CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE MEZCLAS DE RESIDUOS LIGNOCELULOSICOS Y PLÁSTICOS EN COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS

M. KIM; H. PRADO; P. BONELLI; A. L. CUKIERMAN

Buenos Aires, Argentina

Congreso; VIII Congreso Argentino de Ingeniería Química (CAIQ 2015); 2015

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

El crecientedesarrollo y la expansión de la actividad económica han incrementadonotablemente la demanda de energía a nivel mundial, abastecida mayoritariamentepor fuentes fósiles. Esto ha impulsado a intensificar la investigación enfuentes alternativas de energía, renovables u originadas en la reutilización y/oaprovechamiento de residuos industriales, agroindustriales y urbanos. Enparticular, la industria agroforestal genera abundantes residuos sólidoslignocelulósicos en el desarrollo de las actividades propias de este sector.Los residuos generalmente se apilan y se queman cerca de las plantaciones y/oaserraderos, con el consecuente impacto negativo para el medioambiente. Porotra parte, cada año se producen, a nivel global, mayores cantidades deresiduos sólidos urbanos, entre los cuales se encuentran en crecimientoaquellos que resultan del consumo masivo de materiales plásticos. Estoconstituye un problema severo debido a que los plásticos presentan una altaresistencia a la degradación y una baja densidad. En este contexto, resulta deinterés investigar la conversión de los residuos sólidos, biomásicos ypoliméricos, como fuentes alternativas para generar energía y/u obtenerproductos químicos mediante procesos que sean ambientalmente amigables. Losprocesos termoquímicos constituyen una alternativa tecnológica potencialmenteatractiva con este propósito. En particular, la pirólisis, que consiste en ladescomposición térmica de los residuos, en ausencia de oxígeno o con unsuministro muy restringido de éste, conduce a productos sólidos (char), líquidosy gaseosos. Las condiciones de operación empleadas, temperatura, tiempo deresidencia, y velocidad de calentamiento, afectan el rendimiento y laspropiedades de los tres tipos de productos. En este trabajo, se estudia elproceso de copirólisis de aserrín de vinal (Prosopisruscifolia), especie arbórea invasiva frecuente en el noreste argentino,con polietileno de alta densidad (PEAD), uno de los plásticos presentes enmayor proporción en los residuos urbanos. Se llevó a cabo la caracterizacióncinética del proceso mediante ensayos de termogravimetría no isotérmica paramezclas de iguales proporciones de aserrín de vinal y PEAD (50% en peso). Lostermogramas permitieron identificar dos zonas claramente distinguibles dedegradación, asociadas a la biomasa y al polímero. Los datos experimentales serepresentaron satisfactoriamente mediante un modelo que tiene en cuenta ambaszonas de degradación, obteniéndose los parámetros cinéticos característicos,que resultan de utilidad para el posterior diseño o simulación de pirolizadoresa escala completa. Con la finalidad de caracterizar los productos de copirólisisy, en especial, de evaluar su potencial energético, se llevaron a cabo ensayosde pirólisis empleando también mezclas de aserrín y PEAD (50% en peso) en unreactor tubular horizontal de lecho fijo, provisto de un sistema de control detemperatura y alimentación de alimentación de gas inerte (N2). Elreactor estaba acoplado a una batería de condensadores destinados a colectarlos productos líquidos; los gases efluentes se venteaban al exterior con posibilidadde toma de muestras. Se investigaron 4 temperaturas de proceso, 400, 500, 600 y700 ºC. Una vez finalizado los ensayos se calcularon los rendimientos de cadatipo de producto respecto a la masa inicial, y se procedió a su caracterizaciónempleando diferentes técnicas. En el caso de los productos líquidos,potencialmente utilizables como combustibles, se determinó su densidad, pH, composiciónelemental, poder calorífico, y se identificaron grupos funcionales por espectrometríaFT-IR y RMN protónica. También se estudió su comportamiento reológico mediantereometría dinámica. En el caso de los productos sólidos, se llevaron a cabo losanálisis próximo y elemental, se determinó su poder calorífico y se efectuó lacaracterización textural mediante la determinación de isotermas de adsorción deN2  a 77K. Lacomposición de los productos gaseosos se determinó mediante cromatografíagaseosa, y se evaluó  su contenidoenergético. Para las distintas condiciones de operación investigadas, seobtuvieron chars con poderes caloríficos (PCS) de ~29 MJ/kg y líquidos con PCS dealrededor de 35 MJ/kg que, además, presentaban menor contenido de O que losobtenidos a partir de la pirólisis de biomasa individual (Cukierman et al.,2012). El estudio permitió determinar que la temperatura de operación quefavorece el mayor rendimiento energético de los productos de pirólisis es 500°C. Por otra parte, el char obtenido a esta temperatura presenta un áreasuperficial específica de 185 m2/g, de potencial empleo como adsorbenteo mejorador de suelos. El proceso de copirólisis resulta eficiente y versátilpara la conversión de mezclas de aserrín y PEAD en combustibles y/o otrosproductos de utilidad.