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BIOMASA PEDRO NEL MARTÍNEZ YEPES Ingeniero Químico, M.Sc., Ph.D. Vicerrector de Investigaciones Profesor programa de Química III Simposio de Química Aplicada III Simposio de Química Aplicada Facultad de Ciencias Básicas y Tecnologías Universidad del Quindío Septiembre del 2007

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  • BIOMASA

    PEDRO NEL MARTÍNEZ YEPESIngeniero Químico, M.Sc., Ph.D.Vicerrector de InvestigacionesProfesor programa de Química

    III Simposio de Química AplicadaIII Simposio de Química Aplicada

    Facultad de Ciencias Básicas y Tecnologías

    Universidad del Quindío

    Septiembre del 2007

  • �Desde tiempos antiguos la agricultura, ha sido una fuente de residuos aprovechables.

    �En el caso del cultivo de productos agrícolas locales, para suplir las demandas de los consumidores de una región, los desechos producidos se incorporan fácilmente al suelo producidos se incorporan fácilmente al suelo convirtiéndose a la vez en fertilizante y mejorador edafológico.

  • � Sin embargo, en las últimas décadas, la cosecha, elprocesado, empacado, preservacióny, especialmente, la elaboración de productos cadavez más sofisticados para el mercadoalimenticio, genera tal cantidad de residuos cuyovolumen y características inhiben su incorporación alsuelo sin causar efectos en el ambiente.

    Por otro lado, la explotación indiscriminada de los� Por otro lado, la explotación indiscriminada de lossuelos produce, en función del tiempo, undecrecimiento progresivo de su materia orgánica ypor lo tanto su consecuente deterioro.

  • � los avances tecnológicos en el campo agrícoladerivan en mayores rendimientos de los cultivos porárea de sembrado, lo que produce también unincremento en la generación de este tipo dedesechos.

    � Como contraparte positiva en relación con esteaspecto, se menciona que en la agriculturamoderna, de cosecha principalmente mecánica, amoderna, de cosecha principalmente mecánica, adiferencia de la manual, los desechos son trasladadosjunto con los productos a un mismo lugar.

    � Esto facilita su uso y su eventual transporte a centrosde procesamiento (como es el caso del acopio deproductos frutícolas y hortícolas en las plantas deelaboración de productos enlatados y conservas).

  • �En general los residuos agrícolas incluyen tallos, hojas, ramas, paja y otros.

    �En el caso de los productos agrícolas procesados en forma de enlatados y congelados se tienen valores de desechos sólidos que varían entre un 15% y un 45%.

    �Estos residuos son producido estacionalmente y no son de fácil eliminación por medio de compostaje convencional.

  • �Procesamiento de desechos lignocelulósicos

    que, por constituir materiales de composición

    compleja, rica y variada, ameritan el intento de compleja, rica y variada, ameritan el intento de

    recuperar los productos de mayor valor agregado

    antes de quemar los residuos finales.

  • � Algunas formas de aprovechamiento de estos residuos fueron promovidas por el sector industrial: raciones animales, uso como combustible, empleo como abono orgánico o con fines específicos en la búsqueda de mayores retornos económicos.

    � En los últimos años hay vinculación entre la industria, el Estado y la universidad, para contribuir, mediante el establecimiento de contribuir, mediante el establecimiento de programas, redes y proyectos, a la utilización más racional de residuos biomásicos con fines de obtener productos con mayor valor agregado.

  • �Un residuo es una parte que queda de un todo y que en principio no posee aplicación o valor alguno, pero del que en ocasiones puede obtenerse algún tipo de beneficio. De otra forma, por residuo debe entenderse cualquier sustancia u objeto del cual se desprenda su poseedor o tenga la obligación de desprenderse en virtud de las disposiciones en vigor.desprenderse en virtud de las disposiciones en vigor.

    � Definimos a los residuos como aquellos subproductos generados en las actividades agrícolas, industriales o urbanas, los cuales no tienen empleo posterior alguno y por el contrario, contribuyen a la contaminación ambiental.

  • �Actualmente, ya no se discute sobre el estado físico de

    lo que se desecha y se habla de residuo como todo

    sólido, líquido e incluso gas envasado que se genera

    como una consecuencia no deseada de una actividad.

    �Por su fuente de producción, por el tipo de materiales

    que constituyen los residuos, por las posibilidades de que constituyen los residuos, por las posibilidades de

    tratamiento común o de utilización, en general se suelen

    distinguir los siguientes residuos: urbanos, agrícolas,

    forestales, ganaderos, industriales y mineros.

