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Producción de biocombustibles de segunda generación a partir de biomasa de origen lignocelulósico

Veses Roda, Alberto
Murillo Villuendas, Ramón (dir.) ; García Martínez, Tomás (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2016

Resumen: El aumento global de la demanda de energía junto con la inminente reducción de las reservas de combustibles fósiles y el grave impacto ambiental producido por su uso, han derivado en el desarrollo de nuevas tecnologías para obtener combustibles líquidos a partir de la biomasa de tipo lignocelulósico. A diferencia del petróleo, estos biocombustibles presentan un elevado contenido de oxígeno, convirtiéndolos en incompatibles con las infraestructuras actuales. Hoy en día, existen varias tecnologías enfocadas en la mejora de estos biocombustibles, siendo los procesos de copirólisis de biomasa con promotores plásticos, la pirólisis catalítica in situ y el craqueo catalítico de sus vapores, tres de las técnicas que están presentando unos resultados prometedores y cuya investigación se encuentra en un estado creciente. Así, en el trabajo expuesto en esta memoria se aborda no sólo el grave problema medioambiental causado por la extracción y el uso de los combustibles fósiles, sino también otros de igual importancia relativos a la disposición y valorización energética de varios residuos como los neumáticos fuera de uso o la biomasa residual forestal como alternativa a la producción de un combustible líquido. Estos nuevos combustibles líquidos, deben ser capacesde minimizar dichos impactos negativos en el medioambiente así como satisfacer las exigencias marcadas en las presentes infraestructuras energéticas para cumplir con las expectativas fijadas a medio plazo por la UE en las que se pretende incorporar los biocombustibles líquidos al mercado. Para hacer frente a dicho objetivo, se han planteado tres estrategias diferentes que engloban: (i) el proceso de copirólisis de biomasa y neumáticos fuera de uso; (ii) el proceso integrado de pirólisis catalítica con transportadores de calor de bajo coste, en los que se incluyen materiales de tipo mineral como la sepiolita, la bentonita o la atapulgita, residuos industriales como el red mud, o materiales de tipo calcáreo como la caliza calcinada o la dolomía calcinada; y (iii) el craqueo catalítico de los vapores del bioaceite como una segunda etapa del proceso de mejora del bioaceite a través de zeolitas de tipo ZSM-5. Dichas zeolitas han sido sometidas avarios procesos de síntesis para crear por una parte, redes secundarias mesoporosas que permitan mejorar la accesibilidad y el transporte molecular en las mismas y aumentar así su potencial catalítico y, por otra, para incorporar diferentes metales a las mismas, de manera que estos nuevos puntos activos junto con los sitios ácidos Brønsted ya presentes en la estructura cristalina de la zeolita, puedan llegar a producir un bioaceite con mejores prestaciones. El desarrollo de dichas estrategias, se ha llevado a cabo en diferentes instalaciones experimentales en las cuales se ha realizado a su vez la puesta a punto y el mantenimiento, para obtener y mantener unas condiciones experimentales óptimas. Dichas instalaciones comprenden plantas a escala de laboratorio equipadas con reactores de lecho fijo, así como una instalación a escala piloto equipada con un reactor de tornillo sin fin que ha permitido obtener unos resultados más representativos en vistas a aplicaciones industriales. El trabajo de investigación llevado a cabo ha permitido obtener biocombustibles líquidos de mejor calidad en comparación con los procedentes del proceso convencional de pirólisis de biomasa lignocelulósica. Dichas mejoras se ven reflejadas principalmente en la obtención de un bioaceite que presenta menor acidez, menor contenido de oxígeno, y por tanto mayor poder calorífico, y mayor estabilidad a lo largo del tiempo. Adicionalmente, se ha conseguido aumentar notablemente el contenido en compuestos aromáticos ligeros, llegando a obtenerse valores máximos no antes reportados en la literatura. Por otra parte, las fracciones sólidas y gaseosas obtenidas en el proceso fueron analizadas en profundidad y, a través de un estudio basado en diferentes ciclos de pirólisis y regeneración del catalizador a partir de su combustión, ha sido posible integrar el proceso de una manera sencilla que a su vez, permite generar electricidad neta una vez cubiertas las necesidades del proceso. Así, los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral confirman el gran potencial que tienen dichas estrategias para su futura implantación.