Biomasa lignocelulósica, una alternativa sostenible a los biocombustibles del futuro

Biomasa lignocelulósica, una alternativa sostenible a los biocombustibles del futuro

Universidad Nacional De Colombia Sede Medellín

Facultad De Minas

Luis Eduardo Martínez

Camilo Alejandro Uribe

José Luis Calderón

13/06/2018

Biomasa lignocelulósica, una alternativa sostenible a los biocombustibles del futuro

En la postmodernidad los combustibles fósiles son desechados y las energías alternativas son cada vez más utilizadas en búsqueda de la sostenibilidad y la reducción de gases de efecto invernadero, en Europa los biocombustibles poco a poco van acogiendo más cabida debido a su eficiencia energética y poca carga ambiental que representan. La biomasa y en particular la lignocelulósica se revela como una fuente necesaria de materias primas dada su ubicuidad, disponibilidad y carácter poco contaminante, ante el declive de las fuentes de combustibles fósiles está catalogada como la mayor fuente de energía renovable del mundo (López, 2008).Su abundancia y su naturaleza ecológica la catalogan como el candidato más atractivo. La lignocelulosa es el componente mayoritario de la biomasa representada en los residuos de procesos agrícolas, forestales o industriales que se producen en grandes cantidades y generalmente son inutilizados o eliminados mediante combustión de aire ocasionando serios problemas ambientales (El grupo de investigación AGR-203, 2011), está constituida por tres esenciales elementos, la celulosa, la hemicelulosa y la lignina, está última es un polímero orgánico complejo que forma materiales estructurales en los tejidos de soporte de plantas vasculares, es particularmente importante en la formación de paredes celulares, especialmente en la madera y la corteza ya que presentan rigidez y no se pudren fácilmente. El ensilado de hierba es el proceso bioenergético más eficiente, ya que logra el 89% de ahorro de las emisiones de gases de efecto invernadero para producir biometano como combustible de transporte (Ismail, 2013), el biometano se produce a partir de la depuración del biogás generado por digestión anaerobia. El ensilado es un proceso de conservación del forraje de la hierba basado en la fermentación láctica del pasto que produce ácido láctico y una disminución del pH, acidificando el medio reteniendo las cualidades nutritivas del pasto original. Las bacterias ácido lácticas eliminan pequeñas plagas y mejora el tamaño y calidad de la hierba, suprimen organismos patógenos, aumentan la fragmentación de los componentes de la materia orgánica como la lignina y la celulosa transformando esos materiales para la digestión anaerobia sin causar influencias negativas en el proceso (Francisco Contreras Gevea, 2006), por estas características el ensilado de hierba es la materia prima más óptima para el proceso de producción de metano, además de aumentar el secuestro de carbono. En general la biomasa lignocelulósica presenta una estructura muy compleja donde sus tres componentes principales se encuentran estrechamente unidos mediante interacciones por puentes de hidrógeno inter e intramoleculares que provocan una alta cohesión macromolecular responsable de la alta dificultad para disolverlos y aislarlos por métodos convencionales. Esto ha conducido al desarrollo de disolventes y tecnologías más eficientes para la conversión de biomasa, lo que ha sido reconocido como un gran desafío para la comunidad científica mundial (Daisy Dopico Ramírez, 2013), Aunque se podría utilizar el CO2 que se emite del biodigestor, que se desprende del biogás como una opción de tratamiento previo para acelerar la hidrólisis de la celulosa y eliminar esa cristalinidad, sellado de la lignina y la reticulación alrededor de la hemicelulosa que son barreras en la unión de enzimas y microbios en la superficie celulósica, el uso del CO2 sería un pretratamiento no tan costoso, limpio, menos demandante de energía y de reutilización (Ismail, 2013).

La digestión anaerobia es un proceso donde los desechos orgánicos y la biomasa lignocelulósica se convierten en biogás y digestato, el digestato es un compuesto semilíquido capaz de absorber el nitrógeno del ambiente y convertirse un buen fertilizante, que puede ser reutilizado en la cadena del ciclo de vida de la producción de biometano, más precisamente en la fase de producción de materia prima en el establecimiento y mantenimiento de la biomasa, biomasa que consiste de residuos agrícolas, residuos municipales, cultivos energéticos y/o cultivos industriales. El biogás puede purificarse y mejorarse para enriquecer el biometano compuesto de 97% metano y 3% CO2, el rendimiento de metano de varias materias primas se ejemplifica midiendo los m3 de metano por kg, la cebada produce un alto rendimiento de metano, algo irónico ya que también es utilizada en la dieta de los bovinos favoreciendo una fermentación propiónica por su elevado contenido en carbohidratos de reserva, lo que indirectamente disminuye la producción de metano (S. Lobón), la remolacha forrajera también tiene un alto rendimiento al igual que al producir bioetanol, en Colombia se encuentra en la Sabana de Bogotá en el alto plano Cundiboyacense en la cordillera de los Andes (Luis Guillermo Muñoz Angulo, 2008), los residuos de alimentos separados en la fuente tienen mejor rendimiento que los no separados porque presentan mayor facilidad de degradación, requieren menor tiempo para alcanzar la temperatura ambiente y además permiten obtener un producto final de mejor calidad  microbiológica para el compost y biometano (Luis Fernando Marmolejo, 2010). Para hablar de la evaluación del ciclo de vida de la biomasa lignocelulósica para generar biometano hay que hablar de unas fases de procedimiento, el objetivo que es comparar los estudios de evaluación del ciclo de vida del metano producido a través de biomasa lignocelulósica como biocombustible en comparación con otros sistemas bioenergéticos respecto a la carga ambiental y las emisiones de gases de efecto invernadero, un análisis de inventario que en este caso sería unas entradas, suelo, cal, semillas, fertilizantes y maquinaria en la etapa de producción de materia prima, combustible fósil para el transporte y almacenamiento y en la fase de producción del biometano por medio de inyección de calor y electricidad en la maceración, digestión anaerobia y compresión la salida del biometano con otros subproductos como el digestato y combustible para el transporte final, la unidad funcional se describe en m3 metano por año, los límites del sistema son de la cuna hasta la tumba, teniendo como cuna el arado y como tumba la generación ya como tal del biometano, la categoría de impacto se observa midiendo el impacto potencial de las emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2, el N2O y el CH4 mediante la siguiente fórmula: CHG (t de CO2 eq.) = CO2 (t) + 23 x CH4 (t) + 296 x H2O (t) (Ismail, 2013).

...