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Evaluación del potencial uso como biocombustible de la paulownia

tomentosa a partir de un análisis termogravimétrico.

Burbano Pérez, Jeimy Katherin

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de los Andes

Asesor: Juan F. Saldarriaga E.

Co-asesor: Ximena Gaviria G.

Resumen

En el presente trabajo se estudia el potencial aprovechamiento de tallo y hoja de Paulownia

Tomentosa como biocombustible. Con este fin, se realizó una caracterización de los residuos de la

planta de paulownia mediante análisis termogravimétrico con una termobalanza TA Instruments TGA

5500-Discovery series siguiendo el estándar ASTM D5142, a partir del cual se define el contenido

de polímeros de carbohidratos conocidos como celulosa, hemicelulosa y lignina, que son analizados

en un algoritmo implementado con la herramienta Scilab. Adicionalmente, se desarrolló una

herramienta para determinar los contenidos de cenizas, contenido de humedad y carbono fijo. En

suma, se pudo evidenciar que tanto el tallo como la hoja de la planta de Paulownia Tomentosa son

residuos de potencial aprovechamiento en el proceso de combustión con fines de generación de

energía.

Palabras claves: Biomasa, Paulownia Tomentosa, pirólisis, lignocelulósico, análisis

termogravimétrico.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, más del 80% del suministro

mundial de energía proviene de combustibles

fósiles, es decir, petróleo, gas natural y carbón.

A nivel mundial, el petróleo proporciona un

tercio de las necesidades energéticas globales

(33%), luego, el carbón más de una cuarta

parte (27%), y el gas natural más de una quinta

parte (20%). El 20% restante se distribuye

entre energía nuclear (6%) y fuentes de energía

renovables (13%), donde se ubica la energía

solar, energía hidroeléctrica convencional y el

uso de biomasa, entre otros residuos que no

suelen ser muy comunes para

aprovechamiento energético (AIE, 2010; BP

Energy, 2018).

En Colombia, durante las últimas 3 décadas, la

energía se obtiene en su mayor parte por

procesos hidroeléctricos, lo que implica poca

dependencia del petróleo en comparación con

2

la tendencia mundial (Andrade et. al., 2012;

Hidalgo, 2015). Según Hidalgo (2015), la

termoeléctrica es su segunda forma de energía

más importante, con más de un 30% del total;

el porcentaje restante se distribuye entre el gas

natural (18%), el carbón (7%) y combustibles

líquidos (5%). Aunque el uso de energía

hidroeléctrica no es tan perjudicial para el

ambiente como la proveniente de

combustibles fósiles, este si presenta una serie

de desventajas tales como efectos negativos en

el ecosistema donde se construyen los

embalses, disminución de la calidad del agua

de las represas, requerimiento de líneas de

transporte que encarece la inversión lo cual

provoca pérdidas de energía, entre otras (Diez,

H.D & Ortega, M.T, 2013; González, 2011).

Se estima que el mundo se podría seguir

abasteciendo energéticamente de

combustibles fósiles por 50 años

aproximadamente, por lo que no es muy lejano

un contexto donde haya una escasez definitiva

de estos recursos (Ibañez,2013;Basque

Government,2008). Por otro lado, en

Colombia la energía eléctrica depende

completamente del recurso hídrico, el cual en

algunos años ha escaseado, llevando a crisis

energéticas como la ocurrida en el país en el

año de 1992 (Saavedra, 2017). Por lo anterior,

es claro que el actual modelo energético es

insostenible y es necesario buscar la

producción de energías alternativas como los

biocombustibles, los cuales proporcionan

energía para la automoción y atenúan la

liberación de gases perjudiciales (óxidos de

nitrógeno y azufre, dióxido de carbono, etc.)

que actualmente emiten los combustibles

fósiles (Marcos &Camps, 2008; Rico, 2012).

Dentro de las ventajas de los biocombustibles

se encuentra que se pueden fabricar con gran

cantidad de materia prima disponible, su costo

puede llegar a ser menor que el de diésel o

gasolina y su proceso de elaboración genera

empleo en las zonas rurales (Callejas &

Quezada, 2009; FedeBiocombustibles, 2007).

