¿Qué es la pirólisis de biomasa?

in StemSociallast year
Saludos queridos amigos de Hive.

Como sabemos, cualquier tipo de materia de origen orgánico puede arder con facilidad, convirtiendo la materia prima en diferentes productos, ya sean líquidos, gaseosos como el CO2 o sólidos como el carbón y las cenizas, es por ello que una forma simplista y muy contaminante de deshacerse de nuestros residuos domésticos es mediante tratamientos térmicos, pero somos conscientes de que cuando se queman los residuos, no se tiene ningún tipo de control sobre la generación de gases, cenizas y otros tipos de subproductos de la combustión, por lo que solo se generan más desechos.

Sin embargo, la combustión de los residuos puede ser una forma eficiente de obtener energía y productos útiles, esto si se lleva a cabo de forma controlada bajo un procedimiento denominado pirólisis.

Imagen1.jpg
Esquema general del proceso de pirólisis de biomasa. Fuente: @emiliomoron.

En la pirolisis los compuestos orgánicos, grandes y complejos, se transforman bajo la acción de altas temperaturas en productos mucho más simples y pequeños, algunos se convierten en gases, otros en líquidos y una parte queda como carbón, en todo caso son productos más estables y menos contaminantes que pueden utilizarse como una forma de generar energía. Por ello en este post vamos a hacer una introducción al proceso de pirólisis.

¿Qué es la pirólisis?

La pirólisis es un proceso de conversión térmica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Básicamente consiste en la descomposición de los residuos en condiciones anaeróbicas a temperaturas que oscilan entre 400°C y 800°C. Entre los productos pirolíticos que se obtienen se presentan un producto gaseoso (biogas), un líquido (bioaceite) y carbón vegetal, en ocasiones con cenizas como residuo indeseable[1].

Imagen2.jpg
Proceso de pirólisis de biomasa en el laboratorio. Fuente: @emiliomoron.

Durante la pirolisis la biomasa se calienta a una velocidad definida hasta una temperatura máxima determinada definida como temperatura de pirolisis, y los residuos combustibles se mantiene ahí hasta la finalización del proceso. El rendimiento de cada producto depende de varios factores, especialmente la composición de la biomasa tratada, la temperatura y la velocidad de calentamiento. Bajas temperaturas favorecen la producción de componentes líquidos mientras que temperaturas más altas conducen a mayor producción de compuestos gaseosos.

La producción de carbón también depende de la temperatura de pirólisis. Las temperaturas bajas dan lugar a una mayor cantidad de carbón, mientras que las altas dan lugar a una menor cantidad.

Es por ello que en la actualidad, la pirólisis se utiliza como un proceso factible para transformar distintos tipos de desechos y residuos en productos de mayor valor, como líquidos y sólidos combustibles que se pueden utilizar para generar energía.

Un ejemplo práctico donde podemos visualizar la pirolisis es durante la cocción de los alimentos en freidoras, por ejemplo cuando se preparan unas papas fritas sumergidas en suficiente aceite, el aceite permite que la temperatura de las papas se incremente sin tener contacto con el aire, es decir, se produce la pirolisis. De hecho, cuando por descuido se permite que el alimento se queme, lo que ha pasado es que mediante la pirólisis se ha convertido en carbón.


La fritura de los alimentos es un jemplo de pirólisis. Fuente: pxhere.com, imagen de dominio público.

Tipos de pirólisis

La pirolisis puede resultar un proceso complejo, ya que involucra muchas reacciones químicas y diferentes factores. Usualmente el proceso se lleva a cabo bajo una atmosfera inerte, que suele ser N2, He o CO2 entre otros; además de las condiciones determinadas de temperatura y velocidad de calentamiento mencionadas. En función de las condiciones de funcionamiento, el proceso de pirólisis puede dividirse en tres subclases: pirólisis convencional, pirólisis rápida y pirólisis flash.

  • Pirólisis convencional: también conocida como pirólisis lenta, es el proceso en el que se usan temperaturas desde bajas a medias, que no llegan a superar los 600 °C, con bajas tasas de calentamiento por lo que tienden a tener amplios tiempos de residencia dentro del reactor[2]. Esto permite obtener productos tanto sólido, como líquidos y gases en fracciones equivalentes.
  • Pirólisis rápida: en este proceso se utilizan tasas de calentamiento más altas, se suele calentar rápidamente los residuos dentro del reactor en ausencia de oxígeno hasta temperaturas superiores a los 600 °C, enfriando luego los productos mediante corriente de agua. Las velocidades elevadas de calentamiento junto al rápido enfriamiento produce la condensación de fracciones líquidas sin que se produzca el craqueo de los compuestos de elevado peso moléculas, lo que permite un mayor rendimiento de bioaceite[3].
  • Pirólisis flash: es un tipo de proceso ultrarrápido donde se utilizan temperaturas más elevadas (cerca de 1000 °C) empleando tiempos de residencia en el reactor más cortos, esto permite un mayor rendimiento de los productos gaseosos[3].

