Las plantas y los cultivos de plantas siempre han sido, y continuarán siendo, de vital importancia para la humanidad. Ellos son una fuente esencial de alimentos, piensos, materias primas, energía y placer. Desde esta perspectiva, es apropiado el uso y oportuno desarrollo de estos importantes aspectos para garantizar la producción sostenible de alimentos, piensos, fibras, combustibles y productos industriales en el futuro (Kern, 2002).
La energía es un elemento esencial para la supervivencia de la humanidad y vital para cualquier crecimiento económico. Las plantas, los cultivos de biomasa, especialmente agrícolas, serán una respuesta y una clave esencial en las estrategias de energía renovable del futuro (El Bassam 2001; Berg, 2009).
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Gráfico 19. Crecimiento proyectado del consumo de combustible por tipo de biomasa.
Fuente: Tomado de Kern, 2002. Página 299. CDPE: cultivos dedicados a producción de energía. HCPE: hectáreas de cultivos producidos para energéticos.
En la actualidad, en los países industriales, los residuos de biomasa representan el 100% del combustible utilizado para la producción de energía o electricidad verde. Alrededor del 90% de los residuos son residuos de madera y el resto son residuos agrícolas (Kern, 2002). En el gráfico 19 podemos notar claramente que existe un fuerte incremento a partir del año 2010 en la producción de energía a partir de biomasas.
En síntesis, la lignocelulosa es el tipo de biomasa terrestre más abundante, barata y de crecimiento más rápido. Desde un punto de vista químico, este componente estructural de las plantas es un material muy complejo, que está constituido por tres compuestos principales: celulosa (un polímero semicristalino de glucosa), hemicelulosa (un polímero heterogéneo de hexosas y pentosas) y lignina (un polímero muy entrelazado de fenoles sustituidos). Estos biopolímeros son bastante inertes químicamente, y se encuentran en abundancia en los residuos de la agricultura, la silvicultura (restos de poda, aserrín, paja de cereales…), las industrias, por lo tanto, su posible uso para generación de combustibles no interfería con la producción de alimentos, y podría contribuir a aumentar el valor agregado de residuos que son desechados en muchas zonas rurales.
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Pirólisis:
La pirolisis es una trasformación termoquímica conocida desde la antigüedad, que en los últimos años ha despertado un renovado interés en la comunidad científica, ya que proporciona una opción viable para transformar los residuos agrícolas y forestales en combustibles líquidos de manera rentable, y de forma descentralizada. Como base conceptual podemos decir que la pirolisis es la descomposición de sustancias químicas como resultado de las altas temperaturas. A veces se utiliza en el análisis de alimentos por cromatografía de gases y espectrometría de masas, y como parte de algunas de las técnicas de procesamiento para agregar sabor o color a los productos (Dictiorary of Food science and technology, 2005).
La biomasa lignocelulósica representa una alternativa sostenible para la producción de combustibles y de materias primas para la industria química. Entre las principales ventajas de su utilización pueden mencionarse su carácter renovable, el reducido costo de las materias primas y el balance nulo de emisión de CO2, dada la
reabsorción durante el desarrollo de la biomasa. En este sentido, el creciente interés en la producción de biocombustibles líquidos podría ser satisfecho a través de la modernización de la pirólisis y mejorando el co-procesamiento de los bio-oils (Adjaye, et al., 1995). Al respecto, el siguiente gráfico ilustra de manera clara la tendencia que se busca para un fututo cercano, esto es satisfacer las demandas de materiales y productos químicos con un 50% de fuentes renovables, como la biomasa.
Gráfico 20. Incremento en la respuesta a demandas de químicos y materiales, 2020- 2050
Fuente: Tomado de Kern, 2002. Página 300. Traducción: Eje Y: Demanda química y de materiales. Referencia: El uso de combustibles fósiles se mantiene más o menos
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constante. Suministrado a partir de combustibles fósiles. Suministrada por energías renovables.
La pirólisis es la degradación térmica de la biomasa en ausencia de oxígeno, y produce entre 30 y 70 % de un producto líquido formado por una mezcla compleja de compuestos, en su mayoría oxigenados, que puede separarse fácilmente en dos fracciones, según la solubilidad en agua de aquellos (Adjaye, et al., 1995; Czernik y Bridgwater, 2004). La fracción insoluble en agua, denominada tar, es viscosa y más densa que la soluble en agua, denominada bio-oil. El bio-oil presenta varias ventajas sobre las biomasas crudas, dado que es un combustible líquido fácil de manejar, transportar y almacenar; se logra la reducción de emisiones y las aplicaciones para la generación de calor y energía, químicos, combustibles para el transporte y para turbinas de generación eléctricas, son más factibles (Maioli, 2007). Siguiendo al mencionado autor, a partir de 1000 kg de aserrín se obtienen entre 650-700 kg de bio-oil, 150-200 de carbón y 150 kg de gas natural comprimido (GNC), resultando ser un proceso útil para el aprovechamiento de los desperdicios de la industria maderera y agropecuaria, con emisiones nulas de SOx; balance nulo de CO2, y emisiones de NOx menores en un 50%
al del diesel.
El bio-oil tiene entre otros usos posibles, como combustible en motores diesel (Chiaramonti et al., 2003), turbinas de gas y calderas (Czernik y Bridgwater, 2004), y para la producción de hidrocarburos, principalmente en el rango de la gasolina, por transformación catalítica (Adjaye y Brakhshi, 1995; Gayubo et al., 2010) o hidrotratamiento (Elliott, 2007). Además, posee aplicaciones como materia prima para la industria química, por ejemplo, en la producción de resinas (Effendi et al., 2008) y de productos gastronómicos y farmacéuticos (Czernik y Bridgwater, 2004). Algunos químicos de alto valor agregado, como metanol, ácido acético, acetona y especialmente mezcla de fenoles, pueden aislarse a partir del bio-oil, por ejemplo, por extracción líquido-líquido (Kawser y Farid, 2000) o destilación al vacío (Amén-Chen et al., 1997). Algunas de estas aplicaciones podrían verse afectadas por ciertas propiedades de los bio-oils, como elevada acidez, elevado contenido de agua e inestabilidad durante el almacenamiento, pero que podrían mejorarse, por ejemplo, a través de tratamientos térmicos (Valle et al., 2007; Bertero et al., 2012) o fisicoquímicos (Chiaramonti et al., 2003; Zhang, et al, 2007).
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La utilización de residuos lignocelulósicos de industrias alimentarias como materias primas para la producción de bio-oil por pirólisis, como aquellos derivados de la extracción de aceites vegetales (de oliva (Putün et al., 2005), de soja (Putün et al., 2002) y de palma (Khor et al., 2009)), y las cáscaras de frutos y granos (pistacho (Apaydin-Varol et al., 2007), maní (Demirbas, 2001) y arroz (Putün et al., 2004)), entre otros, ha sido ampliamente estudiada. Los resultados, que dependen de la materia prima y de las condiciones del proceso, mostraron que pueden alcanzarse producciones de bio- oil entre 30 y 50 %.
Teniendo en cuenta lo dicho, el chañar es una de las especies vegetales nativas abundantes en la región noroeste de Argentina, de la utilización de estos frutos no convencionales para la elaboración de alimentos, como se explico en los capítulos anteriores, resultan residuos lignocelulósicos (fracción C), que podrían utilizarse como materia prima para la producción de bio-oil, gases y carbón y carbón activado