TRABAJO DE CARACTERIZACIÓN TERMOQUÍMICA DE LA BIOMASA REMOLACHA AZUCARERA

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TRABAJO DE CARACTERIZACIÓN TERMOQUÍMICA DE LA BIOMASA

REMOLACHA AZUCARERA

Ana Bello & Maira Cubillos

Universidad Pontificia Bolivariana, Cir. 1 #70-01, of. 11-259, Medellín, Colombia.

Estudiante de Pregrado

Abril 17– 2020

1. INTRODUCCIÓN

Encontrar alternativas de desarrollo sostenible ha sido uno de los objetivos de la ingeniería actual, dicho objetivo se basa en la investigación y obtención de nuevas materias primas que cumplan con la característica de “sostenible”, es decir que cumplan con características como: fuente de energía renovable, uso eficiente de la energía, cuidado de los ecosistemas, problemáticas sociales, y que sea económicamente viable.

Ahora bien, después de diversos estudios se ha encontrado que la biomasa es una de estas posibles alternativas de desarrollo sostenible.

La biomasa se refiere a materiales orgánicos que se derivan de plantas o animales, es decir, todos materiales de origen biológico que no están fosilizados [1]. La biomasa puede ser natural, residual seca o residual húmeda, biomasa generada o comúnmente conocida como cultivos energéticos; que son aquellos generados con la finalidad de producir biomasa transformable en combustible [2].

En la figura 1 se observa un esquema de la clasificación de la biomasa y algunas características importantes.

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Figura. 1 Tipos de biomasa

Tomado de: https://sites.google.com/site/labiomasaencolombia/home/tipos-de-biomasa

Dentro de las características de la biomasa se puede destacar que, aparte de ser una fuente de energía renovable, esta posee un potencial energético que puede ser aprovechado, por lo que muchos investigadores trabajan en la compresión del uso de la biomasa, de tal modo que se han encontrado que la biomasa se puede aprovechar para diferentes procesos tales como: combustión, gasificación, torrefacción, y pirólisis con la finalidad de ser una fuente de energía primaria [3].

Por otra parte, al hablar de biomasa y sus diferentes usos, también es necesario tocar el tema de caracterización de la misma y por qué es importante dicha caracterización. Al caracterizar la biomasa, se puede identificar el valor del combustible, describir las características principales, así como características de combustión, gasificación, pirólisis, entre otros, y demás información útil para el diseño y funcionamiento del sistema de conversión de la biomasa.

Uno de los procesos o medios de caracterización de la biomasa es mediante caracterización termoquímica, en la cual se consideran precisamente procesos termoquímicos.

Dentro de estos procesos, uno de los aspectos más importantes de la biomasa que debe abordarse es el análisis elemental, el contenido de agua y cenizas, el bajo y alto poder calorífico, LHV y HHV respectivamente, y el análisis termogravimétrico [1].

De esta manera el objetivo principal de este trabajo es realizar una buena aproximación a las técnicas de caracterización de la biomasa, y así proponer el mejor tratamiento termoquímico (combustión, gasificación y/o pirólisis) para su aprovechamiento.

Consecuente a lo anterior, para cumplir el objetivo planteado se eligió a la remolacha azucarera como objeto de estudio para dicho fin, por lo que posteriormente se darán a conocer sus características principales, así como qué tipo de biomasa es, análisis elemental, aprovechamiento, necesidad energética, etc…

1. SELECCIÓN DE BIOMASA: REMOLACHA AZUCARERA

La remolacha azucarera, cuyo nombre científico es Beta vulgaris subsp. vulgaris var. altissima, esta es una planta de escarda de la familia de las quenopodiáceas, que procede de una especie silvestre, de raíz delgada y ramificada; brota espontáneamente en el litoral del mar del Norte, canal de la mancha y diversas áreas del Mediterráneo occidental. Su cultivo como planta forrajera es muy antiguo y con este fin fue cultivada en el mundo occidental por griegos, romanos y árabes desde el siglo IV a. de C [4].  Es importante tener en cuenta que en muchos países la remolacha azucarera representa el cultivo que más valor nutritivo produce en relación a la unidad de superficie, pues las hojas y cabezas o topes de la remolacha es un alimento muy rico en nutrientes para el ganado [5]. En la tabla 1 se ilustra la producción mundial en toneladas de la remolacha azucarera para el 2011.

