Estudio de la carbonización hidrotérmica de Eichhornia crassipes: proceso, productos y derivados

Abstract

El jacinto de agua (Eichhornia crassipes), conocido en Uruguay como camalote, es una planta acuática originaria de las zonas de clima tropical de Sudamérica, pero introducida en cursos de agua de casi todo el mundo, principalmente como planta ornamental. Presenta una alta tasa de crecimiento, con lo que logra desplazar a otras especies vegetales y animales de los ambientes en los que se ha instalado. Esto la convierte en una de las principales plagas en ambientes acuáticos, y tiene consecuencias sobre las actividades económicas realizadas en estos lugares. Se trata también de una planta con un contenido de humedad muy elevado (cercano al 95 %), por lo que se dificulta su aprovechamiento: su combustión no resultaría eficiente, y su almacenamiento resultaría problemático, dado su susceptibilidad a la descomposición. La carbonización hidrotérmica en condiciones subcríticas surge entonces como una técnica de conversión de biomasa promisoria para valorizar a estas plantas. Este método fue desarrollado por primera vez hacia 1913 por el premio Nobel Friedrich Bergius, y consiste en el tratamiento de una solución o suspensión de biomasa en agua, que luego es colocada en un recipiente cerrado y es llevada a alta temperatura y presión (esta última, autógena). Se obtienen principalmente dos productos: un sólido carbonoso (denominado hidrocarbón) y una fase acuosa, con alto contenido de sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas.En este trabajo se realizó un estudio del proceso de carbonización hidrotérmica aplicado a plantas de Eichhornia crassipes, a escala de laboratorio y a escala piloto, estudiando la influencia de los parámetros del proceso (temperatura, tiempo de residencia, tipo y concentración de ácido) en las propiedades del producto sólido, particularmente en las de relevancia para su uso como combustible. Se encontró que mayores severidades en las condiciones de reacción condujeron a un combustible con mayor poder calorífico, con valores en base seca de entre 16 y 20 MJ kg-1 (todos ellos superiores al del material de partida, de 13 MJ kg-1). Se estudió también desde el punto de vista químico el agua de proceso generada durante la reacción, especialmente con el objetivo de utilizarla como nutriente de plantas. En ensayos de toxicidad sobre semillas de Lactuca sativa y de Sorghum bicolor se determinó que esta agua presenta una toxicidad elevada a concentraciones altas (mayores al 10 %). Dado el elevado contenido de cenizas del producto sólido, de alrededor del 20 %, se estudiaron las propiedades de estas cenizas (en particular, su punto de fusión), así como su posible utilización como adsorbente. Por último, se estudió la producción, a partir del hidrocarbón, de carbones activados, utilizando dióxido de carbono a 800 °C como agente activante, y con diferentes tiempos de activación (entre 30 y 90 minutos). Estos carbones activados fueron caracterizados, y se analizó su utilización en dos aplicaciones habituales: como adsorbente en fase acuosa, y como tamiz molecular en fase gaseosa.Según el tiempo de activación, se pudieron obtener carbones activados con buenos desempeños en estas dos aplicaciones, similares a los reportados para materiales similares: capacidades de adsorción de hasta 100 mg g-1 para azul de metileno, y una selectividad hasta seis veces superior para la adsorción de dióxido de carbono que para la de metano en la separación de estos gases.