El objetivo de la investigación fue determinar y analizar los impactos ambientales generados en el ciclo de vida del biocombustible 2,5 Dimetilfurano (DMF), obtenido de las hojas de Cabuya (Agave Americana L.). Palabras clave: Biomasa, Análisis de Ciclo de Vida (ACV), biocombustible 2,5 DMF, Cabuya (Agave Americana L.), impactos ambientales.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El análisis del ciclo de vida (ACV) constituye una herramienta muy útil para evaluar los impactos ambientales de las alternativas energéticas, porque no sólo tiene en cuenta las emisiones producidas por la combustión, sino que también considera los impactos generados en todas las etapas en las que se entiende su producción. (Arvesen et al., 2018; Zhang et al., 2017). Esta investigación busca determinar y analizar los potenciales impactos ambientales negativos generados durante el ciclo de vida del biocombustible de 2.5 DMF, obtenido de las hojas de Cabuya (Agave Americana L.).
Marco Teórico
- Biocombustibles
- Biocombustibles a nivel mundial
- Biocombustibles en el Perú
- Tipos de biocombustibles a. De Primera generación
- Calculo de emisiones debido a la combustión
- Cabuya (Agave americana L.)
- Análisis del Ciclo de Vida (ACV)
- Fases de un AVC
- Análisis de Incertidumbre 1. Análisis de Monte Carlo
- Análisis mediante matriz de Pedigree
Las hojas constituyen el 68,6% de los carbohidratos contenidos en la cabeza (Montañez et al., 2011). Las hojas concentran una gran cantidad de azúcares, correspondientes a más de la mitad de los que se encuentran en la cabeza (Montañez et al., 2011).
OBJETIVOS E HIPOTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 1. Objetivo general
Objetivos específicos
Hipótesis general
METODOLOGÍA
Tipo de Investigación
Población
Muestra y muestreo
Técnica de Procesamiento y análisis de datos
- Análisis de Sensibilidad
EP No. 1: Al aire Escenario positivo considerando el transporte de materias primas secundarias en un solo tramo con un vehículo de carga liviano; Escenario positivo que considera el uso de energía obtenida por cogeneración, utilizando bagazo de Cabuya, para abastecer las necesidades energéticas totales del sistema.
Procedimiento para la obtención del biocombustible 2,5 DMF 1. Etapa de extracción y recolección de biomasa residual
- Etapa de transporte
- Etapa de transformación o conversión de biomasa
- Etapa de uso (combustión)
La fase de transporte de la biomasa restante se considera de ida y vuelta. Las emisiones debidas al transporte de biomasa residual se calcularon utilizando la ecuación de Nivel 1 y los FE predeterminados para la quema móvil de las Directrices del IPCC (ver Tabla 14). Sólo se tiene en cuenta el transporte de insumos importados, debido a que no se producen localmente (ver Cuadro 15).
En este sentido, el proceso comienza cargando la fase orgánica purificada (5-HMF + disolvente portador), catalizador CuRu/C en el reactor discontinuo. De igual forma, el valor de densidad de cada uno de ellos se utilizó para calcular las emisiones específicas de gases de efecto invernadero resultantes de la combustión de 1 L de cada combustible (ver Tabla 21). Diagrama esquemático de la ruta de producción del biocombustible 2,5 dimetilfurano desarrollado en esta investigación.
Selección de métodos y categorías de impacto
Como parte del apartado Discusión de resultados se incluye la Fase 4 Interpretación del ACV, en la que se interpretan y fundamentan los resultados obtenidos en la fase de evaluación de impacto. Se realizó la comparación de los resultados obtenidos bajo el sistema desarrollado en la investigación y los resultados obtenidos bajo los escenarios propuestos.
RESULTADOS
Análisis de laboratorio realizados para el ACV del biocombustible 2,5 DMF
- Resultados del análisis de calidad del suelo zona 1 “Cultivos de Cabuya”
- Resultados del análisis de calidad del suelo zona 2 “Cultivos Locales”
- Resultados del análisis para determinar metales en el extracto puro de Cabuya (Agave americana L.)
- Resultados del análisis para determinar azúcares en el extracto puro de Cabuya (Agave americana L.)
- Resultado del análisis del extracto hidrolizado de Cabuya (Agave americana L.)
- Resultado del análisis de la muestra deshidratada
Los resultados del análisis de la calidad del suelo de la zona 2 “Cultivos locales” se muestran en el Cuadro 24. Los resultados del análisis para la determinación de metales en el extracto puro de Cabuya (Agave Americana L.). Los resultados del análisis para la determinación de metales en el extracto puro de Cabuya (Agave Americana L.) se muestran en el Cuadro 25.
Resultados del análisis para determinar azúcares en el extracto puro de Cabuya (Agave Americana L.). Los resultados del análisis para la determinación de azúcares (monosacáridos y disacáridos) en el extracto puro de Cabuya (Agave Americana L.) se muestran en el Cuadro 26. El resultado del análisis del extracto hidrolizado de Cabuya (Agave Americana L.) se muestra en la tabla 26. Tabla 27.
