Pirólisis rápida de algas : obtención de productos de alto valor agregado

Abstract

Hoy en día, las algas son consideradas como el tipo de biomasa con mayor probabilidad de proporcionar cantidades suficientes de combustibles sin afectar el suministro de alimentos. Se han desarrollado varias tecnologías con el objetivo de obtener biocombustibles a partir de algas. En el presente trabajo, se investiga la pirólisis rápida de tres tipos diferentes de algas: Pithophora sp. (Ph), Arthrospira platensis - Spirulina (Sp) y Botryococcus braunii (Bb), con un enfoque en la calidad y el rendimiento del producto líquido como un posible biocombustible. La caracterización de las algas mostró un contenido elevado de lípidos para Bb, niveles más altos de proteínas para Sp y cantidades similares de proteínas y carbohidratos para Ph. Un reactor de lecho fijo conectado a un sistema de vacío y flujo de nitrógeno, se utilizó en los experimentos de pirólisis a 300, 400, 500 y 600 C. A 500 C, Bb produjo la cantidad máxima de bio-líquido (60% de rendimiento), mientras que Sp y Ph proporcionaron la mayor cantidad a 600 C, 40% y 23% de rendimiento, respectivamente. El análisis mediante Cromatografía Gaseosa acoplada a Espectrometría de Masas de los líquidos derivados de Ph, consistió principalmente en productos oxigenados y nitrogenados, destacándose 2,2-dimetil-1,3-dioxolan-4-metanol, también conocido en inglés como solketal; y el bio-líquido de Sp presentó principalmente compuestos nitrogenados, siendo 2,2,6,6-tetrametil-4-piperidona (TMP) el producto de mayor relevancia. Bb mostró un alto contenido de compuestos de cadena larga, principalmente alcoholes, ácidos carboxílicos e hidrocarburos insaturados. Este resultado indicaría que los bio-líquidos de Bb pueden usarse como materia prima para la producción de combustible. Se optimizaron las condiciones de pirólisis de Bb, siendo posible trabajar con mayores cantidades de biomasa y menores tiempos de reacción. Se evaluó también la aplicación de catalizadores en la pirólisis rápida de Bb, sin obtener resultados alentadores. Se analizó la capacidad de producción de biolíquido a partir de Bb por extracciones con solventes mediante calentamiento convencional y asistido por microondas, y se encontró que la pirólisis rápida ofreció mejores ventajas como metodología de producción de bio-líquidos. En la segunda parte de la Tesis Doctoral, se evaluaron las posibles aplicaciones tanto de los bio-carbones como de los bio-líquidos obtenidos en la pirólisis rápida. En relación a la fracción líquida, se evaluaron la capacidad antifúngica y antioxidante del bio-líquido obtenido a partir de la pirólisis de Sp, encontrándose valores de actividad inferiores en comparación a bio-líquidos derivados de otros tipos de biomasa. Acerca de las aplicaciones de los materiales sólidos de origen pirolítico, se evaluó la fitotoxicidad de extractos de agua de bio-carbones provenientes de la pirólisis de Sp sobre semillas de Lactuca sativa. Se encontró que los bio-carbones de Sp poseen una elevada fitotoxicidad, inhibiendo el crecimiento de L. sativa incluso a bajas concentraciones del extracto. Esto indicaría que estos bio-carbones no podrían ser utilizados como potenciales enmiendas de suelo. Por otro lado, se evaluó la capacidad de bio-carbones de Sp para adsorber moléculas v de interés. Para los experimentos realizados con ácido láctico (AL), se obtuvieron valores de adsorción de tres órdenes de magnitud superiores a los reportados para otros materiales carbonosos y para resinas de intercambio. En cuanto a Albúmina Sérica Bovina (BSA), se evaluó el bio-carbón de Sp sin tratar y previamente tratado con KOH para aumentar su porosidad. Para ambos casos, se obtuvieron valores de adsorción mayores que los informados en bibliografía para materiales carbonosos obtenidos por tratamiento térmico de biomasa. Por último, se evaluó la purificación de AL proveniente de un caldo de fermentación bacteriana utilizando bio-carbones provenientes de la pirólisis de Sp. Se evaluaron bio-carbones sin ningún tratamiento, con tratamiento térmico a 350 y 400 C y tratado con KOH. Se encontró que los bio-carbones tratados con KOH y tratados térmicamente a 350 C, permitieron recuperar excelentes porcentajes de AL, con excelentes valores de eliminación de proteínas. vi