Potencial energético de clones de Paulownia y Miscanthus para la producción de energía en Chile
DOI:
https://doi.org/10.21829/myb.2020.2611916Palabras clave:
análisis térmico, bioenergía, biomasa alternativa, energía renovable, ignición, TGAResumen
El modelo energético mundial se basa en combustibles fósiles, el cual ha venido siendo sustituido por consideraciones ambientales y económicas, dándole paso a la biomasa y a las plantaciones dendroenegéticas. En Chile, las energías renovables no convencionales (ERNC) vienen ganando espacio, además la nación ha abocado esfuerzos en especies que posean buen potencial energético. Así, este estudio tiene como objetivo evaluar el potencial físico-químico, energético y perfiles térmicos de dos especies (Paulownia elongata x fortunei y Miscanthus x giganteus) para el uso energético en tres sitios contrastantes de Chile. Los análisis fueron realizados en su mayoría bajo los estándares de las Normas DIN. Los resultados para Paulownia mostraron diferencias entre los sitios, obteniendo los mejores resultados en el sitio El Vergel con un porcentaje de lignina de 34,84%, cenizas de 1,16%, material volátil de 81,70%, carbono de 47,02% y una densidad energética líquida (DEL) de 2,16 GJ m-3. Para Miscanthus los mejores resultados también fueron registrados en El Vergel, con porcentaje de lignina de 30,60%, cenizas de 2,84%, material volátil de 82,26% y carbono de 45,97% y una DEL de 1,67 GJ m-3, destacando que los mejores resultados de El Vergel son para la densidad D1. Respecto al perfil térmico (TGA-DTG), la Paulownia presentó pérdida de masa mayor que el Miscanthus y tuvo ignición a menor temperatura de 197,76 °C y 209,66 °C respectivamente. Por lo tanto, el mayor porcentaje de residuo lo presentó el Miscanthus con 5,63%. Consiguientemente, ambas especies presentan características deseables para su uso energético.Descargas
Citas
American Society for Testing and Materials [ASTM] (2007). D1762-84 Standard method for chemical analyses of wood charcoal.
Baxter, C., Darvell, I., Jones, M., Barraclough, T., Yates, E., & Shield, I. (2014). Miscanthus combustion properties and variations with Miscanthus agronomy. Fuel, 117, 851–869. doi: 10.1016/j.fuel.2013.09.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.003
Chen, L., Wang, S., Meng, H., Wu, Z., & Zhao, J. (2017). Synergistic effect on thermal behavior and char morphology analysis during co-pyrolysis of paulownia wood blended with different plastics waste. Applied Thermal Engineering, 111, 834–846. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.09.155. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.155
Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables [CIFES] (2016). Reportes Cifes: Energías renovables en el mercado eléctrico chileno. Santiago: Ministerio de Energía, Gobierno de Chile.
Delaye, M., & Maia, F. (2015). Biochar a partir de biomassa de Miscanthus e Quebracho, produzido em forno tubular em sistema aberto e sob fluxo de nitrogênio. Embrapa Florestas-Comunicado Técnico (INFOTECA-E). Retrieved from https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/bitstream/doc/1039706/1/ComunicadoTecnico3752015.pdf.
Demirbas, A. (2002). Relationships between heating value and lignin, moisture, ash and extractive contents of biomass fuels. Energy Exploration & Exploitation, 20(1), 105–111. doi: 10.1260/014459802760170420. DOI: https://doi.org/10.1260/014459802760170420
Demirbaş, A. (2003). Relationships between heating value and lignin, fixed carbon, and volatile material contents of shells from biomass products. Energy Sources, 25(7), 629–635. doi: 10.1080/00908310390212336. DOI: https://doi.org/10.1080/00908310390212336
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2010a). DIN EN 14774-1: Determination of moisture content – Oven dry method – Part 1: Total moisture – Reference method. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2010b). DIN EN 14918: Determination of calorific value. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2010c). DIN EN 15103: Determination of bulk density. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2011a). DIN EN 14961-2: Solid biofuels – Fuel specifications and classes – Part 2: Wood pellets for non-industrial use. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2011b) DIN EN 15104: Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen – Instrumental methods. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2011c). DIN EN 15296: Conversion of analytical results from one basis to another. Berlim: CEN.
