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An�lisis de las principales tecnolog�as para el aprovechamiento de los residuos madereros

 

Analysis of the main technologies for the use of wood waste

 

An�lise das principais tecnologias de aproveitamento de res�duos de madeira

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: agi2017107@uea.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 17 de mayo de 2024 *Aceptado: 16 de junio de 2024 * Publicado: �03 de julio de 2024

 

        I.            Universidad Estatal Amaz�nica, Pastaza, Puyo, Ecuador.

      II.            Universidad Estatal Amaz�nica, Pastaza, Puyo, Ecuador.

   III.            Universidad Estatal Amaz�nica, Pastaza, Puyo, Ecuador.

   IV.            Universidad Estatal Amaz�nica, Pastaza, Puyo, Ecuador.

 

Resumen

La madera es un recurso renovable con propiedades destacadas, pero su creciente uso genera grandes cantidades de residuos, requiriendo soluciones sostenibles. El objetivo del presente trabajo fue identificar las principales tecnolog�as para aprovechar los residuos madereros. La revisi�n bibliogr�fica se realiz� mediante la metodolog�a PRISMA. La trituraci�n permite obtener part�culas de tama�o homog�neo, desde 1600 mm hasta 0 mm, adecuadas para aplicaciones industriales. La paletizaci�n mejora las propiedades de los residuos, alcanzando densidades de hasta 780 kg/m� y poderes calor�ficos de 19507 kJ/kg. La torrefacci�n produce biocarbones con valores energ�ticos de hasta 29,7 MJ/kg y un 52% de carbono fijo. La pir�lisis genera biochar (25-35%), bio-aceite (37-44%) y gas no condensable (25-34%). La gasificaci�n produce gas de s�ntesis con rendimientos de hasta 86,14% de conversi�n de carbono y 0,94 m�/kg de gas. La hidr�lisis enzim�tica permite obtener hasta 51 g/L de bioetanol con una conversi�n del 91% de celulosa a etanol. El compostaje enriquece nutrientes como el nitr�geno (2,45%), y la digesti�n anaer�bica incrementa la producci�n de metano en un 75,8%. Los residuos madereros se pueden triturar, compactar, gasificar, pirolizar para obtener energ�a, hidrolizar y fermentar para producir bioetanol, y compostar y digerir anaer�bicamente para generar compost y biog�s.

Palabras clave: Compostaje; Biocombustible; Gasificaci�n; Pirolisis.

 

Abstract

Wood is a renewable resource with outstanding properties, but its increasing use generates large amounts of waste, requiring sustainable solutions. The objective of this work was to identify the main technologies to take advantage of wood waste. The literature review was carried out using the PRISMA methodology. Crushing makes it possible to obtain particles of homogeneous size, from 1600 mm to 0 mm, suitable for industrial applications. Palletizing improves the properties of the waste, reaching densities of up to 780 kg/m� and calorific values ​​of 19,507 kJ/kg. Torrefaction produces biochars with energy values ​​of up to 29.7 MJ/kg and 52% fixed carbon. Pyrolysis generates biochar (25-35%), bio-oil (37-44%) and non-condensable gas (25-34%). Gasification produces synthesis gas with yields of up to 86.14% carbon conversion and 0.94 m�/kg of gas. Enzymatic hydrolysis allows obtaining up to 51 g/L of bioethanol with a conversion of 91% of cellulose to ethanol. Composting enriches nutrients such as nitrogen (2.45%), and anaerobic digestion increases methane production by 75.8%. Wood waste can be shredded, compacted, gasified, pyrolyzed for energy, hydrolyzed and fermented to produce bioethanol, and composted and anaerobically digested to generate compost and biogas.

Keywords: Composting; Biofuel; Gasification; Pyrolysis.

 

Resumo

A madeira � um recurso renov�vel com excelentes propriedades, mas a sua crescente utiliza��o gera grandes quantidades de res�duos, exigindo solu��es sustent�veis. O objetivo deste trabalho foi identificar as principais tecnologias para aproveitar os res�duos de madeira. A revis�o da literatura foi realizada atrav�s da metodologia PRISMA. A britagem permite obter part�culas de tamanho homog�neo, de 1600 mm a 0 mm, adequadas para aplica��es industriais. A paletiza��o melhora as propriedades dos res�duos, atingindo densidades at� 780 kg/m� e um poder calor�fico de 19.507 kJ/kg. A Torrefaction produz biochars com valores energ�ticos at� 29,7 MJ/kg e 52% de carbono fixo. A pir�lise gera biocarv�o (25-35%), bio-�leo (37-44%) e g�s n�o condens�vel (25-34%). A gaseifica��o produz g�s de s�ntese com rendimentos at� 86,14% de convers�o de carbono e 0,94 m�/kg de g�s. A hidr�lise enzim�tica permite obter at� 51 g/L de bioetanol com uma convers�o de 91% de celulose em etanol. A compostagem enriquece nutrientes como o azoto (2,45%) e a digest�o anaer�bia aumenta a produ��o de metano em 75,8%. Os res�duos de madeira podem ser triturados, compactados, gaseificados, pirolisados ​​para energia, hidrolisados ​​e fermentados para produzir bioetanol, e compostados e digeridos anaerobicamente para gerar composto e biog�s.

Palavras-chave: Compostagem; Biocombust�vel; Gaseifica��o; Pir�lise.

 

Introducci�n

La madera es un material de origen natural con propiedades mec�nicas y t�rmicas destacadas, adem�s de ser renovable y biodegradable. Comparado con productos elaborados a partir de materiales inorg�nicos o f�siles, los materiales de madera presentan un impacto ambiental significativamente menor durante las fases de producci�n y eliminaci�n (Maier, 2023). Este recurso natural posee propiedades f�sicas y qu�micas espec�ficas que lo hacen ideal para diversas aplicaciones, incluyendo la construcci�n, muebles, embalaje y producci�n de energ�a (Cede�o Valdiviezo, 2013). La FAO (2022) prev� que el consumo de productos primarios procesados de madera, como madera aserrada, chapa/contrachapado, tableros de part�culas/fibra y pulpa de madera, alcanzar� los 3.100 millones de metros c�bicos de equivalentes de madera en rollo para el a�o 2050.

En consecuencia, el creciente consumo de madera y materiales derivados est� generando grandes cantidades de residuos, lo que plantea serias preocupaciones en t�rminos de sostenibilidad ambiental (Hasan et al., 2022). Los residuos de madera se definen como materiales que han sido utilizados y luego desechados por los usuarios, as� como los desechos generados durante el procesamiento primario de la madera, como el aserr�n (Cetiner & Shea, 2018). Seg�n Besserer et al. (2021) estimaron que la cantidad de residuos de madera alcanz� aproximadamente 33,2 millones de toneladas en 2007, con variaciones significativas entre pa�ses, alrededor de 55-60 kg/habitante/a�o en los pa�ses del Este y del Sur, aproximadamente 75 kg/habitante/a�o en los pa�ses occidentales, y hasta 110 kg/habitante/a�o en los pa�ses del Norte.

De acuerdo con Pandey (2022), casi la mitad del volumen de cada metro c�bico de madera extra�da del bosque se desperdicia, con residuos compuestos por troncos desechados (3,75%), tocones (10%), copas y ramas (33,75%) y recortes de tope (2,5%). Estos residuos en vertederos presentan serios desaf�os ambientales, ya que su descomposici�n puede generar metano y lixiviados t�xicos que contaminan tanto el agua como el suelo (Maier, 2021). La eliminaci�n de la cubierta forestal para la obtenci�n de madera a trav�s de la tala ha ocasionado la reducci�n o desaparici�n de numerosas especies de flora y fauna, y ha forzado a la fauna silvestre a migrar de �reas deforestadas a zonas con vegetaci�n intacta (Adeola Fuwape, 2003).

Actualmente, para implementar pol�ticas clim�ticas y energ�ticas que sean social y ambientalmente sostenibles, la investigaci�n sobre la biomasa de madera residual se enfoca en aumentar su conversi�n en productos de valor agregado (Vitolina et al., 2022). La celulosa, hemicelulosa y lignina presente en los residuos de madera se aprovechan ampliamente en diversas industrias. Estos componentes se utilizan en procesos como la pir�lisis, gasificaci�n, la fabricaci�n de pellets y producci�n de compost (Ferrari et al., 2022). Autores como Girods et al. (2008), utilizan la pir�lisis de residuos maderero a baja temperatura (523-573 K) en un reactor experimental. Mientras Zambrano et al. (2013), elaboran tableros aglomerados con densidad de 767 kgm-3 a partir de residuos de la madera de Pinus patula. Finalmente, Ayala-Mendivil y Sandoval (2018), emplean la combusti�n directa para convertir la energ�a qu�mica almacenada en la biomasa (humedad menor a 50%) en calor, energ�a mec�nica o electricidad.

