Pirólisis aplicada a olote de maíz para la producción de bioaceite líquido a escala laboratorio

Abstract

El presente trabajo de graduación evalúa la viabilidad del olote de maíz, en estado crudo y cocido, como materia prima para la obtención de bioaceite mediante pirólisis a escala de laboratorio. Para ello se realizó la caracterización fisicoquímica de la biomasa (humedad, densidad y tamaño de partícula), análisis termogravimétrico, balances de masa y energía, y la caracterización de los productos obtenidos, con énfasis en el bioaceite, mediante pruebas fisicoquímicas y cromatografía de gases. Los resultados evidenciaron que el olote cocido presentó un mayor rendimiento de productos volátiles, con 17.86 % m/m de bioaceite y 32.22 % m/m de gas de síntesis, frente a 13.25 % m/m y 20.39 % m/m obtenidos con olote crudo, respectivamente. La prueba t confirmó diferencias estadísticamente significativas en la distribución de productos. El bioaceite obtenido tanto de olote crudo como de olote cocido presentó una densidad aproximada de 1030 kg/m³, una viscosidad de 1.9 cSt, una solubilidad del 80 % y un poder calorífico de 17–18 MJ/kg, valores que se encuentran dentro del rango reportado para bioaceites de origen lignocelulósico. La cromatografía reveló una composición dominada por compuestos oxigenados volátiles de bajo peso molecular, de C1-C9 para el bioaceite de olote crudo y C1-C7 para el bioaceite de olote cocido, lo que confirma su naturaleza polar y su potencial como co-solvente bio-based en aplicaciones industriales como recubrimientos, adhesivos y limpieza. Este uso se sustenta con las propiedades fisicoquímicas obtenidas: en el crudo se midieron 1.876 cSt, 78.35 % m/m de solubilidad y 1031.250 kg/m³; en el cocido, 1.956 cSt, 81.9 % m/m y 1029.167 kg/m³, respectivamente, valores que favorecen compatibilidad con matrices polares y estabilidad de mezclas. En energía, se recomienda su posible uso energético en esquemas de co-combustión con fuel-oil por su PCI intermedio (crudo de 17.0 MJ/kg y cocido de 17.9 MJ/kg).

This undergraduate research evaluated the feasibility of using raw and cooked corn cobs as feedstocks for bio-oil production through laboratory-scale pyrolysis. The study included the physicochemical characterization of the biomass (moisture content, density, and particle size), thermogravimetric analysis, mass and energy balances, and the characterization of the resulting products, with particular emphasis on the bio-oil through physicochemical testing and gas chromatography.

The results showed that cooked corn cobs produced higher yields of volatile products, generating 17.86% (w/w) bio-oil and 32.22% (w/w) syngas, compared with 13.25% (w/w) and 20.39% (w/w), respectively, for raw corn cobs. A t-test confirmed statistically significant differences in product distribution between the two feedstocks. The bio-oils obtained from both raw and cooked corn cobs exhibited similar physicochemical properties, with densities of approximately 1030 kg/m³, viscosities of 1.9 cSt, solubilities of about 80%, and higher heating values ranging from 17 to 18 MJ/kg. These values fall within the ranges reported for lignocellulosic bio-oils.

Gas chromatography revealed that both bio-oils were composed predominantly of low-molecular-weight oxygenated volatile compounds, with carbon chain lengths ranging from C1–C9 in the bio-oil derived from raw corn cobs and from C1–C7 in that obtained from cooked corn cobs. These results confirm the polar nature of the bio-oils and their potential use as bio-based co-solvents in industrial applications such as coatings, adhesives, and cleaning products. This potential is supported by their physicochemical properties: the bio-oil from raw corn cobs exhibited a viscosity of 1.876 cSt, a solubility of 78.35% (w/w), and a density of 1031.250 kg/m³, whereas the bio-oil from cooked corn cobs showed corresponding values of 1.956 cSt, 81.9% (w/w), and 1029.167 kg/m³. These characteristics favor compatibility with polar matrices and the stability of solvent mixtures. From an energy perspective, the bio-oils also show potential for co-combustion with fuel oil due to their intermediate lower heating values of 17.0 MJ/kg for raw corn cobs and 17.9 MJ/kg for cooked corn cobs.