Deutsches Institut für Normung [DIN] (2012). DIN EN 14961-6: Solid biofuels – Fuel specifications and classes – Part 6: Non-woody pellets for non-industrial use. Berlim: CEN.
El-Bassam, N. (1996). Renewable energy, potential energy crops for Europe and the Mediterranian Region. REU technical series 46. FAO Regional Office for Europe.
Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires [FAUBA] (2012). Biomasa y energía. Recuperado de http://ri.agro.uba.ar/cgi-bin/library.cgi-about-miscanthus.
Fernández-Puratich, H., Oliver-Villanueva, J., Mireya, V., Salvador, V., & Nuria, A. (2014). Desarrollo de pellets a partir de tres especies leñosas bajo condiciones mediterráneas. Madera y Bosques, 20(3), 97–111. doi: 10.21829/myb.2014.203155 DOI: https://doi.org/10.21829/myb.2014.203155
Gillespie, D., Everard, D., Fagan, C., & Mcdonnell, P. (2013). Prediction of quality parameters of biomass pellets from proximate and ultimate analysis. Fuel, 111, 771-777. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.05.002
Guofeng, S. (2014). Emission factors of carbonaceous particulate matter and polycyclic aromatic hydrocarbons from residential solid fuel combustions. Recuperado de https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-39762-2#about.
Ghetti, P. (1986). DTG combustion behaviour of coal: Correlations with proximate and ultimate analysis data. Fuel, 65(5), 636–639. DOI: https://doi.org/10.1016/0016-2361(86)90356-X
Hua, Z., Ching-Ju C., Xin-Yu L., & Yao Gao Z. 1986. Cultivation and Utilization, Academy of Forestry, ANFBS and IDRC, Beijing, China.
Kalaycioglu, H., Deniz, I., & Hiziroglu, S. (2005). Some of the properties of particleboard made from paulownia. Journal of Wood Science, 51(4), 410–414. doi: 10.1007/s10086-004-0665-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s10086-004-0665-8
Kasamaki P. (2007). La Paulownia sp. como base de los cultivos energéticos. Recuperado de http:// www.vicedex.com/pdf/paulownia.pdf.
Lewandowski, I., Clifton-Brown, J., Scurlock, J., & Huisman, W. (2000). Miscanthus: European experience with a novel energy crop. Biomass and Bioenergy, 19, 209-227. DOI: https://doi.org/10.1016/S0961-9534(00)00032-5
Lino, J., Fernando, A., Barbosa, B., Boléo, S., Costa, J., Duarte, M., & Mendes, B. (2014). Phytoremediation of Cd and Ni contaminated wastewaters by Miscanthus. En C. Hoffmann, D. Baxter, K. Maniatis, A. Grassi, & P. Helm, (Eds.) Proceedings of the 22nd European biomass conference and exhibition, setting the course for a biobased economy (pp. 303 – 307). ETA-Renewable Energies.
López, F., Pérez, A., Zamudio, M., De Alva, E., & García, J. C. (2012). Paulownia as raw material for solid biofuel and cellulose pulp. Biomass and Bioenergy, 45, 77–86. doi: 10.1016/j.biombioe.2012.05.010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.05.010
Meehan, G., Finnan, M., & Donnell, M. (2013). The effect of harvest date and harvest method on the combustion characteristics of Miscanthus x giganteus. GCB Bioenergy, 5(5), 487–496. doi: 10.1111/gcbb.12003. DOI: https://doi.org/10.1111/gcbb.12003
Mendonça, R. T., Jara, J. F., González, V., Elissetche, J. P., & Freer, J. (2008). Evaluation of the white-rot fungi Ganoderma australe and Ceriporiopsis subvermispora in biotechnological applications. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 35(11), 1323–1330. doi: 10.1007/s10295-008-0414-x. DOI: https://doi.org/10.1007/s10295-008-0414-x
Moon, C., Sung, Y., Ahn, S., Kim, T., Choi, G., & Kim, D. 2013. Effect of blending ratio on combustion performance in blends of biomass and coals of different ranks. Experimental Thermal and Fluid Science, 4, 232– 240. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.01.019
McKendry, P. (2002). Energy production from biomass (part 1): Overview of biomass. Bioresource Technology, 83(1), 37–46. doi: 10.1016/S0960-8524(01)00118-3 DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00118-3
Muñoz, F. & Cancino, J. (2014a). Antecedentes de Miscanthus x giganteus para la producción de bioenergía. In, Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Concepción. Recuperado de http://www2.udec.cl/~fmunoz/Libro_Miscanthus.pdf.
