La cascarilla de arroz es un residuo agrícola que se obtiene a partir del proceso de molienda de arroz. Este residuo se genera en grandes cantidades, sin embargo, cuenta con pocas aplicaciones de uso. El proceso de gasificación se presenta como una alternativa viable para el aprovechamiento de este residuo en aplicaciones térmicas. En la presente tesis se relacionan las propiedades de la cascarilla de arroz con los requerimientos del gasificador para lograr el diseño final. Se opta por el tipo downdraft invertido porque es adecuado para gasificar biomasa de baja densidad y tamaño pequeño como lo es la cascarilla de arroz. Mediante el proceso de gasificación se obtiene un gas combustible que posee un alto contenido de nitrógeno por lo que se le llama gas pobre. Para el diseño del gasificador se ha definido dos sistemas, el sistema de generación de gas pobre y el sistema de acondicionamiento de gas pobre. El sistema de generación de gas pobre está compuesto por un reactor, un sistema de suministro de aire y un sistema de retiro de cenizas. El sistema de acondicionamiento de gas pobre está compuesto por un ciclón. El gas combustible obtenido se utilizará en un quemador para generar calor. Las características del reactor son: potencia de 2600 kcal/h, eficiencia de 30 %, diámetro interior de 0,19 m, diámetro exterior de 0,24 m, altura total de 1,12 m, capacidad de 0,02 m3, temperatura máxima de reacción de 500 °C y temperatura exterior de 27,5 °C. El proceso se realiza por lotes y se necesitan 2,1 kg de cascarilla de arroz para que el sistema opere durante 3/4 de hora. El caudal de aire necesario para el proceso es 3,33 m3/h y es suministrado por un ventilador axial de 12 VDC. El retiro de cenizas se realiza mediante una rejilla pivotada cuyos agujeros tienen un diámetro de 0,008 m. Las características del ciclón son: diámetro interior de 0,16 m, altura total de 0,66 m y eficiencia de 50 % para partículas de ceniza de 10 μm. El quemador a usar puede ser del tipo atmosférico para GLP o gas natural. Se propone el diseño de un quemador simple con 80 agujeros de diámetro de 0,005 m para lograr una buena combustión. El gas pobre obtenido tiene bajo poder calorífico (< 6 MJ/m3), está libre de partículas con tamaño superior a 50 μm y posee alta temperatura. Estas características lo hacen apropiado para aplicaciones térmicas. El costo de fabricación del sistema (sistema de generación de gas y sistema de acondicionamiento) se estima en S/. 7.296,00 (siete mil doscientos noventa y seis nuevos soles). Esto incluye los materiales, mano de obra, equipos y costos de ingeniería.

[ES] La valorización de biomasa lignocelulósica y de sus derivados supone una alternativa sostenible frente a la utilización de fuentes fósiles para la producción de combustibles y productos químicos. En este contexto, el aprovechamiento de compuestos oxigenados presentes en efluentes acuosos derivados de tratamientos primarios de la biomasa (vía pirólisis rápida), tras un proceso de separación de fases, es fundamental en el esquema actual de bio-refinería. La estrategia consiste en transformar estos compuestos orgánicos en mezclas de hidrocarburos y compuestos aromáticos de utilidad como componentes y/o aditivos en combustibles líquidos. Los materiales catalíticos comúnmente estudiados para este tipo de procesos deben su actividad a sus propiedades multifuncionales. Sin embargo, su actividad en mezclas acuosas complejas y su estabilidad bajo condiciones de reacción más próximas a la realidad industrial continúan siendo un desafío en vistas a su futura aplicación. La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño de nuevos catalizadores heterogéneos que sean activos y resistentes en reacciones de condensación consecutivas en fase acuosa de mezclas de compuestos oxigenados ligeros (C1-C4) bajo condiciones de reacción moderadas. En este sentido, este trabajo difiere de los estudios habituales que emplean compuestos modelo de manera individual y en ausencia de agua. En primer lugar, óxidos mixtos (incluyendo CexZr1-xO e hidrotalcitas), que han sido ampliamente utilizados en reacciones de condensación y cetonización, muestran buenos resultados catalíticos en la condensación en fase acuosa, pero graves problemas de estabilidad debido principalmente al leaching de la fase activa de estos materiales. Esto demuestra la necesidad de desarrollar nuevos catalizadores ácidos capaces de operar en sistemas complejos en presencia de agua y ácidos orgánicos, bajo condiciones de reacción moderadas. En este sentido, la adición de HF durante la síntesis de catalizadores basados en TiO2, permite obtener materiales donde se expone mayoritariamente el plano {001}, que es catalíticamente más activo. Además, los sitios ácidos de Lewis presentes en estos materiales de TiO2 facetados, presentan una gran estabilidad en reacciones de condensación, especialmente en presencia de ácidos y grandes cantidades de agua. Esta estrategia permite desarrollar materiales con mejor actividad catalítica y estabilidad que otros catalizadores comerciales basados en TiO2. Por otra parte, la síntesis hidrotermal de óxidos metálicos basados en Nb y W-Nb permite obtener materiales cuya estructura cristalina, propiedades texturales y propiedades ácidas pueden ser modificadas controlando la composición y las condiciones de calcinación aplicadas. Esto permite obtener catalizadores optimizados respecto a los empleados en literatura, que muestran gran actividad y elevada estabilidad en reacciones de condensación de compuestos oxigenados en fase acuosa. Por último, se han desarrollado nuevos materiales basados en óxidos mixtos de