Los biocombustibles, se presentan en formas

variadas para adaptarse a las necesidades

energéticas; de acuerdo al material de

fabricación se clasifican como: primera

generación aquellos que emplean materias

primas de uso alimenticio y tecnologías de

proceso como fermentación y

transesterificación; los de segunda generación

que se obtienen a partir de materias primas que

no tienen uso alimentario. Y, por último, los

biocombustibles de tercera generación que

utilizan cultivos bioenergéticos

específicamente diseñados o adaptados para

este fin de producción energética (Ecopetrol,

2014).

Actualmente, se ha incrementado el uso de

cultivos energéticos lignocelulósicos que se

definen como cultivos de plantas de

crecimiento rápido destinados únicamente a la

obtención de energía. Estos cultivos se pueden

utilizar como biocombustibles sólidos para la

producción de calor y/o electricidad

3

(agroelectricidad) y como materia prima para

fabricar los biocarburantes de segunda

generación (Nogués et al., 2010; Sixto, 2007).

Con el fin de determinar el potencial uso de los

residuos agroforestales y agroindustriales es

necesario realizar una caracterización

exhaustiva del material que incluye obtener su

poder calorífico, análisis inmediato y

elemental, contenido de humedad, contenido

de cenizas, entre otros (Saldarriaga et al.,

2015). Se han estudiado un sin número de

residuos con el fin de determinar su potencial

uso, pero aún hay muchos tipos que no han

sido estudiados como es el caso del árbol

Paulownia Tomentosa que se viene cultivando

desde hace pocos años en territorio

colombiano.

Paulownia Tomentosa (Thunb.) Steud

pertenece a la familia Scrophulariaceae, tiene

su origen en China occidental y central, y ha

sido introducido en las últimas décadas en los

Estados Unidos y Europa como árbol

ornamental debido a sus llamativas flores

(Corredoira et al., 2014; Jiménez, 2005). Por

lo general, la Paulownia Tomentosa tiene una

altura de 10-15 m con diámetro entre 35 y 80

cm. Se trata de un género con especies

caducifolias, que presentan una copa ancha y

ramas de crecimiento horizontal con hojas de

gran tamaño sobre todo en los primeros años,

tienen color verde oscuro en forma ovalada y

acorazonada de 20 a 40 centímetros de ancho

y de números pares opuestos en las ramas

(Jiménez, 2005; Martínez-García et al., 2009).

Paulownia Tomentosa es una planta que tarda

4 años en alcanzar una altura de 10 a 15 m, por

lo cual en su proceso de crecimiento es

necesario realizar cortes para su

aprovechamiento y al final de esta altura se

obtiene su cosecha (Corredoira et al., 2014;

Pascua, 2017). Esta especie arbórea presenta

ventajas debido a que sus periodos de

crecimiento y distribución de raíces resultan

en un uso más eficiente del agua y otros

recursos limitados. Además de la producción

de madera, los árboles de paulownia mejoran

el microclima y al intercalarse con otros

cultivos, reducen el riesgo de las granjas

mediante la diversificación de las actividades

agrícolas, estabilizando la producción de

cultivos a lo largo del tiempo (Shogren &

Wang, 2003). A raíz del buen desempeño que

ha tenido la Paulownia Tomentosa en países

como China, junto con su alta tolerancia a las

condiciones naturales, la han hecho atractiva

para su cultivo en otros países como

Colombia.

Según K. Janvijitsakul & V.I. Kuprianov

(2008) la eficiencia de los sistemas de

combustión de biomasa vegetal y sus niveles

de emisión, dependen de las propiedades del

combustible, las condiciones de operación y el

diseño del combustor. Por tanto, en este

trabajo se busca analizar tallo y hoja de la

planta a partir de un análisis de TGA, el cual

es simple y de bajo costo para la

caracterización del combustible sólido como

4

análisis elemental, análisis inmediato, poder

calorífico, relación hemicelulosa, celulosa y

lignina, los cuales son parámetros de mayor

importancia que afectan la cinética de

degradación.

