Ingeniero Civil Mecánico / El tratamiento de los neumáticos fuera de uso (NFU) es un gran desafío medioambiental. Se estima en 68 mil toneladas la cantidad de NFU generada anualmente en Chile. Sin embargo, 85% de los NFU tienen un destino desconocido , lo cual significa que terminan en un vertedero informal o quemados al aire libre. Con la Ley de Responsabilidad Extendida al Productor, se pretende cambiar esta situación ya que las empresas productoras de neumáticos deben encargarse del tratamiento de los NFU. Existen varios métodos de tratamiento primario de los NFU, como reutilización sin tratamiento previo, trituración mecánica o tratamientos térmicos. El objetivo principal de la siguiente memoria es proponer un perfil de una planta de valorización de neumáticos fuera de uso que entre en sinergia con lo que ya existe en Chile. Este se cumple mediante los siguientes objetivos específicos: Establecer la situación actual de Chile en cuanto a la valorización de los NFU, actualizar el estado del arte de los métodos de valorización de los NFU, elegir una tecnología y la zona de instalación de la planta, y finalmente, realizar el perfil de la planta. Se presenta diagrama de flujo y lay-out para dos soluciones tecnológicas, las cuales corresponden a la pirolisis y la trituración criogénica. Como producto de entrada, se elige trabajar con granulados de caucho de la planta de Polambiente, para estimular sus ventas. Finalmente, se realiza el análisis económico de la planta de pirolisis, y se concluye que el proyecto no es viable ya que se obtiene un VAN de -698 millones de pesos. Un motivo es el elevado precio de los granulados vendidos por Polambiente. Un análisis de sensibilidad al precio de los granulados demuestra que una reducción de 37,1% es necesaria para tener un proyecto al equilibrio. Por otra parte, se proponen algunas soluciones para tener un proyecto viable económicamente. Primero, elegir una planta con mayor capacidad para beneficiarse del efecto de escala, y segundo, trabajar directamente con el NFU para no tener que comprar los granulados de Polambiente. Además, se sugiere la idea de trabajar con una planta modular, que toma en la entrada los NFU, los muele mediante un proceso de trituración mecánica a temperatura ambiente. Luego, muele los granulados finos y los convierte en polvo. Una última etapa se encarga de pirolizar los granulados más gruesos. De esta forma, se tiene una planta con varios tipos de productos terminados.

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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110086 / TESIS

Magíster en Gestión para la Globalización / El progreso y el desarrollo traen consigo consecuencias no deseadas, siendo la desproporcionada generación de residuos una de ellas. Un caso muy especial son los neumáticos fuera de uso -NFU-. Al no ser biodegradables, miles se apilan por años esperando por una mejor solución. Nuestro país no está ajeno a este fenómeno, agravado por una falta de políticas que intenten atacar el problema. Siendo un país en constante riesgo de desabastecimiento energético, Chile se vería altamente beneficiado al investigar alternativas para otorgarles a éstos y otros residuos un valor de recurso energético no convencional. Un análisis del contexto nacional, muestra que la incorrecta disposición de NFU es un problema que ha ido creciendo con el tiempo y que existen pocas iniciativas exitosas comercialmente que se hagan cargo de este residuo. Todo podría cambiar luego del ingreso al Congreso de la Ley General de Residuos, que promueve como solución el principio de Responsabilidad Extendida al Productor y un sistema de gestión integral, tal como ocurre en otros países de la OCDE. Como empresa dedicada a la aplicación y comercialización de tecnologías para la gestión de residuos, Reinvent SpA. se interesó en encontrar alguna alternativa de inversión que permitiera traer a Chile tecnología probada en el extranjero y que diera solución a la problemática de los NFU, aportando asimismo a la diversificación de la matriz energética nacional. Para emprender esta tarea, en una primera fase se realizó una pesquisa de las tecnologías disponibles en el mundo que se encontrasen en una etapa comercial o al menos post piloto. De las experiencias revisadas se concluyó que los procesos de conversión termoquímicos pueden ser económicamente viables. El éxito parece depender de factores como