estaño, titanio y/o niobio (SnxTiyNbzO) preparados por co-precipitación que presentan mayoritariamente la estructura tipo rutilo del SnO2, la cual posee características hidrófobas. El control de la composición y las condiciones de calcinación permite obtener óxidos con estructuras cristalinas uniformes, altas áreas superficiales y mayor densidad de sitios ácidos de Lewis respecto a los respectivos óxidos comerciales. Estos materiales son catalizadores activos y muy resistentes en la valorización de compuestos oxigenados presentes en efluentes acuosos derivados de distintos tratamientos de la biomasa. / [EN] The valorisation of lignocellulosic biomass and its derivatives has become a sustainable alternative to the use of fossil sources for the production of fuels and chemicals. In this context, the conversion of light oxygenated compounds present in aqueous effluents derived from primary treatments of biomass (i.e. fast pyrolysis), after a phase separation process via water addition is a key step in the actual bio-refinery scheme processes. The strategy is based on the transformation of these low-value water-soluble oxygenated compounds into a mixture of hydrocarbons and aromatics useful for blending with automotive fuels. In general, the activity of the catalysts employed in these processes is based on their bifunctional character. Nonetheless, their activity in complex aqueous mixtures and their stability under faithful operating conditions close to industrial scenarios are critical challenges to be further applied. This thesis comprises a detailed work in the design of new solid catalysts with high activity and stability in consecutive aqueous-phase condensation reactions of light oxygenated compounds (C1-C4) mixtures under moderated process conditions. In this sense, this work differs from usual probe molecules studies performed even in the absence of water. Firstly, mixed oxides (including CexZr1-xO and hydrotalcite-derived materials) were employed as they have been widely studied in condensation and ketonization reactions. These materials show good catalytic results in the liquid-phase condensation of light oxygenates, but strong catalysts deactivation was observed due to the active phase partial leaching. Therefore, new heterogeneous acid catalysts must be developed in order to meet these new process requirements: complex aqueous environments with high contents of organic acids and moderated reaction conditions. In this sense, the addition of aqueous HF during TiO2 catalysts synthesis is essential to selectively control the preferential growth of catalytic more reactive {001} TiO2 facets. Moreover, Lewis acid sites on faceted TiO2 materials have great stability in condensation reactions, especially in the presence of organic acids and high water contents. Thus, this strategy allows obtaining materials that show better catalytic results and stability than other commercial titanium oxides. Moreover, hydrothermal synthesized Nb- and WNb-mixed oxides have shown the advantage of having crystalline structure, area and acid properties modified by tailoring their composition and post-synthesis heat-treatments conditions. Optimized NbOx and WNbO materials show higher activity and stability in the aqueous-phase condensation of oxygenated compounds than other commercial samples, commonly employed in literature Finally, new acid catalysts prepared via co-precipitation based on tin, titanium and niobium (SnxTiyNbzO) mixed oxides have been developed. These materials mainly present SnO2 rutile-phase crystalline structure, which has been claimed to have interesting hydrophobic characteristics. Tailoring of composition and calcination conditions allows obtaining mixed oxides with uniform crystalline structures, enhanced surface areas and a higher concentration of Lewis acid sites compared to analogous commercial catalysts. These materials show high activity and stability in the valorisation of oxygenated compounds present in aqueous effluents derived from different biomass processes. / [CA] La valorització de biomassa lignocel·lulòsica i dels seus derivats suposa una alternativa sostenible enfront de la utilització de fonts fòssils per a la producció de combustibles i productes químics. En aquest context, l'aprofitament de compostos oxigenats presents en efluents aquosos derivats de tractaments primaris de la biomassa (via piròlisi ràpida), després d'un procés de separació de fases, és fonamental en l'esquema actual de bio-refineria. L'estratègia consisteix a transformar aquests compostos orgànics en mescles d'hidrocarburs i compostos aromàtics d'utilitat com a components o additius en combustibles líquids. Els materials catalítics comunament estudiats per a aquest tipus de processos deuen l'activitat a les seues propietats multifuncionals; no obstant això, la seua activitat en mescles aquoses complexes i la seua estabilitat sota condicions de reacció més pròximes a la realitat industrial continuen sent un desafiament amb vista a la seua futura aplicació. La present tesi doctoral se centra en el disseny de nous catalitzadors heterogenis que siguen actius i resistents en reaccions de condensació consecutives en fase aquosa de mescles de compostos oxigenats lleugers (C1-C4) sota condicions de reacció moderades. En aquest sentit, aquest treball difereix dels estudis habituals, que empren compostos model de forma individual i en absència d'aigua. En primer lloc, òxids mixts (inclosos CexZr1-xO i hidrotalcites), que han sigut àmpliament utilitzats en reaccions de condensació i cetonització, mostren bons resultats catalítics en la condensació en fase aquosa, però