Atendiendo las premisas anteriores el objetivo del presente trabajo fue identificar las principales tecnolog�as para aprovechar los residuos madereros.

 

Metodolog�a

La revisi�n bibliogr�fica se realiza en dos etapas. Primero, se lleva a cabo una b�squeda exhaustiva en m�ltiples bases de datos cient�ficas, utilizando palabras clave espec�ficas y operadores booleanos ("AND", "OR", "NOT") para refinar los resultados. Luego, se procede al filtrado y eliminaci�n de art�culos irrelevantes. Estas etapas siguen la metodolog�a PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), descrita por Urr�tia y Bonfill (2010), que comprende cuatro fases esenciales: identificaci�n, selecci�n, evaluaci�n de elegibilidad e inclusi�n de estudios relevantes.

 

Recuperaci�n de la informaci�n

La metodolog�a PRISMA se inicia con la etapa de identificaci�n (Page et al., 2021). Durante este paso se realiz� una b�squeda en repositorios de investigaciones como ScienceDirect, Google Acad�mico, SciELO y MDPI journals. Se emplean descriptores l�gicos espec�ficos para la b�squeda, adaptados al contexto de los residuos de madera y sus aplicaciones. En espa�ol, se utilizan t�rminos como �residuos de madera�, �bioenerg�a� y �biocombustibles�, mientras que en ingl�s se utilizan t�rminos como �wood waste�, �bioenergy�, �biofuels� y �thermal conversion�.

La recopilaci�n se inici� a principios de abril de 2024, resultando en un n�mero significativo de art�culos. Despu�s de aplicar los filtros seg�n el enfoque PRISMA, se procesaron 268 documentos (Figura 1). Durante la etapa de selecci�n se descartaron aquellos documentos que carec�an de autor identificable, as� como art�culos y libros no relacionados directamente con el tema. Se establecieron criterios de inclusi�n basados en la relevancia del art�culo para el tema de los residuos de madera con relaci�n a su uso energ�tico, excluy�ndose aquellos fuera del rango de publicaci�n entre 2003 y 2024. Este proceso result� en una reducci�n de 83 art�culos, quedando una base de 185 art�culos.

 

 

 

 

 

Figura 1: Metodolog�a PRISMA aplicada al estudio

 

En la tercera fase del proceso PRISMA, dedicada a la verificaci�n de la elegibilidad de los documentos, se evaluaron meticulosamente 185 art�culos previamente seleccionados para el estudio de residuos de madera. Este proceso incluye un an�lisis detallado de t�tulos y res�menes para determinar la relevancia de cada art�culo en relaci�n con aspectos clave como el aumento del aprovechamiento de biocombustibles y de manera org�nica. Se eliminaron los documentos duplicados para asegurar la diversidad de fuentes y se descartaron aquellos trabajos que no se alineaban directamente con el objetivo del estudio, como aquellos que no se centraban en los efectos espec�ficos de ciertos tratamientos de residuos de madera. Tras este riguroso proceso de selecci�n y eliminaci�n se obtuvo 110 art�culos que cumpl�an con todos los criterios de relevancia, actualidad y calidad metodol�gica.

En la �ltima etapa de la metodolog�a PRISMA, se eliminaron 14 documentos, manteniendo una base de datos de 61 art�culos. Este an�lisis profundo de cada art�culo permiti� construir un entendimiento detallado y matizado de la tem�tica. Se identificaron tendencias emergentes y patrones, ofreciendo una visi�n completa del estado actual de la investigaci�n sobre residuos de madera. A partir de estos hallazgos, se generaron discusiones informadas que no solo reflejaron el conocimiento existente, sino que tambi�n se�alaron �reas de incertidumbre y oportunidades para investigaciones futuras.

Adem�s, la informaci�n recopilada se organiz� en cuatro categor�as principales para facilitar el an�lisis y la discusi�n: M�todos F�sicos, Procesos Termoqu�micos, Producci�n de Biocombustibles y M�todos Biol�gicos. Esta organizaci�n permiti� una revisi�n estructurada y detallada de los distintos enfoques utilizados en el tratamiento de residuos de madera, proporcionando una visi�n integral de las metodolog�as y tecnolog�as disponibles.

 

Resultados y discusi�n

An�lisis del comportamiento de los art�culos

La revisi�n de la literatura sobre el aprovechamiento de residuos madereros muestra una tendencia interesante en la producci�n cient�fica a lo largo de los a�os (Figura 2). El a�o 2022 destaca con 13 publicaciones, seguido por 2021 con 8 y 2018 con 9. En 2016 se reportan 6 art�culos, mientras que 2019 y 2020 presentan 4 y 3 publicaciones respectivamente. Desde el a�o 2017, con 2 art�culos, se observa un incremento notable en el inter�s investigativo. Entre 2010 y 2015, la producci�n cient�fica var�a de 0 a 3 art�culos anuales, siendo 2010 el a�o con mayor n�mero de publicaciones (3) en este periodo. En los primeros a�os del estudio, 2003 a 2009, se registra un n�mero relativamente bajo de publicaciones, con 1 o 2 art�culos por a�o, y algunos a�os sin publicaciones (2005 y 2007).

 

Figura 2: Comportamiento en el tiempo de los art�culos seleccionados.

 

El incremento significativo en el n�mero de publicaciones durante 2022 puede atribuirse a varios factores. Primero, la creciente conciencia sobre la sostenibilidad y el impacto ambiental ha motivado a la comunidad cient�fica a investigar m�todos innovadores para el aprovechamiento de residuos madereros. Segundo, los avances tecnol�gicos han facilitado la conversi�n eficiente de estos residuos en productos valiosos, lo que ha abierto nuevas �reas de estudio e investigaci�n.

 

Residuos madereros

De acuerdo con Mehmood et al. (2010), la clasificaci�n de residuos de madera abarca una variedad de categor�as, incluyendo residuos primarios y secundarios como aserr�n, virutas de madera y recortes de madera (Figura 3). En los residuos s�lidos urbanos, se encuentran la madera de construcci�n y demolici�n, pal�s, embalajes, muebles y residuos de bosques urbanos (Teacă et al., 2023). Los residuos de procesos industriales comprenden recortes de madera, desechos de carpinter�a, productos de madera manufacturados como tableros y contrachapados, y residuos de tratamiento de madera, que incluyen madera tratada con conservantes.

 

Figura 3: Clasificaci�n de los residuos madereros.

Fuente: Adaptado de Mehmood et al. (2010)

 

M�todos F�sicos

Trituraci�n

La trituraci�n en conjunto con el tamizado son t�cnicas b�sicas que permiten reducir el tama�o de los residuos madereros, facilitando su manejo y procesamiento posterior. La trituraci�n convierte los residuos en part�culas m�s peque�as que pueden ser tamizadas para obtener fracciones de tama�o homog�neo adecuadas para diversas aplicaciones industriales (Cano-Estrella et al., 2022).

La revisi�n bibliogr�fica permiti� identificar estudios como el Beltr�n Mart�nez (2011) que se centran en el pretratamiento de molienda de biomasa de astillas de chopo (g�nero Populus), utilizando un molino de martillos bajo diferentes condiciones operativas para estudiar la influencia de estas condiciones en la granulometr�a del producto final. Mientras Villacis Pila (2018), se enfocan en la modelaci�n matem�tica del proceso de molienda de la biomasa del Pig�e (Piptocoma discolor) con fines energ�ticos en la Provincia de Pastaza. Utiliza un molino de cuchillas artesanal para reducir el tama�o de astillas de diferentes tama�os (3 cm, 5 cm y 8 cm) y determina la eficiencia del proceso y el tama�o de part�cula resultante mediante tamizado vibratorio. Por ultimo Sisniega Maza (2021), analizan la reducci�n de tama�o de diferentes biomasas residuales, entre ellas el serr�n, utilizando un molino de bolas planetario con el objetivo de evaluar variables operativas como el tiempo de molienda, la velocidad de giro, el intervalo y tiempo de pausa, y la inversi�n del sentido de giro afectan la distribuci�n granulom�trica del material molido.

