The aim of the thesis is to verify and experimentally prove that there is technically possible and economically, energetically and environmentally rational to produce solid fuel from biodegradable waste with parameters of solid alternative fuel according to planned legislation and to design equipment for such production. This research is carried out through literary research of similar solutions and past research and scientific publications, own experimental work and design of the technology. The experimental determination of the thermal performance of aerobic fermentation processes for subsequent utilization in biomass bio drying, the analysis of dependence of energy properties of the material on the input material composition, the theoretical demonstration of feasibility of the biomass bio drying technology without additional heat source and the design of the technology that would experimentally and theoretically described phenomena introduce into industrial practice.

This thesis is aimed to evaluate the biomass combustion boiler service in the emission point of view. There is summarized description and features of biomass energy utilizati-on in termochemical transformations as well as in-the-house use within solving of advantages and disadvantages. In theory part the biomass boiler distribution is descri-bed. The practical part is aimed to monitor and evaluate service modes of biomass boiler in the way of energetic use, individual polutant monitoring especially in the human health and air protection. In the conclusion the municipality use is mentioned.

En el Capítulo 1 se realiza una contextualización de la importancia y necesidad de realizar una conversión de residuos biomásicos a productos de valor agregado, en el marco de la biorrefinería integral. Se describen los tipos de transformaciones para su valorización, priorizando el proceso de pirólisis. Se describen los productos de este proceso y se analizan sus posibles aplicaciones y usos. En base a este análisis se plantean objetivos y la metodología correspondiente. En el Capítulo 2, como una aproximación simplificada a la pirólisis de biomasa residual real, se realizan pirólisis de celulosa en un reactor a escala laboratorio. Se analizan los líquidos pirolíticos, estudiando el efecto de la presencia de catalizadores de la familia MCM-41 en contacto con la celulosa. Se establecen las relaciones entre las propiedades fisicoquímicas de los catalizadores y los rendimientos a los productos. Se destaca el catalizador Al-MCM-41 que produce 60 % de líquido con 89 % de levoglucosenona. Se determina la influencia de pre lavados con soluciones con ácido fosfórico de la celulosa sobre el rendimiento a los distintos productos. En el Capítulo 3 se detalla la composición química, el análisis elemental, el contenido de metales, el comportamiento térmico y se presentan micrografías SEM de las cáscaras de girasol. Se realizan pirólisis en un reactor en flujo de N2 a 400°C, cuantificándose e identificándose mediante cromatografía gaseosa acoplada a detección por masas los productos que genera esta biomasa. Se determina la influencia de pretratamientos químicos y de la presencia de catalizadores heterogéneos junto con las cáscaras, sobre los rendimientos a los distintos productos y sobre la composición química de los mismos. Se concluye que los pretratamientos ácidos llevan a líquidos ricos en furfural, en particular el tratamiento con H3PO4 15 % produce furfural al 100%. En el Capítulo 4 se caracteriza la macroalga Rhizoclonium sp. Se realizan pirólisis catalíticas con SBA-15, Cu-SBA-15 y Al-Fe-MCM-41, determinándose una fuerte influencia de los mismos sobre la composición del bio-líquido. Las características ácidas y las propiedades redox de los catalizadores son responsables de la modificación química de los líquidos algales. Se concluye que la pirólisis de este alga, de acuerdo a las condiciones, lleva a fitol (13,4%), acetol (46,9%) y aminas, todos de elevado valor económico. En el Capítulo 5 se analiza el co-producto de pirólisis: el bio-carbón. La caracterización muestra que poseen áreas BET en el 4-100 m2/g. Se emplea el bio-carbón como soporte para catalizadores de Paladio (Pd/BCs). Se estudia la hidrogenación de furfural empleando Pd/BCs en un reactor Batch, en condiciones suaves de reacción, no solamente en soluciones modelo, sino también en el bio-líquido real proveniente de la pirólisis de la cáscara de girasol. Se propone un proceso alternativo sustentable para la producción industrial de furfuril alcohol. En el Capítulo 6 se concluye que es posible valorizar cáscara de girasol y Rhizoclonium sp. mediante la pirólisis, generando productos de alto valor agregado. Se plantean trabajos a futuro que se avizoran a partir del presente estudio. / In Chapter 1 it is presented a contextualization of the importance of carrying out biomass conversion into valuable products. Different biomass transformations are described centering the attention on pyrolysis and also describing the products and the application of it obtained by this process. Finally, this chapter presents the aims of the study and the correspondent methodology. Pyrolysis of cellulose as an approximation to real biomass is presented in chapter 2. The reactions were carried out in a lab-scale reactor. This chapter deals with the analysis of pyrolytic liquids obtained using MCM-41 heterogeneous catalysts in contact with cellulose. Some physicochemical properties of these catalyst are related to the yields of the different pyrolysis products. It is remarkable that Al-MCM-41 catalyst produces 60 wt.% of bio-liquid with 89 wt.% of levoglucosenone. In addition, it is determined the influence of phosphoric acid washing in the yield of the pyrolytic products. Chapter 3 presents the chemical content, elemental analysis, metal content, thermal behavior and SEM micrographics of sunflower seed hulls. Pyrolysis reactions are carried out under a N2 atmosphere at 400 °C quantifying and identifying with GC-MS the product that this biomass generates in this reaction. Besides, it is described the influence of some pretreatment and the presence of heterogeneous catalysts on the yield and composition of the pyrolytic products. It is concluded that acid pretreatments lead to liquids rich in furfural, specifically, H3PO4 15 % produce only furfural in the liquid. Characterization of macro-alga Rhizoclonium sp. is described in Chapter 4. Pyrolysis reactions of this biomass are carried out using SBA-15, Cu-SBA-15, and Al-Fe-SBA-15 determining a strong influence of this catalysts on the bio-liquid composition. Redox and acid sites are the main responsible for chemical modification in these liquids. It is concluded that using pyrolysis with this alga lead to phytol (13,4 %), acetol (46,9 %) and amines depending on the reaction parameters. Bio-char as a side-product of pyrolysis reaction is analyzed in Chapter 5. The characterization showed that this material presented BET areas between 4 and 100 m2/g. Specifically, bio-chars are studied as a catalyst support for palladium (Pd/BCs). The hydrogenation of furfural is carried out employing these catalysts in a Bach reactor at mild conditions not only with commercial furfural but using a real bio-liquid from sunflower seed hull pyrolysis. It is proposed an alternative sustainable process for furfuryl alcohol production. Finally, in Chapter 6, it is concluded that pyrolysis is an adequate method to valorize sunflower seed hulls and Rhizclonium sp., since it generates high added-value products. Besides, future work is described based on the results of this study.

