Sustainable biorefinery schemes for the recovery of energy, material and nutrient of residual biomass

Abstract

Las actividades agrícolas son una fuente constante de biomasa residual que no suele tener un valor añadido durante las actividades de recolección o a lo largo de la industria de transformación de la materia prima, lo que afecta al medio ambiente donde se desarrollan estas actividades. La biomasa residual del sector pecuario (estiércol) y del sector agrícola (cultivos transitorios y permanentes) tiene una alta contaminación relacionada con la materia orgánica biodegradable. La economía colombiana debe evolucionar para afrontar una salida del petróleo. Los biocombustibles son entonces una alternativa para disminuir la dependencia en la industria de los combustibles fósiles.El objetivo de esta tesis doctoral es evaluar el potencial de recuperación energética de tres biomasas residuales producidas en Colombia (mucílago de café, mucílago de cacao y estiércol de cerdo), y contribuir al desarrollo de biorrefinerías sostenibles basadas en el tratamiento y valorización de estas tres biomasas residuales. Los procesos elegidos para recuperar la energía de estos residuos son los procesos biológicos de codigestión anaeróbica (AD) o de fermentación oscura (DF). Sin embargo, los aprovechamientos de estos procesos están limitados por la eficiencia del uso de los sustratos y la recuperación económica de las inversiones iniciales. Por ello, resulta más llamativo completar la conversión con el diseño de una refinería que aproveche los productos y subproductos de forma completa. Los resultados muestran eficiencias energéticas entre el 37% y el 55%, sobre todo se demuestra que el abastecimiento energético total de las biorrefinerías es posible con los productos obtenidos y adicionalmente se producen digestatos ricos en elementos útiles para los procesos agrícolas. En general, el impacto medioambiental del metano, el hidrógeno y el metanol por kg producido es igual o inferior al de los procesos actuales cuando los esquemas se diseñan incluyendo metodologías de integración energética y análisis PINCH. Además, se demuestra la importancia de la integración de energía y masa para aumentar la eficiencia energética y disminuir el impacto ambiental en los esquemas de biorrefinería.