Valorizacion energetica de la guadua angustifolia kunth mediante procesos termoquímicos

Resum

La biomasa como fuente de energía presenta múltiples ventajas frente a la utilización de combustibles fósiles. Así, la biomasa de tipo lignocelulósico presenta un gran potencial para su aprovechamiento energético, debido a su gran disponibilidad en el planeta. Entre la biomasa de tipo lignocelulósico, el bambú Guadua Angustifolia Kunth posee un gran interés, ya que presenta unas características físico-químicas ideales para su utilización en las industrias de la construcción, muebles, papel, textil, alimentación, química y artesanía. Otro gran potencial poco explorado, es su utilización como fuente de energía, debido a que esta planta presenta un rápido crecimiento, una alta adaptabilidad a diferentes terrenos, unas bajas necesidades de mantenimiento en el cultivo y dispone de un mecanismo de auto-propagación regenerativa que garantiza que, una vez establecido el cultivo, se disponga de un suministro permanente de biomasa sin necesidad de volver a sembrar más plantas. Esto lo convierte en un sistema natural y eficiente de fijación de grandes cantidades de CO2. Una vez que la Guadua brota, puede llegar a crecer hasta los 30 metros de altura con diámetros hasta 25 cm en menos de 5 años. La transformación del bambú Guadua angustifolia Kunth en un combustible versátil, del tipo gaseoso o líquido (bio-aceite), para ser empleado en motores de combustión o reactores especiales, representa una clara forma de utilización de este material para la generación de energía. La investigación planteada en esta Tesis se centra en la caracterización de este tipo de bambú y en el estudio de las posibilidades que ofrece su valorización energética mediante procesos termoquímicos. Así, se ha llevado a cabo su análisis químico (inmediato, elemental, de elementos mayoritarios y minoritarios y composición estructural), el estudio de su comportamiento durante la pirolisis y la combustión. Se ha desarrollado un prototipo de reactor de gasificación de bajo coste. Dicho reactor hace viable su utilización como combustible en comunidades rurales y de escasos recursos en Colombia, donde la Guadua Angustifolia Kunth es el producto vegetal predominante en la mayoría de sus actividades. De los análisis realizados se deduce que la Guadua tiene una composición elemental, un poder calorífico y una composición estructural similar al resto de biomasas de tipo lignocelulósicas, con la particularidad de presentar altas concentraciones de los elementos mayoritarios K y Si. La Guadua Angustifolia Kunth presenta características muy adecuadas para ser empleada como materia prima en procesos de transformación termoquímica, tales como la pirólisis o gasificación, que permitan obtener a partir de la misma combustibles líquidos o gaseosos. Por lo tanto, este tipo de biomasa lignocelulósica puede considerarse una seria alternativa para la mitigación de las carencias energéticas existentes en comunidades rurales colombianas, en las que este recurso presenta una gran disponibilidad. Biomass as an energy source has many advantages over the use of fossil fuels. Thus, lignocellulosic biomass has a great potential for its energy use, due to its great availability on the planet. Among lignocellulosic biomass, bamboo Guadua Angustifolia Kunth has a great interest, since its physico-chemical characteristics are ideal for its use in the construction, furniture, paper, textile, food and chemical industries as well as handicrafts. Another little-explored potential of Guadua is its use as energy source, because this plant offers rapid growth, adaptability to different terrains, little crop maintenance and has a regenerative mechanism of self-propagation that, once the crop is established, guarantees a permanent supply of biomass without the necessity of re-planting. Thus, its cultivation may constitute a natural and efficient system for fixing large amounts of CO2. Once the Guadua sprouts, it can grow up to 30 meters high with diameters up to 25 cm in less than 5 years. The transformation of bamboo Guadua Angustifolia Kunth into a versatile fuel (gaseous fuel or bio-oil) to be used in combustion engines or special reactors constitutes a way of using this material for power generation. This thesis focuses on the characteristics of this type of bamboo, Guadua Angustifolia Kunth, in relation to its energy recovery through thermochemical processes. Thus, its chemical characterization (proximate analysis, ultimate analysis, major and minor element concentrations and lignocellulosic composition) has been carried out. Also, its behavior during pyrolysis and combustion has been studied. A prototype of low-cost gasification reactor has been developed. This reactor makes Guadua use viable as a fuel in rural and low-income communities in Colombia, where this type of bamboo is the predominant vegetable product in most economic activity. From the performed analyses, it can be deduced that the Guadua has an elemental composition, a heating value and a structural composition similar to the rest of lignocellulosic type biomasses, with high concentrations of the major elements K and Si. The Guadua Angustifolia Kunth presents very suitable characteristics to be used as a combustible material in thermochemical transformation processes, such as pyrolysis or gasification, producing liquid or gaseous fuels. Therefore, this type of lignocellulosic biomass can be considered a serious alternative for the mitigation of energy deficiencies in rural Colombian communities, where this resource is highly available