MÉTODOS Y MATERIALES

Caracterización fisicoquímica

Las hojas y el tallo de paulownia fueron traídas

de un vivero de plántulas ubicado en Sasaima,

Cundinamarca, la edad aproximada de la

planta de donde se tomó la muestra es de cinco

meses. Una vez que se trajo el material

vegetal, se procedió a secar las hojas y tallo a

una temperatura de 105 °C por 24 horas para

después triturarlo y analizarlo.

La muestra de tallo y hoja de paulownia han

sido caracterizados en detalle, mediante

propiedades físico-químicas medidas de la

siguiente manera: contenido de humedad

(según la norma ISO 589), análisis

termogravimétrico (TA Instruments TGA

5500-Discovery series siguiendo el estándar

ASTM D5142), análisis elemental (analizador

FLASH 2000 Organic Elemental Analyzer) y

poder calorífico superior -PCS- (calorímetro

Isoperibólico 6200 – Parr Instrument

siguiendo el estándar ASTM E711-87). Las

características físico-químicas de la biomasa

utilizada en este estudio se muestran en la

Tabla 1.

Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas

Paulownia Tomentosa

Propiedades Hojas de

paulownia

Tallo de

paulownia

Diámetro de

partícula

(mm)

0.6-1.2 6.2

Contenido

de humedad

(%p/p, b.s)

0.7172 0.7939

PCS (𝐾𝐽

𝑘𝐺) 18293.8 14708.5

Materia

volátil (wt%) 65.22 66.17

Carbon fijo

(wt%) 30.608 29.71

Cenizas (p/p) 4.1716 4.1717

C (wt%) 49.45 39.17

H (wt%) 6.78 5.77

N (wt%) 5.19 1.34

S (wt%) 1.027 0

De acuerdo a la Tabla 1, los porcentajes de

humedad en base seca son bastante bajos para

hoja y tallo de paulownia, lo que indica que

son óptimas en la realización de procesos de

conversión termoquímica como la

combustión, debido a que un material

lignocelulósico con mayor contenido de

humedad requiere más energía para la

evaporación del agua presente en la muestra

durante dicha conversión (Fernandes et

al.2013; Marangoni et al. 2012). De acuerdo

con López & Llera (2010) un alto contenido de

poder calorífico indica mayor potencial

5

energético, además la literatura afirma que los

valores óptimos de poder calorífico en la

biomasa para su uso directo como combustible

en los procesos de combustión varían entre 16-

18 MJ/kg (Marangoni et al. 2012). La muestra

de hoja arrojo un valor de 18.29 MJ/kg

mientras que el tallo de 14.70 MJ/kg, lo que

permite inferir que los residuos de hoja es

materia prima factible para la generación de

energía y el tallo también pero en un periodo

más maduro de crecimiento.