greus problemes d'estabilitat a causa principalment de la lixiviació de la fase activa d'aquests materials. Això demostra la necessitat de desenvolupar nous catalitzadors àcids capaços d'operar en sistemes complexos en presència d'aigua i àcids orgànics, sota condicions de reacció moderades. En aquest sentit, l'addició d'HF durant la síntesi de catalitzadors basats en TiO2, permet obtenir materials on s'exposa majoritàriament el plànol {001}, que és catalíticament més actiu. A més, els llocs àcids de Lewis presents en aquests materials de TiO2 facetats, presenten una gran estabilitat en reaccions de condensació, especialment en presència d'àcids i grans quantitats d'aigua. Aquesta estratègia permet desenvolupar materials amb millor activitat catalítica i estabilitat que altres catalitzadors comercials basats en TiO2. D'altra banda, la síntesi hidrotermal d'òxids metàl·lics basats en Nb i W-Nb permet obtenir materials l'estructura cristal·lina, les propietats texturals i les propietats àcides dels quals poden ser modificats controlant la composició i les condicions de calcinació aplicades. Això permet obtenir catalitzadors optimats respecte als emprats en la literatura, que mostren gran activitat i elevada estabilitat en reaccions de condensació de compostos oxigenats en fase aquosa. Finalment, s'han desenvolupat nous materials basats en òxids mixts d'estany, titani o niobi (SnxTiyNbzO) preparats per coprecipitació, que presenten majoritàriament l'estructura tipus rútil del SnO2, la qual té característiques hidròfobes. El control de la composició i les condicions de calcinació permeten obtenir òxids amb estructures cristal·lines uniformes, altes àrees superficials i major densitat de llocs àcids de Lewis respecte als respectius òxids comercials. Aquests materials són catalitzadors actius i molt resistents en la valorització de compostos oxigenats presents en efluents aquosos derivats de diferents tractaments de la biomassa. / Fernández-Arroyo Naranjo, A. (2018). Catalytic Transformations of Oxygenated Compounds Derived from Biomass Aqueous Effluents into High-Value Products [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110080

Es esencial hoy en día y especialmente para un futuro próximo atender la demanda de energía y ofrecer una alternativa de fuentes renovables que no dañen el medio ambiente. Los residuos agroindustriales están ampliamente disponibles, por lo que su utilización en procesos de producción puede reducir significativamente los costes. El residuo de café y la semilla de algodón son residuos con alto contenido lignocelulósico, lo que los torna atractivos para aplicación en tecnologías de degradación termoquímicas como la pirólisis. La pirólisis consiste en la conversión de biomasa en energía y productos químicos de valor añadido. En esta tesis se realizó el estudio de la pirólisis del residuo de café y semilla de algodón. Estas biomasas fueron sometidas a la pirólisis en lecho fijo con flujo continuo de nitrógeno, generando bio-óleo, gases y biochar. Los principales productos (bio-óleo y biochar) también se han estudiado. En los bio-oleos, a través del análisis por cromatografía gaseosa bidimensional, se encontraron compuestos de gran importancia para la industria química, alimenticia, farmacéutica, para biocombustibles y alternativas de derivados del petróleo, por ejemplo, ácidos grasos e hidrocarburos identificados en el bio-oleo de la biomasa del residuo del café, y un gran contenido de compuestos fenólicos y nitrogenados, para el bio-oleo de la semilla de algodón. Las biomasas y los biochars se caracterizaron por diversas técnicas (análisis elemental, poder calorífico, contenido de cenizas, TGA SEM, FT-IR, etc.). Los biochars fueron modificados por dos distintos procesos de activación química y probados para su aplicación como adsorbente en la remoción del colorante catiónico azul de metileno en solución acuosa. La capacidad de retención del colorante para los biochars activados químicamente (de las dos biomasas), quedarán muy cerca de los resultados obtenidos para el carbón activado comercial. Los biochars también demostraron tener buenas características, como el alto poder calorífico, que sugieren su aplicación como sustituyentes de combustibles fósiles sólidos.Los productos de la pirólisis, bio-óleo y el biochar, de ambas biomasas, presentaron resultados que promueven la valorización de estos residuos tanto en aspectos energéticos, como también de innovación de materiales, contribuido a la reducción de residuos y aportando soluciones para el cuidado del medio ambiente. / It's essential nowadays and especially for the near future to meet the energy demand and offer an alternative of renewable sources that don't injury the environment. Agroindustrial waste is widely available and low cost, so its use in production processes can significantly reduce costs. The spent coffee grounds and cottonseed are residues with high lignocellulosic content, which makes them attractive for application in thermochemical technologies such as pyrolysis, which consists of the conversion of biomass into energy and value-added chemical products. In this work the pyrolysis of spent coffee grounds and cottonseed was carried out. These biomasses were submitted to pyrolysis in fixed bed with nitrogen flow, generating bio-oil, gases and biochar. The main products (bio-oil and biochar) were studied in detail. In both bio-oils, through the analysis by two-dimensional gas chromatography, compounds of great importance were found for the chemical, food, pharmaceutical, biofuels and petroleum products alternatives, for example, fatty acids and