Aquesta investigació ofereix un enfocament multidisciplinari, des d’un punt de vista ambiental,
social, econòmic i tecnològic, per a estudiar nous usos de la biomassa forestal utilitzant
diferents metodologies, com són els grups de discussió, l’anàlisi del cicle de vida i experimental
en una planta pilot de piròlisi.
En primer lloc, es realitza una avaluació integrada per mitjà de grups de discussió per a
identificar les barreres polítiques, socials i ambientals que han impedit que els sistemes
integrats de biomassa forestal hagin continuat desenvolupant‐se en el context mediterrani. Els
resultats mostren que, tot i les grans oportunitats i apostes per aquests sistemes, és necessari
considerar factors socioecològics específics, com ara els règims de propietat, la baixa
productivitat dels boscos mediterranis, la feble capacitat institucional, logística i dificultats
d'abastament i la falta de rendibilitat econòmica dels productes forestals, si la biomassa
forestal ha de contribuir decisivament a la producció de fonts d'energia renovables a Europa.
En segon lloc, es duu a terme una anàlisi del cicle de vida d'una planta de gasificació de
biomassa forestal i de fusta de post‐consum. Aquest estudi mostra que la biomassa forestal
necessita majors requeriments d'energia, degut principalment a una fase d'assecatge
addicional que necessita per complir amb els requeriments d’entrada de la gasificació.
Finalment, els aspectes tecnològics s’analitzen estudiant la piròlisi de la biomassa. Primer,
s’aplica el model d'activació d’energies distribuïdes (DAEM) a la desvolatilització de la
biomassa i els seus components. Posteriorment, s’estudia la piròlisi d’estelles de biomassa
forestal en una planta pilot amb un reactor de cargol sense fi (10 kg/h) per a estudiar les
condicions òptimes d'operació (temperatura de reacció, temps de residència de sòlids i flux
màssic) i per a determinar les propietats fisicoquímiques dels productes obtinguts. Els
resultats mostren que es pot aconseguir una piròlisi completa de les estelles de biomassa en
aquest tipus de reactor i que el major rendiment per a la producció de líquid (59%) i les
millors propietats dels productes s’obtenen en la temperatura més baixa estudiada (773 K) i
aplicant temps de residència de sòlids de més de 2 minuts. La caracterització química del biooil
mitjançant GC/MS mostra que els compostos més abundants són compostos polars volàtils,
fenols i benzenediols. Es poden observar molt poques diferències en les propietats físiques de
les diferents mostres de bio‐oil, el qual és similar al bio‐oil obtinguts en reactors semblants. Els
balanços d'energia del procés de piròlisi de la planta pilot i d’una planta escalada (1500 kg/h)
mostren que es necessita una unitat d'assecatge i una cambra de combustió de carbó si la
piròlisi s’ha de realitzar en una planta mòbil, tot i que el procés és autosuficient
energèticament quan el contingut d'humitat de la biomassa és inferior al 6%. L'anàlisi
econòmica demostra que els costos totals de producció de biocombustible a la planta pilot
escalada se situen entre 269 i 289 €/m3, depenent del cost de la biomassa (40‐50 €/tona). El
punt d'equilibri de la planta de piròlisi és de 116 €/barril quan la biomassa es compra a 50
€/tona i 108 €/barril quan el cost de la biomassa és de 40 €/tona. A llarg termini, el bio‐oil
ofereix un gran potencial com a vector energètic i en el futur escenari d’una biorefineria, un
nou enfocament que s'estudia a través de la dissolució de la fusta en líquids iònics mitjançant
microones.
