Tratamiento de residuos de biomasa mediante oxidación y gasificación en agua supercrítica

Resumen

El desarrollo de las tecnologías y prácticas industriales cada vez más productivas, supone un aumento en el volumen de residuos industriales. La gestión de estos residuos industriales y de las aguas residuales, de una manera económica y ambientalmente aceptable, es uno de los problemas más críticos a los que se enfrenta la industria moderna, principalmente debido al aumento de la concienciación ambiental sobre el destino de estos contaminantes y las estrictas legislaciones que dificultan el cumplimiento de los requisitos ambientales. Por lo tanto, resulta necesario desarrollar sistemas innovadores que maximicen la recuperación de los materiales útiles, y/o sistemas de producción energética de los residuos de una manera sostenible. Dentro de estas nuevas tecnologías, los procesos hidrotérmicos como la Oxidación en Agua Supercrítica (OASC) y la Gasificación en Agua Supercrítica (GASC), han despertado un gran interés por sus grandes ventajas frente a los procesos de tratamiento convencionales, por la elevada eficacia de eliminación de residuos industriales de alta carga orgánica y la posible valorización de estos residuos. La GASC se presenta como una posible vía de aprovechamiento energético de residuos mediante la conversión de los mismos en un gas combustible rico en hidrógeno e hidrocarburos ligeros. En el presente trabajo, se ha estudiado el efecto de la velocidad de calentamiento en la GASC de un compuesto modelo (celulosa) sobre la formación de los compuestos intermedios y productos finales de la reacción, para llegar a una mejor comprensión sobre las complejas reacciones que ocurren durante este proceso. Para ello, se analizan los efluentes líquidos y gaseosos producidos a diferentes temperaturas: 200, 250, 300, 350, 471 y 525 ºC. Además, se estudia la GASC de los pañales en un reactor discontinuo a 525 ºC y 240 bar. En el caso de los residuos de la industria de aceite de oliva, se han tratado con agua subcrítica y supercrítica para producir principalmente un combustible gaseoso por gasificación. Para ello, se usaron diferentes reactores discontinuos a temperaturas entre 200 y 530 ºC y presiones entre 150 y 250 bar. Este trabajo también estudia el efecto de varios tipos de catalizadores homogéneos (KOH, NaOH, Na2CO3, K2CO3) y heterogéneos (TiO2, V2O5 y Au-Pd) en la GASC. Además, con diferentes concentraciones de residuo (23, 35 y 80 g O2/l de concentración de demanda química de oxígeno (DQO)) y de la mezcla de alperujo y alpechín, se estudia el efecto que tienen en el proceso de conversión de biomasa (eliminación de DQO) y rendimiento de gases (producción de H2, CH4, CO2 y CO). Durante el transcurso de la tesis doctoral, se realizó una estancia de investigación en la Universidade Estadual de Maringá, Brasil. Gracias a esta estancia, se realizaron estudios en un sistema que opera en régimen continuo, y a temperaturas hasta 175 ºC mayores de las que permiten los equipos de nuestro grupo de investigación. De este modo, se estudió la GASC tanto con residuo de la industria de aceite de oliva como con residuo de la industria de fabricación de papel a temperaturas y presión entre 500-700 ºC y 230 bar respectivamente. Además, para el residuo de la industria de fabricación de papel se estudió el efecto de la adición de NaOH como catalizador en el proceso GASC. Por otro lado, la OASC es una tecnología innovadora que se emplea para la eliminación de diferentes residuos de forma exitosa. Sin embargo, su implantación industrial es escasa, sólo existen varias compañías que comercializan esta tecnología, siendo necesarias más investigaciones en diferentes direcciones para solventar los problemas derivados de la operación en condiciones de elevada presión y temperatura. Por este motivo, en la presente tesis doctoral, se ha estudiado la hibridación de los procesos OASC-GASC en una planta de demostración, como posibilidad para mejorar ambos procesos y convertir algunos problemas (o desventajas) de estos procesos en soluciones (o ventajas). Para este estudio pionero, se utilizan compuestos modelo; etanol como alimentación del proceso OASC e isopropanol como alimentación del proceso GASC; alcanzando temperaturas de operación alrededor de 550 ºC. Este método ha sido patentado, y para ello, fue necesario hacer una revisión bibliográfica del estado del arte, la cual se ha publicando como review.