  • �Los residuos industriales se suelen clasificar a su

    vez en tóxicos y peligrosos, inertes y asimilables

    o urbanos. Los residuos tóxicos y peligrosos, seo urbanos. Los residuos tóxicos y peligrosos, se

    pueden clasificar en

    tóxicos, biológicos, explosivos, corrosivos, oxidan

    tes, inflamantes y radiactivos.

  • �Los problemas y soluciones posibles

    relacionados con el manejo, utilización y vertido

    de residuos son diferentes en los países

    industrializados y en los países en vías de

    desarrollo. No necesariamente porque difieran desarrollo. No necesariamente porque difieran

    mucho en su naturaleza, sino debido a la

    disponibilidad de recursos, tanto físicos como

    humanos, para resolverlos.

  • �Los residuos que producen los artículos de lasactividades agropecuarias (plantas, hortalizas, granos yanimales) y de las industrias que los procesan, seubican en el sector denominado agroindustrial. Estosresiduos se generan en gran volumen, siendo la tasa debiodegradación natural mucho menor que la deproducción, por lo que la acumulación de éstos esobligada. Como resultado de la producciónobligada. Como resultado de la producciónagroindustrial intensiva, la concentración de residuosaumenta, produciéndose una apreciable contaminaciónque, invariablemente, está asociada con efectosnegativos sobre el medio ambiente y sobre la salud.

  • El caféEl café

    �En la actividad agroindustrial se destaca el cafécomo un gran generador de residuos, a partir delmomento en que se empieza a procesar el granode café recién cosechado, se producende café recién cosechado, se producenestos, siendo de diversas clases en todas lasetapas necesarias para lograr la bebida. El granode café que se utiliza para preparar labebida, viene recubierto de varias capas dematerial vegetal que es necesario eliminar.

  • �Además de estos residuos sólidos (aprovechadosgeneralmente como abonos), también se presenta unagran contaminación de los ríos por el material soluble, yen suspensión, que se arrastran en estos efluentes de laactividad agraria. Estos materiales extraídos en estasprimeras etapas, pueden ser fuente de productosvaliosos como pectinas y piensos, pero no seaprovechan.aprovechan.

    �El medio ambiente esta siendo dañado en las épocasde cosechas (una o dos cosechas por año, según elpaís) de las zonas productoras de café.

  • �Después de tener el grano de café seco, se

    procede al tostado y a la extracción de la

    bebida, lo cual se realiza en los países

    importadores del grano de café, aunque también

    en los países productores para su consumo en los países productores para su consumo

    interno, donde el consumo de la bebida de café

    no es tan alto como en los países importadores.

  • �En esta última actividad también produce un

    residuo. Pero, además, este último residuo, al

    cual se le ha extraído la bebida del café, contiene cual se le ha extraído la bebida del café, contiene

    en su estructura interna, un producto de utilidad

    industrial, un aceite vegetal, el cual no se está

    aprovechando.

  • �El café se expende al consumidor en las siguientes formas: café torrefacto, café tostado, café instantáneo, café liofilizado y otras de menor importancia comercial.

    � La bebida de café es el extracto acuoso, obtenido a partir de la percolación del café torrefacto, o tostado, o es la preparación directa de la bebida en el caso del café instantáneo o liofilizado.café instantáneo o liofilizado.

    � Al utilizar el café torrefacto o tostado, queda un residuo sólido que se debe desechar, y por lo general no se le busca ningún beneficio posterior.

    �En el caso del café instantáneo y del liofilizado, este residuo queda en la planta procesadora industrial.

  • �El café tiene importancia comercial desde hace unos dos siglos. Hasta la década de los ochenta era superado solo por el petróleo dentro de los productos del mercado internacional de las materias primas.

    �Sin embargo, los grandes países productores del sur no siguen siendo más que eso, productores.

    Las transformaciones posteriores se realizan todavía �Las transformaciones posteriores se realizan todavía hoy, en los países consumidores del norte, debido, fundamentalmente, a los aranceles que estos aplican para proteger a su industria transformadora.

  • �Aproximadamente el 60 % del café es comprado por multinacionales que lo procesan (es decir, lo tuestan, envasan y liofilizan) y venden directamente a los consumidores.

    �Entre las más importantes y conocidas está Nestlé (comercializa el Nescafé), y otras como Procter & Gamble, Philip Morris, Volkart, Acli International Gamble, Philip Morris, Volkart, Acli International (Cargill), J. Aron (Goldman Sachs).

    �Nestlé, tercera multinacional mundial, controla el mercado del café soluble a escala mundial.

  • �El cultivo del café no finaliza con la recolección ocosecha, sino con la venta del grano, es decir, del cafébien beneficiado.

