Obtención de metano y pellets de carbón vegetal a base de aserrín de pino y rastrojo de frutillas: rendimientos y potencial energético

Abstract

Innovating in the use of renewable energies is one of the current challenges facing the world. Historically, biomass has been a critical bioenergy source to satisfy the basic needs of humanity, initially in combustion processes for thermal energy generation and recently used in gasification processes, and it has also regained importance due to the depletion of fossil fuels. In the pyrolysis process, there are various energy products, which are an alternative for the production of biofuels, such as the obtained gas that is rich in methane, hydrogen and carbon monoxide, and the solid residue of charcoal (biochar) that is mainly used in soil remediation but also applications as fuel. In this thesis, the biomass that comes from lignocellulosic residues, specifically pine sawdust and strawberry stubble, was used by gasification to obtain methane as the main product in the gas and biochar as the solid product. An analysis of variance, ANOVA, was performed using the MINITAB statistical tool to observe the effect of temperature at two levels of 280°C and 310°C, the use or not of the catalyst, and the raw materials of pine sawdust and strawberry stubble on the amount of charcoal and methane produced. Finally, an optimal mixture was sought to produce pellets based on charcoal-pine sawdust and charcoal-strawberry stubble using water as a binder. The results showed that the production of biochar is more feasible than that of methane because the latter is obtained in tiny proportions in the gaseous products (1.5%), and the linear regression model for methane does not have a reliable prediction value of 15% and an adjustment of 62%.

Innovar en el aprovechamiento de energías renovables es uno de los retos actuales que enfrenta el mundo. Históricamente, la biomasa ha sido un bioenergético clave para satisfacer necesidades básicas de la humanidad, inicialmente en procesos de combustión para generación de energía térmica y recientemente usada en procesos de gasificación, que además ha recobrado importancia ante el agotamiento de combustibles fósiles. En el proceso de pirolisis se tienen diversos productos energéticos, lo cuáles son una alternativa para la producción de biocombustibles como el gas obtenido, rico en metano, hidrógeno y monóxido de carbono, y el residuo sólido que es carbón vegetal, llamado biochar, cuyo principal uso se ha enfocado al remedio de suelos, pero también ha tenido aplicaciones como combustible. En esta tesis se aprovechó la biomasa que proviene de residuos lignocelulósicos específicamente, el aserrín de pino y rastrojo de frutillas, mediante su gasificación para obtener CH4 como producto principal en el gas y carbón vegetal (biochar) como producto sólido. Se realizó un ANOVA utilizando la herramienta estadística MINITAB para observar el efecto que tiene la temperatura en dos niveles de 280°C y 310°C, el usar o no catalizador y las materias primas de aserrín de pino y rastrojo de frutillas en la cantidad de carbón vegetal y metano producido. Por último, se buscó una mezcla óptima para elaborar pellets a base de carbón vegetal-aserrín de pino y carbón vegetal-rastrojo de frutillas utilizando como aglutinante el agua. Como resultados se obtuvo que la producción de biochar es más factible que la del metano debido a que éste último se obtiene en muy pequeñas proporciones en los productos gaseosos (1.5%), además el modelo de regresión lineal para el metano no tiene una predicción de valores confiable, 15% y un ajuste del 62%.