Productos de la pirólisis

Independientemente del tipo de pirolisis, donde se favorece uno u otro tipo de producto, en general los productos del proceso se pueden agrupar en tres grupos:

  • Biocarbón: es el residuo sólido obtenido, compuesto principalmente de distintas formas de carbón.

Imagen3.jpg
Biocarbón obtenido de la pirólisis de biomasa. Fuente: @emiliomoron.

La formación de este carbón es compleja, pero se puede esquematizar de la siguiente forma:

Imagen4.jpg

  • Bioaceite: es un líquido viscoso, por lo general de color oscuro, compuesto de diferentes compuestos orgánicos, entre ellos ácidos orgánicos, esteres y alcoholes. El bioaceite producido mediante pirólisis suele tener un valor calorífico de unos 17 MJ/kg[4].

Imagen5.jpg
Bioaceite de pirólisis de biomasa. Fuente: @emiliomoron.

  • Biogas: también llamado gas de síntesis, es una mezcla de gases que se compone principalmente de CO y H2 (en conjunto un 85%) con una pequeña proporción de CO2 y CH4[4].

En conclusión

La pirólisis de biomasa involucra la despomposición térmica de material vegetal residual en condiciones anaeróbicas, a temperaturas que oscilan entre los 400 y 800 °C, siendo los principales productos de la reacción biogás o gas de síntesis, productos líquidos como bioaceites y alquitrán, y biocarbón como residuo sólido. El rendimiento del proceso depende de varios factores, principalmente la composición de la biomasa, la temperatura de la pirolisis y la velocidad de calentamiento.

La principal ventaja de la pirólisis es que se trata de una tecnología factible para el tratamiento y disposición de la biomasa residual, lo que puede contribuir con la reducción de la contaminación ambiental al proporcionar un mejor método de disposición de la biomasa que la combustión en hornos o a cielo abierto, donde no se tiene ningún control de los productos de la combustión.


Muchas gracias por pasar a leer amigos, espero que la información les sea de utilidad, hasta la próxima!


Referencias

  1. Pooja Ghosh, Subhanjan Sengupta, Lakhveer Singh, Arunaditya Sahay (2020). Life cycle assessment of waste-to-bioenergy processes: a review. Bioreactors, Pag. 105-122.
  2. Castro, Diana (2018). Evaluación del proceso de pirolisis aplicado al material lignocelulosico residual proveniente del pino en atmosfera de dióxido de carbono. Trabajo de grado, Facultad de Ingeniería, Universidad de Colombia.
  3. Pinedo Urien Andrea (2013). Obtención de biocarbones y biocombustibles mediante pirolisis de biomasa residual. Trabajo de fin de master, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Educación a Distancia.
  4. Karthik Rajendran (2019). Influential Aspects in Waste Management Practices. Sustainable Resource Recovery and Zero Waste Approaches, Pag. 65-78.

Y amigo lector, si desean consultar más artículos de interés científico y de excelente calidad, visiten la etiqueta #STEM-espanol, este es un proyecto adscrito a la comunidad académica y científica #STEMSocial en Hive, una comunidad que promueve contenido científico en las áreas de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas.

Sort:  

Thanks for your contribution to the STEMsocial community. Feel free to join us on discord to get to know the rest of us!

Please consider supporting our funding proposal, approving our witness (@stem.witness) or delegating to the @stemsocial account (for some ROI).

Please consider using the STEMsocial app app and including @stemsocial as a beneficiary to get a stronger support. 
 

Gracias por el apoyo amigos!

Congratulations @emiliomoron! You have completed the following achievement on the Hive blockchain and have been rewarded with new badge(s) :

You received more than 70000 upvotes.
Your next target is to reach 75000 upvotes.

You can view your badges on your board and compare yourself to others in the Ranking
If you no longer want to receive notifications, reply to this comment with the word STOP

Support the HiveBuzz project. Vote for our proposal!