En conjunt, aquests nous usos representen una gran oportunitat per al sector forestal en el
context mediterrani, ja que ofereixen productes d’alt valor afegit com és el bio‐oil. El bio‐oil és
un vector energètic, tan versàtil com el petroli, i que pot ser la base per a una nova generació
de biocombustibles de segona generació i, alhora, matèria primera per a biorefineries. A més,
aquesta tesi també està relacionada amb la sostenibilitat social, suggerint accions i propostes
associades amb el desenvolupament local i l’economia en xarxa i facilitant la presa de
decisions, cosa que ajuda a fer un pas endavant cap a un coneixement global i integral de la
sostenibilitat. / This research offers a multidisciplinary approach, from the environmental, social, economic
and technological standpoint, to study different novel uses of forest biomass using different
methodologies such as IA‐Focus Groups, Life Cycle Assessment and experimental in a pyrolysis
pilot plant.
First, an integrated assessment of forest biomass systems by focus groups methodology is
carried out to identify what political, social and environmental barriers have prevented
integrated forest biomass systems to be further developed in the Mediterranean context.
Results show that while the opportunities and stakes are high, specific socio‐ecologic factors,
such as property regimes, low productivity of Mediterranean forests, weak institutional
capacity, logistics and supply difficulties and the lack of economic profitability of forest
products, need to be taken into account if forest biomass is to contribute decisively to securing
renewable sources of energy in Europe, integrating landscape planning with resource policies
or mitigating climate change.
Second, a life cycle assessment of a gasification plant using forest biomass and post‐consumer
wood is performed. This study shows that forest biomass needs higher energy requirements
due to mainly an additional drying stage in order to comply with the gasification demands.
Finally, technological aspects are investigated by studying biomass pyrolysis. An application of
the Distributed Activation Energy Model (DAEM) to biomass and biomass constituents’
devolatilisation is performed to study the thermal decomposition of biomass. Next, pine
woodchips pyrolysis is carried out in an auger reactor pilot plant (10 kg/h) to study the
optimal operation conditions (reaction temperature, solid residence time and mass flow rate)
and to characterize the properties of the products obtained. Results show that complete
woodchip pyrolysis can be achieved in the auger reactor and the greatest yields for liquid
production (59%) and optimum product characterisation are obtained at the lowest
temperature studied (773 K) applying solid residence times longer than 2 minutes. Bio‐oil
GC/MS characterisation shows that the most abundant compounds are volatile polar
compounds, phenols and benzenediols. Very few differences can be observed in the physical
properties of the bio‐oil samples regardless of the operating conditions, and these properties
are similar to bio‐oil obtained in other auger reactors. Energy balances of the pyrolysis process
in the pilot plant and in a scaled up auger reactor mobile plant (1500 kg/h) show that a drying
unit and a char combustor are needed if the pyrolysis has to be performed in a mobile plant,
even though the process is energy‐independent when moisture content is lower than 6%. The
economic assessment shows that total costs of producing bio‐oil in the scaled‐up pilot plant is
between 269 and 289 €/m3 depending on the biomass cost (40‐50€/ton). The break‐even
point of the pyrolysis plant is 116 €/barrel when the biomass is purchased at 50 €/ton and
108 €/barrel when the biomass cost is 40 €/ton. In the long term, bio‐oil offers great potential
as an energy vector and in a biorefinery scenario, a novel approach that is studied by
performing microwave‐assisted dissolution of wood in ionic liquids.
On the whole, these novel uses offer great opportunity for the Mediterranean forestry sector,
since they offer value‐added products such as bio‐oil. Bio‐oil represents a new energy carrier,
which is as versatile as oil and which may be the basis for a new generation of secondgeneration
biofuels and, in turn, raw material for biorefineries. This dissertation is also related
to social sustainability by suggesting actions and proposals related to local development and
the network economy, as well as facilitating decision‐making processes, which help to make a
step forward to a global and integral knowledge of sustainability.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/48708 |
| Date | 20 September 2010 |
| Creators | Puy Marimon, Neus |
| Contributors | Bartrolí i Molins, Jordi, Murillo Villuendas, Ramón, Rieradevall, Joan, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biologia Molecular |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 218 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0107 seconds