Evaluación de los residuos de poda del árbol del lechero (Euphorbia laurifolia) como material energético

Abstract

[ES] El árbol del lechero (Euphorbia laurifolia Juss. ex. Lam) resulta de gran relevancia por su gran potencial de producción biomásica. Dicho árbol se ha plantado tradicionalmente en la zona andina de Ecuador cómo poste vivo para delimitar las parcelas y áreas de cultivo, especialmente sobre aquellas áreas con una elevada pendiente. Su potencial reside en su elevada tasa de crecimiento y en su gran capacidad de propagación. Cada año los lugareños podan los árboles y arbustos de esta especie para evitar su crecimiento excesivo, lo que genera grandes cantidades de biomasa residual, y que además pueden ser extraídos y transportados fácilmente, ya que por lo general dichos postes vivos lindan con los caminos y vías de acceso a los campos de cultivo. El objetivo de este trabajo ha sido evaluar la cantidad biomasa residual generada cada año por este árbol en los cantones de San Simón y San Lorenzo en la provincia de Bolívar a partir de variables dendrométricas, realizar una caracterización fisicoquímica mediante un análisis elemental, un análisis proximal y un análisis termogravimétrico, y analizar su fermentación anaeróbica con diferentes proporciones con excremento porcino. La cantidad media de residuos generados en la poda del lechero es de 3,09 kg por árbol con una desviación típica de 1,61 kg/árbol. El modelo de regresión para determinar la biomasa residual a partir de las mediciones de la planta se obtuvo con un R2 de 0,7. El poder calorífico promedio es de 19 MJ/kg. El contenido de N y cenizas está muy influenciado por la fracción de hojas en la biomasa total. Un contenido de hojas inferior al 25% representa un contenido de N inferior al 1% y un contenido de cenizas del 6% aproximadamente. Se han representado modelos de predicción para valores de poder caloríficos más altos (kJ/kg) basados en el análisis elemental, proximal y estructural. Además, también se ha realizado un estudio de su cinética de secado. Para la evaluación de la fermentación se ha probado una proporción de mezcla con una relación C/N de 30 y otra de 25. Se cuantificó la producción de gas por día, la producción de gas acumulada, el tiempo de retención del digestato, así como su variación de pH y DQO diaria. El experimento se realizó mediante replicando una serie de digestores en lo que la mitad de ellos contaban con un filtro para fijar el CO2 producido. Los resultados apuntan a que el tiempo de retención es de unos 13-15 días. La producción media de biogás (Metano) es de 5309.05 ml/kg para la relación C/N = 30 y de 3812.60 ml/kg para la relación C/N = 25. La biomasa seca promedio obtenida por árbol es de 9,95 kg, con una desviación estándar de 1.49 kg. El ratio medio de hojas en la biomasa procedente de la poda es del 24%. Los resultados apuntan a una familia promedio de la provincia de Bolívar puede disponer de suficiente material para autoabastecerse energéticamente, teniendo incluso un excedente de 11.325,75 kWh/año si se aprovechara el total de los recursos., lo cual supondría un ahorro de 212,28 $/año por familia.

[EN] The Lechero tree (Euphorbia laurifolia Juss. ex. Lam) is of great relevance due to its great potential for biomastic production. This tree has been traditionally planted in the Andean zone of Ecuador as a living post to delimit the parcels and cultivation areas, especially over those areas with a steep slope. Its potential lies in its high growth rate and its great capacity for propagation. Each year the locals prune the trees and shrubs of this species to prevent their excessive growth, which generates large amounts of residual biomass, and which can also be easily extracted and transported, since these living poles generally adjoin the roads and access roads to the cultivation fields. The objective of this work has been to evaluate the amount of residual biomass generated each year by this tree in the cantons of San Simón and San Lorenzo in the province of Bolívar from dendrometric variables, to perform a physico-chemical characterization by means of an elementary analysis, a proximal analysis and a thermogravimetric analysis, and analyze its anaerobic fermentation with different proportions with swine excrement. The average amount of residues generated from lechero pruning is 3.09 kg per tree with a standard deviation of 1.61 kg / tree. The regression model to determine the residual biomass from the measurements of the plant was obtained with an R2 of 0.7. The average calorific value is 19 MJ/kg. The content of N and ash is greatly influenced by the fraction of leaves in the total biomass. A leaf content of less than 25% represents an N content of less than 1% and an ash content of approximately 6%. Prediction models have been represented for higher calorific values (kJ/kg) based on elementary, proximal and structural analysis. In addition, a study of its drying kinetics has also been carried out. For the evaluation of the fermentation, a mixture ratio with a C/N ratio of 30 and a ratio of 25 was tested. The gas production per day, the accumulated gas production, the retention time of the digestate, as well as the its pH and daily COD variation. The experiment was carried out by replicating a series of digesters in which half of them had a filter to fix the CO2 produced. The results suggest that the retention time is about 13-15 days. The average production of biogas (methane) is 5309.05 ml/kg for the ratio C/N = 30 and 3812.60 ml/kg for the ratio C/N = 25. The average dry biomass obtained per tree is 9.95 kg, with a standard deviation of 1.49 kg. The average leaf ratio in the biomass from pruning is 24%. The results point to an average family in the province of Bolivar can have enough material to be self sufficient in energy, even having a surplus of 11,325.75 kWh/year if the total resources were used, which would mean savings of $212.28/year per family.