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Analiza la influencia que tienen los tipos de degradación previa aplicados a la cáscara de Musa paradisiaca L. (banano) madura, en la producción de jarabe glucosado mediante hidrólisis enzimática, en función del tiempo, y de los parámetros físico químicos del proceso, orientado a la disminución de las emisiones de CO2 por estos residuos lignocelulósicos con un criterio de sostenibilidad ambiental. / Tesis

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniera de la Madera / Los bosques de lenga, Nothofagus pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser, en general, son considerados sobremaduros, debido a la gran cantidad de árboles en fase de desmoronamiento y envejecimiento, obteniéndose rendimientos bajos en los procesos de industrialización. Los residuos representan una importante y posible fuente de biomasa para la generación de biocombustibles. Los residuos de lenga obtenidos de la empresa Forestal Rusffin, que corresponden a desechos provenientes del proceso de manufactura, fueron sometidos a un pretratamiento biológico con tres hongos de pudrición blanca (HPB), Stereum hirsutum, Ganoderma applanatum y Aurantioporus albidus y durante tres tiempos de ataque: 30, 45 y 60 días. Las partículas de madera se adecuaron a un tamaño denominado “pin-chips”, con dimensiones aproximadas de 1 mm de espesor, 1 a 3 mm de ancho y 5 mm de largo, posteriormente fueron sometidos a la acción fúngica. Las cepas se incubaron previamente en granos de trigo y luego fueron inoculadas en los “pin-chips” de lenga, permaneciendo en una cámara de incubación a 25º C según los tres tiempos de ataque.

