Valorización de biomasa residual por medio de carbonización hidrotermal (HTC) : estudio cinético de generación de subproducto. (2022)
En la actualidad Colombia es un país que cuenta con la capacidad de incrementar su producción agrícola, lo que ocasiona el aumento en el volumen de residuos generados. Por tanto, esto representa un desafío para el sector agroindustrial y la comunidad científica de Colombia, ya que, es necesario generar iniciativas que promuevan el aprovechamiento de las biomasas residuales, que a su vez contribuirán con el desarrollo sostenible del país. En este sentido, se han estudiado diferentes métodos de transformación de la biomasa residual para la obtención de una amplia gama de compuestos químicos plataforma, derivados, bioenergía y biocombustibles. En relación con lo anterior, la biomasa requiere de un proceso de biorrefinería que consiste en integrar procesos y tecnologías que, transforman de manera eficaz y sostenible la materia prima renovable, en diversos productos intermedios y finales. La biorrefinería se puede dar mediante procesos térmicos, químicos, mecánicos, enzimáticos o microbiológicos. Como una solución a esta problemática se espera mejorar e implementar el estudio de biorrefinería por el proceso de conversión hidrotermal de la biomasa residual que involucra distintas transformaciones físicas y químicas de compuestos ricos en carbono. Además, se caracteriza por la variación de las condiciones de temperatura y presión en medio acuoso, produciendo la fragmentación de la biomasa por acción del agua en estado subcrítico. Dependiendo de la variación en la temperatura y presión, el proceso hidrotermal puede ser: carbonización hidrotermal (HTC), licuefacción hidrotermal (HTL) o gasificación hidrotermal (HTG). El proceso de HTC se lleva a cabo a temperaturas entre (180-220 °C) y presiones de 2-5 MPa para la producción de subproductos sólidos con alto contenido de biocarbón. Este trabajo presenta los resultados obtenidos en la investigación desarrollada, en aras de evaluar y establecer los parámetros de operación óptimos para la formación de productos de alto valor, a partir de la transformación hidrotermal HTC de residuos agrícolas del cultivo de papa. Por lo tanto, en esta propuesta se realizó una revisión bibliográfica que permitió conocer el contexto, los antecedentes y la fundamentación teórica, para así, establecer el diseño metodológico más adecuado durante la investigación. Para dar cumplimiento a los objetivos planteados se realizó un diseño experimental de cuatro etapas, estas son: el pretratamiento primario de la biomasa, en esta etapa se reduce el tamaño de partícula de la muestra, lo que incrementa el área superficial, facilitando el proceso de conversión de la biomasa. Caracterización de la biomasa, en esta etapa se determina la composición química de la biomasa. Conversión hidrotermal, en esta etapa se realiza el proceso de transformación de la materia prima en productos de alto valor, por medio de un sistema presurizado de agua en condiciones subcríticas HTC. Siguiendo el proceso, se realizó la separación de las fracciones, se caracterizaron y se determinó el rendimiento del proceso. Se Analizó y cuantificó con HPLC el porcentaje de azúcares, 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) y ácido levulínico (AL) de las fracciones líquidas obtenidas en todos los experimentos, con la finalidad de dar seguimiento a la formación de estos productos químicos de plataforma. Finalmente, se presenta un modelo cinético de pseudoprimer orden, que facilita definir y comparar tiempos, hallando constantes cinéticas para identificar reacciones intermedias, usando la medida de conductividad como carácter principal. Esta propiedad siguió un patrón ordenado en función del tiempo, proporcionando un análisis que permite plantear ecuaciones al estudiar la concentración de las especies químicas en un reactor continuo.