Aplicación de tecnologías para el aprovechamiento de la cascarilla de arroz

Piñeros Castro, Yineth, Otálvaro, Ángela María, Campos, Ana María, Cortés, William

• Editorial: Editorial Utadeo
• Año: 2011
• ISBN:
  9789587250633
• Categoría: Technology & Engineering
• Categoría: Engineering General

En el proyecto de investigación Aplicación de tecnologías para el aprovechamiento integral de las fracciones celulósica y hemicelulósica de la cascarilla de arroz, propuesto y ejecutado por el Departamento de Ingeniería de la Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, se realizó la evaluación de tecnologías para el fraccionamiento de la cascarilla de arroz con el fin de proponer procesos para la obtención de etanol y furfural. Además, se realizó la EXPLORACIÓN del uso de líquidos de tratamientos como antioxidantes para la industria cosmética. En este documento sobre dichas tecnologías, se presentan de forma general algunos de los resultados obtenidos en dicha investigación con el fin de informar al sector arrocero sobre los avances y perspectivas de la investigación.

1. APROVECHAMIENTO INTEGRAL DE LA CASCARILLA DE ARROZ

Yineth Piñeros Castro, Ángela María Otálvaro

1.1 Aprovechamiento de materiales lignocelulósicos

La utilización de materiales lignocelulósicos viene siendo investigada intensamente, debido a que estos representan el mayor componente de los residuos agrícolas y desechos agroindustriales en el mundo, y constituyen una fuente abundante y segura de recursos renovables y energía. La utilización adecuada de la biomasa vegetal, especialmente de los materiales que son residuos y no son base de alimentos, mejora el balance energético resultando en un ciclo de carbono esencialmente cerrado, disminuyendo las emisiones al medio ambiente que contribuyen al calentamiento global. La sacarificación o hidrólisis enzimática para la producción de azúcares fermentables extraídos de estos materiales lignocelulósicos ha sido considerada una manera prometedora de producir combustibles y químicos a partir de fuentes renovables. Sin embargo, el potencial de estos materiales, no solo tiene este alcance, sino que su adecuado fraccionamiento puede dar origen a materias primas para diversas industrias como se puede observar en la figura 1.

Figura 1. Diagrama de la química de los materiales lignocelulósicos.

1.2 Aprovechamiento de la cascarilla de arroz

Según estadísticas del Convenio Dane Fedearroz, el área destinada a la siembra de arroz en Colombia es de aproximadamente 400.000 hectáreas en las cuales se producen alrededor de 2'000.000 toneladas de arroz paddy seco y 400.000 toneladas de cascarilla por año. La industria arrocera dentro de su visión estratégica tiene como meta, el aumento del consumo per cápita de arroz en el país hasta el doble del valor actual (39 kg/ persona/ año), lo cual supone un incremento en la producción de arroz y por ende mayor generación de cascarilla.

Los residuos lignocelulósicos generados en el procesamiento del arroz, como la cascarilla y el tamo (desecho abandonado en el sitio de recolección), son materiales considerados de poco valor y en algunos casos son un residuo. El poco valor dado especialmente a la cascarilla, se debe especialmente a las pocas tecnologías implementadas en el país para su procesamiento y posterior valorización, ya que su uso se limita, como combustible sólido, a ser quemada en calderas en el proceso de secado del grano (con la consecuente emisión de gases al medio ambiente), y en otros casos se emplea como material para abonos, cama para animales e insumo para materiales de construcción. En la figura 2, se representa la composición de la cascarilla de arroz.

Figura 2. Composición de la cascarilla de arroz colombiana (datos experimentales UJTL).

Entre otras alternativas para el aprovechamiento de la cascarilla de arroz se encuentra su uso para la producción de silica a partir de las cenizas generadas cuando ésta es usada como combustible; el proceso consiste en una simple extracción alcalina seguida por una precipitación ácida. Los geles producidos de este modo alcanzan un contenido de sílica de 93% y un 2,6 % de humedad, caracterizándose por ser casi libres de otros contaminantes minerales. Las aplicaciones de la silica como fuente de silicatos tienen un gran potencial en las industrias farmacéutica, cosmética, del vidrio, del cemento, de la cerámica, de los detergentes industriales y de los pegantes y adhesivos. Este compuesto también puede ser usado como precursor de una variedad de materiales con aplicación química, en películas y en recubrimientos de materiales ópticos (Kalapathy etal., 2000). Del mismo modo, la cascarilla de arroz es fuente biológica de silicatos en la forma de tridimita y cristobalita, cuyas microestructuras han sido estudiadas en la adsorción de ácidos grasos libres desde aceite de soya desgomado (Kim, et al., 2008).