hydrocarbons identified in the bio-oil of spent coffee grounds, and a high content of phenolic and nitrogen compounds, for the cottonseed bio-oil. Biomasses and biochars were characterized by several techniques (elemental analysis, calorific value, ash content, MEV, FT-IR, etc.). The biochars were modified by two distinct chemical activation processes and tested for use as an adsorbent in the removal of the methylene blue cationic dye in aqueous solution. The results for the adsorption tests were very promising. The ability of the activated biochars in the adsorption of the dye was very close to the results obtained for commercial activated charcoal. Biochars have also demonstrated good characteristics, such as high calorific power, which suggest their application as substituents for solid fossil fuels. The products of the pyrolysis, bio-oil and biochar of both biomass presented results that promote the recovery of these residues both in energy aspects as well as in materials innovation, contributed to waste reduction and providing solutions for the care of the environment. / Avui dia en dia i, especialment de cara a un futur pròxim, és essencial atendre la demanda d'energia a través de noves alternatives basades en fonts renovables que no perjudiquen el medi ambient. En aquest sentit, els residus agroindustrials són materials àmpliament disponibles i la seua utilització en la producció d'energia podria reduir significativament els costos associats a aquest procés. El residu de cafè i la llavor de cotó són materials amb alt contingut lignocel·lulòsic, fet que els torna atractius per a la seua aplicació en tecnologies de degradació termoquímiques com la piròlisi. La piròlisi consisteix en la conversió de biomassa en energia i productes químics de valor afegit. En aquesta tesi es va realitzar l'estudi de la piròlisi del residu de cafè i de la llavor de cotó, els quals van ser sotmeses a la piròlisi en llit fix amb flux continu de nitrogen, generant bio-oli, gasos i biochar. Així mateix, s'han estudiat i caracteritzat els principals productes obtinguts (bio-oli i biochar). A través de l'anàlisi mitjançant cromatografia gasosa bidimensional dels bio-olis, es van trobar compostos de gran importància per a la indústria química, alimentària i farmacèutica, així com per a biocombustibles i alternatives de derivats del petroli. Concretament, es va identificar una gran quantitat d'àcids grassos i hidrocarburs en el bio-oli de la biomassa del residu del cafè, i un gran contingut de compostos fenòlics i nitrogenats al bio-oli de la llavor de cotó. Les biomasses i els biochars es van caracteritzar a través de diverses tècniques (anàlisi elemental, poder calorífic, contingut de cendres, TGA, SEM, FT-IR, etc.). Una vegada caracteritzats, els biochars van ser modificats a través de dos processos diferents d'activació química i provats per a la seua aplicació com adsorbents en l'eliminació del colorant catiònic blau de metilè en solució aquosa. La capacitat de retenció del colorant trobada per als biochars químicament activats (de les dues biomasses) foren comparables amb resultats obtinguts amb carbó activat comercial. Els biochars també mostraren altres característiques interessants, com un alt poder calorífic, fet que obri la possibilitat d'aplicació com a substituents de combustibles fòssils sòlids. En definitiva, els productes de la piròlisi d'ambdues biomasses, el bio-oli i el biochar, van presentar resultats prometedors pel que fa a la seua valorització energètica, com també d'innovació de materials, contribuint a la reducció de residus i aportant potencials solucions per a la reducció de la contaminació del medi ambient. / Primaz, CT. (2018). Valorização de resíduos agroindustriais de café e algodão para pordução de bio-óleo e biochar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110086

[ES] En este trabajo de Tesis Doctoral, se ha estudiado por primera vez el uso de biomasa procedente del cultivo del tabaco (Nicotiana glauca), como materia prima para la producción de H2 a partir de su gasificación catalítica. Este trabajo se enmarca dentro del proyecto BioH2 cuyo principal objetivo es desarrollar un proceso innovador para producir H2 a partir de biomasa, y estudiar su viabilidad como tecnología alternativa para la generación de electricidad. En primer lugar, se ha estudiado el efecto que ejercen dos pretratamientos (HTC y torrefacción), en la gasificación de tres tipos de biomasas diferentes: Nicotiana glauca, cáscara de almendra y orujillo de aceituna. Los resultados obtenidos muestran que el proceso de torrefacción es mucho más efectivo para la modificación de las características de la biomasa, con vistas a una gasificación más eficiente para la producción de hidrógeno. Además, se ha comprobado que la distinta naturaleza y composición de la biomasa, ejercen una gran influencia en la gasificación de la biomasa pretratada. En este sentido, los resultados revelan que el proceso de torrefacción consigue mejorar la producción de H2 en la gasificación de las biomasas Nicotiana glauca y orujillo. En cambio, en el caso de la cáscara de almendra, el proceso HTC es el que proporciona los mejores resultados para obtener un producto gasificable con elevada producción de H2. En cuanto a los resultados obtenidos en la gasificación catalítica de Nicotiana glauca, demuestran que es posible conseguir elevadas producciones de H2 empleando catalizadores basados en Ni sobre soportes naturales (dolomita, olivino y sepiolita). Estos catalizadores han sido capaces de eliminar por completo la presencia de productos no deseados como los alquitranes (TARs), debido