Characterisation and adding value to agro-forestry biomass products obtained from thermochemical processes

L'aprofitament de biomassa per produir biocombustibles i bioproductes a partir de fonts renovables esta despertant un gran interes en els ultims anys motivat per la oportunitat de convertir un residu en una font primaria d'energia facilment accessible a escala local i regional. Catalunya es una regio amb una gran massa forestal i que genera molts residus agricoles. L'aprofitament d'aquesta biomassa permet la millora del sector agro-forestal, la preservacio i conservacio del paisatge tradicional, reduir el risc d'incendis i incrementa la diversificacio energetica reduint la dependencia dels combustibles fossils i mitigant els efectes del escalfament global. En aquest context, l'objectiu principal d'aquesta tesi es la valoritzacio de residus de biomassa agro-forestal com a biocombustibles d'alta densitat energetica mitjancant processos de torrefaccio i pirolisis per tal d'avancar cap a un model energetic mes sostenible. En primer lloc, s'avalua la valoritzacio dels residus de biomassa agraria com a pellets torrefactes mitjancant un proces de torrefaccio participant en una prova pilot desenvolupada en una zona rural per tal de demostrar la viabilitat tecnica i economica d'implementar aquest proces com a una estrategia local d'aprofitament d'aquest residu, en el que es coneix com economia circular i bioeconomia. En primer lloc, es caracteritza la biomassa original i els productes de torrefaccio. Els pellets torrefactes obtinguts tenen caracteristiques dins estandards europeus del pellets comercialitzables. El liquid de torrefaccio es un producte aquos amb alts continguts d'acid acetic i furfural, sent un potencial pesticida biodegradable o un protector de fusta. A mes a mes, es demostra la viabilitat economica d'implementar una planta mobil de torrefaccio en un zona rural. El bio-oil es un producte liquid procedent de la pirolisi rapida de la biomassa amb un gran potencial com a combustible liquid i plataforma quimica per a la obtencio de bio-productes, sent aixi una potencial materia prima en una biorefineria. Actualment, el bio-oil es un biocombustible pobre degut a la seva corrosivitat, alta viscositat, alt contingut en oxigen i la seva inestabilitat termica i quimica. Per aquest motiu, es requereixen processos de millora d'aquest producte, encara que aquest redueixen la seva viabilitat economica. En aquest context, dos processos de millora del bio-oil han estat estudiats utilitzant processos amb un consum energetic assumible aprofitant la temperatura de sortida del bio-oil durant el proces de produccio i el temps d'emmagatzematge. En primer lloc, es caracteritza el bio-oil i s'avalua un metode de quantificacio i identificacio de la composicio quimica del bio-oil mitjancant l'analisi per GC-MS per tal d'aconseguir una millor caracteritzacio d'aquest producte aixi com la monitoritzacio dels canvis quimics que puguin tenir lloc durant els processos de millora. Posteriorment, s'avalua un proces catalitic de millora del bio-oil utilitzant bentonites i zeolites a 60 oC. Aquest proces mostra una reduccio de l'acidesa del bio-oil encara que no degut a la catalisi de reaccions sino al caracter basic d'aquests materials a aquesta temperatura. Finalment, nous processos d'hidrogenacio del bio-oil a temperatura ambient aprofitant l'alta reactivitat de l'hidrogen naixent han estat avaluats per tal de reduir el contingut d'oxigen d'aquest i augmentar el seu poder calorific. L'hidrogen naixent ha estat produit in situ via l'oxidacio d'un metall utilitzant el bio-oil com a medi acid i via l'electrolisi de l'aigua continguda en el bio-oil, resultant el primer metode mes simple i efectiu. Aixi, el proces d'hidrogenacio via oxidacio del zinc s'ha realitzat a diferents condicions experimentals mostrant uns resultats molt esperancadors ja que s'observen diferencies significatives entre el bio-oil d'abans i de despres del proces de millora. Per concloure, Aquest treball mostra el potencial, present i futur, de valoritzar residus agro-forestals mitjancant processos termoquimics com a biocombustible i bioproductes.