Influencia del tipo de abonado en la capacidad térmica de biomasas de cultivos tradicionales (chopo y chirimoya) y de nueva implantación (quinoa)diferencias termogravimétricas en su comportamiento térmico bajo diferentes atmósferas de calentamiento

Resumen

Dado el actual estado de alarma e incertidumbre en lo referente a la quema de combustibles fósiles como principal fuente de energía, las políticas y acuerdos mundiales se centran en restringir su uso con el propósito de reducir en el horizonte 2050 hasta en un 55% su consumo y sus emisiones contaminantes derivadas respecto a 1990. En este contexto, la biomasa se presenta como una fuente de energía renovable y con huella neutra de carbono que debe de continuar siendo investigada y desarrollada. De este modo, la presente tesis doctoral evalúa el comportamiento térmico de varias fuentes biomásicas lignocelulósicas. En concreto, el objetivo principal es estudiar y establecer valorizaciones energéticas comparativas entre un cultivo energético forestal propiamente dicho de Populus sp. y diferentes residuos procedentes del cultivo agrícola de dos especies en proliferación: la quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) y la chirimoya (Annona cherimola Mill.). En lo referente al cultivo energético del chopo, se utilizó una parcela de cultivo de cuatro años de antigüedad compuesta por aproximadamente 1400 ejemplares de Populus sp. divididos en cuatro clones (UNAL, I-214, AF-2 y AF-8). Además, esta parcela de cultivo se dividió en tres tratamientos de fertilización diferentes: CONTROL (sin fertilización), BIOSOLIDS (fertilización orgánica mediante un lodo procedente de una estación depuradora de aguas residuales) y MUD (fertilización orgánica con un lodo procedente de una industria láctea). Los procesos termoquímicos estudiados fueron combustión, pirólisis y gasificación. De forma global pudo comprobarse que cada uno de los procesos térmicos reveló mejor comportamiento térmico para un tratamiento/clon diferente. Los análisis elementales, inmediato y de poder calorífico de esta biomasa concluyeron que la biomasa de chopo posee propiedades óptimas como combustible (HHV próximo a 20 MJ/kg). Además, el análisis de los perfiles termogravimétricos puso de manifiesto similitudes entre la combustión y gasificación, mostrando un patrón diferente en la pirólisis. Los índices térmicos corroboraron esta tendencia, ya que fueron más altos para la combustión, seguidos de gasificación y por último pirólisis. Respecto a la quinoa, la práctica inexistencia de estudios que proporcionasen un valor a la parte no comestible de la planta (cascarilla y biomasa aérea) indujo a su posible valorización energética. Se aplicaron los procesos termoquímicos de combustión y pirólisis, en ambos casos bajo tres rampas de calentamiento: 10, 20 y 40 K/min. Los análisis elementales, inmediato y de poder calorífico mostraron mejores propiedades combustibles de la biomasa aérea (HHV = 15,41 MJ/kg) respecto a la cascarilla (HHV = 12,70 MJ/kg). Los perfiles termogravimétricos y los índices térmicos obtenidos se vieron influenciados tanto por el proceso termoquímico utilizado como por la variación de temperatura y la composición de la biomasa. Los mejores resultados se alcanzaron a través de la combustión de la biomasa aérea para rampas rápidas de calentamiento. Estos datos fueron reconfirmados por los índices térmicos y el análisis estadístico. Por último, el cultivo agrícola del chirimoyo, además de proporcionar la deseada pulpa de la chirimoya, deja una cantidad considerable de residuos en forma de restos de madera de poda y de semillas tras el procesado industrial de las frutas, ambos aptos para su valorización energética. Se utilizaron dos parcelas de cultivo bajo diferente fertilización: M1, con fertilizante mineral tradicional; y M2, con fertilizante orgánico procedente de una explotación ganadera vacuna. El proceso termoquímico llevado a cabo fue combustión, bajo cuatro rampas de calentamiento diferentes: 5, 10, 20 y 40 °C/min. Independientemente del fertilizante utilizado, las semillas presentaron mejores propiedades combustibles (HHV = 24,78 MJ/mol) que la madera de poda (HHV = 19,33 MJ/mol). Sin embargo, los perfiles termogravimétricos revelaron que mientras que las muestras de semillas sólo estuvieron influenciadas por la variación de temperatura, las de madera además estuvieron influenciadas por el fertilizante aplicado. Esta influencia del fertilizante usado sobre el comportamiento térmico de los residuos de chirimoya fue corroborada, a su vez, por los índices cinéticos donde el abono orgánico disminuyó las energías de activación de todas las muestras, especialmente las de semillas.