    � El beneficio es una labor tan importante comocualquiera otra de las que se le hacen al cultivo.Comprende una serie de etapas, que en el caso delproceso húmedo, son los siguientes:

    � a - Recolección y recibo.

    � b - Despulpado.

    � c - Fermentado.

    � d - Lavado y clasificación.

    � e - Secado, empaque y almacenamiento.

  • �Mientras que el café verde crudo sin

    procesar, pero seco, puede ser almacenado por

    un período de tiempo de unos tres años, el café un período de tiempo de unos tres años, el café

    transformado (tostado y molido) tiene un tiempo

    de vida más limitado (aproximadamente un año)

  • �En este sentido, es preferible que las plantas procesadoras estén lo más cerca posible del mercado del consumidor.

    �Aunque las nuevas facilidades de transporte, a nivel mundial, empiezan a modificar esta situación, además mundial, empiezan a modificar esta situación, además de las presiones políticas derivadas del mercado globalizado.

  • �Las etapas para obtener el café tostado son: mezclado, tostado, molienda y envasado. Esta última se obvia cuando se utiliza en el proceso de café instantáneo.

    �El café tostado se carga en columnas, llamadas percoladoras, a través de las cuales se bombea agua caliente y se obtiene el extracto de café concentrado.caliente y se obtiene el extracto de café concentrado.

    �Este proceso se hace a nivel domestico, comercial e industrial, solo varía el tamaño del equipo.

    �En la industria, este extracto soluble es secado por spray o liofilizado, y el producto final pulverizado es envasado por lo general en recipientes de vidrio.

  • �El manejo del grano de café desde que es

    recolectado en la plantación hasta llegar al

    consumidor final genera materiales de desecho consumidor final genera materiales de desecho

    que representan el 94,2 % del peso del grano.

  • PROCESO PERDIDA (g)

    MATERIAL DE DESECHO

    Despulpado 394 Pulpa fresca Fermentación 216 Mucílago Trilla 35 Cascarilla Secado 171 Agua Secado 171 Agua Tostación 22 Cafeína y sustancias volátiles Preparación de la bebida 104 Borra Pérdida acumulada 942

  • �LIGNOCELULOSA

    �Los productos vegetales están compuestos de

    celulosa y lignina, en forma mayoritaria, los otros

    compuestos son compuestos son

    almidón, azúcar, proteínas, aceites, resinas, etc.

  • �Hay desarrollo de procesos para la producción de fenoles y fenoles modificados a partir de la fracción de lignina que integra la biomasa (materia prima para elaboración de polímeros), para luego emplear los restantes componentes básicos (celulosas y hemicelulosas) en la elaboración de bioetanol.

    �Los fenoles y fenoles modificados de origen �Los fenoles y fenoles modificados de origen natural se emplean como monómeros en la obtención de polímeros,

    �Y además, todo este esquema de valorización emplea como materia prima desechos agroindustriales, con lo cual contribuye a disminuir el impacto ambientad provocado por los mismos.

  • La producción industrialLa producción industrial

    �Maderas: celulosa (papel y cartón), y lignina

    como combustible.

    �Bagazo de caña de azúcar: celulosa (papel y �Bagazo de caña de azúcar: celulosa (papel y

    cartón), y lignina como combustible.

    �Café: bebida y se pierde el resto de la biomasa.

    �Plátano: Arroz: se consume el grano y se pierde

    el resto de la biomasa.

  • �Frutas: se consume el fruto y se pierde el resto

    de la biomasa.

    �Hortalizas: se consume el fruto y se pierde el

    resto de la biomasa.

    Semillas: en la industria de aceites �Semillas: en la industria de aceites

    comestibles, se obtiene aceite y la torta se

    emplea para elaborar concentrados para

    animales.

  • Procesos QuímicosProcesos Químicos

    � Celulosa: para papel, cartón, rayon viscosa,

    CMC, acetato de celulosa, hidrólisis ácida para

    obtener azúcares y este por fermentación da el obtener azúcares y este por fermentación da el

    bioetanol.

    �Lignina: como combustible, resina fenol-

    formaldehido-lignina, y bajo potencial eléctrico se

    puede transformar en nuevas sustancias

    químicas como la vahinillina.

  • BiotecnologíaBiotecnología

    �Celulosa: hidrólisis enzimatica para obtener

    azúcares y este por fermentación da el bioetanol.

    �Lignina: la consumen hongos macromicetos para �Lignina: la consumen hongos macromicetos para

    obtener setas comestibles, y el sustracto residual

    contiene sustancial con alto potencial como

    productos farmacéuticos (como el beta-glucan).