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).