Muñoz, F. & Cancino, J. (2014b). Antecedentes de Paulownia elongata x fortunei para la producción de bioenergía. Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Concepción. Recuperado de http://www2.udec.cl/~fmunoz/Libro_Paulownia.pdf.
Muñoz, F., Cancino, J., Rodríguez, R., & Olave, R. (2018). Evaluación de crecimiento, rendimiento y calorimetría de biomasa de Miscanthus x giganteus (Poaceae) establecido en el centro-sur de Chile. Revista de La Facultad de Ciencias Agrarias, 50(1), 1853-8665.
Obernberger, I., Brunner, T., & Barnthaler, G. (2006). Chemical properties of solid biofuels - significance and impact. Biomass and Bioenergy, 30(11), 973-982. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2006.06.011
Obernberger, I. & Thek, G. (2010). The pellet handbook: The production and thermal utilisation of pellets. London: Earthscan.
Paula, R., Trugilho, F., Napoli, A., & Bianchi, M. (2011). Characterization of residues from plant biomass for use in energy generation. Cerne, 7(2), 237-246. DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-77602011000200012
Pereira, C. (2014). Propriedades de pellets de diferentes biomassas para fins energéticos. Dissertação doutoral. Universidade Federal de vicosa, Minas Gerais, Brasil.
Pinto, A. (2015). Avaliação da biomassa de Paulownia enquanto combustível na forma peletizada. Dissertação de mestrado, Instituto politécnico de Viseu, Portugal.
Płażek, A. & Dubert, F. (2010). Improvement of Medium for Miscanthus x Giganteus Callus Induction and Plant Regeneration. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 52(1), 105–110. doi: 10.2478/v10182-010-0013-9. DOI: https://doi.org/10.2478/v10182-010-0013-9
Poddar, S., Kamruzzaman, M., Sujan, A., Hossain, M., Jamal, S., & Gafur, A. (2014). Effect of compression pressure on lignocellulosic biomass pellet to improve fuel properties: Higher heating value. Fuel, 131, 43–48. doi: 10.1016/j.fuel.2014.04.061. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.061
Poletto, M., Ornaghi Júnior, L., & Zattera, J. (2014). Native cellulose: Structure, characterization and thermal properties. Materials, 7(9), 6105–6119. doi: 10.3390/ma7096105. DOI: https://doi.org/10.3390/ma7096105
Protásio, T., Bufalino, L., Tonoli, D., Couto, M., Trugilho, F., & Guimarães Júnior, M. (2011). Relação entre o poder calorífico superior e os componentes elementares e minerais da biomassa vegetal. Pesquisa Florestal Brasileira, 31(66), 113–122. doi: 10.4336/2011.pfb.31.66.113. DOI: https://doi.org/10.4336/2011.pfb.31.66.113
Roncucci, N., Nassi O Di Nasso, N., Bonari, E., & Ragaglini, G. (2015). Influence of soil texture and crop management on the productivity of miscanthus ( Miscanthus × giganteus Greef et Deu.) in the Mediterranean. GCB Bioenergy, 7(5), 998–1008. doi: 10.1111/gcbb.12202. DOI: https://doi.org/10.1111/gcbb.12202
Rosa, A., Hortal, J., Vidal, T., Colom, J., & Torres, A. (2004). Caracterización de Kenaf y Miscanthus sinensis para la fabricación de papel. Revista de química teórica y aplicada, 61, 12 – 24.