 

Tabla 1: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la trituraci�n

 

Comparando los estudios de Beltr�n Mart�nez (2011), Villacis Pila (2018), y Sisniega Maza (2021), se observan diferencias significativas en la elecci�n del tipo de molino y las condiciones operativas empleadas para residuos madereros. Beltr�n Mart�nez (2011) utiliz� un molino de martillos, el cual es adecuado para la molienda gruesa de astillas de chopo. Con un rango de revoluciones de 2000 a 3000 rpm y variaciones de humedad entre 10 % y 28 %, este molino demostr� ser vers�til y capaz de manejar diferentes condiciones de operaci�n. Sin embargo, aunque ofrece flexibilidad, la precisi�n en la granulometr�a puede ser limitada, haciendo este m�todo menos adecuado para aplicaciones que requieren tama�os de part�cula muy espec�ficos y uniformes. Por ejemplo, la reducci�n a mallas de 1, 2 y 5 mm puede no ser suficiente para aplicaciones avanzadas en biocombustibles que requieren part�culas m�s finas. El molino de martillos es vers�til y adecuado para molienda gruesa, pero puede carecer de precisi�n en granulometr�as finas.

Por otro lado, Villacis Pila (2018), emplearon un molino de cuchillas para procesar astillas de Pig�e, operando a una velocidad constante de 3800 rpm y una humedad fija del 12 %. Este m�todo optimiza la eficiencia de la reducci�n de tama�o utilizando mallas que var�an desde 3000 mm hasta 75 mm. La especificidad y consistencia en las condiciones operativas reflejan un enfoque m�s controlado, adecuado para aplicaciones que requieren una granulometr�a intermedia y homog�nea. Sin embargo, el molino de cuchillas puede no ser el mejor para materiales muy duros o para alcanzar granulometr�as ultrafinas. El molino de cuchillas es efectivo para tama�os intermedios y ofrece un control m�s preciso, pero puede no manejar bien materiales muy duros.

Sisniega Maza (2021), utilizaron un molino de bolas planetario para el serr�n, operando a 400 rpm durante 10 minutos con pausas de 60 segundos cada 30 segundos de operaci�n. Este enfoque permiti� una reducci�n de tama�o del 94.35 %, utilizando mallas que var�an desde 1600 mm hasta 0 mm. Las condiciones operativas precisas y controladas del molino de bolas planetario permiten lograr una molienda fina y ultrafina, ideal para aplicaciones que requieren granulometr�as muy finas y homog�neas, como la producci�n de biocombustibles de alta eficiencia. Sin embargo, el proceso es m�s complejo y puede requerir m�s tiempo y recursos, lo cual podr�a no ser pr�ctico para todas las operaciones. El molino de bolas planetario proporciona la mayor precisi�n y es ideal para granulometr�as muy finas, aunque su complejidad y requerimientos operativos pueden ser desventajosos.

 

Paletizaci�n

Este proceso consiste en la compactaci�n de residuos madereros en peque�os cilindros o pellets, que pueden ser utilizados como biocombustible. La paletizaci�n mejora las propiedades de almacenamiento y transporte del material, adem�s de incrementar su densidad energ�tica (Gonz�lez Hassig et al., 2014).

Autores como Gait�n-�lvarez y Moya (2016), estudiaron la paletizaci�n de aserr�n de Gmelina arborea y Dipteryx panamensis, con el objetivo de mejorar las propiedades energ�ticas de la biomasa. Se evaluaron las propiedades f�sicas, el valor calor�fico, la densidad y la resistencia a la compresi�n de los pellets fabricados con biomasa torrefaccionada a 200 �C durante 0, 15 y 20 minutos. Mientras Casanova Treto et al. (2017), analizaron la paletizaci�n de aserr�n residual producto del aprovechamiento de madera de las especies Pil�n (Hyeronima alchorneoides) y Eucalipto (Eucalyptus spp). En cambio, Tenorio-Monge et al. (2016). evaluaron el potencial de fabricaci�n de pellets utilizando residuos forestales de Cupressus lusitanica y Tectona grandis en Costa Rica. Por ultimo Arpi Trujillo y Calder�n Toral (2010), analizaron la producci�n de pellets a partir de residuos de madera. Examinaron las propiedades t�rmicas y fisicoqu�micas de pellets producidos con diferentes residuos madereros.

 

Tabla 2: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la paletizaci�n

 

Gait�n-�lvarez y Moya (2016), encontraron que la paletizaci�n de la biomasa torrefaccionada a 200 �C durante 15 y 20 minutos aument� significativamente el valor calor�fico de los pellets de 9,749 kJ�kg-1 a 18,126 kJ�kg-1, con los pellets de Dipteryx panamensis mostrando una mayor densidad (hasta 780 kg/m�) y resistencia a la compresi�n (90.43 a 224.39 N) en comparaci�n con los de Gmelina arborea. Estos resultados presentan diferencias significativas con los obtenidos por Arpi Trujillo y Calder�n Toral (2010), mostraron un poder calor�fico de 19507.631 kj/kg debido al 5% de humedad de los pellets. Sin embargo, mientras que Gait�n-�lvarez y Moya (2016) destacaron la relaci�n positiva entre la densidad de los pellets y su resistencia a la compresi�n, Casanova Treto et al. (2017) observaron que el calor espec�fico disminuye con el aumento de la densidad aparente, lo cual podr�a limitar la eficiencia energ�tica a largo plazo. Este contraste muestra que, aunque la densidad y la resistencia a la compresi�n son importantes, otros factores como el calor espec�fico tambi�n deben ser considerados al evaluar la calidad de los pellets. Aplicaciones como la calefacci�n dom�stica y la generaci�n de energ�a en plantas industriales pueden beneficiarse de pellets con alta densidad y poder calor�fico, pero es esencial equilibrar estas propiedades con la eficiencia t�rmica general.

Tenorio-Monge et al. (2016) y Casanova Treto et al. (2017) presentan estudios sobre pellets de madera con resultados diferentes en eficiencia y propiedades fisicoqu�micas. Casanova Treto et al. (2017) reportan una baja eficiencia en el proceso de paletizado para Cupressus lusitanica (25%) y Tectona grandis (20%). Los pellets de C. lusitanica mostraron mayor densidad y resistencia mec�nica, pero menor durabilidad, mientras que los de T. grandis presentaron m�s fisuras y menor poder calor�fico (15261,19 kJ/kg frente a 16807,20 kJ/kg para C. lusitanica). Por otro lado, Casanova Treto et al. (2017) evalu� pellets de Hyeronima alchorneoides y Eucalyptus spp., encontrando un poder calor�fico superior (18907-18960 kJ/kg), conductividad t�rmica entre 0,253 W/m�K y 0,279 W/m�K, y un contenido de cenizas de 1,31%. Aunque ambos autores concuerdan en la importancia de las propiedades mec�nicas y calor�ficas, Casanova Treto et al. (2017), presentan resultados m�s prometedores debido a diferencias en las condiciones de densificaci�n y materiales utilizados. Optimizar el proceso de paletizado seg�n los hallazgos de ambos estudios podr�a mejorar la eficiencia y las caracter�sticas de los pellets, crucial para aplicaciones industriales y de calefacci�n sostenible.

 

Procesos termoqu�micos

Torrefacci�n

La torrefacci�n implica la descomposici�n t�rmica de la biomasa org�nica en un entorno de atm�sfera inerte o de nitr�geno, a presiones elevadas y temperaturas que oscilan entre 200 y 300 �C, durante un tiempo variable seg�n el tipo de biomasa (Sankaran et al., 2018). Este proceso optimiza las caracter�sticas del material haci�ndolo apto como combustible directo disminuye su contenido de humedad, aumenta su densidad energ�tica, reduce la relaci�n O/C, eleva su poder calor�fico y mejora tanto la inflamabilidad como la reactividad del combustible resultante (Prins et al., 2006).

Autores como Mokrzycki et al. (2020), investigan el uso de residuos de madera de aliso negro como materia prima para la producci�n de biocarb�n mediante pir�lisis y torrefacci�n. Se analizan los valores cal�ricos (HHV), la composici�n qu�mica, y las propiedades f�sicas de los biocarbones obtenidos bajo diversas condiciones operativas (250, 300, 400, 500, 600 y 800 �C). mientras (Wang et al., 2020), analizan el proceso de torrefacci�n de paneles de madera de desecho (pino, abeto, roble). Este estudio se enfoca en tres tipos espec�ficos de: madera contrachapada, tablero de fibra y tablero de part�culas.