El análisis inmediato muestra los contenidos

de humedad, cenizas, materia volátil y carbono

fijo de la biomasa, expresados como

porcentajes en peso. Este análisis sirve para

identificar la fracción de la biomasa en la que

se encuentra almacenada su energía química

(compuestos volátiles y carbono fijo) y la

fracción inerte (humedad y cenizas) (García &

Rezeau, 2010). Con respecto al contenido de

materia volátil, se presentan porcentajes de

65.22 % y 66.17% en peso, base seca para hoja

y tallo respectivamente, estos valores altos

indican que tienen tendencia a la degradación

térmica en procesos como la combustión y

pirólisis (López & Llera, 2010; Marangoni et

al. 2012). El porcentaje de carbon fijo es de

30.60% para hoja y 29.71% para tallo, el

contenido de carbono fijo es alto en los

derivados de tejidos duros (tronco, semillas),

por lo que es inusual el porcentaje alto que

tiene la hoja ; este valor es importante para el

análisis por la relación entre el porcentaje de

materia volátil y el porcentaje de carbono fijo

de las muestras, entre menor sea el contenido

de carbono fijo respecto al contenido de

compuestos volátiles, se necesita menor

tiempo de residencia para la combustión total

de la biomasa (López & Llera, 2010). El otro

factor del análisis fue el contenido de cenizas

el cual da 4.17 % para ambas muestras, que

indica beneficios en el momento de generar

biocombustibles a partir de las mismas; debido

a que, con el aumento de cenizas, aumentan los

cloratos, y como es conocido, el cloro es un

elemento corrosivo extremo que afecta a la

vida útil y por consiguiente al rendimiento de

la caldera (Latorre, 2009).

Con respecto al análisis elemental, el carbono

es el elemento mayoritario con un 30-60% en

peso, valores similares a los obtenidos por

Marangoni et al. (2012) que están en un rango

de 33-43%; el contenido de hidrógeno da 6.78

y 5.77 que también concuerda con el mismo

estudio, donde los valores oscilan entre 4,90-

6,28 %. Del mismo modo, los valores de

nitrógeno en las muestras son de 5.19% y

1.34% para hoja y tallo; finalmente, el

porcentaje de azufre es de 1.03 % para hoja y

cero para tallo, lo cual es un buen indicador

debido a que cantidades de óxidos de

nitrógeno, óxidos de azufre y gases tóxicos

corrosivos serian bajos en un proceso de

conversión termoquímica (Fernandes et al.

2013).

6

Metodología TGA

La metodología desarrollada para la

caracterización de la biomasa se basa en un

analisis termogravimétrico -TGA- (TA

Instruments TGA 5500-Discovery series).

Con este fin, se llevó a cabo un estudio

experimental para establecer las condiciones

óptimas de las fases usadas en el TGA

garantizando de forma confiable y

reproducible los contenidos de humedad,

materia volátil, carbono fijo y ceniza.

Adicionalmente, se empleó una metodología

basada en la deconvolución de la curva DTG

para separar claramente los picos

correspondientes a la degradación de los tres

políméricos naturales contenidos en la

biomasa (hemicelulosa, celulosa y lignina) y

así, determinar su contenido. Las gráficas de

las curvas fueron creadas a partir de un

algoritmo específico escrito en Scilab, que

utiliza la subrutina ode basada en el método

Adams (para problemas ODE no rígidos) que

integra las ecuaciones diferenciales ordinarias

que describen la pérdida de peso asociada con

la degradación de hemicelulosa, celulosa y

lignina, y la subrutina Fminsearch (basada en

el algoritmo de Nelder y Mead) para la

optimización de los parámetros cinéticos de

mejor ajuste a los resultados experimentales.

Ilustración 1. Diagrama de flujo del algoritmo

diseñado para la deconvolución de la DTG

Resultados y análisis

Análisis Termo gravimétrico (TGA)

La biomasa lignocelulósica, es una mezcla

compleja de polímeros de carbohidratos

conocidos como celulosa, hemicelulosa,

lignina y pequeñas cantidades de otras

sustancias como extractables y cenizas, los

cuales están contenidos en la pared celular de

las plantas (Jauhiainen et al.,2004; Yaman,

2004; Carrier et al., 2011). Para los análisis, se

desarrolló una metodología que determine el

7

contenido de cada uno de estos tres polímeros

y mediante el análisis de estos valores en el

algoritmo de scilab se obtiene el porcentaje de

humedad, volátiles, carbono fijo y ceniza,

proporcionando una señal adecuada para

deconvolución.

Para el diseño y ejecución de esta metodología

se requirieron diferentes ensayos donde se

cambiaron varios parámetros operativos (tipo

de gas y su caudal, rampa de calentamiento,

duración de los períodos isotérmicos)

(Saldarriaga et al, 2015). En este caso, se

utilizó un gas inerte (N) con un caudal de 60

ml min-1, que permite una medición fiable de

la degradación de biomasa que contiene

polímero. El proceso que se llevó a cabo,

consiste en un período isotérmico inicial a 105

°C durante 40 min para determinar el

contenido de humedad por pérdida de peso.

