Publicación: Sustainable biorefinery schemes for the recovery of energy, material and nutrient of residual biomass
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Resumen en español
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.
Resumen en inglés
Agricultural activities are a constant source of residual biomass that does not usually have an added value during harvesting activities or throughout the raw material transformation industry, which affects the environment where these activities are carried out. The residual biomass of the livestock sector (manure) and the agricultural sector (transient and permanent crops) has a high level of contamination related to biodegradable organic matter. The Colombian economy must evolve to face an exit from oil. Biofuels are then an alternative to reduce the industry's dependence on fossil fuels. The objective of this doctoral thesis is to evaluate the energy recovery potential of three residual biomasses produced in Colombia (coffee mucilage, cocoa mucilage and pig manure). ), and contribute to the development of sustainable biorefineries based on the treatment and recovery of these three residual biomasses. The processes chosen to recover the energy from these residues are the biological processes of anaerobic co-digestion (AD) or dark fermentation (DF). However, the benefits of these processes are limited by the efficiency of the use of the substrates and the economic recovery of the initial investments. For this reason, it is more striking to complete the conversion with the design of a refinery that takes full advantage of the products and by-products. The results show energy efficiencies between 37% and 55%, above all it shows that the total energy supply of biorefineries is possible with the products obtained and additionally digestates rich in useful elements for agricultural processes are produced. In general, the environmental impact of methane, hydrogen and methanol per kg produced is equal to or less than that of current processes when schemes are designed including energy integration methodologies and PINCH analysis. In addition, the importance of energy and mass integration to increase energy efficiency and decrease environmental impact in biorefinery schemes is demonstrated.
