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Evaluación del potencial uso como biocombustible de la paulownia
tomentosa a partir de un análisis termogravimétrico.
Burbano Pérez, Jeimy Katherin
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de los Andes
Asesor: Juan F. Saldarriaga E.
Co-asesor: Ximena Gaviria G.
Resumen
En el presente trabajo se estudia el potencial aprovechamiento de tallo y hoja de Paulownia
Tomentosa como biocombustible. Con este fin, se realizó una caracterización de los residuos de la
planta de paulownia mediante análisis termogravimétrico con una termobalanza TA Instruments TGA
5500-Discovery series siguiendo el estándar ASTM D5142, a partir del cual se define el contenido
de polímeros de carbohidratos conocidos como celulosa, hemicelulosa y lignina, que son analizados
en un algoritmo implementado con la herramienta Scilab. Adicionalmente, se desarrolló una
herramienta para determinar los contenidos de cenizas, contenido de humedad y carbono fijo. En
suma, se pudo evidenciar que tanto el tallo como la hoja de la planta de Paulownia Tomentosa son
residuos de potencial aprovechamiento en el proceso de combustión con fines de generación de
energía.
Palabras claves: Biomasa, Paulownia Tomentosa, pirólisis, lignocelulósico, análisis
termogravimétrico.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, más del 80% del suministro
mundial de energía proviene de combustibles
fósiles, es decir, petróleo, gas natural y carbón.
A nivel mundial, el petróleo proporciona un
tercio de las necesidades energéticas globales
(33%), luego, el carbón más de una cuarta
parte (27%), y el gas natural más de una quinta
parte (20%). El 20% restante se distribuye
entre energía nuclear (6%) y fuentes de energía
renovables (13%), donde se ubica la energía
solar, energía hidroeléctrica convencional y el
uso de biomasa, entre otros residuos que no
suelen ser muy comunes para
aprovechamiento energético (AIE, 2010; BP
Energy, 2018).
En Colombia, durante las últimas 3 décadas, la
energía se obtiene en su mayor parte por
procesos hidroeléctricos, lo que implica poca
dependencia del petróleo en comparación con
2
la tendencia mundial (Andrade et. al., 2012;
Hidalgo, 2015). Según Hidalgo (2015), la
termoeléctrica es su segunda forma de energía
más importante, con más de un 30% del total;
el porcentaje restante se distribuye entre el gas
natural (18%), el carbón (7%) y combustibles
líquidos (5%). Aunque el uso de energía
hidroeléctrica no es tan perjudicial para el
ambiente como la proveniente de
combustibles fósiles, este si presenta una serie
de desventajas tales como efectos negativos en
el ecosistema donde se construyen los
embalses, disminución de la calidad del agua
de las represas, requerimiento de líneas de
transporte que encarece la inversión lo cual
provoca pérdidas de energía, entre otras (Diez,
H.D & Ortega, M.T, 2013; González, 2011).
Se estima que el mundo se podría seguir
abasteciendo energéticamente de
combustibles fósiles por 50 años
aproximadamente, por lo que no es muy lejano
un contexto donde haya una escasez definitiva
de estos recursos (Ibañez,2013;Basque
Government,2008). Por otro lado, en
Colombia la energía eléctrica depende
completamente del recurso hídrico, el cual en
algunos años ha escaseado, llevando a crisis
energéticas como la ocurrida en el país en el
año de 1992 (Saavedra, 2017). Por lo anterior,
es claro que el actual modelo energético es
insostenible y es necesario buscar la
producción de energías alternativas como los
biocombustibles, los cuales proporcionan
energía para la automoción y atenúan la
liberación de gases perjudiciales (óxidos de
nitrógeno y azufre, dióxido de carbono, etc.)
que actualmente emiten los combustibles
fósiles (Marcos &Camps, 2008; Rico, 2012).
Dentro de las ventajas de los biocombustibles
se encuentra que se pueden fabricar con gran
cantidad de materia prima disponible, su costo
puede llegar a ser menor que el de diésel o
gasolina y su proceso de elaboración genera
empleo en las zonas rurales (Callejas &
Quezada, 2009; FedeBiocombustibles, 2007).