a su gran capacidad para el reformado. Además, se ha comprobado que tanto la naturaleza del soporte como el porcentaje de Ni incorporado, tienen un efecto significativo sobre la distribución de productos gaseosos. En este sentido, se ha observado que el catalizador basado en sepiolita con un 20% de Ni, ofrece unos excelentes resultados en cuanto a generación de H2 y disminución de hidrocarburos ligeros (C2-C3). Adicionalmente, se ha podido comprobar la importancia de la temperatura de calcinación (antes y después de la incorporación del Ni), en la distribución de productos gaseosos utilizando un catalizador sintético basado en alúmina nanofibrada. Los resultados obtenidos han mostrado que para una temperatura de síntesis de la alúmina de 750 °C y una temperatura de calcinación después de la incorporación del Ni de 600 °C, se consigue un catalizador estable de alta actividad que maximiza la producción de H2. Finalmente, se ha estudiado la gasificación de otros tipos de biomasa (cáscara de almendra y orujillo) utilizando dos de las formulaciones catalíticas desarrolladas en la gasificación de Nicotiana glauca. Los resultados obtenidos muestran que los catalizadores seleccionados (20NiAlu_75_6 y 5NiOli) mejoran significativamente la cantidad de H2 producido en las tres biomasas estudiadas. Dado los buenos resultados obtenidos con el catalizador 5NiOli, y su mayor resistencia a la abrasión y facilidad de conformado, se ha preparado 1 kg para su uso en la planta piloto que ha sido diseñada y construida en el marco del proyecto BioH2. / [CA] En aquest treball de Tesi Doctoral, s'ha estudiat per primera vegada l'ús de biomassa procedent del cultiu del tabac (Nicotiana glauca), com a matèria primera per a la producció d'H2 a partir de la seua gasificació catalítica. Aquest treball s'emmarca dins del projecte BioH2 el principal objectiu del qual és desenvolupar un procés innovador per a produir H2 a partir de biomassa, i estudiar la seua viabilitat com a tecnologia alternativa per a la generació d'electricitat. En primer lloc, s'ha estudiat l'efecte que exerceixen dos pretractaments (HTC i torrefacció), en la gasificació de tres tipus de biomasses diferents: Nicotiana glauca, corfa d'ametla i polpa seca d'oliva. Els resultats obtinguts mostren que el procés de torrefacció és molt més efectiu per a la modificació de les característiques de la biomassa, amb vista a una gasificació més eficient per a la producció d'hidrogen. A més, s'ha comprovat que la diferent naturalesa i composició de la biomassa, exerceixen una gran influència en la gasificació de la biomassa pretratada. En aquest sentit, els resultats revelen que el procés de torrefacció aconsegueix millorar la producció d'H2 en la gasificació de les biomasses Nicotiana glauca i polpa seca d¿oliva. En canvi, en el cas de la corfa d'ametla, el procés HTC és el que proporciona els millors resultats per a obtindre un producte gasificable amb elevada producció d'H2. Quant als resultats obtinguts en la gasificació catalítica de Nicotiana glauca, demostren que és possible aconseguir elevades produccions d'H2 emprant catalitzadors basats en Ni sobre suports naturals (dolomita, olivino i sepiolita). Aquests catalitzadors han sigut capaços d'eliminar per complet la presència de productes no desitjats com els quitrans (TARs), degut a la seua gran capacitat per al reformat. A més, s'ha comprovat que tant la naturalesa del suport com el percentatge de Ni incorporat, tenen un efecte significatiu sobre la distribució de productes gasosos. En aquest sentit, s'ha observat que el catalitzador basat en sepiolita amb 20% de Ni, ofereix uns excel·lents resultats quant a generació d'H2 i disminució d'hidrocarburs lleugers (C2-C3). Addicionalment, s'ha pogut comprovar la importància de la temperatura de calcinació (abans i després de la incorporació del Ni), en la distribució de productes gasosos utilitzant un catalitzador sintètic basat en alúmina nanofibrada. Els resultats obtinguts han mostrat que per a una temperatura de síntesi de l'alúmina de 750 °C i una temperatura de calcinació després de la incorporació del Ni de 600 °C, s'aconsegueix un catalitzador estable d'alta activitat que maximitza la producció d'H2. Finalment, s'ha estudiat la gasificació d'altres tipus de biomassa (corfa d'ametla i polpa seca d¿oliva) utilitzant dos de les formulacions catalítiques desenvolupades en la gasificació de Nicotiana glauca. Els resultats obtinguts mostren que els catalitzadors seleccionats (20NiAlu_75_6 i 5NiOli) milloren significativament la quantitat d'H2 produït en les tres biomasses estudiades. Donat els bons resultats obtinguts amb el catalitzador 5NiOli, i la seua major resistència a l'abrasió i facilitat de conformat, s¿ha preparat 1 kg per al seu ús en la planta pilot dissenyada i construïda en el marc del projecte BioH2. / [EN] In this thesis, the use of biomass from tobacco cultivation (Nicotiana glauca) has been studied for the first time as the raw material for H2 production from its catalytic gasification. This work is part of the BioH2 project whose main objective is to develop an innovative process to produce H2 from biomass, and study its viability as an alternative technology for the generation of electricity. Firstly, the effect of two pretreatments (HTC and torrefaction) was studied on the gasification of three different types of biomass: Nicotiana glauca, almond shell and olive "orujillo". The results obtained show that the torrefaction process is much more effective for the modification of the characteristics of the biomass, achieving more efficient gasification for the production of hydrogen. In