Santiago-Ortega, M., Honorato-Salazar, J., Quero-Carrillo, A., Hernandez-Garay, A., López-Castañeda, C., & López-Guerrero, I. (2016). Biomasa de Urochloa brizantha cv. Toledo como materia prima para la producción de etanol. Agrociencia, 50, 711 – 726.
Saldarriaga, F., Pablos, A., Amutio, M., Aguado, R., Olazar, M. (2013). Determination of moisture content, proximate and lignocellulosic analysis of biomass by thermogravimetric analysis. Recuperado de http://www.aeipro.com/files/congresos/2013logronio/CIDIP2013_1001_1010.4025.pdf.
Sahu, G., Sarkar, P., Chakraborty, N., & Adak, K. (2010). Thermogravimetric assessment of combustion characteristics of blends of a coal with different biomass chars. Fuel Processing Technology, 91(3), 369–378. doi: 10.1016/j.fuproc.2009.12.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.12.001
Sebio-Puñal, T., Naya, S., López-Beceiro, J., Tarrío-Saavedra, J., & Artiaga, R. (2012). Thermogravimetric analysis of wood, holocellulose, and lignin from five wood species. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 109(3), 1163–1167. doi: 10.1007/s10973-011-2133-1. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-011-2133-1
Scally, L., Hodkinson, T., & Jones, M. (2007). Origins and taxonomy of Miscanthus. En M. Jones & M. Walsh (Eds.). Miscanthus for energy and fibre. London, UK: Earthscan.
Technical Association of the Pulp and Paper Industry [TAPPI] (1985). TAPPI T 257 cm-85. Sampling and preparing wood for analysis. Atlanta: TAPPI.
Technical Association of the Pulp and Paper Industry [TAPPI] (1997). TAPPI T 204 cm-97. Solvent extractives of wood and pulp. Atlanta: TAPPI, 1997.
Tolosana, E. (2009). Manual técnico para el aprovechamiento y elaboración de biomasa forestal. Madrid. FUCOVASA/ Mundi-prensa.
Vargas-moreno, J. M., Callejón-ferre, A. J., Pérez-alonso, J., & Velázquez-martí, B. (2012). A review of the mathematical models for predicting the heating value of biomass materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(5), 3065–3083. doi: 10.1016/j.rser.2012.02.054. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.02.054
Velázquez-martí, B., Sajdak, M., López-cortés, I., & Callejón-ferre, J. (2014). Wood characterization for energy application proceeding from pruning Morus alba L., Platanus hispanica Münchh. and Sophora japonica L . in urban areas. Renewable Energy, 62, 478–483. doi: 10.1016/j.renene.2013.08.010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.08.010
Villanueva, M., Proupín, J., Rodríguez-Añón, A., Fraga-Grueiro, L., Salgado, J., & Barros, N. (2011). Energetic characterization of forest biomass by calorimetry and thermal analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 104(1), 61–67. doi: 10.1007/s10973-010-1177-y. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-010-1177-y
Wang, Q., & Shogren, F. (1992). Characteristics of the crop-paulownia system in China. Agriculture. Ecosystems and Environment 39, 145–152. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-8809(92)90050-L
Wilk, M., Magdziarz, A., Gajek, M., Zajemska, M., Jayaraman, K., & Gokalp, I. (2017). Combustion and kinetic parameters estimation of torrefied pine, acacia and Miscanthus giganteus using experimental and modelling techniques. Bioresource Technology, 243, 304–314. doi: 10.1016/j.biortech.2017.06.116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.116
Zattera, J., Bianchi, O., Zeni, M., & Ferreira, C. (2005). Caracterização de resíduos de copolímeros de etileno-acetato de vinila - EVA. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 15(1), 73–78. doi: 10.1590/S0104-14282005000100016 DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-14282005000100016
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