Los biocombustibles, se presentan en formas
variadas para adaptarse a las necesidades
energéticas; de acuerdo al material de
fabricación se clasifican como: primera
generación aquellos que emplean materias
primas de uso alimenticio y tecnologías de
proceso como fermentación y
transesterificación; los de segunda generación
que se obtienen a partir de materias primas que
no tienen uso alimentario. Y, por último, los
biocombustibles de tercera generación que
utilizan cultivos bioenergéticos
específicamente diseñados o adaptados para
este fin de producción energética (Ecopetrol,
2014).
Actualmente, se ha incrementado el uso de
cultivos energéticos lignocelulósicos que se
definen como cultivos de plantas de
crecimiento rápido destinados únicamente a la
obtención de energía. Estos cultivos se pueden
utilizar como biocombustibles sólidos para la
producción de calor y/o electricidad
3
(agroelectricidad) y como materia prima para
fabricar los biocarburantes de segunda
generación (Nogués et al., 2010; Sixto, 2007).
Con el fin de determinar el potencial uso de los
residuos agroforestales y agroindustriales es
necesario realizar una caracterización
exhaustiva del material que incluye obtener su
poder calorífico, análisis inmediato y
elemental, contenido de humedad, contenido
de cenizas, entre otros (Saldarriaga et al.,
2015). Se han estudiado un sin número de
residuos con el fin de determinar su potencial
uso, pero aún hay muchos tipos que no han
sido estudiados como es el caso del árbol
Paulownia Tomentosa que se viene cultivando
desde hace pocos años en territorio
colombiano.
Paulownia Tomentosa (Thunb.) Steud
pertenece a la familia Scrophulariaceae, tiene
su origen en China occidental y central, y ha
sido introducido en las últimas décadas en los
Estados Unidos y Europa como árbol
ornamental debido a sus llamativas flores
(Corredoira et al., 2014; Jiménez, 2005). Por
lo general, la Paulownia Tomentosa tiene una
altura de 10-15 m con diámetro entre 35 y 80
cm. Se trata de un género con especies
caducifolias, que presentan una copa ancha y
ramas de crecimiento horizontal con hojas de
gran tamaño sobre todo en los primeros años,
tienen color verde oscuro en forma ovalada y
acorazonada de 20 a 40 centímetros de ancho
y de números pares opuestos en las ramas
(Jiménez, 2005; Martínez-García et al., 2009).
Paulownia Tomentosa es una planta que tarda
4 años en alcanzar una altura de 10 a 15 m, por
lo cual en su proceso de crecimiento es
necesario realizar cortes para su
aprovechamiento y al final de esta altura se
obtiene su cosecha (Corredoira et al., 2014;
Pascua, 2017). Esta especie arbórea presenta
ventajas debido a que sus periodos de
crecimiento y distribución de raíces resultan
en un uso más eficiente del agua y otros
recursos limitados. Además de la producción
de madera, los árboles de paulownia mejoran
el microclima y al intercalarse con otros
cultivos, reducen el riesgo de las granjas
mediante la diversificación de las actividades
agrícolas, estabilizando la producción de
cultivos a lo largo del tiempo (Shogren &
Wang, 2003). A raíz del buen desempeño que
ha tenido la Paulownia Tomentosa en países
como China, junto con su alta tolerancia a las
condiciones naturales, la han hecho atractiva
para su cultivo en otros países como
Colombia.
Según K. Janvijitsakul & V.I. Kuprianov
(2008) la eficiencia de los sistemas de
combustión de biomasa vegetal y sus niveles
de emisión, dependen de las propiedades del
combustible, las condiciones de operación y el
diseño del combustor. Por tanto, en este
trabajo se busca analizar tallo y hoja de la
planta a partir de un análisis de TGA, el cual
es simple y de bajo costo para la
caracterización del combustible sólido como
4
análisis elemental, análisis inmediato, poder
calorífico, relación hemicelulosa, celulosa y
lignina, los cuales son parámetros de mayor
importancia que afectan la cinética de
degradación.
