Estudio de caracterización de la reducción de la biomasa en la madera durante la pirólisis mediante TGA y su posterior uso como combustible

Abstract

[ES] La biomasa es un valioso recurso de energía renovable y biomateriales. Hay dos categorías principales para el procesamiento de la biomasa, fermentación y tratamiento térmico. El tratamiento térmico de la biomasa se puede agrupar en tres categorías: (1) Combustión de la biomasa, en la que esta reacciona con un exceso de oxigeno produciendo calor; es decir, la quema de madera. (2) Gasificación de la biomasa, en la que esta reacciona con una cantidad estequiométrica de oxigeno produciendo calor y singas (una mezcla de CO y H2). (3) Pirólisis de la biomasa, la reacción se produce en ausencia de oxígeno, produciendo biochar, bio-combustible y singas. La pirólisis es endotérmica, sin embargo, la combustión de algunos productos (por ejemplo el singas) puede proporcionar el calor necesario para el proceso. La pirólisis de la biomasa precisa de varias transformaciones (físicas y químicas) de la materia prima. El proceso se inicia con el secado de biomasa sólida y, tras la pirólisis, termina con biochar, bio-combustible y singas como productos. La cantidad de biochar resultante suele ser entre el 30%-50% de la biomasa original. Junto con la diferencia de peso, la transformación de la biomasa tras la pirólisis resulta en una reducción del volumen, un fenómeno conocido como reducción de la biomasa. El objetivo del proyecto es realizar una serie de experimentos en la máquina de laboratorio TGA para caracterizar la reducción de la biomasa en la madera durante pirólisis. Para la interpretación de los datos obtenidos se realizará un modelo matemático. La maquina de laboratorio TGA (thermogravimetric analysis) permite analizar muestras, midiendo constantemente su masa, mientras se modela la temperatura de la muestra. Este análisis permite medir las variaciones de la masa de la muestra a diferentes temperaturas y en diferentes flujos (nitrógeno o aire). Fases del proyecto 1. Investigación previa ¿ Investigación de los fundamentos de la biomasa, gasificación, pirólisis y el uso de biochar ¿ Investigación sobre la reducción de la madera durante pirólisis 2. Investigación experimental sobre la reducción de esferas de madera. Las tareas en esta fase consisten en: ¿ La caracterización del material estudiado mediante un análisis aproximado. Este consiste en utilizar polvo del material a tratar (madera de haya) calentarlo ha altas temperaturas en ausencia de oxigeno, y luego añadir oxigeno a la mezcla, de esta manera se puede medir la cantidad de biochar en el material. ¿ Los análisis con esferas de madera de diferente tamaño. Investigar el efecto de la velocidad del aumento de temperatura, de la temperatura final del experimento, el tipo de biomasa o el tamaño de las muestras. ¿ Se deberá producir datos consistentes para poder validar las mediciones. 3. El modelo analítico a partir de los datos obtenidos ¿ Para el modelo analítico se formulará un modelo simple en el que se relacione la perdida de masa de la biomasa con el resto de parámetros. A partir de estos valores se concluirán los resultados.

[EN] This project explores the use of biomass as a valuable source for renewable energy and biomaterials. The project focuses on the thermal treatment of biomass in pyrolysis. Pyrolysis of biomass involves chemical transformations of the materials. The process starts with dry solid biomass, and converts it to solid char, vapours and gaseous products. The goal of the project is the study of the mass and volume loss of the material, a phenomenon known as shrinkage. The experiments are conducted in an analytical TGA apparatus to characterize the shrinkage of centimeter sized wood spheres and olive stones under slow pyrolysis conditions, realized a heating rate of 25 K/min. The parameters analysed in the project are the size of the biomass and the type of biomass, comparing the effect of pyrolysis of wood samples to olive stone samples.