Tabla 1. Producción mundial del 2011 de remolacha azucarera.

Tomado de: FAO

Además, en la figura 2, se puede observar la producción mundial en toneladas de remolacha azucarera desde 1993 hasta 2013 [6].

La producción de la remolacha azucarera tiene gran fuerte en Europa, aunque en los últimos años el cultivo de la remolacha azucarera ha disminuido lentamente. En 2002, se registró un pico de producción gracias a la modernización del cultivo y a la disminución de la producción de remolacha forrajera. Consiguiendo que casi el 90% del azúcar que se consumía en Europa fuese de producción interna [5]. En la tabla 2 se ilustra la producción de remolacha azucarera por año en España.

Tabla 2. Producción de remolacha azucarera en España.

Tomado de: FAO

Cabe destacar que la remolacha azucarera se considera un fuerte como biomasa dado que puede tener rendimientos de hasta 56 Tm/ha.año de biomasa fresca y producir hasta 4.000 litros de etanol por hectárea y año [7]. La remolacha azucarera es  de origen natural, puesto que se produce en ecosistemas naturales, sin intervención humana [8].

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Figura 2. Mapa de la producción mundial de remolacha azucarera. Promedio de la producción desde 1993 hasta 2013.

Tomado de: FAOSTAT, 2015

A continuación, se presentan las características generales de la remolacha azucarera:

• La raíz de la remolacha azucarera reserva un 75% de agua, alrededor de 20% de azúcar y 5% de puré o pulpa. La sustancia de sacarosa precisa puede cambiar de 12 a 21%, dependiendo de las circunstancias de vida que tenga el cultivo [9].
• La sacarosa de la remolacha azucarera se enmarca en las hojas durante el procedimiento de la fotosíntesis, y prontamente va a las raíces para conservarse [9]. Por lo que, una raíz de remolacha azucarera desarrollada puede crecer hasta 1 a 2 kg, y puede conservar entre 8 y 22% de sacarosa [9].
• Prefiere los suelos más profundos con un pH de alrededor de 7, con un alto límite de sostenimiento del agua, una inclinación mínima a las costras enmarcadas y una gran circulación de aire, siendo los más apropiados para la remolacha. Compréndase que los suelos que son arcillosos, de arena, piedra caliza y suelos secos no son útiles para esta siembra [9].
• El clima es uno de los factores más importantes que influyen auténticamente en el rendimiento. Una atmósfera suave, radiante y húmeda se suma a la creación de un alto nivel de azúcar en la remolacha. La fuerza de la iluminación es significativa en este rendimiento, ya que apoya el procedimiento de fotosíntesis y decide la importancia de la creación de azúcar [5].

Dada las características de la remolacha azucarera se puede identificar como un cultivo energético, puesto que esta es una materia transformable en combustible, específicamente el bioetanol, este puede ser destinado a la automoción o producción de energía eléctrica. Es importante resaltar que su aprovechamiento como combustible cubre dos grandes problemáticas: el calentamiento global y el potencial desabastecimiento de petróleo, permitiendo así implementar energías más limpias [10]. Conociendo, de esta manera los destinos que puede tener el bioetanol producido a partir de la remolacha azucarera; en el caso de la automoción, el bioetanol puede ser usado del mismo modo que la gasolina o que los vehículos de diésel. De esta forma, se trataría de un tipo de combustible que podría sustituir los combustibles derivados del petróleo. Este, se podría utilizar en motores Otto y motor diésel. En el caso de la generación eléctrica, una caldera de bioetanol estaría compuesta por un espacio donde se realizaría la combustión y un circuito que, al calentarse, haría girar una turbina que sería la que produciría electricidad. Se podría utilizar en ciclos Rankine y suplir así la energía eléctrica.

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