el financiamiento de la alta inversión inicial, la solidez de los contratos de venta, un suministro constante de materia prima y especialmente la calidad y especificaciones técnicas de los productos, los que su vez dependen de los parámetros de operación de la planta. En la segunda fase y luego de contactar a posibles proveedores, en conjunto con Reinvent se seleccionó el más idóneo, que además cuenta con una planta operando comercialmente en Turquía. Finalmente esto redundó en el objetivo de este trabajo, esto es, realizar un análisis de competitividad y evaluación económica del proyecto INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PIRÓLISIS PARA LA VALORIZACION DE NEUMÁTICOS FUERA DE USO . El proyecto consiste en la generación de aceite combustible, negro de carbón y acero recuperado vía pirólisis de neumáticos. La evaluación económica mostró que, con un horizonte de 20 años, el proyecto debería ser acometido dado que tiene un VAN de 4.662.691 descontado al 25%, y con una TIR de 39.2%. Las variables más relevantes en este resultado fueron el precio del fuel oil y el del carbón. Si bien no se consideró una tasa por disposición del neumático, misma que podría ser cobrada en el eventual escenario de una ley REP vigente, en la simulación de escenarios resultó ser la variable más importante y que por sí sola justificaría la existencia de la planta.

El trabajo de investigación desarrollado en la presente tesis versa sobre la profundización de los mecanismos de acción de catalizadores mesoporosos en la reducción de la toxicidad del tabaco para disponer de bases más sólidas para el diseño de nuevos catalizadores. Recientemente, una de las preocupaciones sociales ha sido el impacto del consumo de tabaco en la salud de los fumadores activos y pasivos. De esta forma, varios debates se centraron en la importancia de eliminar esta práctica. Sin embargo, las medidas tomadas por los distintos gobiernos claramente no han sido suficientes. No pudieron evitar los efectos negativos del tabaco y sin alcanzar los niveles esperados en la reducción del consumo. En este sentido, los procesos de adsorción y catálisis pueden proporcionar una alternativa válida para reducir la toxicidad del humo del tabaco, lo que puede constituir un campo importante para una nueva aplicación en el uso de catalizadores y contribuir a paliar los negativos efectos del consumo de tabaco. En los últimos 15 años y particularmente en los últimos 5, el grupo de investigación de Procesado y Pirólisis de Polímeros ha desarrollado una intensa labor de investigación en el estudio y desarrollo de catalizadores para la reducción de la toxicidad de los humos del tabaco, así como del efecto de determinados catalizadores sobre la nicotina y distintos aditivos. Recientemente se ha adquirido un equipo de EGA (Evolved Gas Analysis) con el que se ha podido desarrollar el presente trabajo que ha permitido un conocimiento más preciso de los compuestos generados en distintas condiciones y atmósferas, aportando una información muy valiosa, que no se puede obtener con los equipos anteriormente utilizados, sobre los procesos que tienen lugar en la pirólisis y combustión del tabaco y el efecto de catalizadores. En primer lugar, se estudió el efecto del catalizador en las distintas variedades de tabaco existente además de la mezcla de tabaco que se utiliza como referencias en experimentos de termogravimetría a una velocidad de calefacción lenta. En este trabajo se observaron diferencias y similitudes entre la descomposición de los tipos de tabaco y el efecto de la adición del catalizador. Se observaron diferencias al añadir el catalizador principalmente en el proceso de combustión a temperaturas elevadas y en el residuo generado en los experimentos en atmósfera inerte. A continuación, para obtener más información sobre la descomposición a velocidades de calefacción lentas, se realizó el mismo tipo de experiencia, pero analizando las distintas fracciones generadas por tramos de temperatura por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. En este caso se observó que el catalizador tiene un mayor efecto de reducción a temperaturas bajas (<300 ºC), y un efecto contrario al aumentar la temperatura. Además, se observó que los efectos de reducción también fueron mayores en atmósfera oxidante. A continuación, se realizó un estudio de la pirólisis “flash” (velocidad de calentamiento elevada) del tabaco