Por otro lado, Cahyanti et al. (2021), presentan un estudio comparativo sobre la torrefacci�n de residuos agr�colas y de madera, destacando las propiedades como combustible de la biomasa torrefactada. La torrefacci�n, un tratamiento t�rmico a temperaturas entre 200 y 300 �C en un ambiente inerte, es analizada en t�rminos de sus efectos sobre la composici�n qu�mica, el contenido energ�tico, la interacci�n con la humedad, y el comportamiento de fusi�n de la ceniza de la biomasa. Finalmente, Alizadeh et al. (2022), investigan la torrefacci�n y densificaci�n de residuos de aserr�n de diversas maderas blandas y duras. para mejorar sus propiedades como fuente de bioenerg�a. El proceso implica el uso de un reactor de lecho fijo con temperaturas variables, seguido de la adici�n de un aglutinante para fortalecer los pellets producidos.

 

Tabla 3: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la torrefacci�n

 

El autor Mokrzycki et al. (2020) y Wang et al. (2020) concuerdan en que las condiciones operativas rigurosas pueden mejorar significativamente las propiedades del biocarb�n y los s�lidos torrefactados, respectivamente. Mokrzycki et al. destacan que chips de madera de aliso negro torrefactado a 800 �C durante 1 hora, con un flujo de nitr�geno de 20 dm�/h y una tasa de calentamiento de 10 �C/min, produce un biocarb�n con un alto valor cal�rico de 29.7 MJ/kg, un contenido de cenizas de 5.4 % y un contenido de carbono fijo del 90.5 %. En contraste, Wang et al. reportan que la torrefacci�n de paneles de madera de desecho a 300 �C durante 10 minutos mejora las propiedades del combustible y reduce el contenido de nitr�geno, alcanzando un poder calor�fico de 20-22 MJ/kg y una eficiencia de desnitrificaci�n de 60-70 wt %. Las diferencias en la temperatura y el tiempo de proceso reflejan enfoques distintos para optimizar la calidad del combustible, con aplicaciones pr�cticas en la generaci�n de energ�a sostenible y la reducci�n de emisiones contaminantes.

El autor Cahyanti et al. (2021) presenta variaciones significativas en la composici�n de la biomasa con la torrefacci�n a temperaturas de 225 �C a 300 �C. A medida que aumenta la temperatura, el contenido de hemicelulosa disminuye de 16 % a 4.58 %, mientras que el contenido de lignina aumenta de 20.6 % a 48.7 %. Este cambio se traduce en un incremento del valor calor�fico de 19.91 MJ/kg en la biomasa cruda a 23.74 MJ/kg en la torrefactada. Similarmente, Mokrzycki et al. y Wang et al. utilizan temperaturas elevadas para mejorar las propiedades del biocarb�n y los s�lidos torrefactados, respectivamente, pero Cahyanti et al. se enfocan m�s en la variaci�n de la composici�n qu�mica de la biomasa, lo que implica una mejora en las caracter�sticas de combusti�n y la hidrofobicidad, beneficiosa para la log�stica y el almacenamiento a largo plazo del biocombustible.

Alizadeh et al. (2022), revelan que la torrefacci�n a 290 �C durante 45 minutos con la adici�n de un 20 % de aglutinante mejora significativamente las propiedades de los pellets de aserr�n de madera. Bajo estas condiciones, se observ� un aumento del valor energ�tico en un 40% y un incremento en el contenido de carbono fijo en el biochar hasta un 52%. Aunque el valor calor�fico superior del biochar es de 18.56 MJ/kg, inferior al reportado por Mokrzycki et al. y Cahyanti et al., la mejora en la resistencia tensil y la estabilidad dimensional de los pellets es notable. Esto muestra que, si bien la eficiencia energ�tica es crucial, la durabilidad y la manejabilidad del combustible tambi�n son factores importantes. Proyecciones futuras indican que la combinaci�n de altas temperaturas de torrefacci�n y aglutinantes podr�a ser una estrategia efectiva para producir biocombustibles s�lidos con propiedades optimizadas para aplicaciones energ�ticas sostenibles.

 

Pir�lisis

La pir�lisis es un proceso de conversi�n termoqu�mica esencial en el que la biomasa se descompone t�rmicamente en ausencia de ox�geno, generalmente a presi�n atmosf�rica. Este proceso produce carb�n vegetal, bioaceite y otros hidrocarburos gaseosos, con los rendimientos del producto dependiendo principalmente de las condiciones de la pir�lisis (Mardiana et al., 2022). El biocarb�n se obtiene predominantemente a temperaturas de reacci�n inferiores a 450 �C, mientras que el bioaceite es el producto principal en el rango de 450 a 800 �C. A temperaturas superiores a 800 �C, la formaci�n de gases se vuelve predominante (Ong et al., 2019).

Autores como Li et al. (2021) analizan las caracter�sticas de la pir�lisis de biomasa de madera residual de camphor, utilizando t�cnicas de an�lisis termogravim�trico (TGA) y calorimetr�a diferencial de barrido (DSC) para determinar las p�rdidas de masa y productos formados. Las condiciones operativas incluyeron un secado inicial de la biomasa a 110 �C durante 2 horas, seguido de una atm�sfera de nitr�geno (N2) a 100 ml/min, y una temperatura de pir�lisis de 900 �C con tasas de calentamiento de 10-20 �C/min. En cambio, Hosokai et al. (2016), investigan la estimaci�n pr�ctica del calor de reacci�n durante la pir�lisis de la madera de cedro. Utilizando un c�lculo de balance t�rmico, se analizan los valores calor�ficos de los productos generados: gas, aceite y carb�n. Las condiciones operativas incluyeron temperaturas de pir�lisis de 723 K, 823 K y 923 K en un reactor de lecho fluidizado.

Por otro lado, Mian et al. (2019), abordan el estudio cin�tico de la pir�lisis de residuos de madera, espec�ficamente pellets de pino, utilizando modelos de energ�a de activaci�n distribuida (DAEM) y el m�todo de Coats-Redfern. Se examinan las t�cnicas empleadas para la pir�lisis, incluyendo la Termogravimetr�a, y los productos formados durante la descomposici�n t�rmica, como el biochar y gases vol�tiles. Las condiciones operativas var�an desde temperaturas de 25�C a 900�C con tasas de calentamiento de 3 a 10�C/min bajo atm�sfera de nitr�geno. Finalmente, Chen et al. (2016), analizan la pir�lisis de madera de �lamo, evaluando el impacto de la velocidad de calentamiento y la temperatura de pir�lisis en la distribuci�n de productos, rendimiento energ�tico y propiedades de biochar, bio-aceite y gases no condensables. Las t�cnicas utilizadas incluyen la pirolisis-gas cromatograf�a/espectrometr�a de masas (Py-GC/MS) y an�lisis termogravim�trico, bajo diferentes tasas de calentamiento (10, 30 y 50 �C/min) y temperaturas (400, 450, 500, 550 y 600 �C).

 

Tabla 4: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la pirolisis

 

El autor Li et al. (2021) y el autor Hosokai et al. (2016) concuerdan en que la pir�lisis de biomasa produce gases como CO, CO2, CH4 y H2, y que las condiciones operativas, como la temperatura y la tasa de calentamiento, afectan significativamente la composici�n de los productos. Li et al. (2021) observaron que la pir�lisis de la biomasa de camphor a 900�C con tasas de calentamiento de 10-20�C/min produce l�quidos como organonitrogenados, �steres, cetonas y �cidos carbox�licos. En cambio, Hosokai et al. (2016) encontraron que la pir�lisis del cedro a temperaturas de 723-923 K en un reactor de lecho fluidizado produce principalmente gas, aceite y carb�n. Estas diferencias reflejan c�mo las caracter�sticas del material y las condiciones espec�ficas del reactor influyen en los productos de la pir�lisis. Las aplicaciones pr�cticas de estos hallazgos podr�an centrarse en optimizar las condiciones para maximizar la producci�n de componentes espec�ficos, como aceites para biocombustibles, mejorando la eficiencia del proceso y la calidad de los productos finales.