Fases del ACV del 2,5 DMF 1. Fase 1 Definiciones
- Fase 2 Análisis de Inventario
- Fase 3 Evaluación de Impacto Ambiental a. Método Cambio Climático IPCC 2013
Las emisiones totales calculadas utilizando la categoría de impacto Calentamiento Global para la generación de biocombustible de 1 L 2.5 DMF se muestran en la Tabla 31. Los resultados de los impactos por degradación del agua del sistema desarrollado se muestran en la Tabla 33. En la categoría Ecotoxicidad, un Mayor contribución observada debido al efecto del transporte y el consumo de energía.
La contribución porcentual de cada producto intermedio a las categorías de impacto evaluadas del sistema desarrollado usando el Método Receta-2016 se muestra en la Figura 11. Contribución porcentual de cada producto intermedio a las categorías de impacto evaluadas del sistema desarrollado usando el Método Receta-2016. Los resultados obtenidos en la categoría Energía fósil no renovable se recogen en la tabla 34.
Variabilidad de los impactos en el sistema desarrollado
La eficiencia energética calculada según el escenario de producción local, sin necesidad de importar insumos, fue de 0,38, este resultado se debe a que 1 L de biocombustible en estas condiciones consume 82,30 MJ de energía fósil, tomando en cuenta el poder calorífico. de 2,5 según datos de DMF 31,5 MJ/L.
- Incertidumbre de la calidad de datos mediante matriz de Pedigree
Los resultados del análisis de incertidumbre de la calidad de los datos utilizando la matriz de pedigrí se muestran en la Tabla 37. Estos valores se obtuvieron con base en la categoría de impacto Calentamiento Global, porque esta categoría representa las emisiones directas de gases de efecto invernadero generadas durante el ciclo de vida del biocombustible de 2,5 DMF. . La incertidumbre total (UT) estuvo representada por la desviación estándar geométrica de las emisiones de GEI para cada intermedio.
Correlación tecnológica, porque los datos se obtuvieron a menor escala y utilizando materiales de diferente tecnología. Análisis de incertidumbre en la calidad de los datos para el potencial de calentamiento global del sistema desarrollado. Fi= Confiabilidad; En= Integridad; Ct= Correlación temporal; Cg= Correlación geográfica; Cte= Correlación tecnológica; Ub= Incertidumbre Básica (Factor Ambiental).
Análisis de Sensibilidad (escenarios propuestos) 1. Cuantificación y variabilidad de los impactos bajo
- Comparación de impactos ambientales del sistema desarrollado y los escenarios propuestos
Los resultados de impacto para el EP N° 2 se muestran en la Tabla 38, donde se evidencia un aumento significativo de los impactos por degradación del agua debido a que este escenario no preveía una etapa de reciclaje del producto, lo que implica mayor consumo de materiales y generación de residuos. La comparación de las emisiones totales calculadas bajo el escenario desarrollado y el EP No. 1 se muestra en la Figura 12. La comparación de los resultados obtenidos en el escenario desarrollado y el EP No. 2 se muestra en la Figura 13.
Donde se evidencia un aumento de impactos por degradación del agua en el EP No. 2, dado que este escenario no considera la recirculación de materiales en el sistema. El resultado de la comparación entre el escenario desarrollado y el EP No. 3 se muestra en la Figura 14. En el EP No. 3 se observa una reducción significativa en el consumo de energía fósil debido a la sustitución de procesos críticos con alto consumo de energía. Uso de energía en la producción de cogeneración.
DISCUSION
- Análisis de calidad del suelo zonas 1 y 2
- Análisis de Impactos en categoría Calentamiento Global La producción de 1 L de biocombustible 2,5 DMF evaluado mediante la categoría
- Análisis de impactos por método Demanda de Energía Acumulada
- Variabilidad de impactos ambientales bajo el sistema desarrollado
- Variabilidad y comparación de los impactos ambientales en los escenarios evaluados
Las emisiones de dicho contaminante primario se producen como consecuencia de la combustión fósil que se produce en el transporte de materias primas e insumos y en procesos industriales, como la ruta petroquímica para la producción del solvente 1-butanol (Rodríguez et al., 2018). ). El resultado del consumo neto de energía fósil para la producción de 1 litro de biocombustible 2,5 DMF fue de 665 MJ (ver Tabla 34). La disminución de las emisiones de CO2 se da por la influencia del cambio en el modo de transporte de materias primas, la adquisición de insumos en el mercado local y la sustitución de la hidrólisis enzimática por la hidrólisis térmica, haciendo del EP N°1 un sistema eficiente y ambientalmente sustentable. escenario para la producción de 2,5 DMF.