a varias temperaturas, así como la influencia de la cantidad de catalizador añadido a su mezcla. En este estudio se obtuvo que, al igual que a velocidad lenta, el efecto del catalizador es mayor a temperaturas bajas y en atmósfera oxidante. Sin embargo, también se obtuvieron reducciones significativas en la pirólisis a 500 ºC en atmósfera oxidante. El efecto del catalizador no es tan relevante en otros casos, provocando incluso un aumento de los compuestos aromáticos y nitrogenados en atmósfera inerte a temperaturas elevadas. Se verificó que a temperaturas bajas la generación de los compuestos más tóxicos es prácticamente nula y estos se ven reducidos por el catalizador. Igualmente, se observó una selectividad específica del catalizador cuando la pirólisis se realiza bajo atmósfera oxidante y a bajas temperaturas de pirólisis, manteniendo la liberación de nicotina y disminuyendo la generación de otros componentes. Se obtuvieron efectos más significativos a medida que aumenta la cantidad de catalizador utilizada. Aunque en los experimentos anteriores se obtuvieron resultados de reducción en la generación de compuestos procedentes de la descomposición de tabaco, estas fueron significativamente menores que las que sistemáticamente se han obtenido por nuestro grupo de investigación en los experimentos de fumado. Por tanto, no se puede concluir que ninguna de las técnicas utilizadas pueda considerarse representativa de lo que el catalizador es capaz de hacer en el proceso de fumado. Todos los experimentos descritos comparten una característica común y diferente a los experimentos de fumado. En todos ellos los volátiles generados son eliminados rápidamente de la zona caliente del sistema y no tienen opción de entrar en contacto con el catalizador, por lo que se están estudiando casi exclusivamente las reacciones primarias. Sin embargo, al fumar un cigarrillo, los volátiles y alquitranes generados en una calada pueden condensar o ser adsorbidos sobre el tabaco y el catalizador (si lo hay), de modo que pueden experimentar posteriores reacciones secundarias. Estos procesos pueden ser mucho más significativos en presencia del catalizador, donde, además, la proporción catalizador/alquitrán condensado puede ser marcadamente mayor que la relación nominal catalizador/tabaco. Por ello, se realizó un estudio del efecto del catalizador en la pirólisis de la materia particulada total (TPM) generada durante el proceso de fumado, con objeto de analizar el efecto del catalizador en las reacciones secundarias de los alquitranes condesados sobre el mismo. Se obtuvo que el catalizador retrasa la descomposición de la TPM a temperaturas más elevadas. Además, se observa una mayor reducción de la nicotina liberada, posiblemente por el mejor contacto entre TPM-catalizador. En este caso también se observa un comportamiento similar a los anteriores, con mayores reducciones al añadir el catalizador a temperaturas bajas y en atmósfera oxidante. Finalmente, se comparan todos los resultados anteriores con los obtenidos en experimentos de fumado, observando que los resultados que más se asemejan son los realizados a temperaturas bajas y en atmósfera oxidante, teniendo en cuenta los resultados de la descomposición de la TPM. Por tanto, se podría afirmar que el catalizador actúa principalmente a temperaturas bajas con presencia de aire y este efecto es combinación de las reacciones principales y secundarias que tiene lugar durante el fumado. / Estudios financiados por el Vicerrectorado de Investigación de la Universidad de Alicante (UAFPU2018- 013), por la Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport (IDIFEDER 2018/009 and PROMETEO2020/093) y por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (CTQ2015-70726/P).

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Esta Tesis Doctoral realizada en el Grupo de Investigación “Residuos, Energía, Medio Ambiente y Nanotecnología (REMAN)” del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Alicante presenta, por un lado, el estudio relacionado con la descomposición térmica de materiales que combinan biomasa y residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE), centrándose en la cinética de descomposición y la formación de contaminantes derivados de este proceso y, por otro lado, diversos estudios de alternativas viables para reducir la formación de contaminantes en los tratamientos térmicos de residuos.