Co-pirólisis de biomasa lignocelulósica con residuos plásticos para producir biocombustibles sustentables

Abstract

El aumento de la demanda de energía, la variabilidad de los precios de combustibles derivados del petróleo, los problemas medioambientales que se derivan de su utilización y su tasa de agotamiento de magnitud mayor a su ciclo de regeneración, resultan en una profundización de la exploración de materias primas alternativas y el reemplazo de los combustibles tradicionales. La actividad agropecuaria, una de las principales bases de la economía de Argentina, genera grandes volúmenes de residuos de biomasa lignocelulósica, materia prima prometedora para la producción de biocombustibles. Por ejemplo, la descomposición térmica de cáscara de maní produce rotura de enlaces liberando energía y obteniéndose productos finales de alto valor añadido. Sin embargo, debido a su estructura compleja, estos productos poseen un alto contenido de oxígeno, alto pH y bajo poder calorífico para su uso como combustibles; hecho que fuerza a encontrar alternativas que mejoren estas características. Una posibilidad para mejorar esta situación, es el agregado de co-reactivos que ayuden a bajar el contenido de oxígeno proporcionando átomos de hidrógeno. Entre las mejores opciones de co-alimentación podemos encontrar a la familia de los plásticos por sus largas cadenas ricas en carbono e hidrógeno. Además, la posibilidad de utilizar residuos plásticos contribuye a dar solución a la problemática de la disposición y tratamiento de este tipo de desechos. La presente investigación se orienta a valorizar dos fuentes de residuos, como son los desechos de biomasa lignocelulósica y los plásticos vertidos como basura, convirtiéndolos en productos de gran interés en las industrias e inclusive como fuentes de energías alternativas a los hidrocarburos fósiles. El objetivo se centra en la mejora de las características de los combustibles líquidos y gaseosos obtenidos mediante co-alimentación. Además, se analiza el uso de materiales catalíticos como medios que permiten mejorar el proceso de desoxigenación. El presente resumen tiene por objeto informar al lector sobre los contenidos desarrollados en esta Tesis. La misma está compuesta de 8 capítulos que se detallan a continuación. En el Capítulo 1 se presenta la Introducción, donde se describe la problemática actual respecto de la producción de energía, sus fuentes renovables y no renovables. Se habla de la problemática de los residuos lignocelulósicos y plásticos; se da un resumen de las alternativas termoquímicas de su valorización, y se detallan los productos obtenidos en el proceso de pirólisis. Además, se introducen conceptos teóricos acerca de los materiales empleados como vi catalizadores heterogéneos. Se presentan las características y propiedades fisicoquímicas y estructurales de los mismos. En el Capítulo 2 se presentan los objetivos generales y específicos propuestos para desarrollar en el transcurso del presente estudio de investigación. El Capítulo 3 presenta la caracterización de las materias primas utilizadas en esta investigación, para ello se detalla la metodología utilizada y los resultados obtenidos con diversas técnicas; tales como, Análisis Proximal, Análisis Elemental, Poder Calorífico Superior, Análisis Termogravimétrico, entre otras. En el Capítulo 4 se realiza el estudio de la co-pirólisis térmica de la cáscara de maní con el polietileno de baja densidad. En este capítulo se realiza un diseño de experimento que determina las variables en sus valores óptimos para llevar a cabo la investigación. A continuación, se caracterizan las tres fracciones de productos obtenidas (líquidos, gases y sólidos). El Capítulo 5 detalla la co-pirólisis catalítica. Por un lado, se describe la metodología empleada para la síntesis, modificación y caracterización de las zeolitas empleadas. Por otro, se analizan los resultados obtenidos con el uso de una zeolita sintética de estructura ZSM-11 y con el uso de una zeolita natural del tipo Clinoptilolita. El Capítulo 6 presenta el estudio cinético de la co-pirólisis de cáscara de maní con polietileno de baja densidad. A continuación, se analiza el mecanismo de obtención de productos aromáticos a partir de compuestos fenólicos de dicho proceso. En el Capítulo 7 se presenta un estudio de la valorización de residuos industriales generados en el proceso de reciclado de cartón. Para ello, se analizan los productos líquidos y gaseosos como alternativas para su uso como combustibles dentro de las empresas que los generan. Finalmente, en el Capítulo 8 se presentan las Conclusiones generales de esta Tesis y el Capítulo 9 cuenta los proyectos de transferencia que se ha logrado con la presente tesis, en lo que se está trabajando actualmente y las proyecciones futuras.