En el caso de la producción de biodiesel de segunda generación, las mayores emisiones de gases de efecto invernadero se deben al uso de combustibles fósiles, NaOH y metanol, lo que indica que las emisiones no están relacionadas exclusivamente con el proceso de producción de biodiesel, sino también con la producción del biodiesel utilizado. . en procesos que tienen su propio impacto ambiental (Vidal et al., 2016). El resultado neto del consumo de energía fósil en el EP N° 3 para la producción de 1 litro de biocombustible 2.5 DMF es de 87.18 MJ (ver Tabla 38), lo que demuestra que con dicho tratamiento se ha logrado reducir el consumo de energía fósil. energía respecto al valor obtenido en el sistema desarrollado (ver Figura 14). El menor consumo de energía en el EP N°3 se logró impulsando el cambio en el transporte de materia prima, adquiriendo insumos en el mercado local y generando energía a través de la combustión del bagazo de Cabuya (Agave Americana L.), logrando así un escenario ambientalmente sustentable. . para la producción del biocombustible 2,5 DMF (Carvalho et al., 2016).
CONCLUSIONES
Con base en los resultados obtenidos, el EP No. 2 representa un escenario negativo para la producción de 2,5 DMF, haciendo imprescindible el reciclaje de materiales para reducir la producción de residuos del sistema y la cantidad de insumos utilizados. Para reducir los impactos de la degradación del agua es fundamental abordar la generación y tratamiento de efluentes líquidos y aplicar tecnologías para la recuperación de residuos orgánicos, ya que la producción de biocombustibles utiliza agua en diferentes etapas y en cada una de ellas genera efluentes líquidos que si no tratados adecuadamente, pueden contribuir a la contaminación de los cuerpos de los huéspedes (Saulino, 2011; Falabella, 2018). Cabuya (Agave Americana L.) da un efecto positivo en la conservación del suelo, además con el extracto de esta planta se produce miel y a través de la fermentación se obtienen bebidas alcohólicas que son muy consumidas alrededor del mundo, estas aplicaciones generan una gran cantidad de biomasa. residuos, que pueden ser utilizados como materia prima secundaria para la producción de biocombustibles, haciendo así un aprovechamiento integral de la planta.
Escenarios EP No. 1 y EP No. 3 tienen mayor sostenibilidad ambiental para la producción de biocombustible 2,5 DMF, dado que se genera una menor cantidad. A diferencia del escenario no. 2 del PE, que tiene menor sostenibilidad ambiental por la generación de mayores impactos sobre el agua. El ACV del biocombustible 2,5 DMF ha permitido determinar los impactos ambientales negativos teniendo en cuenta todas las fases (extracción de biomasa residual, transporte, conversión y uso de biomasa) de su producción e identificación de procesos críticos (transporte de insumos importados). deshidratación ácida e hidrogenólisis), para mejorarlos a través de escenarios alternativos que permitan obtener sistemas de producción más eficientes y ambientalmente sostenibles.
RECOMENDACIONES
Se recomienda complementar los resultados del análisis de impacto ambiental con estudios de impactos sociales y económicos, de manera que los resultados sean tomados en cuenta al momento de proponer políticas integrales que promuevan el desarrollo sostenible. Finalmente, se recomienda promover el uso del ACV como herramienta de evaluación de impacto ambiental para comprender la justificación ambiental de productos o servicios a producir o desarrollar en el futuro.
Aspectos tecnoeconómicos de estudios de inversión previos para la producción de etanol a partir de caña de azúcar. Análisis tecnoeconómico para la producción de Dimetilfurano (DMF) e Hidroximetilfurfural (HMF) a partir de fructosa pura en procesos catalíticos. Análisis del ciclo de vida como herramientas para el desarrollo de la ecología industrial: aplicación al proceso de impresión de periódicos.
Recuperado de http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/BNE_2016.pdf Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Análisis de la variación en la eficiencia de la producción de biocombustibles en América Latina. Análisis del ciclo de vida para la producción de biodiesel derivado de palma aceitera, caso colombiano.
ABREVIATURAS
ETH: Etanol
ISO: Organización Internacional de Normalización
ULG: Gasolina sin plomo
Tomas fotográficas del procedimiento experimental
Traslado de la biomasa residual
Transporte de insumos importados
Constancia N° 298-USM-2019 del Museo de Historia Natural
Informe de Ensayo N° 1-08129/19 Análisis calidad de suelos zona 1
Informe de Ensayo N° 1-08130/19 Análisis calidad de suelos zona 2
Parámetros de calidad de suelos proporcionados por CERPER S.A
Informe de Ensayo N° 1-08045/19 Análisis de metales por ICP
Informe de Ensayo N° 1-08304/19 Análisis de azúcares por HPLC
Informe Técnico N° 2150-19-LABICER Análisis de fructosa por HPLC
Informe Técnico N° LAB.21-20-018 Análisis de HMF por Cromatografía-FID
Rango de incertidumbre de los impactos ambientales caracterizados mediante Simulación de Monte Carlo
