La pirólisis como proceso termoquímico de conversión de la biomasa constituye una de las metodologías más importantes a escala industrial para la obtención de productos de diversa naturaleza. Como se mencionó anteriormente en el proceso de pirólisis se obtienen tres fracciones de productos diferentes: fracción líquida, gas y sólida. La proporción en la que se produce cada una de ellas depende de diferentes parámetros de trabajo que influyen en el proceso de pirólisis y modifican el rendimiento de cada fracción en particular.
Conocer las propiedades y características de los productos de la pirólisis permitirá una utilización óptima de cada uno de ellos, además de poder determinar el equipo y el proceso que mejor se ajusta para una mayor conversión energética.
1.3.4.1 Fracción Sólida
La fracción sólida está formada por un residuo carbonoso, constituido mayoritariamente por carbón, representa la pérdida casi total de hidrógenos del material original pirolizado. Es por tanto el producto de degradación máxima. En la fracción sólida se puede encontrar parte del material de partida sin pirolizar debido a ciertas condiciones experimentales como puede ser una baja temperatura de calefacción, el material no es totalmente degradado y únicamente permanece como material fundido que posteriormente solidifica. Tiene el mismo poder calorífico equivalente que la mayor parte de los carbones bituminosos, con la ventaja de que las emisiones de NOx y SOx que se
producen en su utilización como combustibles (mediante combustión), son mucho menores que las producidas por los carbones minerales convencionales.41 El creciente interés por las energías renovables plantea la posibilidad de suministrar biocarbón de pirólisis de desechos de biomasa para facilitar la producción de bioenergía y el secuestro de carbono. Así, el biocarbón obtenido a partir de pirólisis de biomasa ha adquirido valor en los
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últimos años debido a que es prometedor su uso como enmienda de suelos entre otras aplicaciones.
Combina durabilidad química con altas áreas superficiales y alta capacidad de intercambio iónico. Numerosos estudios han demostrado que las aplicaciones del biocarbón aumentan los rendimientos en muchos cultivos y mejoran la disponibilidad de nutrientes en el suelo, el biocarbón puede mejorar las propiedades físicas, químicas y biológicas del mismo. Además de su efecto sobre los rendimientos, el biocarbón reduce la lixiviación de nutrientes.42 De este modo, se podría disminuir la contaminación de aguas subterráneas por residuos de fertilizantes. El biocarbón ofrece otro beneficio medioambiental y es la reducción de las emisiones gaseosas de efecto invernadero como metano y el óxido nitroso.43
Los usos de biocarbones obtenidos a partir de diferentes tipos de biomasa como fuente de energía o para captura de carbono y mejoramiento de la calidad del suelo pueden ser complementarios y no entran en competencia. Otro uso de los biocarbones, que está siendo investigado, es aplicarlo como soporte de catalizadores. Los biocarbones son modificados mediante tratamientos térmicos y químicos con el propósito de producir carbones activos.44,45 Son numerosos los tipos de biomasas que se han utilizado para este fin.46 Los carbones activados son excelentes como adsorbentes debido a su extensa área superficial, amplia distribución de micro y mesoporos y su alto grado de reactividad superficial atribuido a la presencia de grupos funcionales oxigenados, que juegan un papel muy importante debido a que pueden actuar como sitios de anclaje del metal precursor durante su impregnación y como sitios activos debido a sus propiedades ácido-base o rédox. También presentan resistencia a la formación de coque y a la desactivación por venenos catalíticos, así como alta actividad hidrogenante.47–49
Los biocarbones se modifican con el propósito de mejorar su estabilidad térmica, así como su porosidad y su naturaleza química superficial para tener un mejor desempeño de los mismos.
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En general, podemos decir, que muchas son las posibilidades de empleo de los biocarbones. Como se mencionó anteriormente, las propiedades texturales de estos biocarbones permiten su aplicación como enmienda de suelos, fertilizantes naturales, captación de CO2, agente secuestrador de toxinas en
alimentación animal, como soporte de catalizadores o transformación en carbones activos.50
1.3.4.2 Fracción Líquida
La producción de biolíquidos o bioaceites se obtienen por enfriamiento y condensación de los gases producidos durante el proceso de pirólisis. Dependiendo de las condiciones de operación el balance en peso de los tres productos finales puede cambiar, siendo la temperatura la variable operativa que más influye en el rendimiento y en las características físico-químicas de los productos finales del proceso.51 Dependiendo de la composición de la biomasa de partida, en general podemos decir que, los biolíquidos son una mezcla compleja de diversos compuestos químicos con elevado contenido de oxígeno, gran cantidad de moléculas de alto peso molecular y con alto contenido de agua. Contienen principalmente compuestos aromáticos, alifáticos, hidrocarburos, y compuestos oxigenados como fenoles, furanos, alcoholes, ácidos, éteres, aldehídos y cetonas.52,53 El uso directo de estos biolíquidos como combustible no es posible debido a sus inherentes características fisicoquímicas, como son un alto contenido de agua, elevada acidez y viscosidad. Tras etapas posteriores de refinado y procesamiento de los bio- líquidos (“upgrading”), se pueden generar compuestos con propiedades similares a las de los combustibles fósiles, tales como el diesel o la gasolina. Esto hace que los bioaceites puedan ser empleados en muchas aplicaciones, como calderas, hornos,54 motores diesel 55 y turbinas de gas.56
El reemplazo de los combustibles fósiles por biocombustibles obtenidos por el procesamiento de biolíquidos de pirólisis genera impactos positivos para el medio ambiente,55 como es la reducción de emisiones de gases de efecto
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invernadero. Sin embargo, la comercialización de los bioaceites como combustibles líquidos todavía encuentra dificultades tanto a nivel nacional como internacional, debido a la inexistencia de especificaciones legales, al contrario de lo que ocurre con los combustibles derivados del petróleo.
Otra aplicación de los bioaceites es la obtención de productos químicos entre los que se incluyen: aditivos para combustibles y productos para la industria, como son las resinas poliméricas, disolventes, surfactantes, lubricantes, fibras y compósitos, agroquímicos y fármacos entre otros.5758
El desarrollo sostenible de procesos basados en biomasa dependerá de la conversión optimizada de todos los componentes de la misma (hidratos de carbono, lípidos, proteínas, metabolitos secundarios y lignina) en productos químicos y energía.
1.3.4.3 Fracción Gaseosa
Tras un tratamiento adecuado (lavado, filtración, etc), los gases no condensables de pirólisis se pueden quemar directamente para suministrar calor, o se pueden usar en equipos de conversión secundaria. Como consecuencia de su composición química (altos contenidos de hidrógeno y de metano) los gases pueden ser transformados en energía eléctrica mediante el uso de turbinas.59