Valorización del orujillo mediante tratamientos hidrotérmicos y térmicos a nivel industrial y obtención de productos de valor añadido

Abstract

La presente Memoria de Tesis Doctoral titulada: “Valorización del Orujillo Mediante Tratamientos Hidrotérmicos y Térmicos a Nivel Industrial y Obtención de Productos de Valor Añadido”. Se realizó con el objetivo principal de llevar a cabo una valorización íntegra del orujillo. Un residuo sólido procedente del proceso de extracción del alpeorujo mediante tratamientos químicos utilizando disolventes, como el hexano, para obtener el aceite de orujo de oliva crudo. Este residuo se produce en grandes cantidades, sobre todo en España y, aunque, su combustión se utilice para obtener energía en las propias extractoras, presenta diversos problemas de contaminación al superar el límite permitido de partículas liberadas a la atmósfera y emitir algunos compuestos como los benzopirenos, que se ha demostrado que son cancerígenos. Por tanto, durante esta investigación se plantea como alternativa, el empleo de procesos que permitirán obtener productos de alto valor añadido del orujillo y el estudio de su valorización energética mediante pirólisis, gasificación y combustión. Para ello, esta tesis doctoral se ha dividido en una Introducción y cinco capítulos. En la Introducción se realiza una revisión bibliográfica desde el origen del olivo y su cultivo hasta la utilización del proceso de elaboración de aceite de oliva más actual. Describiendo todos los productos, subproductos y residuos que se obtienen en la cadena de producción y sus aplicaciones. Posteriormente, se centra en el estudio de la caracterización del orujillo y en el estado del arte respecto a investigaciones recientes relacionadas con la valorización del mismo Los capítulos uno y dos se desarrollaron en paralelo, con los objetivos de extraer y determinar productos de valor añadido a partir de orujillo y de mejorar las propiedades energéticas de los sólidos obtenidos siguiendo un esquema de biorrefinería. Para ello, en primer lugar, se realizó un pretratamiento hidrotérmico con condiciones suaves (30 ºC y 1h) para obtener un sólido adecuado sin polifenoles, extractos hidrosolubles ni precursores de alquitranes. Posteriormente, el sólido hidrolizado se sometió a una autohidrólisis para mejorar las extracciones de los productos de valor añadido basándose en un diseño de 12 experimentos resultado de combinar diferententes temperaturas (120, 140, 160 y 180 ºC) y distintos tiempos de operación (30, 60 y 90 min). A continuación, en el capítulo uno se analizaron e identificaron, mediante HPLC, los contenidos en sacáridos de cada una de las fracciones líquidas obtenidas en los experimentos de autohidrólisis y, por otro lado, se midió el poder calorífico de cada uno de los sólidos resultantes de la autohidrólisis. Mientras que, en el capítulo dos, se obtuvieron los contenidos en furfural y se analizaron e identificaron los contenidos en polialcoholes y polifenoles de cada una de las fracciones líquidas de la autohidrólisis. En ambos capítulos se ajustaron todos los resultados obtenidos en la autohidrólisis a un modelo neuro-borroso. Además, en el capítulo dos, se llevó a cabo un proceso de extracción con el soxhlet utilizando acetato de etilo para comprobar qué tipo de polifenoles del orujillo se extraen con disolvente y cuáles se extraen con agua. En el capítulo tres, se realiza un análisis termogravimétrico del orujillo con el tamaño de partícula seleccionado y se llevan a cabo experimentos de pirolisis, de combustión y de gasificación desde el 2% al 18% de oxígeno. Los datos obtenidos se procesaron y se ajustaron mediante modelos cinéticos en los que se utilizaron tres ecuaciones independientes, debido a que en los tres casos se consideró el orujillo como un material formado por tres fracciones independientes (lignina, hemicelulosa y celulosa). En el caso de la pirólisis, teniendo en cuenta el balance de masa de los productos y reactivos y el grado de conversión, las ecuaciones cinéticas asociadas a las reacciones, siguieron la ley de Arrhenius. En el caso de la combustión, se consideró necesario que el oxígeno se incluyera en la ley de descomposición en el modelo cinético propuesto puesto que, la presencia de oxígeno introduce nuevos procesos para la descomposición de cada fracción. El modelo cinético para la gasificación se basó en el mismo que el propuesto para la combustión, pero se cambiaron los parámetros dependientes del oxígeno según las proporciones introducidas. En el capítulo cuatro, se consideró tanto orujillo crudo como hidrolizado para investigar experimentalmente: los impactos de la temperatura, la relación de equivalencia, el tiempo de contacto y la torrefacción mediante gasificación a bajas temperaturas. Para evaluar el desempeño de la gasificación se adoptaron como indicadores: los rendimientos de los principales productos del gas combustible, el poder calorífico inferior del gas combustible y la eficiencia del gas frío. El trabajo experimental se realizó en un reactor de lecho fijo. Por último, en el capítulo cinco se hizo un estudio experimental de la gasificación del orujillo en una planta piloto de lecho fluidizado burbujeante a presión atmosférica. Para investigar cómo influye la relación de equivalencia y la temperatura de operación en el rendimiento del proceso y en la composición del gas obtenido