El an�lisis de Mian et al. (2019) sobre los pellets de pino y de Chen et al. (2016) sobre madera de �lamo demuestra que la estructura f�sica de la biomasa afecta significativamente el proceso de pir�lisis y la producci�n de biochar como principal producto. Mian et al. (2019) se�alaron que los pellets de pino tienen energ�as de activaci�n m�s altas (132.49-232.44 kJ/mol) comparadas con la biomasa cruda de pino (120.58-210.55 kJ/mol), debido a su mayor compactaci�n y menor �rea superficial, lo que dificulta la difusi�n de masa y calor. Adem�s, las temperaturas de descomposici�n m�xima para los pellets de pino fueron m�s altas, alcanzando 361�C a una tasa de calentamiento de 10�C/min, en comparaci�n con 355�C para la biomasa cruda de pino. Por otro lado, Chen et al. (2016) reportaron rendimientos de biochar (25-35%), bio-aceite (37-44%) y gas no condensable (25-34%) al pir�lisis de madera de �lamo a 400-600�C y tasas de calentamiento de 10-50�C/min, destacando que mayores temperaturas y tasas de calentamiento pueden mejorar las propiedades del biochar. Estas diferencias resaltan la importancia de la estructura f�sica y las condiciones operativas en la pir�lisis, guiando as� la producci�n de biochar con propiedades espec�ficas para aplicaciones en la mejora de suelos y almacenamiento de carbono.

Cr�ticamente, mientras Li et al. (2021) y Hosokai et al. (2016) se centran en la composici�n de los productos y el balance t�rmico, respectivamente, Mian et al. (2019) y Chen et al. (2016) abordan aspectos m�s espec�ficos como la energ�a de activaci�n y las propiedades del biochar. La t�cnica mejorada de cin�tica no isot�rmica utilizada por Li et al. (2021) demostr� ser efectiva para predecir con precisi�n las conversiones en cada fase del proceso de pir�lisis, mejorando as� la comprensi�n de los mecanismos de descomposici�n y la eficiencia energ�tica del proceso. Futuras investigaciones deber�an enfocarse en integrar estas perspectivas para optimizar tanto las condiciones operativas como las propiedades f�sicas de la biomasa inicial. Esto puede tener implicaciones pr�cticas significativas en la producci�n industrial de biocombustibles y materiales sostenibles, promoviendo una econom�a circular y reduciendo la dependencia de combustibles f�siles.

 

Gasificaci�n

La gasificaci�n es un proceso de oxidaci�n parcial que generalmente se lleva a cabo a temperaturas entre 750�C y 1100�C (Saha & Handique, 2023). Esta reacci�n es endot�rmica, lo que significa que necesita calor externo para iniciarse y mantenerse. El gas de s�ntesis (syngas) resultante est� compuesto principalmente por CO, H2, N2, CO2, y algunos hidrocarburos como CH4, C2H4, y C2H6. Tambi�n puede contener peque�as cantidades de H2S y NH3 (Zhang et al., 2019).

Autores como Xie et al. (2023), abordan la gasificaci�n por ciclo qu�mico (CLG) de residuos de madera utilizando hematita modificada con �xido de n�quel (NiO) como portador de ox�geno. Se investigan los efectos de varios par�metros operativos sobre la reactividad de la hematita natural, mejorada con NiO, para la conversi�n de residuos de madera en gas de s�ntesis de alta calidad. Mientras Safarian et al. (2021), estudian la gasificaci�n de biomasa le�osa y residuos forestales para la generaci�n de energ�a el�ctrica y t�rmica. Utilizando un modelo de simulaci�n en ASPEN Plus en un gasificador de corriente descendente vinculado a una unidad de generaci�n de energ�a.

Por otro lado, Kislukhina y Rybakova (2018), se centran en mejorar la calidad del gas producto derivado de estos residuos mediante la extracci�n de aceites esenciales y el tratamiento t�rmico subsecuente de las ramas de con�feras. Por ultimo Morais et al. (2022), analizan el uso de tecnolog�as de gasificaci�n por plasma para el procesamiento de residuos s�lidos municipales (MSW) y la conversi�n de estos residuos en productos de valor como el syngas.

 

Tabla 5: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la gasificaci�n

Residuos de Madera	Producto Final Obtenido (en %)	Condiciones Operativas	Referencia
Madera reciclada	Gas de s�ntesis (H2, CO, CH4, CO2); 79.74% conversi�n de carbono; 0.69 m�/kg rendimiento de gas. 86.14% conversi�n de carbono. 79% conversi�n de carbono; 0.69 m�/kg rendimiento de gas. 68.13% conversi�n de carbono; 0.59 m�/kg rendimiento de gas.	Temperatura: 850�C; Relaci�n O/W: 1; Relaci�n S/B: 0.4. Temperatura: 900�C. 20 ciclos de reacci�n. Hematita natural, sin modificar.	(Xie et al., 2023)
Corteza de alerce y residuo de aserradero de abeto	Gas de s�ntesis (H2, CO, CH4), 363 kW/ton de energ�a generada (corteza de alerce), baja generaci�n de energ�a, 0-100 kW/ton (residuo de aserradero de abeto)	Temperatura del gasificador: 900�C, Relaci�n masa aire-combustible: 2, Presi�n atmosf�rica	(Safarian et al., 2021)
Ramas de con�feras	Gas producto (CO: 32.4%, H2: 8%), resina (8.7%), �cidos vol�tiles (3.5%), metanol (0.32%), agua de reacci�n (28%)	Pretratamiento t�rmico a 250-300�C sin ox�geno, paletizado posterior	(Kislukhina & Rybakova, 2018)
Astillas de madera	Gas producto (CO: 29.4%, H2: 6%), resina (8.4%), �cidos vol�tiles (2.1%), metanol (0.9%), agua de reacci�n (variable)	Gasificaci�n directa de astillas con 38% de humedad, tama�o de 80 mm, a 180�C de salida	(Kislukhina & Rybakova, 2018)
Residuos madereros variados	Syngas (H₂ y CO), escoria vitrificada	Temperatura de reacci�n: 2000-14,000 �C; Tiempo de residencia: <30 min a 3 h	(Morais et al., 2022)

 

El autor Xie et al. (2023) y Safarian et al. (2021), concuerdan que la gasificaci�n de residuos de madera puede generar altos rendimientos de gas de s�ntesis bajo condiciones espec�ficas de temperatura y presi�n. Sin embargo, Xie et al. (2023), presentan mejoras significativas utilizando hematita modificada con NiO, alcanzando una conversi�n de carbono del 86.14% a 900�C y un rendimiento de gas de 0.94 m�/kg, lo que demuestra una eficiencia notablemente superior en comparaci�n con la hematita natural. En contraste, Safarian et al. (2021), reportan que mediante el syngas se genera 363 kW/ton de energ�a para la corteza de alerce, pero muestran una eficiencia mucho menor para el residuo de aserradero de abeto, que solo produce entre 0-100 kW/ton. Esta disparidad destaca la importancia de la selecci�n de materias primas y catalizadores adecuados para optimizar la producci�n de energ�a y gas de s�ntesis.

Kislukhina y Rybakova (2018) y Morais et al. (2022) presentan variaciones en los resultados debido a diferencias en los pretratamientos y las condiciones de gasificaci�n. Kislukhina y Rybakova (2018), encontraron que el pretratamiento t�rmico de ramas de con�feras a 250-300�C mejor� significativamente la calidad del gas producto, obteniendo un 32.4% de CO y un 8% de H2, junto con subproductos valiosos como resina y �cidos vol�tiles. Por otro lado, Morais et al. (2022) demuestran que la gasificaci�n por plasma a temperaturas extremadamente altas (2000-14,000�C) produce syngas de alta calidad con bajo contenido de alquitranes (menos de 10 mg/Nm�), resaltando su potencial para la econom�a circular y la reducci�n de residuos. Estas diferencias indican que tanto el pretratamiento como la tecnolog�a de gasificaci�n influyen cr�ticamente en los resultados y aplicaciones pr�cticas de los procesos de gasificaci�n.

Las aplicaciones pr�cticas de estos estudios son variadas y prometedoras. La investigaci�n de Xie et al. (2023), sugieren que la gasificaci�n por ciclo qu�mico con hematita modificada puede ser escalada industrialmente para mejorar la eficiencia energ�tica en plantas de tratamiento de residuos de madera. La alta conversi�n de carbono y la estabilidad del catalizador en m�ltiples ciclos de reacci�n proyectan un futuro viable para su implementaci�n a gran escala. Safarian et al. (2021), destacan el potencial de la corteza de alerce como una fuente energ�tica sostenible, aunque la baja eficiencia del residuo de aserradero de abeto sugiere que se deben explorar alternativas o mejoras en el proceso. Los resultados de Kislukhina y Rybakova (2018), muestran la importancia del pretratamiento t�rmico para maximizar la producci�n de subproductos valiosos, lo cual podr�a beneficiar la industria qu�mica y de biocombustibles. Finalmente, la tecnolog�a de gasificaci�n por plasma presentada por Morais et al. (2022) podr�a revolucionar la gesti�n de residuos madereros, produciendo syngas con contenido bajo de alquitranes (menos de 10 mg/Nm�), promoviendo una econom�a circular y reduciendo la dependencia de vertederos. Sin embargo, es crucial considerar los costos y la viabilidad t�cnica de estas tecnolog�as para su adopci�n pr�ctica en el futuro.

