biofuel with improved properties compared to the original fuel. The condensable fraction, called pyrolysis oil or bio-oil, consists of an emulsion of water with a variety of organic molecules, including acids, alcohols, aldehydes, ketones and sugar-derived compounds. This bio-oil shows substantial potential as a liquid biofuel and can be used in boilers and furnaces. However, it cannot replace conventional fuels due to its high content of oxygenated compounds, which results in high viscosity and corrosiveness, low calorific value and instability. In this respect, solving this problem is a field of research of great interest.
In addition to the potential use as a fuel, bio-oil contains a wide variety of compounds used in the chemical industry. Therefore, the production of these products is an additional consideration of biomass pyrolysis. However, one of the main drawbacks of using bio-oil as an industrial feedstock is the low concentration of each of the specific compounds in the mixture, with acetic acid being the most important at less than 5%.
The use of rotary kilns for the thermochemical transformation of biomass implies a number of technical and economic advantages compared to conventional fixed bed reactors in terms of higher production capacity, improved processing control and product homogeneity. In addition, this type of reactor allows a more precise control of the interaction between the solid fraction and the volatile products derived from the thermal transformation of the solids, thus reducing the chemical side reactions that can affect the yields and properties of the resulting fractions.
The aim of this experimental work is to investigate the thermochemical transformation by slow pyrolysis or carbonisation in a rotary quartz reactor of two waste biomasses, one lignocellulosic (olive pits from the industrial production of olive oil) and one starchy (avocado pits from the industrial production of guacamole and other avocado-based products), in order to evaluate the effect of the nature of the biomass material on the pyrolysis process.
The yields of the resulting solid and liquid products were determined gravimetrically for each experimental condition, performing two different types of pyrolysis tests, continuous and fractionated, and characterised for their chemical, physical and thermal properties to evaluate their energy potential as fuel and the possible non-energy uses of the products derived from the pyrolysis processes. Read More
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