MÉTODOS Y MATERIALES
Caracterización fisicoquímica
Las hojas y el tallo de paulownia fueron traídas
de un vivero de plántulas ubicado en Sasaima,
Cundinamarca, la edad aproximada de la
planta de donde se tomó la muestra es de cinco
meses. Una vez que se trajo el material
vegetal, se procedió a secar las hojas y tallo a
una temperatura de 105 °C por 24 horas para
después triturarlo y analizarlo.
La muestra de tallo y hoja de paulownia han
sido caracterizados en detalle, mediante
propiedades físico-químicas medidas de la
siguiente manera: contenido de humedad
(según la norma ISO 589), análisis
termogravimétrico (TA Instruments TGA
5500-Discovery series siguiendo el estándar
ASTM D5142), análisis elemental (analizador
FLASH 2000 Organic Elemental Analyzer) y
poder calorífico superior -PCS- (calorímetro
Isoperibólico 6200 – Parr Instrument
siguiendo el estándar ASTM E711-87). Las
características físico-químicas de la biomasa
utilizada en este estudio se muestran en la
Tabla 1.
Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas
Paulownia Tomentosa
Propiedades Hojas de
paulownia
Tallo de
paulownia
Diámetro de
partícula
(mm)
0.6-1.2 6.2
Contenido
de humedad
(%p/p, b.s)
0.7172 0.7939
PCS (𝐾𝐽
𝑘𝐺) 18293.8 14708.5
Materia
volátil (wt%) 65.22 66.17
Carbon fijo
(wt%) 30.608 29.71
Cenizas (p/p) 4.1716 4.1717
C (wt%) 49.45 39.17
H (wt%) 6.78 5.77
N (wt%) 5.19 1.34
S (wt%) 1.027 0
De acuerdo a la Tabla 1, los porcentajes de
humedad en base seca son bastante bajos para
hoja y tallo de paulownia, lo que indica que
son óptimas en la realización de procesos de
conversión termoquímica como la
combustión, debido a que un material
lignocelulósico con mayor contenido de
humedad requiere más energía para la
evaporación del agua presente en la muestra
durante dicha conversión (Fernandes et
al.2013; Marangoni et al. 2012). De acuerdo
con López & Llera (2010) un alto contenido de
poder calorífico indica mayor potencial
5
energético, además la literatura afirma que los
valores óptimos de poder calorífico en la
biomasa para su uso directo como combustible
en los procesos de combustión varían entre 16-
18 MJ/kg (Marangoni et al. 2012). La muestra
de hoja arrojo un valor de 18.29 MJ/kg
mientras que el tallo de 14.70 MJ/kg, lo que
permite inferir que los residuos de hoja es
materia prima factible para la generación de
energía y el tallo también pero en un periodo
más maduro de crecimiento.
El análisis inmediato muestra los contenidos
de humedad, cenizas, materia volátil y carbono
fijo de la biomasa, expresados como
porcentajes en peso. Este análisis sirve para
identificar la fracción de la biomasa en la que
se encuentra almacenada su energía química
(compuestos volátiles y carbono fijo) y la
fracción inerte (humedad y cenizas) (García &
Rezeau, 2010). Con respecto al contenido de
materia volátil, se presentan porcentajes de
65.22 % y 66.17% en peso, base seca para hoja
y tallo respectivamente, estos valores altos
indican que tienen tendencia a la degradación
térmica en procesos como la combustión y
pirólisis (López & Llera, 2010; Marangoni et
al. 2012). El porcentaje de carbon fijo es de
30.60% para hoja y 29.71% para tallo, el
contenido de carbono fijo es alto en los
derivados de tejidos duros (tronco, semillas),
por lo que es inusual el porcentaje alto que
tiene la hoja ; este valor es importante para el
análisis por la relación entre el porcentaje de
materia volátil y el porcentaje de carbono fijo
de las muestras, entre menor sea el contenido
de carbono fijo respecto al contenido de
compuestos volátiles, se necesita menor
tiempo de residencia para la combustión total
de la biomasa (López & Llera, 2010). El otro
factor del análisis fue el contenido de cenizas
el cual da 4.17 % para ambas muestras, que
indica beneficios en el momento de generar
biocombustibles a partir de las mismas; debido
a que, con el aumento de cenizas, aumentan los
cloratos, y como es conocido, el cloro es un
elemento corrosivo extremo que afecta a la
vida útil y por consiguiente al rendimiento de
la caldera (Latorre, 2009).