 

Producci�n de Biocombustibles

La hidr�lisis enzim�tica es un proceso crucial en la obtenci�n de biocombustibles a partir de biomasa lignocelul�sica. Esta etapa permite la ruptura de los enlaces de celulosa y hemicelulosa en az�cares fermentables, que luego pueden ser convertidos en biocombustibles como el bioetanol (El Hage et al., 2023). Sin embargo, debido a la complejidad y resistencia de la estructura de la biomasa, se requiere un pretratamiento para aumentar la eficiencia del hidr�lisis enzim�tica (Sahoo et al., 2022).

Autores como (Roman� et al., 2013), eval�an experimental del procesamiento por explosi�n de vapor del Eucalyptus globulus para la producci�n de bioetanol de segunda generaci�n. El estudio analiza los efectos de la temperatura y el tiempo en la fraccionaci�n de la madera y la susceptibilidad de los sustratos pretratados hacia la hidr�lisis enzim�tica. Mientras Kallio et al. (2018), analizan las perspectivas de producci�n de biocombustibles l�quidos a partir de residuos madereros y su impacto en los sectores forestales en Europa. Utiliza un modelo global del sector forestal (EFI-GTM) para evaluar el potencial econ�mico y los efectos de la producci�n de biocombustibles de madera en la industria forestal y en la producci�n de calor y energ�a a base de madera en el �rea Econ�mica Europea.

En cambio, Koponen y Hannula (2017), estudian el balance de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y las perspectivas de los biocombustibles sint�ticos mejorados con hidr�geno producidos a partir de biomasa s�lida en el contexto europeo. Mientras Boro et al. (2022), revisan las estrategias para la producci�n de biocombustibles a partir de biomasa lignocelul�sica agroindustrial, abarcando m�todos de pretratamiento, producci�n, procesamiento posterior y an�lisis del impacto del proceso. Finalmente, Barbanera et al. (2018), describen la optimizaci�n del proceso de producci�n de bioetanol a partir de residuos de madera de carpe (Ostrya carpinifolia). Utilizando una metodolog�a de superficie de respuesta (RSM), el estudio investiga las condiciones operativas �ptimas para el pretratamiento por explosi�n de vapor y el hidrolisis enzim�tico, con el objetivo de maximizar la cantidad de glucosa disponible para el proceso de fermentaci�n.

 

Tabla 6: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la transformaci�n de biocombustible

Residuos de Madera	Producto final obtenido	Condiciones Operativas	Referencia
Eucalyptus globulus	Etanol (51 g/L, 91% de conversi�n de celulosa a etanol)	Explosi�n de vapor a 195 �C, 34 min; Hidr�lisis enzim�tica a 50 �C, pH 4.85, 150 rpm, ESR = 15 FPU/g, LSR = 20 g/g	(Roman� et al., 2013)
Residuos de Pino y Abeto	Biocombustibles L�quidos (57% conversi�n a Fischer-Tropsch). Calor y Energ�a (30% eficiencia)	Temperatura de 70-100�C. Precio de la Biomasa: 20-40 �/MWh	(Kallio et al., 2018)
Residuos forestales	Gasolina (51.8 MW en OG, 134 MW en OG+), Metano (66.8 MW en OM, 205.4 MW en OM+), LPG (coproducto en configuraciones de gasolina, 6.1 MW en OG, 15.8 MW en OG+)	Gasificaci�n con ox�geno, electr�lisis de agua para producir hidr�geno, eficiencia de electr�lisis del 67%, temperaturas de 300-700�C para metano y 260-400�C para gasolina	(Koponen & Hannula, 2017)
Aserr�n de madera de caucho	Bioetanol (45% conversi�n de celulosa a etanol)	Pretratamiento �cido con H2SO4, hidr�lisis enzim�tica con celulasa (20 FPU/g de sustrato), fermentaci�n con Saccharomyces cerevisiae (30 �C, 72 h)	(Boro et al., 2022)​​
Residuos de carpe (Ostrya carpinifolia)	Glucosa (67.8% de los az�cares iniciales), Etanol (251 L/ton)	Factor de severidad del pretratamiento (log R0): 3.97, S�lidos totales: 6%, Carga de enzimas: 15%	(Barbanera et al., 2018)

D�nde: MW: Megavatios, unidad de potencia, OG: Oxidative Gasification (Gasificaci�n con ox�geno y producci�n de gasolina), OG+: Oxidative Gasification plus hydrogen (Gasificaci�n con ox�geno y producci�n de gasolina mejorada con hidr�geno), OM: Oxidative Methanation (Gasificaci�n con ox�geno y producci�n de metano), OM+: Oxidative Methanation plus hydrogen (Gasificaci�n con ox�geno y producci�n de metano mejorada con hidr�geno), LPG: Gas Licuado de Petr�leo (Liquefied Petroleum Gas), LHV: Valor Calor�fico Inferior (Lower Heating Value), SSF: Simultaneous Saccharification and Fermentation (Sacarificaci�n y Fermentaci�n Simult�nea), ESR: Enzyme Solid Ratio (Relaci�n Enzima-S�lido), LSR: Liquid Solid Ratio (Relaci�n L�quido-S�lido), FPU: Filter Paper Units (Unidades de Papel Filtro), CGC: Cellulose to Glucose Conversion (Conversi�n de Celulosa a Glucosa)

 

El autor Roman� et al. (2013) y Boro et al. (2022) concuerdan en que los tratamientos enzim�ticos y �cidos son efectivos para la producci�n de bioetanol a partir de residuos lignocelul�sicos. Roman� et al. (2013) lograron una conversi�n de celulosa a etanol del 91%, obteniendo 51 g/L de etanol mediante una explosi�n de vapor a 195 �C durante 34 minutos, seguida de una hidr�lisis enzim�tica a 50 �C, pH 4.85, con agitaci�n a 150 rpm, una carga enzim�tica de 15 FPU/g y una relaci�n l�quido-s�lido de 20 g/g. Por otro lado, Boro et al. (2022) alcanzaron un rendimiento del 45% con pretratamiento �cido con H2SO4, seguido de hidr�lisis enzim�tica con celulasa (20 FPU/g de sustrato) y fermentaci�n con Saccharomyces cerevisiae a 30 �C durante 72 horas. Roman� et al. (2013) muestran una mayor eficiencia, lo que puede deberse a la alta susceptibilidad del Eucalyptus globulus al hidr�lisis enzim�tica. Las aplicaciones pr�cticas de estos estudios son evidentes en la optimizaci�n de procesos industriales para la producci�n de bioetanol, donde la elecci�n del material de biomasa y el pretratamiento son cruciales.

Kallio et al. (2018) y Koponen y Hannula (2017) presentan enfoques distintos para la utilizaci�n de residuos madereros en la producci�n de biocombustibles. Kallio et al. (2018) se enfocan en la conversi�n de biomasa a biocombustibles l�quidos mediante la tecnolog�a Fischer-Tropsch con una eficiencia del 57%, operando a temperaturas de 70-100 �C y precios de la biomasa entre 20 y 40 �/MWh. En contraste, Koponen y Hannula (2017) destacan la producci�n de gasolina y metano a partir de gasificaci�n con ox�geno, complementada con electr�lisis de agua para producir hidr�geno con una eficiencia del 67% (LHV). Bajo estas condiciones, lograron producir 51.8 MW en gasolina (OG) y 134 MW en gasolina mejorada (OG+), 66.8 MW en metano (OM) y 205.4 MW en metano mejorado (OM+), adem�s de coproductos de LPG de 6.1 MW (OG) y 15.8 MW (OG+). Las aplicaciones pr�cticas incluyen la diversificaci�n de productos energ�ticos obtenidos de residuos madereros, lo que podr�a influir en pol�ticas energ�ticas y econ�micas al promover la producci�n sostenible de energ�a.

