Gasificación de biomasa proveniente de plantaciones energéticas de Gmelina arbórea (Documento I)

Moya-Roque, Roger
Tenorio-M., Carolina
Arias-A., Dagoberto
Quesada-K., Jaime

2019

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Informe final de Proyecto de Investigación

Los primeros intentos en el establecimiento de cultivos energéticos con especies de corta rotación (SRC) en la región tropical están basados en la utilización de clones utilizados en la producción de madera. Así, en el presente estudio tuvo como objetivo de evaluar aspectos de crecimiento, arquitectura del árbol, la producción y calidad de biomasa y el efecto sobre la gasificación de madera de árboles de Gmelina arborea plantados en SRC en tres espaciamientos (1.0x1.0 m, 0.75x0.75 m y 1.0x0.5 m). Los resultados muestran que el diámetro a 30 cm del suelo incrementa con la edad, de 3.0 cm a los 6 meses a 8.0 cm en 24 meses y una altura total de 2.00 a 10.00 m respectivamente. La sobrevivencia de los clones varía de 20 a 60%, el índice de área foliar (IAF), ángulo de las ramas y ramas silépticas aumenta con la edad. Las diferencias entre clones se presentan luego de 12 meses para el IAF y para el ángulo de ramas. La producción de biomasa fue similar entre clones, de 6 ton/ha en 6 meses a 67 ton/ha a 24 meses. Uno de los clones presenta mejor producción de biomasa en los espaciamientos más amplios y el otro clon para los espaciamientos más reducidos. En cuanto a la calidad de biomasa, los resultados muestran que el peso específico básico varío de entre 0.30 a 0.38, la densidad verde de 0,9 a 1,0 g/cm3, el contenido de humedad entre 40 y 70%, el poder calórico de 18000 a 20000 kJ/kg, la cantidad de cenizas fue menor a 4,8% y el contenido de volátiles de entre un 70 a 86%. Se observaron diferencias en la calidad de biomasa entre los dos clones en edades tempranas, pero estás tienden a desaparecer con el aumento de la edad, en especial a la edad de 24 meses, que es donde se pretende que la plantación sea cosechada, siendo esto una ventaja ya que se tiene una biomasa uniforme si los dos clones son utilizados. Entonces basado en los resultados de producción de biomasa y el desarrollo del diámetro y altura, un clon, de los dos estudiados es recomendado para el espaciamiento de 1.0x1.0 m y el otro para el espaciamiento 0.75x0.75 m y 1.0x0.5 m. En ambos casos no altera la calidad de biomasa a las edades de 24 meses. En un proceso de gasificación de biomasa la geometría de la biomasa (astilla) es un factor necesario que considerar. El perfil de temperatura de la zona de pirólisis fue en promedio 147°C, el poder calorífico del gas de síntesis obtenido fue de 6,18 MJ/Nm3, la capacidad de aprovechamiento de la energía del syngas para producir potencia eléctrica, medido como la Eficiencia del Motor/Generador fue de 21,41%. Se obtuvo 564,50 kWh/t de rendimiento de proceso en términos eléctricos a una potencia de 6,2 kW. Con respecto al rendimiento de producción de gas de síntesis, se produjo en promedio 1,75 kg de gas de síntesis por kilogramo de astillas. Basados en estos valores de producción de syngas, la especie G. arborea es optima para realizar un proceso de gasificación.

The first tested in energy crops plantation with short rotation species (SRC) in the tropical region are based in the establishment of clones used in the production of sawlog. Thus, in this study aims to assess aspects of growth, tree architecture, production and quality of biomass and the effect on wood gasification of Gmelina arborea trees planted in SRC at three spacings (1.0x1.0 m, 0.75x0 .75 m and 1.0x0.5 m). The results show that the diameter at 30 cm of the soil increases with age, from 3.0 cm at 6 months to 8.0 cm in 24 months and a total height of 2.00 to 10.00 m respectively. The survival of the clones varies from 20 to 60%, leaf area index (LAI), angle of the branches and sylleptic branches increases with age. The differences between clones are presented after 12 months for LAI and for the branch angle. Biomass production was similar between clones, from 6 tonnes / ha in 6 months to 67 tonnes / ha in 24 months. One of the clones presents better biomass production at the wider spacings and the other clone for the smaller spacings. Regarding the quality of biomass, the results show that the basic specific gravity varied from 0.30 to 0.38, the green density from 0.9 to 1.0 g / cm3, the moisture content between 40 and 70%, the power Caloric from 18,000 to 20,000 kJ / kg, the amount of ash was less than 4.8% and the volatile content was between 70 and 86%. Differences in the quality of biomass between the two clones at early ages were observed, but they tend to disappear with increasing age, especially at the age of 24 months, which is where the plantation is intended to be harvested, this being an advantage since you have a uniform biomass if the two clones are used. Then based on the results of biomass production and the development of diameter and height, one clone of the two studied is recommended for the spacing of 1.0x1.0 m and the other for the spacing 0.75x0.75 m and 1.0x0.5 m. In both cases it does not alter the biomass quality at the ages of 24 months. In a biomass gasification process the geometry of the biomass (splinter) is a necessary factor to consider. The temperature profile of the pyrolysis zone was on average 147 °C, the calorific power of the synthesis gas obtained was 6.18 MJ / Nm3, the power utilization capacity of the syngas to produce electrical power, measured as the Efficiency of the Motor / Generator was 21.41%. 564.50 kWh / t of process performance was obtained in electrical terms at a power of 6.2 kW. With respect to the production yield of synthesis gas, an average of 1.75 kg of synthesis gas per kilogram of chips was produced. Based on these production values of syngas, the G. arborea species is optimal for a gasification process

Especies tropicales; Bioenergía; Biomasa; Tropical species; Plantation density; Woody crops; Energy crops; Research Subject Categories::FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING::Area technology::Forest engineering;