addition, it has been proven that the different nature and composition of the biomass exert a great influence on the gasification of the pre-treated biomass. In this sense, the results reveal that the torrefaction process manages to improve the H2 production in the gasification of the Nicotiana glauca and olive "orujillo" biomass. In contrast, in the case of almond shell, the HTC process provides the best results to obtain a gasificable product with high H2 production. Regarding the results obtained in the catalytic gasification of Nicotiana glauca, they show that it is possible to achieve high H2 production using Ni-based catalysts on natural supports (dolomite, olivine and sepiolite). These catalysts have been able to completely eliminate the presence of unwanted products such as TARs, due to their great capacity for reforming. In addition, it has been demostrated that both the nature of the support and the percentage of Ni incorporated, have a significant effect on the distribution of gaseous products. In this sense, it has been observed that the catalyst based on sepiolite with 20% Ni offers excellent results in terms of H2 generation and reduction of light hydrocarbons (C2-C3). Additionally, it has been possible to verify the importance of the calcination temperature (before and after the incorporation of Ni), in the distribution of gaseous products using a synthetic catalyst based on nanofiber alumina. The results obtained have shown that for a synthesis temperature of the alumina of 750 °C and a calcination temperature after the Ni incorporation of 600 °C, a stable high activity catalyst is obtained that maximizes the H2 production. Finally, the gasification of other types of biomass (almond shell and olive "orujillo") has been studied using two different catalytic formulations developed in the gasification of Nicotiana glauca. The results obtained show that the selected catalysts (20NiAlu_75_6 and 5NiOli) significantly improve the amount of H2 produced in the three biomasses studied. Given the good results obtained with the 5NiOli catalyst, its high resistance to abrasion and ease of pelletization, 1 kg of this catalyst has been prepared to be used in the pilot plant designed and built in BioH2 project. / Hernández Soto, MC. (2019). Gasificación catalítica de biomasa para la producción sostenible de hidrógeno [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130200

Due to the continuous growth of energy consumption it is required that development in the energy sector is focused on renewable energy sources. Another possibility how to reduce the consumption of primary energy resources is also searching for new and non-traditional fuels. The biomass is the best and potentially expandable renewable energy source in geographic conditions in the Czech Republic. The energy usage of biomass has experienced a significant increase in recent years, however, even in the big energy power plant. This increase in consumption made mainly from wood biomass a shortage fuel, and it began to raise its price. The consumers of biomass fuel are starting to look for a different type of fuel at this time. Stalk and slightly contaminated biomass are representatives of these non-traditional fuels. Stalks are mostly annual plants grown primarily for subsistence. Waste parts of these plants can be utilized for production of energy. The characteristic temperatures of stalk ash have relatively low values. Sintering of ash in a device is one of the obstacles for energy usage of stalk. Sintering of ash brings a number of operational problems at power facilities. Therefore, the part of a research is dedicated to the melting of ash. The thermal gasification is one of the possibilities how to use biomass efficiently. Gasification can be understood as the thermo-chemical conversion of solid fuel into a different state, in this case the gaseous state. The combustion process is generally more manageable for gaseous fuels. Due to this process ower emissions of undesirable compounds at the output of the combustion device can be achieved. Thermal gasification process takes place under stochiometric access of oxidant. The gas with low heating value is on the outlet from gasification process. The main components of produced gas are hydrogen, carbon monoxide and methane. The final gas contains also a lot of undesirable constituents, which make this gas disadvantaged in energy. These constituents are neutral components that dilute gas only, and pollutants as dust, tar and compounds of sulfur and chlorine. These pollutants complicate further use of the generated gas. The tar compounds together with dust causing build-up on the conveyor pipe and also on the combustion equipment, which are using this generated gas. The quality of produced gas is increases by another reprocessing and cleaning. The purified gas can be used for cogeneration of energy and burn it in internal combustion engines or gas turbines. Other possibility is typical usage for heating according to the needs of technology. The atmospheric fluidized bed gasification reactor Biofluid 100th was built for experimental purposes in the laboratories of the Energy Institute. The thesis is focused on thermal gasification of stalk and other non-traditional fuels in Biofluid device. The aim is to achieve a stable gasification process of stalk and thereby verify the possibility of stalk use as fuel for technology Biofluid. Subsequent aim is design of methods for cleaning the raw gas from the tar compounds. The research is focused on the secondary gas cleaning methods due to the requirements of high purity of the resulting gas.