Con respecto al análisis elemental, el carbono
es el elemento mayoritario con un 30-60% en
peso, valores similares a los obtenidos por
Marangoni et al. (2012) que están en un rango
de 33-43%; el contenido de hidrógeno da 6.78
y 5.77 que también concuerda con el mismo
estudio, donde los valores oscilan entre 4,90-
6,28 %. Del mismo modo, los valores de
nitrógeno en las muestras son de 5.19% y
1.34% para hoja y tallo; finalmente, el
porcentaje de azufre es de 1.03 % para hoja y
cero para tallo, lo cual es un buen indicador
debido a que cantidades de óxidos de
nitrógeno, óxidos de azufre y gases tóxicos
corrosivos serian bajos en un proceso de
conversión termoquímica (Fernandes et al.
2013).
6
Metodología TGA
La metodología desarrollada para la
caracterización de la biomasa se basa en un
analisis termogravimétrico -TGA- (TA
Instruments TGA 5500-Discovery series).
Con este fin, se llevó a cabo un estudio
experimental para establecer las condiciones
óptimas de las fases usadas en el TGA
garantizando de forma confiable y
reproducible los contenidos de humedad,
materia volátil, carbono fijo y ceniza.
Adicionalmente, se empleó una metodología
basada en la deconvolución de la curva DTG
para separar claramente los picos
correspondientes a la degradación de los tres
políméricos naturales contenidos en la
biomasa (hemicelulosa, celulosa y lignina) y
así, determinar su contenido. Las gráficas de
las curvas fueron creadas a partir de un
algoritmo específico escrito en Scilab, que
utiliza la subrutina ode basada en el método
Adams (para problemas ODE no rígidos) que
integra las ecuaciones diferenciales ordinarias
que describen la pérdida de peso asociada con
la degradación de hemicelulosa, celulosa y
lignina, y la subrutina Fminsearch (basada en
el algoritmo de Nelder y Mead) para la
optimización de los parámetros cinéticos de
mejor ajuste a los resultados experimentales.
Ilustración 1. Diagrama de flujo del algoritmo
diseñado para la deconvolución de la DTG
Resultados y análisis
Análisis Termo gravimétrico (TGA)
La biomasa lignocelulósica, es una mezcla
compleja de polímeros de carbohidratos
conocidos como celulosa, hemicelulosa,
lignina y pequeñas cantidades de otras
sustancias como extractables y cenizas, los
cuales están contenidos en la pared celular de
las plantas (Jauhiainen et al.,2004; Yaman,
2004; Carrier et al., 2011). Para los análisis, se
desarrolló una metodología que determine el
7
contenido de cada uno de estos tres polímeros
y mediante el análisis de estos valores en el
algoritmo de scilab se obtiene el porcentaje de
humedad, volátiles, carbono fijo y ceniza,
proporcionando una señal adecuada para
deconvolución.
Para el diseño y ejecución de esta metodología
se requirieron diferentes ensayos donde se
cambiaron varios parámetros operativos (tipo
de gas y su caudal, rampa de calentamiento,
duración de los períodos isotérmicos)
(Saldarriaga et al, 2015). En este caso, se
utilizó un gas inerte (N) con un caudal de 60
ml min-1, que permite una medición fiable de
la degradación de biomasa que contiene
polímero. El proceso que se llevó a cabo,
consiste en un período isotérmico inicial a 105
°C durante 40 min para determinar el
contenido de humedad por pérdida de peso.
