Influencia del diámetro de partícula, tiempo y temperatura de la pirólisis de la semilla de palta Hass (Persea americana) en el rendimiento del biochar

Abstract

Desarrollo del Problema de investigación La industria de procesamiento de alimentos produce una gran cantidad de desechos, como la cáscara, semillas y pulpa. No obstante, estos desechos tienen el potencial de ser reutilizados y transformados en productos con valor extra que encuentran aplicaciones en el sector alimentario y otras industrias relacionadas. Con el fin de lograr esta transformación, se propone el concepto y diseño de una biorrefinería, donde se integran varios métodos de transformación de biomasa con el fin de generar una amplia gama de productos (Davila et al., 2017). Martinez et al. (2021) estudiaron los desechos de la industria agroalimentaria y concluyeron que principalmente pueden convertirse mediante procesos termoquímicos y biológicos. El enfoque termoquímico engloba el pirólisis y la gasificación, las cuales se desarrollan en situaciones de alta presión y temperatura, y requieren una considerable cantidad de energía. También se puede usar el concepto de biorrefinería para la transformación de la biomasa residual no solo en energía, sino también en productos valiosos comercialmente. Durak y Aysu (2014) llevaron a cabo la descomposición térmica prolongada de las semillas de aguacate (Persea americana) en un reactor tubular con lecho sólido utilizando (KOH, Al2O3) como catalizador en algunos casos y sin catalizador en otros, a temperaturas comprendidas entre 400°C y 600°C, con tasas de calentamiento de 50°C por minuto. Se examinaron los efectos de los parámetros de descomposición térmica, como la temperatura y la presencia de catalizadores, en la producción de productos resultantes. Se determinó que tanto la temperatura como los catalizadores eran los principales factores que afectaban a la conversión (líquido/aceite) de las semillas de palta en productos sólidos, líquidos y gaseosos. La máxima eficacia líquida (37.5%), incluyendo la presencia de agua, se logró empleando un agente catalizador compuesto por KOH al 10% a una temperatura de 600°C, aplicando un aumento de temperatura de 50°C por minuto. Además, se utilizaron materiales de entrada fundamentales con una granulometría entre 0.150 mm y 0.224 mm, junto con una corriente de gas de barrido de 100 cm3 por minuto. Xue et al. (2018) sostienen en su estudio que la descomposició térmica a temperaturas moderadas (300°C) produjo un biochar con características similares a las del carbón, eliminando prácticamente la segregación del combustible, como se observó mediante curvas termogravimétricas derivadas con picos de reactividades singulares. Conforme la temperatura de carbonización se incrementa, se necesita un incremento en la cantidad de energía para llevar a cabo el proceso de carbonización de la biomasa, y puede haber problemas con la segregación inversa del combustible, donde la biomasa empieza a parecerse a un carbón de rango mucho más alto que el que suele estar disponible en Estados Unidos. La descomposición térmica de la semilla de palta se llevó a cabo en un reactor Heinze, manteniendo una temperatura de 500°C, con una velocidad de aumento de temperatura de 10°C por minuto y un tiempo de retención de 20 minutos. El proceso de pirólisis generó tres productos principales: una sustancia líquida (32%), un material sólido tipo "char" (34%) y gas (34%), lo que resultó en una conversión del 67%. A partir de estos resultados, se confirmó la posibilidad de utilizar la semilla de aguacate como un residuo biológico aprovechable, aunque se requiere una evaluación detallada de las propiedades del líquido como potencial aceite bio-combustible y de las propiedades del sólido como carbón activado (Yarbay et al., 2020). Paniagua et al. (2021) estudiaron el comportamiento térmico de los restos de cosecha de aguacate. Se analizaron las semillas y los restos de poda de las variedades Hass y Bacon para conocer sus propiedades como combustible. Se realizó un análisis termogravimétrico (TGA) con velocidades de calentamiento de 10, 20 y 40 ◦C/min. También se estimó la cinética según los métodos de Friedman, FlynnWall-Ozawa (FWO) y Kissinger-Akahira-Sunose (KAS). Los resultados indicaron el buen rendimiento como combustible de las muestras. Los valores caloríficos superiores (HHV) fueron mayores para los restos de poda (19.43 MJ/kg) en comparación con semillas (18.74 MJ/kg). En cuanto al TGA, este análisis mostró tres pérdidas de masa diferentes asociadas a la liberación de hemicelulosa, celulosa y lignina. Por tanto, la velocidad de calentamiento influyó en el comportamiento térmico de las muestras, destacando la rápida liberación del SBC y WHM para las rampas de 10 y 20 ◦C/min respectivamente. Sanchez et al. (2016) trabajaron en la valorización energética de semillas residuales de aguacate mediante su transformación termoquímica en un reactor rotativo. Las condiciones óptimas de torrefacción se obtuvieron a 304°C y produjeron un producto sólido (50% en peso) con 36.7% de carbono fijo, 0.47 y 23.2 MJ/kg de LHV, con una eficiencia energética del 76.7%, la carbonización en el rango de temperaturas de 500°C a 900°C generó un biochar que representó entre 20% y 25.1 % en peso, con un valor de poder calorífico superior (VHL) que fue un 57-66 % superior al de la biomasa original. La parte líquida equivale al 53-56% del peso total de la materia prima y contiene un 70-75% de su peso. biomasa original y contiene un 70-75 % en peso de agua. Estos líquidos de líquidos presentan contenidos limitados de carbono elemental (hasta el 16 wt%) y valores caloríficos más elevados (hasta 3 MJ/kg).