TY - JOUR 
A1 - Canales Izquierdo, Isabel
T1 - Valorization of biochars obtained by pyrolysis of organic wastes

Y1 - 2017
UR - http://hdl.handle.net/10317/6096
AB - [ESP] En la Región de Murcia se generan grandes volúmenes de residuos de origen agrícola, agroalimentario y de las actividades forestales. No existe una legislación específica para un adecuado manejo y gestión medioambiental de los mismos. La pirólisis supone una tecnología atractiva y limpia para la explotación de la biomasa, obteniendo tres fases valorizables: biocarbón, bioaceite y py-gas. En el presente trabajo se pirolizaron tres residuos generados en grandes cantidades en la Región de Murcia: biomasa de pino carrasco, cáscaras de almendra, y cáscaras y albedo de limón. Como condiciones de operación, se seleccionaron dos temperaturas (350ºC y 500ºC) y dos presiones para cada temperatura (0 bar y 40 bar). El efecto de la máxima presión (8085 bar) se estudió sólo para la temperatura de 350ºC. La rampa de calentamiento fue de 15ºC/min. El tiempo de pirólisis para 350ºC fue de 87 minutos mientras que para 500ºC fue de 57 minutos. Se estudió el efecto de la presión y la temperatura en el bioaceite y biocarbón producidos, así como en el proceso de pirólisis (distribución energética y másica de las fracciones de pirólisis y el consumo eléctrico originado). Las mejores condiciones de operación fueron a 350ºC y 0 bar. Se obtuvo el menor consumo eléctrico (35,7 ± 5,0 MJ/kg), un mayor poder calorífico del py-gas (119 MJ/kg en el pino carrasco) y una fase oleosa del bioaceite con mayor rendimiento y poder calorífico (rendimiento del 16% y poder calorífico superior de 40 MJ/kg en cáscaras de limón), que podría ser alternativa al combustible fósil. El mayor consumo eléctrico fue a 500ºC y 40 bar (54,7 ± 0,4 MJ/kg). En la caracterización primaria del bioaceite, se observó que éste siempre fue ácido, y al incrementar la presión, independientemente de la temperatura, aumentó el pH. Se analizaron los diferentes biocarbones obtenidos para determinar sus propiedades físico-químicas (contenido de humedad, volátiles, carbono fijo, cenizas, pH, conductividad eléctrica, contenido en C, H e N, y nutrientes), además de la caracterización de los grupos funcionales orgánicos y la estabilidad de la materia orgánica. Los resultados mostraron que las propiedades de los biocarbones estaban principalmente determinadas por la materia prima, seguido de la temperatura de pirólisis. Los efectos de la presión fueron en general puntuales sin observar una tendencia común para todos los biocarbones. Con el aumento de la temperatura en el proceso de pirólisis aumentó la concentración de volátiles y de carbono, y disminuyó el contenido en cenizas. El pH se mantuvo alrededor de 6,9 ± 1,5. La concentración de N y H disminuyó. Todos los nutrientes estudiados (Na, Mg, P, S, Cl, K, Ca) disminuyeron con el aumento de la temperatura, a excepción de Mn que se incrementó para los biocarbones derivados de la cáscara de almendra y las cáscaras y albedo de limón. Los biocarbones más estables (y por tanto con mayor capacidad de secuestro de carbono) fueron los pirolizados a 500ºC y 40 bar. No obstante, estas condiciones operacionales coincidieron con el mayor consumo eléctrico. Los biocarbones pirolizados a 500ºC y 0 bar también mostraron una alta estabilidad y un menor consumo eléctrico (41,74 ± 3,21 MJ/kg) por lo que se han propuesto como la mejor alternativa para su uso como enmienda para el suelo con el objetivo de promover el secuestro de carbono. [ENG] In the Region of Murcia, large volumes of agricultural, agrofood and forestry waste are generated. There is not specific legislation for proper handling and environmental management. Pyrolysis is an attractive and clean technology for the exploitation of biomass, obtaining three recoverable phases: biochar, bio-oil and py-gas. In the present work three residues generated in large amounts in the Region of Murcia were pyrolyzed: biomass of Pinus halepensis, almond shells, and lemon peels and albedo. As operating conditions, two temperatures (350ºC and 500ºC) and two pressures were selected for each temperature (0 and 40 bar). The effect of the maximum pressure (80-85 bar) was only studied for the temperature of 350°C. The heating ramp was 15°C/min. The pyrolysis time for 350°C was 87 minutes, while for 500°C was 57 minutes. The effect of pressure and temperature on bio-oil and biochar, as well as the pyrolysis process (energy and mass distribution of the pyrolysis fractions and the electrical consumption originated) were studied. The best operating conditions were at 350°C and 0 bar. The lowest energy consumption (35.7 ± 5.0 MJ/kg), the highest calorific value of py-gas (119 MJ/kg in the pine) and an oil phase of bioaceite with highest yield and calorific value (16% yield and higher calorific value of 40 MJ/kg in lemon peels), which could be an alternative to fossil fuel. The highest electric consumption was at 500 ° C and 40 bar (54.7 ± 0.4 MJ/kg). Bio-oil was always acidic, and pH increased when increasing the pressure, independently of the temperature. The different biochars were analyzed for their physicochemical properties (moisture content, volatiles, fixed carbon, ash, pH, electrical conductivity, C, H and N content and nutrients), in addition to the characterization of organic functional groups and the stability of organic matter. The results showed that the biochar properties were mainly determined by the raw material, followed by temperature. The effects of the pressure were overall punctual without observing a common tendency for all samples. The increase of temperature in the process of pyrolysis increased the concentration of volatile and carbon, and decreased the content in ashes. In general, the pH remained close to 6.9±1.5. N and H concentrations decreased. All the studied nutrients (Na, Mg, P, S, Cl, K, Ca) decreased with increasing temperature. The exception was Mn which increased in the biochars derived from the almond shell and lemon peels and albedo. The most stable biochars (and therefore with greater carbon sequestration capacity) were those pyrolyzed at 500ºC and 40 bar. However, these operational conditions coincided with the highest electricity consumption. The pyrolyzed biochars at 500ºC and 0 bar also showed a high stability and a lower electrical consumption (41.74 ± 3.21 MJ/kg), so they have been proposed as the best alternative for their use as an amendment to the soil with the aim of promoting carbon sequestration.
KW - Edafología y Química Agrícola
KW - Desperdicios agrícolas
KW - Agricultural wastes
KW - Medio ambiente natural
KW - Natural environment
KW - Pirólisis
KW - 3308.07 Eliminación de Residuos
KW - 3308 Ingeniería y Tecnología del Medio Ambiente
LA - spa
LA - spa
ER -