El estudio de Barbanera et al. (2018) sobre residuos de carpe y el trabajo de Roman� et al. (2013) en Eucalyptus globulus subrayan la importancia de optimizar las condiciones de pretratamiento para maximizar la producci�n de etanol. Barbanera et al. (2018) optimizaron el factor de severidad del pretratamiento a un log R0 de 3.97, s�lidos totales del 6% y carga enzim�tica del 15%, logrando un rendimiento de glucosa del 67.8%, lo que se traduce en una producci�n te�rica de etanol de 251 litros por tonelada de materia prima seca. En comparaci�n, Roman� et al. (2013) utilizaron condiciones espec�ficas de explosi�n de vapor para alcanzar una conversi�n del 91%. Aunque ambos estudios muestran resultados prometedores, la variaci�n en los m�todos de pretratamiento y los tipos de residuos lignocelul�sicos indica que la elecci�n del material y las condiciones operativas son fundamentales para la eficiencia del proceso.

Por �ltimo, las comparaciones entre los estudios de Boro et al. (2022) y Koponen y Hannula (2017) revelan que la elecci�n del pretratamiento y el tipo de biomasa pueden influir significativamente en la producci�n de biocombustibles. Boro et al. (2022) utilizaron pretratamiento �cido y fermentaci�n para convertir aserr�n de madera de caucho en bioetanol, mientras que Koponen y Hannula (2017) se enfocaron en la gasificaci�n y s�ntesis catal�tica para producir gasolina y metano. Las configuraciones mejoradas con hidr�geno mostraron un aumento significativo en la producci�n de biocombustibles: 2.2 veces para metano o 1.9 veces para gasolina con gasificaci�n de vapor, y 3.1 veces para metano o 2.6 veces para gasolina con gasificaci�n de ox�geno. Las aplicaciones pr�cticas de estos enfoques incluyen la posibilidad de adaptar procesos espec�ficos a diferentes tipos de residuos y objetivos de producci�n, lo que puede mejorar la viabilidad econ�mica y la sostenibilidad de la producci�n de biocombustibles en el futuro. Las proyecciones futuras sugieren que la integraci�n de tecnolog�as avanzadas y la optimizaci�n de procesos podr�an incrementar a�n m�s la eficiencia y la producci�n de energ�a renovable a partir de residuos lignocelul�sicos.

 

 

 

 

 

M�todos biol�gicos

Compostaje

Es un proceso aer�bico que requiere ox�geno, humedad adecuada y porosidad para estabilizar los desechos org�nicos. Las variables de control t�picas incluyen la temperatura, el ox�geno y la humedad. La actividad microbiana, a trav�s de complejos procesos metab�licos, descompone y humifica la materia org�nica, transform�ndola en compost (Sayara et al., 2020).

Autores como McMahon et al. (2008), eval�an la viabilidad del compostaje y la biorremediaci�n para desviar los residuos de madera de construcci�n y demolici�n de los vertederos. Se prepararon mezclas de compost utilizando productos de madera mezclados, como tableros de part�culas, fibra de densidad media, tablero duro y melamina, combinados con esti�rcol de aves de corral, mezcla Eco-Bio y residuos verdes como suplementos de nutrientes. En cambio, Kulikova et al. (2022) examinan la viabilidad de reciclar residuos de corteza y madera (BWW) de la industria de pulpa y papel, enfoc�ndose en m�todos de procesamiento biol�gico, qu�mico y t�rmico. El compostaje es uno de los m�todos destacados debido a la alta humedad y contenido org�nico del BWW.

Por otro lado (Huang et al., 2004) estudian el compostaje de esti�rcol de cerdo con aserr�n recolectado de un aserradero en Taipo, Hong Kong. El estudio evalu� el efecto de diferentes relaciones C/N iniciales (30 y 15) en dos pilas de compostaje aer�bico est�ticas. Se monitorearon par�metros fisicoqu�micos y biol�gicos a lo largo del proceso de compostaje para determinar la madurez del compost y su impacto en el crecimiento de las plantas. Por ultimo Sharma et al. (2018) exploran el uso de aserr�n y esti�rcol de vaca en el compostaje de residuos florales en un tambor rotatorio. Se investigan seis combinaciones diferentes de residuos para evaluar su impacto en la

madurez del compost, destacando la importancia del aserr�n para mantener condiciones aer�bicas y del esti�rcol para acelerar la actividad microbiana.

 

Tabla 7: Aprovechamiento del residuo maderero mediante el compostaje

Residuos de Madera	Producto	Condiciones Operativas	Referencia
Tableros de part�culas, fibra de densidad media, tablero duro, melamina	Compost con rendimiento, 101.5% del peso de control en pruebas de crecimiento de lentejas, 90% del peso de control en pruebas de crecimiento de r�banos.	EcoPOD composting system, 11 semanas de compostaje seguido de 2 semanas de maduraci�n. Condiciones de humedad �ptima 46.2%, actividades de agua (aW) de 0.999, temperaturas superiores a 60�C durante varios d�as, pH constante alrededor de 7.5, conductividad el�ctrica de 905 �S/cm.	(McMahon et al., 2008)
Corteza y residuos de madera (BWW)	Compost	Adici�n de urea, carbonato de calcio, fosfato y zeolita. Ajuste de pH con cal o cenizas. Pretratamiento con urea, prueba de fitotoxicidad.	​(Kulikova et al., 2022)
Aserr�n (de un aserradero en Taipo, Hong Kong)	Compost maduro (49 d�as); GI: 85%. Compost inmaduro (63 d�as); GI: 46%	Relaci�n C/N inicial: 30 (pila A). Relaci�n C/N inicial: 15 (pila B. Tiempo de compostaje: 63 d�as. Humedad: 60-70%. Volteo cada 3 d�as	(Huang et al., 2004)
Aserr�n	Compost (contenido de nutrientes mejorado: N: 2.45%, K: 14.66 g/kg, P: 5.92 g/kg)	70 kg residuos florales, 20 kg esti�rcol, 10 kg aserr�n; pH: 7.59, TOC: 33.2%, EC: 3.69 mS/cm	(Sharma et al., 2018)

 

Los estudios de McMahon et al. (2008) y Sharma et al. (2018) destacan la crucial importancia de mantener condiciones operativas precisas para obtener compost de alta calidad. McMahon et al. (2008) subrayan la necesidad de un control riguroso con un 46.2% de humedad �ptima, temperaturas superiores a 60�C durante varios d�as, y un pH constante alrededor de 7.5 en un proceso que dura 11 semanas de compostaje seguido de 2 semanas de maduraci�n. Este enfoque logr� incrementar el rendimiento de crecimiento en lentejas y r�banos en un 101.5% y 90%, respectivamente. Por otro lado, Sharma et al. (2018) reportan que una mezcla de 70 kg de residuos florales, 20 kg de esti�rcol y 10 kg de aserr�n bajo condiciones de un pH de 7.59, un contenido de carbono org�nico total (TOC) del 33.2%, y una conductividad el�ctrica (EC) de 3.69 mS/cm, enriqueci� el contenido de nutrientes en el compost, con nitr�geno al 2.45%, potasio a 14.66 g/kg y f�sforo a 5.92 g/kg. La adaptabilidad de estas condiciones seg�n el tipo de residuo utilizado es esencial para su aplicaci�n en pr�cticas agr�colas sostenibles, ofreciendo un modelo para la optimizaci�n basada en la composici�n espec�fica de los residuos.

En contraste, Kulikova et al. (2022) y Huang et al. (2004) exploran variaciones en el proceso de compostaje que adaptan las condiciones operativas seg�n la composici�n del residuo. Kulikova et al. (2022) investigan el compostaje de residuos de corteza y madera (BWW), recomendando la adici�n de urea, carbonato de calcio, fosfato y zeolita, adem�s del ajuste de pH con cal o cenizas para mejorar la concentraci�n de nitr�geno y f�sforo en el compost. Este m�todo es crucial para compostar materiales con baja biodegradabilidad, con tasas de degradaci�n inferiores al 0.15% anual. Por su parte, Huang et al. (2004) ajustan la relaci�n carbono/nitr�geno inicial a 30 y 15 en diferentes pilas de compostaje, alcanzando una madurez en 49 d�as con un �ndice de germinaci�n (GI) del 85% para la pila A, mientras que la pila B result� inmadura despu�s de 63 d�as con un GI del 46%. La gesti�n de la humedad entre 60-70% y el volteo cada 3 d�as, junto con las variaciones en temperatura m�xima de 69 �C y 60 �C para las pilas A y B, respectivamente, ilustran c�mo las condiciones f�sicas pueden influir en la calidad del compost final.