Recientemente se ha promovido el uso de la cascarilla de arroz como componente de medios para crecimiento de cultivos, debido a que tiene unas características muy marcadas de porosidad, actividad de agua, compactación, pH y balance de nutrientes, entre otros (Bethke, 2007).

Así mismo, se han propuesto procedimientos para usar la cascarilla como intercambiador aniónico lignocelulósico para la remoción de nitratos, logrando una remoción de los mismos, bajo condiciones especificas de preparación de 1,32 mmol/g con un rendimiento del 180%. Desde este punto de vista, la cascarilla se convierte en una alternativa para el tratamiento de aguas residuales (Orlando et al., 2002).

Por otro lado se ha considerado la producción de celulasas a partir del hongo Bacillus amyoli- quefaciens DL-3 usando la cascarilla de arroz como sustrato (Lee et al., 2008).

La cascarilla de arroz puede ser utilizada como materia prima para la producción de furfural; se ha reportado que el rendimiento de la reacción es del orden de 0,120 g de furfural/g biomasa seca de cascarilla de arroz (Montané, 2002).

Finalmente, algunos residuos agroindustriales como fibra, cascarilla de arroz y residuos de cereales han sido estudiados para ser usados en la producción de acetato de celulosa (Biswas et al., 2006) y alcohol carburante (Saha y Cotta, 2007; Galbe y Zacchi, 2002).

1.3 Proyecto de investigación "Aplicación de tecnologías para el aprovechamiento integral de las fracciones celulósica y hemicelulósica de la cascarilla de arroz".

En este contexto, el desarrollo de tecnologías en el país para lograr un fraccionamiento de la cascarilla de arroz, no sólo conducirá a tener una mayor disponibilidad de materias primas para la industria química y energética, sino que le dará la posibilidad de obtener mayores ingresos a la industria arrocera y generará propuestas para el aprovechamiento de otros materiales lignocelulósicos derivados de otros procesos agroindustriales.

Por lo tanto, es importante encontrar propuestas tecnológicas para el aprovechamiento de estos materiales, teniendo en cuenta el potencial económico y energético de los materiales a trabajar, proponiendo procesos de aprovechamiento sostenibles. El proyecto de investigación "Aplicación de tecnologías para el aprovechamiento integral de las fracciones celulósica y hemicelulósica de la cascarilla de arroz", ejecutado por los Programas de Ingeniería Química e Ingeniería de Alimentos de la Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano y financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, la Cámara Induarroz de la ANDI y la misma Universidad, tuvo como objetivo general el desarrollo de alternativas tecnológicas para la valorización de la cascarilla de arroz, mediante la producción de etanol y furfural.

Para lograr la conversión de esta biomasa en materias primas de mayor valor agregado, es esencial el fraccionamiento, por lo que es necesaria la aplicación de pretratamientos fisicoquímicos y/o biológicos. Los objetivos fundamentales de los pretratamientos van encaminados a reducir la cristalinidad de la celulosa, disociar el complejo celulosa-lignina, aumentar el área superficial del material y disminuir la presencia de aquellas sustancias que dificulten la hidrólisis. Además, un pretratamiento eficaz debe reunir otras características como bajo consumo de energía, reactivos de menor costo, fácilmente recuperables y de mínimo impacto ambiental.

Durante el desarrollo del proyecto citado, se evaluaron diversas condiciones de pretratamientos, orientadas básicamente a obtener las fracciones celulósica y hemicelulósica, con el fin de evaluar su uso en la producción de etanol y furfural respectivamente, resultados que se comentarán en los siguientes capítulos de esta publicación y que muestran el potencial de la cascarilla de arroz. Estos avances sirven de base para el planteamiento de nuevas propuestas conducentes a encontrar procesos viables técnica y económicamente, en la búsqueda de alternativ...

Índice

• Portada
• Portadilla
• Créditos
• Introducción
• 1. APROVECHAMIENTO INTEGRAL DE LA CASCARILLA DE ARROZ
• 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO DE EXPLOSIÓN CON VAPOR PARA EL PRETRATAMIENTO DE LA CASCARILLA DE ARROZ
• 3. LA CASCARILLA DE ARROZ COMO FUENTE DE ANTIOXIDANTES
• 4. LA CASCARILLA DE ARROZ COMO FUENTE PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL
• 5. CASCARILLA DE ARROZ: # FUENTE DE FURFURAL
• 6. PRETRATAMIENTOS QUÍMICOS PARA EL FRACCIONAMIENTO DE LA CASCARILLA DE ARROZ
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