Posteriormente, la muestra se calienta en una
rampa de 105 °C a 800 °C, y se mantiene a esta
temperatura de 800 °C por 30 min. Después, el
gas inerte se sustituye por aire con un caudal
de 60 ml min-1, con temperatura de 800 ° C
durante 15 minutos, lo que provoca la
combustión del carbono fijo y permite la
cuantificación de las cenizas no quemadas.
Finalmente, el horno se enfría en una rampa de
800 °C hasta 75 °C, sosteniéndose en esta
temperatura por 5 minutos más. A
continuación, se muestra el proceso descrito:
Ilustración 2. Proceso térmico de pirolisis
El método empleado para el análisis
termogravimétrico permite determinar el
contenido de humedad y el análisis próximo de
la biomasa sin la necesidad de ensayos
adicionales. En cuanto al contenido de
humedad, los resultados son fiables con
respecto a los valores obtenidos en
procedimientos estándar como el secado en
horno durante largos períodos de tiempo (ISO
589) o midiendo en un analizador de humedad
halógeno (HR83, Mettler Toledo) (Saldarriaga
et al, 2015). Con respecto a los resultados de
materia volátil, carbono fijo y ceniza se puede
ver que se ajustan al método estándar ASTM
D5142, es importante indicar que los
procedimientos descritos en el estándar se
refieren a carbón mineral; no obstante, esta
técnica fue modificada con temperaturas más
bajas para que pueda ser utilizada en el análisis
de la biomasa (Mistretta et al, 2012).
Una vez se ha determinado el contenido de
humedad y se ha llevado a cabo el análisis
inmediato, los valores de DTG
correspondientes a la pirólisis de los tres
polímeros naturales (sin etapas de secado y
8
combustión) se aíslan mediante el algoritmo
empleado. Después, con esta información se
realiza la deconvolución, con un modelo
cinético que tiene en cuenta las tres reacciones
paralelas independientes, correspondiente a la
descomposición de los tres componentes:
hemicelulosa (HC), celulosa (C) y lignina (L)
(Caballero et al., 2015; Varhegyi, 2007). La
ecuación cinética general que describe estos
procesos es:
(1
𝑊0 − 𝑊∞
) (𝑑𝑊
𝑑𝑡) = ∑ 𝑐𝑖𝑘𝑖
𝑛
𝑖=1
[(𝑊𝑖 − 𝑊∞,𝑖)
(𝑊0.𝑖 − 𝑊∞,𝑖)]
𝑛𝑖
La conversión de biomasa, X, se define por:
𝑋 =𝑊0 − 𝑊
𝑊0 − 𝑊∞
Donde W0 es la masa inicial de la muestra
sobre una base seca (al final del período de
secado), W∞ es la masa al final de la etapa de
pirólisis y W la masa en un momento dado.
Igualmente, en el caso de n reacciones
paralelas independientes (pirólisis de
lignocelulósicos) las ecuaciones cinéticas
pueden ser más complicadas, pero todas se
relacionan con expresiones similares a la
presentada anteriormente (Antal Jr, 1983;
Caballero et al., 1997). La conversión de cada
componente en la biomasa se define como:
𝑋 =𝑊0,𝑖 − 𝑊𝑖
𝑊0,𝑖 − 𝑊∞,𝑖
Aunque existen importantes interacciones
entre la degradación de los tres componentes,
en los análisis termogravimétricos aparecen
tres picos diferenciados en las curvas DTG
indicando que se mantiene la identidad de la
degradación de cada compuesto (Caballero et
al. 1997). La literatura propone una cinética de
primer orden para la degradación de materiales
poliméricos (Castro et al, 2012; Ding et al,
2012; Lopez et al, 2009) cuya ecuación
cinética general es:
𝑑𝑋
𝑑𝑡= ∑
𝑑𝑋𝑖
𝑑𝑡
𝑛
𝑖=1
= ∑ 𝑐𝑖𝑘1
𝑛
𝑖=1
(𝑋𝑖,∞ − 𝑋𝑖)
Donde Ki es la constante cinética
correspondiente a la degradación de cada uno
de los tres polímeros. Las constantes cinéticas
son definidas, utilizando las ecuaciones de
Arrhenius parametrizadas de la siguiente
manera:
𝐾𝑖 = 𝐾𝑖,𝑟𝑒𝑓 exp [−𝐸𝑖
𝑅(
1
𝑇−
1
𝑇𝑟𝑒𝑓)]
Donde 𝐾𝑖,𝑟𝑒𝑓 es la constante a la temperatura
de referencia.