Estos estudios colectivamente ilustran la importancia de adaptar las pr�cticas de compostaje a las caracter�sticas espec�ficas de los residuos y las condiciones ambientales. La futura investigaci�n deber�a centrarse en la integraci�n de estas t�cnicas para optimizar tanto la eficiencia del compostaje como la calidad del producto final en diversas aplicaciones agr�colas y ambientales. La escalabilidad de estos enfoques en un contexto global es crucial, particularmente frente a la creciente demanda de m�todos sostenibles de manejo de residuos. Adicionalmente, ser�a provechoso investigar m�s sobre el impacto a largo plazo de estos composts en diferentes tipos de suelos y cultivos, fortaleciendo as� la base de conocimiento para pr�cticas agr�colas resilientes y sostenibles.

 

Digesti�n anaerobia

Es un proceso que transforma los residuos org�nicos en biog�s. Este producto puede emplearse como combustible para cocinar, en motores de gas o convertirse en biometano con calidad de gas natural (Milano et al., 2016). Durante la digesti�n anaer�bica, la biomasa con un alto contenido de humedad (85-90%) se descompone por microorganismos en ausencia de ox�geno, generando una mezcla de biog�s rico en metano, di�xido de carbono (CO2) y trazas de otros gases como el sulfuro de hidr�geno (Ben-Iwo et al., 2016).

En la literatura bibliogr�fica disponible se identifica como (Li et al., 2019) eval�an el potencial de producci�n de metano a partir de residuos de madera pretratados con NaOH y co-digeridos con esti�rcol de cerdo. El alto contenido de lignina y la relaci�n carbono-nitr�geno (C/N) de los residuos de madera son factores limitantes para la producci�n de biog�s. En cambio, Zhang et al. (2022) investigan el uso de biocarb�n producido a partir de residuos de madera para mejorar la digesti�n anaer�bica (AD) de residuos alimentarios (FW). El estudio se centra en c�mo las propiedades del biocarb�n, como los grupos funcionales que contienen ox�geno y el grado de grafitizaci�n, afectan la producci�n de metano y la estabilidad de los sistemas AD.

Mientras Jeong-Ik et al. (2018) analizan la producci�n de biog�s a partir de residuos alimentarios mediante digesti�n anaer�bica en combinaci�n con astillas de madera. Por ultimo Lee et al. (2021) se centran en la utilizaci�n de biochar derivado de residuos de madera para la digesti�n anaer�bica de residuos alimenticios, con el objetivo de mejorar el biog�s producido y tratar el digestato resultante. El biochar se utiliz� inicialmente para absorber CO2 del biog�s, mejorando su calidad para usos energ�ticos.

 

Tabla 8: Aprovechamiento del residuo maderero mediante la digesti�n anaer�bica

Residuos de Madera	Producto final obtenido	Condiciones Operativas	Referencia
Residuos de madera (pretratados con NaOH)	Metano (aumento del 38.5% en digesti�n �nica, 75.8% en co-digesti�n con esti�rcol de cerdo)	Pretratamiento con NaOH a 90�C durante 4 horas, co-digesti�n a 35�C durante 49 d�as Bacterias fermentativas	(Li et al., 2019)
Madera reciclada	Metano (+21.5% con 750�C, 60 min)	750 �C, 60 min, purga de N2 Microorganismo usado: Methanosaeta, Romboutsia, y norank_f_Anaerolineaceae	(Zhang et al., 2022)
Astillas de madera	Metano: 20 ml/g, Hidr�geno: 13.9 ml/g	Relaci�n residuos alimentarios/astillas de madera: 0.5, Temperatura: 35�C, Tiempo de reacci�n: 15 d�as Bacterias fermentativas	(Jeong-Ik et al., 2018)
Biochar de madera	Biog�s: Absorci�n de CO2 (11.17 mg g−1) <br> Digestato: Reducci�n del COD en ~31%, reducci�n de TSS en casi 90%, y reducci�n de amon�aco en 8%	Digesti�n anaer�bica de residuos alimenticios con adici�n de biochar. Temperatura de torrefacci�n de 200-300 �C en atm�sfera inerte Bacterias fermentativas	(Lee et al., 2021)

 

El autor Li et al. (2019) y Jeong-Ik et al. (2018) concuerdan en que el pretratamiento de residuos de madera mejora significativamente la producci�n de metano en digesti�n anaer�bica. Li et al. (2019) destaca que el pretratamiento con NaOH a 90�C durante 4 horas incrementa la producci�n de metano en un 38.5% en digesti�n �nica y en un 75.8% en co-digesti�n con esti�rcol de cerdo, alcanzando 309.06 mL CH4/g VS. Por otro lado, Jeong-Ik et al. (2018) demuestran que la adici�n de astillas de madera a la digesti�n de residuos alimentarios aumenta la producci�n de metano en un 640%, obteniendo 20 ml/g de metano y 13.9 ml/g de hidr�geno a una temperatura de 35�C durante 15 d�as. Las diferencias en la magnitud de estos incrementos pueden atribuirse a las distintas condiciones operativas y materiales utilizados. Mientras que Li et al. (2019) utiliza un pretratamiento qu�mico, Zhang et al. (2022) emplea astillas de madera como biocolonia, sugiriendo que las aplicaciones pr�cticas de ambos m�todos podr�an variar en funci�n de la disponibilidad de materiales y las necesidades espec�ficas de los sistemas de biog�s.

Zhang et al. (2022) presenta variaciones significativas al comparar los efectos del biochar producido a 750�C durante 60 minutos con la producci�n de metano, mostrando un aumento del 21.5%. Aunque este incremento es menor en comparaci�n con los resultados obtenidos por Li et al. (2019) y Jeong-Ik et al. (2018), las condiciones operativas espec�ficas, como la purga continua de N2 y la tasa de calentamiento, reducen la acumulaci�n de �cidos grasos vol�tiles y estabilizan el pH. Esto subraya la importancia de optimizar par�metros operativos para maximizar la producci�n de metano. Las aplicaciones pr�cticas de este enfoque podr�an ser m�s adecuadas para sistemas donde la gesti�n de �cidos grasos vol�tiles es cr�tica, sugiriendo que la implementaci�n de biochar podr�a ser una estrategia viable en entornos con alta variabilidad en la calidad del sustrato.

Lee et al. (2021) aborda un aspecto complementario al centrarse en la mejora de la calidad del biog�s y el tratamiento del digestato. El estudio muestra que el biochar absorbe 11.17 mg g−1 de CO2 y reduce significativamente la Demanda Qu�mica de Ox�geno (31%), los S�lidos Suspendidos Totales (90%) y la concentraci�n de amon�aco (8%). Aunque estos resultados no se centran exclusivamente en la producci�n de metano, destacan el potencial del biochar para mejorar la sostenibilidad del proceso y la calidad del biog�s como fuente de energ�a renovable. Las aplicaciones pr�cticas incluyen la posibilidad de utilizar el digestato tratado como biofertilizante, promoviendo una econom�a circular. A futuro, la integraci�n de biochar en sistemas de gesti�n de residuos podr�a ofrecer soluciones sostenibles y eficientes para la mejora de biog�s y el reciclaje de nutrientes en la agricultura.

 

 

Conclusiones

Los m�todos f�sicos, como la trituraci�n y la compactaci�n, facilitan el manejo y transporte de los residuos, siendo el molino de martillos ideal para el triturado de astillas de �lamo, el molino de cuchillas eficaz para la biomasa de Pig�e y el molino de bolas planetario adecuado para obtener granulometr�as finas en aserr�n. En los procesos termoqu�micos, la gasificaci�n y la pir�lisis destacan por convertir los residuos en productos energ�ticos valiosos: la gasificaci�n optimizada con condiciones espec�ficas de temperatura, presi�n y uso de catalizadores es altamente eficiente, mientras que la pir�lisis es efectiva en la producci�n de bio-oil y carb�n vegetal, esenciales para la generaci�n de energ�a y reducci�n de residuos. En la producci�n de biocombustibles, la hidr�lisis enzim�tica y la fermentaci�n son procesos clave para obtener bioetanol, con estudios que subrayan la importancia de seleccionar el material de biomasa adecuado y optimizar las condiciones de pretratamiento y fermentaci�n para alcanzar altos rendimientos. Los m�todos biol�gicos, como el compostaje y la digesti�n anaerobia, ofrecen soluciones sostenibles, permitiendo la producci�n de compost y biog�s, lo que contribuye a la mejora del suelo y la reducci�n de emisiones de gases de efecto invernadero.

 

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