Valorización de residuos orgánicos como nuevos combustibles sólidos de biomasa

Esta tesis se ha centrado en la valorización de dos residuos industriales, que en la actualidad no tienen vías de valorización efectivas, como combustibles sólidos de biomasa para la generación de energía limpia. Con el objetivo de valorizar estos residuos, se ha desarrollado una metodología estruct...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Espuelas Zuazu, Sandra
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2023
País:España
Institución:Universidad Pública de Navarra
Repositorio:Academica-e. Repositorio Institucional de la Universidad Pública de Navarra
OAI Identifier:oai:academica-e.unavarra.es:2454/45155
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2454/45155
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Residuos orgánicos
Combustibles sólidos de biomasa
Marro de café
Residuo de polvo de celulosa
Valorization
Organic wastes
Solid biomass fuels
Spent coffee grounds
Cellulose insulation powder
Descripción
Sumario:Esta tesis se ha centrado en la valorización de dos residuos industriales, que en la actualidad no tienen vías de valorización efectivas, como combustibles sólidos de biomasa para la generación de energía limpia. Con el objetivo de valorizar estos residuos, se ha desarrollado una metodología estructurada en seis fases que permite estudiar el residuo y sus diferentes vías de valorización, además de detectar los posibles residuos que se generen tras el propio proceso de valorización. En primer lugar, se ha valorizado el residuo de marro de café (SCG), mediante la fabricación de briquetas mediante condiciones de baja energía y baja temperatura, formadas con SCG y como ligantes, goma xantana y goma guar. Las briquetas se fabricaron a temperatura ambiente, a 10%, 15%, 20%, 25% y 30% de humedad, con 8, 10 y 12 MPa de presión de compactación y con 5 y 10% de dosis de cada ligante. Se realizaron diversos ensayos para caracterizar las briquetas, en primer lugar, para determinar la capacidad de fabricar briquetas funcionales, se realizaron ensayos de densidad seca, durabilidad y absorción de agua. Por último, se realizaron ensayos químicos para determinar su potencial como combustibles sólidos: análisis elemental, análisis inmediato y ensayo de combustión. La combinación de 10% de xantana, 15% de humedad y a 12 MPa, alcanzó la mayor densidad seca, 0,819 g/cm3 . La combinación de 5% de xantana, 30% de humedad, compactada a 12 MPa fue la más duradera con una pérdida de masa del 3,9%. No se establecieron relaciones entre la absorción de agua y el tipo de ligante, la dosis de ligante, la humedad de fabricación o la presión de compactación. El valor más bajo de absorción de agua, 0,25%, correspondió a la combinación con 5% de xantana, 30% de humedad y compactada a 10 MPa. El poder calorífico inferior alcanzado por el SCG fue de 25,399 MJ/kg. El uso de ligantes disminuyó el poder calorífico, redujo los volátiles, aumentó el contenido de carbono fijado y disminuyó el contenido de nitrógeno. La goma guar disminuyó el contenido de nitrógeno del SCG en un 15,92% para la dosis del 5% y en un 16,92% para las combinaciones con 10%, respectivamente. La reducción de nitrógeno con la goma xantana alcanzó el 13,43% para el 5% y un 14,43% para el 10% de dosificación. La producción de cenizas de SCG fue del 0,66%. Este valor aumentó a 0,81% y 0,97% con el 5% y el 10% de goma xantana, mientras que la goma guar lo redujo al 0,57% y al 0,52%, con el 5% y el 10% de dosificación. El segundo residuo estudiado es el polvo de aislante de celulosa (CFP). Este residuo carece de método de valorización efectivo debido a su contenido en sales de boro. En este caso, se valorizó mediante la fabricación de pellets con lignosulfonato y residuo de la producción de azúcar. Se realizaron diversos ensayos para caracterizar los pellets, en primer lugar, para determinar la capacidad de fabricar pellets funcionales, se realizaron ensayos de densidad seca, durabilidad y absorción de agua. Estos ensayos permiten estimar su comportamiento ante el manejo, transporte y alimentación de las calderas. Además, se realizaron ensayos químicos para determinar su potencial como combustibles sólidos: análisis elemental, análisis inmediato y ensayo de combustión. Por último, se caracterizaron las cenizas obtenidas tras la combustión de los diferentes pellets fabricados. El CFP mostró una buena capacidad de peletización y durabilidad en el rango de 15-30% de contenido de agua. La densidad del pellet disminuyó al aumentar el contenido de agua. Los ligantes aumentaron la longitud del pellet antes y después de la prueba de durabilidad y aumentaron la absorción de agua del pellet, lo que demuestra una posible disminución de la durabilidad frente a los factores ambientales. Los ligantes también disminuyeron el valor calorífico inferior. El análisis elemental mostró un ligero aumento de nitrógeno en las combinaciones con ligantes que podría aumentar las emisiones contaminantes de NOx en la combustión. Todas las combinaciones mostraron unas características de combustión adecuadas, pero los ligantes aumentaron la producción de cenizas. Los ligantes disminuyeron el contenido de volátiles y aumentaron el carbono fijado, lo que podría facilitar una combustión más estable. Las curvas DTA mostraron una disminución de la tasa de pérdida de masa en la fase volátil en el caso de las combinaciones con ligantes, lo que también podría considerarse como un indicador de una combustión más estable. Las composiciones químicas de las cenizas al ser analizadas por XPS mostraron contenidos de boro que oscilaban entre el 10,03% y el 16,42%, demostrando la posibilidad de recuperarlos de las cenizas de combustión.

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