Microbial diversity plays an important role in the decomposition of soil organic matter. However, the drivers of this dependence still remain unclear. The work is based on long-term monitoring of soils of different successional stages of different diversity. Soil sampling was conducted on two dumps after brown coal mining in the Sokolov. Soils were X ray sterilized and inoculated by inoculum from both soils in two inoculation density which create gradient of microbial diversity. Then microbial respiration was measured in either supplied or not supplied by litter of Calamagrostis epigejos. Results showed a strong positive correlation between the microbial diversity and decomposition of organic matter if the microbial community is limited by available carbon. If there isn't carbon limit available, the decomposition rate is controlled by the amount of microbial biomass. Results demonstrated positive correlation between the rate of decomposition and the amount of fungal biomass. The soils with the addition of leaf litter showed priming effect in the initial stage of decomposition. In the control samples without addition of litter priming effect wasn't observed. Increasing humidity led to increase of decomposition rate. We can conclude with a clear conscience that similarly conclusive results associated...

My thesis is a part of the project GACR 206/06/0058 Monitoring of selected heavy metals and risk elements in a wastewater cleaning process in artificial wetlands. The goal is to evaluate temporal and spatial variability of underground biomass of Phragmites australis in the artificial wetland used for wastewater treatment in Slavošovice. The destructive method was used for the sampling. The aboveground biomass was determined from six samples taken at the inflow and six samples at the outflow. The belowground biomass (in 2008) was estimated from two samples taken at the inflow and two samples at the outflow. In 2009, the belowground biomass was determined from six samples taken from the inflow and six samples from the outflow. The analysis of the root structure was determined from 12 samples collected at the inflow and 12 samples of the outflow. The mean total aboveground biomass reached 1039 g.m-2 at the inflow and the 1749 g.m-2 at the outflow. Average total belowground biomass in 2009 reached the inflow 1718 g.m-2 and 1562 g.m-2 at the outflow. The average total length of roots growing from one node to was 284,7 m.m-2 and 324,9 m.m-2 in the inflow and outflow part, respectively. Average specific root length of the inflow was 2589,5 cm.g-1 and the outflow 2956,9 cm.g-1. The average total length of roots reaching the inflow of two kilometers and three kilometers of inflow.

Diploma thesis, in its introduction, describes the expression biomass and the ways of its production from various sources, focused particularly on waste biomass In the following part it deals with the description of its origin and the advantages of its usage. It describes the usage of biomass in the world as well as in the Slovak Republic. It also looks into the possibilities of processing of biomass and the following use at heat and electricity production. In its last part this work describes, on particular examples, the usage of biomass in electricity and heat production, from businesses with high power to its usage in houses.

Ingeniera Civil en Biotecnología / Los combustibles fósiles son cada vez más escasos y la contaminación ambiental sigue en aumento, por lo que es imprescindible la búsqueda de nuevas fuentes de energía. Una alternativa es la producción de bioetanol, la cual se puede realizar a partir de residuos de biomasa forestal, lo que es bastante conveniente para la situación chilena, ya que la industria forestal es una de las más importantes en este país. Este trabajo de memoria consistió en estudiar distintas condiciones del proceso productivo del bioetanol, a partir de residuos de Eucaliptus globulus Labill (eucalipto) como material lignocelulósico. La primera parte de este estudio consistió en utilizar líquidos iónicos protonados (PILs) en la etapa de pre-tratamiento, con condiciones de operación de 30 o 60 minutos a 60, 70, 80 y 90°C. En este caso, se obtuvo pequeños aumentos en el rendimiento de la sacarificación al utilizar acetato de 2-hidroxydietilamonio (2-HDEAA) y lactato de 2-hidroxyetilamonio (2-HEAL) en el pre-tratamiento. El mejor resultado se obtuvo con 2-HEAL a 70°C, durante 30 minutos, aunque este rendimiento no supera el 4%. En la segunda parte de este estudio, se analizaron distintas condiciones de operación en la etapa de pre-tratamiento, de secado y de lavado del proceso productivo del bioetanol. En la etapa del pre-tratamiento, se utilizaron dos líquidos iónicos aprotonados (AILs): [EMIM][Cl] y [EMIM][Ac]. En los estudios en los que se utilizó [EMIM][Cl] no se obtuvieron buenos resultados, ya que los rendimientos no superaron el 6%, lo que se debe a las impurezas que presentó el LI utilizado. En el caso del [EMIM][Ac] se