Los parámetros cinéticos que se obtienen por
optimización son las constantes cinéticas a la
temperatura de referencia y la energía de
activación para cada una de las tres reacciones
paralelas, y el contenido de dos de los tres
polímeros, debido a que el valor de la lignina
se obtiene de la sustracción entre la masa de la
muestra y el contenido de ceniza (Saldarriaga
et al, 2015). La función objetivo a optimizar
se define como la suma de las diferencias
cuadradas entre los datos DTG experimentales
9
y los calculados por el modelo, la cual se
muestra a continuación:
𝐸𝑂𝐹 =∑ (
𝑑𝑊𝑗,𝑒𝑥𝑝
𝑑𝑡−
𝑑𝑊𝑗,𝑐𝑎𝑙
𝑑𝑡)
2𝑁𝑗=1
𝑁
Donde N es el número de datos
experimentales. A continuación, se muestra la
curva de DTG correspondiente las dos
biomasas utilizadas en el estudio, hoja y tallo
de Paulownia Tomentosa respectivamente:
Ilustración 3. Deconvolución de la curva de
DTG correspondiente a la degradación de
hoja de Paulownia Tomentosa
Ilustración 4. Deconvolución de la curva de
DTG correspondiente a la degradación de
tallo de Paulownia
En las gráficas de la deconvolución de ambas
muestras, es posible observar que los tres
componentes se degradan al iniciarse el
proceso, siendo la hemicelulosa la primera en
degradarse completamente, seguida por la
celulosa y al finalmente la lignina. De acuerdo
con estudios de Raveendran et al. (1996), se
distinguen cinco intervalos de temperatura
donde se presenta la descomposición de los
diferentes componentes de la biomasa
lignocelulósica, como se muestra en la Tabla
2.
Tabla 2. Intervalos de temperatura de la
descomposición de materiales
lignocelulósicos. Zona
I < 100 ºC
Principalmente cambio en la
humedad
Zona
II
100 - 200
ºC
Inicio de la descomposición de los
extractables
Zona
III
250ºC -
350ºC
Predomina descomposición de la
hemicelulosa
Zona
IV
350ºC-
500ºC
Principalmente descomposición de
celulosa y lignina
Zona
V > 500 ºC
Principalmente descomposición de
lignina
En el caso de las dos muestras analizadas, se
observa que la descomposición de la lignina
(más estable térmicamente) se incluye en un
amplio intervalo de temperatura, desde 350 ºC
hasta temperaturas superiores a los 500 ºC. En
ambos casos, la hemicelulosa es la menos
estable térmicamente de los componentes de la
madera debido a la presencia de grupos acetilo
(Yang, 2007).
Se puede observar que la herramienta diseñada
para la deconvolución tiene un buen
rendimiento, debido a que los valores
experimentales y calculados se adaptan bien.
10
Como se mencionó anteriormente, la
herramienta permite determinar los
parámetros cinéticos para el proceso de
pirólisis (las constantes cinéticas a la
temperatura de referencia y factores de
frecuencia y energías de activación), así como
el contenido de cada uno de los polímeros
naturales en la muestra. Los resultados que se
obtienen para las dos muestras estudiadas son:
Tabla 3. Contenido de hemicelulosa, celulosa y lignina (% en peso) y parámetros cinéticos de
pirólisis para los 2 tipos de biomasa estudiados.
