Aprovechamiento integral del residuo sólido de la obtención de Agar-Agar y su aplicación en el campo de la energía y el medio ambiente

Abstract

La presente memoria tiene como objetivo el aprovechamiento integral de un residuo de macroalga, Harina de Algas, procedente de la industria del Agar-Agar, mediante dos vías bien diferenciadas: por un lado la valorización energética de este residuo mediante un proceso de pirólisis y por otro lado la preparación de carbones activados a partir de la Harina de algas y de su carbonizado obtenido en dicho proceso de pirólisis. Todo ello financiado dentro del programa operativo FEDER del Principado de Asturias (2007-2013). En lo referente a la pirólisis de la Harina de algas, se han abordado dos metodologías de calentamiento diferentes: la pirólisis en horno eléctrico convencional y la pirólisis en horno microondas. En ambos casos se han obtenido tres fracciones que pueden tener una aplicación industrial: 1) una sólida, carbonizado ó char, que puede ser utilizada como precursor de carbones activados o como combustible, teniendo mejores propiedades químicas la obtenida mediante pirolisis convencional; 2) una líquida, bio-aceites, que podría ser aplicada como combustible si se realiza un pre-tratamiento de eliminación de compuestos nitrogenados y 3) una fracción gaseosa, bio-gas, que podría también ser usada como combustible o en la síntesis de productos químicos dado su alto contenido en gas de síntesis, sobre todo en el caso del bio-gas obtenido mediante pirólisis microondas. Con respecto a la preparación de carbones activados se han optimizado las condiciones de activación química para la obtención de materiales adsorbentes que pudieran ser aplicados en la retención de contaminantes gaseosos. Se han utilizado dos tipos de precursores, Harina de algas y su carbonizado, mediante dos metodologías de calentamiento diferentes: activación convencional y activación microondas. Además, se ha estudiado la influencia de la temperatura de activación y la relación de agente activante/precursor. En general, se obtuvieron carbones activados con muy buenas propiedades químicas y texturales, siendo principalmente microporosos con áreas superficiales de hasta 2118 m2/g. Las mejores características las presentaban los obtenidos utilizando la harina de algas como precursor mediante activación convencional, con temperaturas comprendidas entre 750-900ºC y relaciones de agente/activante precursor de 0,5:1 y 1:1. Una vez preparados y caracterizados, algunos de estos materiales fueron utilizados en la captura de CO2, CH4 y H2 a altas presiones. Se encontró que todos los carbones activados evaluados poseen alta selectividad hacia el CO2 y baja selectividad hacia el CH4 y H2, pudiendo ser utilizados para procesos PSA (Pressure Swing Adsorption) o en separación de mezclas CO2/H2 o CO2/CH4. Por otro lado, algunos de ellos fueron aplicados en la retención de mercurio gaseoso bajo dos atmósferas diferentes: aire y oxicombustión. En general, la mayoría de ellos presentan buenas retenciones en mercurio gaseoso bajo atmósfera de aire, comparables con un carbón activado comercial específico para la retención de mercurio. Sin embargo, presentan peor retención de mercurio bajo atmósfera de oxi-combustión. The present memory is aimed at a comprehensive use of macroalgae waste, Algae meal, from the Agar-Agar industry as a source of energy for the pyrolysis process and as to preparare of activated carbons from algae meal and its carbonized products. The work was provided by the operating programme FEDER of the Principado de Asturias 2007¿2013. The Algae meal was pyrolysed using two different heating methods: pyrolysis in an electrical furnace and pyrolysis in a microwave furnace. In both cases three fractions were obtained for use in industrial applications: 1) a solid fraction , char, which can be used as precursor of activated carbons or as a fuel, having the best chemical properties the one that is obtained by conventional pyrolysis; 2) a liquid fraction , bio- oils, which can be applied as fuel after a pre-treatment for the removal of nitrogen compounds; and 3) a gaseous fraction , bio-gas , which can also be used as fuel or as a raw material in chemical synthesis due to its high syngas content, especially in the case of microwave pyrolysis. As regards to the preparation of activated carbons, the chemical activation conditions were optimized, to obtain adsorbents that can be applied for the retention of gaseous pollutant. Two types of precursors were used, Algae meal and its char obtained by pyrolysis, using two different heating methods : conventional activation and microwave activation. In addition, the influence of the activation temperature and the activating agent/precursor ratio were studied. In general, the activated carbons obtained had very good chemical and textural properties: they were mainly microporous and had specific surface areas of up to 2118 m2/g. The best adsorbent materials were those obtained by conventional activation, using Algae meal as precursor, at temperatures between 750-900 °C and activation agent/precursor ratios of 0.5:1 and 1:1. Once prepared and characterized, some of the activated carbons were used to capture CO2, CH4 and H2 at high pressures. It was found that all of them had a high selectivity towards CO2 and a low selectivity towards CH4 and H2, and they could be used in PSA processes or for the separation of mixtures of CO2/H2 or CO2/CH4. On the other hand, some of them were applied for the retention of gaseous mercury in two different atmospheres: air and oxy-combustion. In general, most of them showed a good retention capacity for gaseous mercury in air atmosphere, comparable to that of a commercial activated carbon specifically designed for the retention of mercury. However, they displayed a worse mercury retention under capacity an oxy-combustion atmosphere.