obtuvieron muy buenos resultados, ya que se los rendimientos fueron de hasta un 63%, lo que equivale a obtener 351 mg de glucosa / gr de material pre-tratado. Si se compara este resultado con resultados anteriores (con [EMIM][Cl]), en los cuales el mejor rendimiento corresponde de 185 mg de glucosa / gr de material pre-tratado, se obtiene un aumento del 90% en el rendimiento. La última etapa de este estudio correspondió a la sacarificacion y fermentacion simultáneas, en las cuales se analizaron distintas cargas de biomasa, LI en el pre-tratamiento y distintos métodos de obtención del inóculo de levaduras. Los mejores rendimientos se obtuvieron con una carga de biomasa del 5%, con el material pre-tratado con [EMIM][Ac] y con el inóculo obtenido sin propagación, equivalentes a un rendimiento de 412 litros de etanol por tonelada de material pre-tratado. Al comparar estos resultados con los mejores obtenidos en estudios previos, se observó un aumento de un 182% en el rendimiento. Finalmente, con el rendimiento de 412 litros de etanol por tonelada de material pre-tratado, y buscando reemplazar el 2% o un 5% del requerimiento de gasolina para el año 2012, se logra cubrir un 1,2% o un 0,5% de la demanda de este combustible respectivamente. Para obtener mejores porcentajes de cobertura se debe optimizar este proceso productivo, o se podría aumentar la cantidad de material disponible, para esto se propone el uso de cultivos dendroenergéticos de eucalipto. Como conclusión al trabajo realizado, se estima conveniente continuar este estudio, con el fin de aumentar el rendimiento del proceso productivo del bioetanol. Para esto se recomienda realizar más estudios con 2-HDEAA, 2-HEAL y con [EMIM][Ac], ya que estos presentaron los mejores resultados. Por otro lado, se recomienda estudiar el reciclaje de líquidos iónicos, ya que se deben reducir los costos de este proceso productivo.

Ingeniero Civil Químico / Producto de la crisis energética actual y el consumo proyectado al futuro, se están buscando maneras de diversificar la matriz de energía, abriéndose a diversas opciones de preferencia renovables. La gasificación de biomasa es una ellas y consiste en la oxidación parcial de las moléculas de carbono para obtener un gas con valor energético. La empresa ENERCOM, proveedora de equipos de combustión y secado, actualmente posee un gasificador del tipo downdraft con angostamiento. Sin embargo, algunas características del equipo lo hacen poco atractivo para la industria, principalmente, el régimen de operación batch, los despuntes de madera como materia prima y la seguridad. Por ello, se decide a considerar una operación en continuo y con pellets. El objetivo de este trabajo es diseñar un reactor continuo para gasificación de biomasa. Para ello, es necesario analizar desde el punto de vista técnico el reactor actual y determinar si es posible, bajo las condiciones requeridas, modificarlo para llevarlo a su aplicación industrial o se requiere de un diseño nuevo. Tras esa decisión, proponer los principales parámetros. Mediante un estudio del mercado de los gasificadores, se determina que el diseño downdraft es el que más se utiliza a nivel industrial y puede operar con pellets en continuo. Luego, con la ayuda de un modelo de balances de masa y energía, se logra predecir el funcionamiento del equipo en continuo, obteniendo de la composición del gas producto y el perfil de temperaturas. Se decide mantener el diseño downdraft con angostamiento. Esto implicará incluir un sistema de alimentación, para lo que se propone un tornillo sin fin alimentado desde una tolva. También, se requiere de un extractor de cenizas, para lo que se proponen dos ideas: i. tornillo sin fin, similar al de alimentación; o ii. tornillo de extracción húmeda (tornillo de Arquímedes), que retiraría ceniza suspendida en agua. Internamente, el diseño no necesita cambios importantes. No obstante, se requiere reducir la separación entre los rieles de la parrilla que sustenta la materia prima y agregar un vibrador que remueva las cenizas. Además, se propone agregar unos perfiles que ayuden a la caída del pellet y al paso de los gases a lo alto del equipo. Finalmente, se plantean lazos de control en la temperatura y presión para dar seguridad a la operación. Además, se propone un sistema de encendido automático. Todo esto permitirá operar remotamente el reactor, sin exponer a los operarios. Se cumple el objetivo principal de este trabajo. Se observa que cambiando el reactor actual a una operación continua con pellets, el uso efectivo de la energía de la madera aumenta de un 55% a un 73%. Esto se debe a un mejor aprovechamiento de la materia prima, que aumenta la producción de gas pobre de 1,9 [kg] por cada kilogramo de madera cargada a 2,2 [kg]. Se propone para futuros trabajos analizar la factibilidad económica del proyecto. También, sería bueno considerar de todas formas un nuevo diseño y sus respectivos estudios para la gasificación de pellets alimentados de forma continua.