Flammability characterization of biofuels and materials with energetic recovery

• Autores: Blanca Castells Somoza
• Directores de la Tesis: Javier García Torrent (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
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  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • En el actual escenario energético, caracterizado por los objetivos de desarrollo sostenible y mitigación de los efectos de cambio climático, las energías renovables adquieren una especial importancia. La reducción de la dependencia de combustibles fósiles obliga a buscar alternativas que permitan sustituir estos combustibles. En este contexto, los biocombustibles se presentan como posibles sustitutos a los combustibles fósiles dada su versatilidad y su conversión energética independiente del clima a diferencia de otras energías renovables como la solar, eólica, hidráulica, etc. En particular, el uso de biocombustibles sólidos, principalmente biomasas, ha crecido notable, no obstante, lleva asociadas dos importantes desventajas: su baja densidad energética y el riesgo de accidentes debido a sus características de inflamabilidad.

    Dentro de los principales pretratamientos utilizados para mejorar las propiedades energéticas de las biomasas, destaca la torrefacción seca, un proceso térmico que mejora notablemente los biocombustibles modificando los enlaces entre moléculas produciendo cambios en la composición y características de las muestras.

    Por todo ello, el principal objetivo de esta tesis es evaluar las características de inflamabilidad de distintas biomasas, para determinar cómo influyen en ellas parámetros físicos y químicos como pueda ser la composición, el tamaño de partícula, etc. Para ello, se han realizado diversos ensayos de inflamabilidad y de caracterización alterando parámetros físicos (como la granulometría o la humedad) y químicos (torrefactando las biomasas). Se ha determinado la tendencia a la autoignición de distintos materiales, observándose que muestras con un menor tamaño de partícula producen calentamiento espontáneo con mayor facilidad que aquellas muestras con mayor granulometría.

    Por otra parte, se ha estudiado en detalle el efecto de la torrefacción en la conversión energética de la biomasa, determinándose los parámetros cinéticos que definen el proceso de combustión a través de distintos métodos. Se ha visto que las muestras torrefactadas presentan mayores valores de la energía de activación, ya que la torrefacción afecta a los enlaces más débiles y produce materiales estructuralmente más estables. Al mismo tiempo, se ha visto cómo afecta la torrefacción a la composición de la biomasa en términos de lignina, hemicelulosa y celulosa. Dados los rangos de temperatura de descomposición de dichas componentes, la hemicelulosa y celulosa tienden a reducirse tras la torrefacción, mientras que la lignina aumenta.

    La estimación de la composición, junto la determinación de otros parámetros obtenidos mediante análisis termogravimétrico como la temperatura de inducción, el calor específico, etc., ha permitido estudiar las relaciones entre dichos parámetros y la inflamabilidad de las muestras, en concreto, la energía mínima de inflamación. De dicho estudio se ha obtenido una relación entre el ratio de hemicelulosa/celulosa y la temperatura de inducción que da lugar a áreas de tendencia, en las que las muestras con energías mínimas de inflamación similares se sitúan juntas. De este modo, se puede obtener una estimación de la tendencia inflamable de la muestra, utilizando únicamente el análisis termogravimétrico.