Este estudio reconoce una problemática que responde principalmente a una reconversión laboral y energética, a partir de la reutilización de un desecho industrial maderero, existente en la zona de emplazamiento del proyecto, siendo atingente, en distintas medidas, a nivel mundial, nacional, regional y local. Finalmente, este proyecto se propone como una alternativa, la cual promueve la generación de empleo a partir de responder a problemáticas que se presentan a distintas escalas de influencia. Por otro lado, potenciar la innovación mediante el uso de tecnologías, las cuales permiten aprovechar de mejor forma nuestros recursos naturales permitiendo reestablecer en laguna medida el equilibrio necesario que debemos restaurar como sociedad entre el medio construido y el natural.

Ingeniero Civil en Biotecnología / Como una alternativa al uso de combustibles fósiles líquidos se propone utilizar bioetanol, con lo que se obtendría una reducción de los problemas asociados a la quema de los primeros. Bioetanol es un biocombustibles renovable que produce menos dióxido de carbono. Su producción es limitada por temas económicos, ya que sus costos no compiten con los combustibles convencionales. Dentro del proceso productivo de bioetanol de segunda generación, la etapa de hidrólisis de la biomasa es una de las asociadas a mayores costos, lo que repercute directamente en los mayores precios que alcanzan los biocombustibles de este tipo. En este documento se presenta un estudio realizado sobre xilanasas de origen fúngico. Estas enzimas intervienen en la hidrólisis del material lignocelulósico, degradando la cadena principal del xilano, que es el constituyente más abundante de la hemicelulosa y que dificulta el acceso de otras enzimas a la celulosa. La búsqueda de xilanasas se realizó en el contexto del proyecto FONDECYT 1121088, en que se busca identificar enzimas auxiliares que intervienen en la hidrólisis de la lignocelulosa, para generar mezclas celulolíticas mejoradas. El objetivo general del trabajo consistió en identificar xilanasas producidas por los hongos Trametes versicolor y Gloeophyllum trabeum, para evaluar su desempeño en la hidrólisis de paja de trigo. Se estudió las enzimas a través de dos enfoques: en el primero se clono los genes que codifican la información de las xilanasas y se estudió propiedades derivadas de la secuencia predicha para cada una; adicionalmente se realizó un estudio de las proteínas, purificándolas parcialmente desde cultivos de los hongos, así se evaluó la capacidad de hidrólisis de xilano y paja de trigo pre-tratada que tiene cada xilanasa. Se comprobó la expresión de xilanasas por ambas especies fúngicas al suplementar cultivos líquidos de paja de trigo pre-tratada 1% (p/v). Específicamente, se identificó dos xilanasas de G. trabeum: GTXYL1 y GTXYL2, y una de T. versciolor: TVXYL1. Se secuenció el gen que codifica para la xilanasa GTXYL1. Utilizando herramientas bioinformáticas se predijo un punto isoeléctrico de 4,57, un peso molecular de 37,9[kDa] y la presencia de una secuencia señal de exportación en el extremo amino y un dominio de la familia 10 de las glicosil hidrolasas. En el caso de T. versicolor se logró identificar tres grupos de fracciones con actividad xilanasa por cromatografía de intercambio aniónico. Por otro lado, a través de esta estrategia se separó la xilanasa GTXYL1 de G. trabeum. Se logró enriquecer 16,8 veces la actividad xilanasa, con una recuperación del 39% de la actividad del cultivo. En ensayos de hidrólisis de paja de trigo se detectó la liberación de xilosa por las muestras provenientes del medio extracelulares de los hongos, con esto se concluye que las xilanasas de estos hongos son capaces de degradar la hemicelulosa presente en biomasa lignocelulósica. Se recomienda seguir los estudios, clonando el gen obtenido de GTXYL1 en un vector de expresión para producir la enzima de forma recombinante y, de este modo, caracterizarla y evaluar su capacidad de hidrólisis sobre compuestos lignocelulósicos.