Posteriormente, la muestra se calienta en una

rampa de 105 °C a 800 °C, y se mantiene a esta

temperatura de 800 °C por 30 min. Después, el

gas inerte se sustituye por aire con un caudal

de 60 ml min-1, con temperatura de 800 ° C

durante 15 minutos, lo que provoca la

combustión del carbono fijo y permite la

cuantificación de las cenizas no quemadas.

Finalmente, el horno se enfría en una rampa de

800 °C hasta 75 °C, sosteniéndose en esta

temperatura por 5 minutos más. A

continuación, se muestra el proceso descrito:

Ilustración 2. Proceso térmico de pirolisis

El método empleado para el análisis

termogravimétrico permite determinar el

contenido de humedad y el análisis próximo de

la biomasa sin la necesidad de ensayos

adicionales. En cuanto al contenido de

humedad, los resultados son fiables con

respecto a los valores obtenidos en

procedimientos estándar como el secado en

horno durante largos períodos de tiempo (ISO

589) o midiendo en un analizador de humedad

halógeno (HR83, Mettler Toledo) (Saldarriaga

et al, 2015). Con respecto a los resultados de

materia volátil, carbono fijo y ceniza se puede

ver que se ajustan al método estándar ASTM

D5142, es importante indicar que los

procedimientos descritos en el estándar se

refieren a carbón mineral; no obstante, esta

técnica fue modificada con temperaturas más

bajas para que pueda ser utilizada en el análisis

de la biomasa (Mistretta et al, 2012).

Una vez se ha determinado el contenido de

humedad y se ha llevado a cabo el análisis

inmediato, los valores de DTG

correspondientes a la pirólisis de los tres

polímeros naturales (sin etapas de secado y

8

combustión) se aíslan mediante el algoritmo

empleado. Después, con esta información se

realiza la deconvolución, con un modelo

cinético que tiene en cuenta las tres reacciones

paralelas independientes, correspondiente a la

descomposición de los tres componentes:

hemicelulosa (HC), celulosa (C) y lignina (L)

(Caballero et al., 2015; Varhegyi, 2007). La

ecuación cinética general que describe estos

procesos es:

(1

𝑊0 − 𝑊∞

) (𝑑𝑊

𝑑𝑡) = ∑ 𝑐𝑖𝑘𝑖

𝑛

𝑖=1

[(𝑊𝑖 − 𝑊∞,𝑖)

(𝑊0.𝑖 − 𝑊∞,𝑖)]

𝑛𝑖

La conversión de biomasa, X, se define por:

𝑋 =𝑊0 − 𝑊

𝑊0 − 𝑊∞

Donde W0 es la masa inicial de la muestra

sobre una base seca (al final del período de

secado), W∞ es la masa al final de la etapa de

pirólisis y W la masa en un momento dado.

Igualmente, en el caso de n reacciones

paralelas independientes (pirólisis de

lignocelulósicos) las ecuaciones cinéticas

pueden ser más complicadas, pero todas se

relacionan con expresiones similares a la

presentada anteriormente (Antal Jr, 1983;

Caballero et al., 1997). La conversión de cada

componente en la biomasa se define como:

𝑋 =𝑊0,𝑖 − 𝑊𝑖

𝑊0,𝑖 − 𝑊∞,𝑖

Aunque existen importantes interacciones

entre la degradación de los tres componentes,

en los análisis termogravimétricos aparecen

tres picos diferenciados en las curvas DTG

indicando que se mantiene la identidad de la

degradación de cada compuesto (Caballero et

al. 1997). La literatura propone una cinética de

primer orden para la degradación de materiales

poliméricos (Castro et al, 2012; Ding et al,

2012; Lopez et al, 2009) cuya ecuación

cinética general es:

𝑑𝑋

𝑑𝑡= ∑

𝑑𝑋𝑖

𝑑𝑡

𝑛

𝑖=1

= ∑ 𝑐𝑖𝑘1

𝑛

𝑖=1

(𝑋𝑖,∞ − 𝑋𝑖)