Biomasa Hoja Tallo
ln k0 (s-1) E
(KJ mol-1) Contenido %
(p/p) ln k0 (s-1)
E
(KJ mol-1) Contenido %
(p/p) Hemicelulosa 7,16 57,77 20,60 7,65 57,77 22,22 Celulosa 14,76 99,71 33,92 15,19 99,71 32,60 Lignina 4,77 49,23 40,52 3,92 49,23 40,08
No existen datos en la literatura acerca de los
parámetros cinéticos de la biomasa estudiada,
por este motivo se emplearán datos reportados
sobre aserrín de pino y cáscara de arroz con el
fin de comparar. Los resultados cinéticos
obtenidos para el tallo y hoja de paulownia no
concuerdan con los presentados por los
autores, donde la hemicelulosa, celulosa y
lignina, presentan contenidos de energía de
activación que se encuentran entre 115 ±9 kJ
mol-1 para la hemicelulosa, 218 ±15 kJ mol-1
para la celulosa y 35 ±2 kJ mol-1 para la
lignina. Asimismo, el k0 (s-1) arroja 11.2 para
hemicelulosa, 16.6 para celulosa y 4.3 para
lignina, los cuales se acercan un poco más a
los valores presentados en la Tabla 3 para los
tres componentes. (Amutio et al. 2012;
Saldarriaga et al. 2015). Adicionalmente, se
concuerda con la literatura en que la celulosa
es generalmente el componente con mayor
energía de activación, con valores de 49.23 kJ
mol-1 para hoja y tallo de paulownia, también
la energía de activación más baja corresponde
a lignina, dado que en ambos casos fue menor
con respecto a los otros dos componentes de la
biomasa. Lo mismo ocurre con los valores de
ln k0, que son muy bajos comparados con otras
biomasas como hueso de olivo, cáscara de
nuez y cáscara de arroz, exceptuando el valor
de ln k0 para lignina que es más alto en la hoja
y tallo de paulownia. En cuanto al contenido
de cada uno de los polímeros naturales que
componen la biomasa, en la hoja y tallo se
presenta el mayor porcentaje de lignina
40.52% y 40.08% seguido por celulosa con
33.92% y 32.60%, el menor contenido es de
hemicelulosa con 20.06% y 22.22%. Se debe
tener en cuenta, que la composición química
de la planta cambia de acuerdo a la época en la
que se corte, esto podría explicar algunas
variaciones que se tienen con respecto a la
literatura, especialmente en el tallo que fue
cortado en una etapa muy temprana (5 meses).
La primera variación aparece sobre todo en
11
maderas que contengan resinas, gomas,
taninos, mucílagos y otros extractos cuyos
contenidos varían con la época de corte
(Marcos et al. 2006).
Conclusiones
De acuerdo a los resultados de la
caracterización fisicoquímica de la hoja y el
tallo de Paulownia tomentosa se presentan
valores similares al compararlos con la
literatura, encontrándose, bajo porcentaje de
humedad y altos valores de poder calorífico; el
análisis elemental de las muestras sugiere
bajas emisiones de óxidos de nitrógeno y
azufre, lo cual es un buen indicador para su uso
como biocombustible.
Se desarrolló una metodología para la
caracterización de la biomasa, que se basa en
el análisis termogravimétrico, la
deconvolución de la señal DTG y la obtención
de parámetros cinéticos. Este proceso con
termobalanza resulta eficiente para determinar
resultados que requieren equipos específicos y
procedimientos analíticos mucho más
complejos y costosos. Se realizó la
optimización en la rampa de calentamiento
empleada lo que permitió calcular el contenido
de humedad y el análisis aproximado. La
deconvolución de la señal DTG permite
calcular el contenido de cada uno de los
polímeros naturales (hemicelulosa, celulosa y
lignina), así como los parámetros que
describen la degradación térmica de la
biomasa, que son esenciales para determinar el
tiempo de combustión en cualquier unidad
industrial.
BIBLIOGRAFÍA
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