Las fuentes más comunes de contaminación ambiental son las refinerías de petróleo, plantas de generación de energía eléctrica, los procesos metalúrgicos y las plantas de tratamiento de efluentes cuyos desechos ingresan indirectamente a las aguas de los ríos, lagunas, océanos y suelos. Frente a este problema la biotecnología está tratando de presentar alternativas de bajo costo y fáciles de implementar, como la biodegradación de hidrocarburos, la remoción de metales pesados empleando desechos agroindustriales, organismos vivos de orígen animal, vegetal, microbiano, fúngico o algal, etc. Con la finalidad de seleccionar una cepa que pueda servir como biosorbente microbiano, se reactivaron 122 cepas aisladas en ambiente minero, a las que se les probó la resistencia a metales pesados, velocidad de crecimiento y capacidad de producción de biomasa. En base a estos parámetros se seleccionó la cepa de Serratia marcescens M8A-2T para optimizar los parámetros físico químicos de remoción de cadmio y plomo, la naturaleza física y genética de la resistencia así como la confirmación de la identificación de la cepa empleando el gen del RNAr 16S. Se obtuvieron 27 cepas resistentes a metales pesados; 2 cepas resistieron hasta 80000 ppm de zinc, 20 cepas a 16 000 ppm de níquel, 1 cepa a 36 000 ppm de cromo, 23 cepas a 800 ppm de cadmio y 80 cepas a 32 000 ppm de plomo. S. marcescens no presentó plásmidos en la electroforesis en gel de agarosa y en la microscopía electrónica de transmisión se pudo observar que el metal se adhería a la superficie bacteriana, por lo tanto el proceso de remoción es de bioadsorción. La biomasa logró remover 99,97 % de cadmio a pH 3 y 96 % de plomo a pH 7, despues de 60 minutos de enfrentamiento con 100 ppm de cada uno de los metales. La remoción fue independiente de la concentración inicial de metal y operó muy bien con biomasa de granulometría menor a 50 μm y 1 mg/ml de concentración. Para conocer la máxima capacidad de retención (Qmax) se usaron las isotermas de Langmuir resultando que la cepa en estudio tiene un Qmax de 417 mg de cadmio / g y de 357 mg de plomo / g , en 15 minutos, y se ajustó en 98,3 % al modelo de Langmuir. Estos resultados, indican que la cepa es apta para ser empleada en procesos de bioadsorción de cadmio y plomo y que el proceso está optimizado para su escalamiento a nivel piloto.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo, tiene como objetivo determinar la factibilidad de instalar de una planta de generación de energía eléctrica a partir de biogás, para la empresa Besalco Energía Renovable. La empresa en la actualidad no posee proyectos de biomasa, por lo que está buscando nuevas opciones para diversificar su cartera de proyectos. La empresa está buscando proyectos de energía, los cuales generen como mínimo 11.000 [MWh]. La materia prima utilizada para el proyecto corresponde a residuos del proceso de producción de pisco (como lo son el orujo de uva, escobajos, borras y vinazas), de los cuales se dispone de un total de 48.400 [ton/año], considerando cuatros plantas pisqueras. El proyecto contempla la selección de las tecnologías requeridas, diseño del proceso y el dimensionamiento de los equipos principales. Se realizó un modelo de generación en una planilla de cálculo, con el objetivo de optimizar el uso y distribución mensual de materia prima que se tiene disponible, y de esta forma, maximizar las ganancias. Para esto, se utilizó un toolbox de optimización de dicha planilla. El análisis económico realizado, tomando un horizonte de evaluación de 20 años, muestra como resultado que, bajo el escenario de venta de energía al mercado spot, el proyecto no es rentable para la empresa, ya que requiere de una inversión inicial de 3.000.000 [ USD] y con un VAN de 4.890.000 [USD]. Por lado, bajo el escenario de venta mediante contrato de compra y venta de energía, tampoco es rentable, puesto que requiere de 2.120.000 [USD] de inversión y con un VAN de 4.850.000 [USD]. Los altos costos de transporte y baja disponibilidad de biomasa, a causa de su estacionalidad, provocan que el proyecto no sea rentable para la empresa. El proyecto es atractivo para la empresa en el caso de que disponga de 200.000 [ton/año] de biomasa en total. Se deja propuesto a la empresa, estudiar la opción de aumentar los ingresos, mediante la venta del bioabono producido en el proceso, el cual no se consideró en la evaluación económica, debido a que no pertenece a la actividad principal de Besalco. Para proyectos a futuro, se recomienda buscar otros tipos de materia prima que no tengan problema de estacionalidad, o bien, considerar otro tipo de biomasa que pueda utilizarse en conjunto con la que ya se dispone, y de esta manera suplir la baja disponibilidad que se tiene actualmente.

Memoria para optar al título de Arquitecto