Donde Ki es la constante cinética

correspondiente a la degradación de cada uno

de los tres polímeros. Las constantes cinéticas

son definidas, utilizando las ecuaciones de

Arrhenius parametrizadas de la siguiente

manera:

𝐾𝑖 = 𝐾𝑖,𝑟𝑒𝑓 exp [−𝐸𝑖

𝑅(

1

𝑇−

1

𝑇𝑟𝑒𝑓)]

Donde 𝐾𝑖,𝑟𝑒𝑓 es la constante a la temperatura

de referencia.

Los parámetros cinéticos que se obtienen por

optimización son las constantes cinéticas a la

temperatura de referencia y la energía de

activación para cada una de las tres reacciones

paralelas, y el contenido de dos de los tres

polímeros, debido a que el valor de la lignina

se obtiene de la sustracción entre la masa de la

muestra y el contenido de ceniza (Saldarriaga

et al, 2015). La función objetivo a optimizar

se define como la suma de las diferencias

cuadradas entre los datos DTG experimentales

9

y los calculados por el modelo, la cual se

muestra a continuación:

𝐸𝑂𝐹 =∑ (

𝑑𝑊𝑗,𝑒𝑥𝑝

𝑑𝑡−

𝑑𝑊𝑗,𝑐𝑎𝑙

𝑑𝑡)

2𝑁𝑗=1

𝑁

Donde N es el número de datos

experimentales. A continuación, se muestra la

curva de DTG correspondiente las dos

biomasas utilizadas en el estudio, hoja y tallo

de Paulownia Tomentosa respectivamente:

Ilustración 3. Deconvolución de la curva de

DTG correspondiente a la degradación de

hoja de Paulownia Tomentosa

Ilustración 4. Deconvolución de la curva de

DTG correspondiente a la degradación de

tallo de Paulownia

En las gráficas de la deconvolución de ambas

muestras, es posible observar que los tres

componentes se degradan al iniciarse el

proceso, siendo la hemicelulosa la primera en

degradarse completamente, seguida por la

celulosa y al finalmente la lignina. De acuerdo

con estudios de Raveendran et al. (1996), se

distinguen cinco intervalos de temperatura

donde se presenta la descomposición de los

diferentes componentes de la biomasa

lignocelulósica, como se muestra en la Tabla

2.

Tabla 2. Intervalos de temperatura de la

descomposición de materiales

lignocelulósicos. Zona

I < 100 ºC

Principalmente cambio en la

humedad

Zona

II

100 - 200

ºC

Inicio de la descomposición de los

extractables

Zona

III

250ºC -

350ºC

Predomina descomposición de la

hemicelulosa

Zona

IV

350ºC-

500ºC

Principalmente descomposición de

celulosa y lignina

Zona

V > 500 ºC

Principalmente descomposición de

lignina

En el caso de las dos muestras analizadas, se

observa que la descomposición de la lignina

(más estable térmicamente) se incluye en un

amplio intervalo de temperatura, desde 350 ºC

hasta temperaturas superiores a los 500 ºC. En

ambos casos, la hemicelulosa es la menos

estable térmicamente de los componentes de la

madera debido a la presencia de grupos acetilo

(Yang, 2007).

Se puede observar que la herramienta diseñada

para la deconvolución tiene un buen

rendimiento, debido a que los valores

experimentales y calculados se adaptan bien.

10

Como se mencionó anteriormente, la

herramienta permite determinar los

parámetros cinéticos para el proceso de

pirólisis (las constantes cinéticas a la

temperatura de referencia y factores de

frecuencia y energías de activación), así como

el contenido de cada uno de los polímeros

naturales en la muestra. Los resultados que se

obtienen para las dos muestras estudiadas son:

Tabla 3. Contenido de hemicelulosa, celulosa y lignina (% en peso) y parámetros cinéticos de

pirólisis para los 2 tipos de biomasa estudiados.

Biomasa Hoja Tallo

ln k0 (s-1) E

(KJ mol-1) Contenido %

(p/p) ln k0 (s-1)

E

(KJ mol-1) Contenido %

(p/p) Hemicelulosa 7,16 57,77 20,60 7,65 57,77 22,22 Celulosa 14,76 99,71 33,92 15,19 99,71 32,60 Lignina 4,77 49,23 40,52 3,92 49,23 40,08

No existen datos en la literatura acerca de los

parámetros cinéticos de la biomasa estudiada,

por este motivo se emplearán datos reportados

sobre aserrín de pino y cáscara de arroz con el

fin de comparar. Los resultados cinéticos

obtenidos para el tallo y hoja de paulownia no

concuerdan con los presentados por los

autores, donde la hemicelulosa, celulosa y

lignina, presentan contenidos de energía de

activación que se encuentran entre 115 ±9 kJ

mol-1 para la hemicelulosa, 218 ±15 kJ mol-1

para la celulosa y 35 ±2 kJ mol-1 para la

lignina. Asimismo, el k0 (s-1) arroja 11.2 para

hemicelulosa, 16.6 para celulosa y 4.3 para

lignina, los cuales se acercan un poco más a

los valores presentados en la Tabla 3 para los

tres componentes. (Amutio et al. 2012;

Saldarriaga et al. 2015). Adicionalmente, se

concuerda con la literatura en que la celulosa

es generalmente el componente con mayor

energía de activación, con valores de 49.23 kJ

mol-1 para hoja y tallo de paulownia, también

la energía de activación más baja corresponde

a lignina, dado que en ambos casos fue menor

con respecto a los otros dos componentes de la

biomasa. Lo mismo ocurre con los valores de

ln k0, que son muy bajos comparados con otras

biomasas como hueso de olivo, cáscara de

nuez y cáscara de arroz, exceptuando el valor

de ln k0 para lignina que es más alto en la hoja

y tallo de paulownia. En cuanto al contenido

de cada uno de los polímeros naturales que

componen la biomasa, en la hoja y tallo se

presenta el mayor porcentaje de lignina

40.52% y 40.08% seguido por celulosa con

33.92% y 32.60%, el menor contenido es de

hemicelulosa con 20.06% y 22.22%. Se debe

tener en cuenta, que la composición química

de la planta cambia de acuerdo a la época en la

que se corte, esto podría explicar algunas

variaciones que se tienen con respecto a la

literatura, especialmente en el tallo que fue

cortado en una etapa muy temprana (5 meses).

La primera variación aparece sobre todo en

11

maderas que contengan resinas, gomas,

taninos, mucílagos y otros extractos cuyos

contenidos varían con la época de corte

(Marcos et al. 2006).

Conclusiones

De acuerdo a los resultados de la

caracterización fisicoquímica de la hoja y el

tallo de Paulownia tomentosa se presentan

valores similares al compararlos con la

literatura, encontrándose, bajo porcentaje de

humedad y altos valores de poder calorífico; el

análisis elemental de las muestras sugiere

bajas emisiones de óxidos de nitrógeno y

azufre, lo cual es un buen indicador para su uso

como biocombustible.

Se desarrolló una metodología para la

caracterización de la biomasa, que se basa en

el análisis termogravimétrico, la

deconvolución de la señal DTG y la obtención

de parámetros cinéticos. Este proceso con

termobalanza resulta eficiente para determinar

resultados que requieren equipos específicos y

procedimientos analíticos mucho más

complejos y costosos. Se realizó la

optimización en la rampa de calentamiento

empleada lo que permitió calcular el contenido

de humedad y el análisis aproximado. La

deconvolución de la señal DTG permite

calcular el contenido de cada uno de los

polímeros naturales (hemicelulosa, celulosa y

lignina), así como los parámetros que

describen la degradación térmica de la

biomasa, que son esenciales para determinar el

tiempo de combustión en cualquier unidad

industrial.

BIBLIOGRAFÍA

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