Dialysis and column chromatography for biomass pyrolysis liquids separation

Altres ajuts: acords transformatius de la UABIn the current study, a novel approach for separating value-added chemicals from pine wood residues' pyrolysis liquids (bio-oil) was effectively carried out. It combined two separation techniques used for the first time in this field: dialysis with water, methanol and acetone, and column chromatography with Amberlite™ XAD7 resin. This strategy made it possible to separate bio-oil into four fractions: (1) pyrolytic lignin, which can be utilized in the synthesis of resins, foams, electrodes, asphalt, etc. (2) acid-rich fraction, with particular relevance to the chemical industry, (3) antioxidant fraction, containing phenolic compounds, with a lot of interest for pharmaceutical and nutraceutical industry, and (4) a final fraction containing the most non-polar chemicals from bio-oil. Thus, it was possible to develop a process that allows the obtention of bioproducts from woody biomass, a residue obtained in significant quantities in the management of non-profitable forests, making a step forward within the context of circular economy and bioeconomy

Production and separation of value-added compounds from pine wood using pyrolysis and biorefinery techniques

Altres ajuts: acords transformatius de la UABAltres ajuts: LIFE Programme of the European Union for the project LIFE BIOREFFORMED (LIFE 19 ENV/ES/000544)Value-added compounds were obtained from pine wood bio-oil, converting it into a renewable source for several chemicals: acids (acetic acid), sugars (levoglucosan), furan derivatives (furfural) and phenolics (catechol, phenol, 4-propylguaiacol, vanillin). To achieve this, firstly a comparison of a direct pyrolysis at 500 °C versus a two-staged pyrolysis (300 °C and 500 °C) was made. It was determined that a two-staged pyrolysis ensue in the obtainment of less complex liquid fractions since it concentrates families of compounds in different phases of bio-oil, facilitating their subsequent separation. Secondly, two methodologies (A and B) were designed to establish a procedure for separating the various chemical groups present in bio-oil. Methodology A consisted of a first vacuum distillation followed by an extraction process that combined an alkaline extraction and a simple extraction with ethyl acetate. Methodology B consisted of a first extraction with trioctylamine and ethyl acetate followed by a vacuum distillation and an extraction with hot water. The results showed that methodology A was better for the separation of chemical compounds from bio-oil, obtaining one fraction with the carboxylic acid content and furan derivatives, a second fraction containing the phenolic compounds and a third fraction enriched with the sugar content

Els nous usos del castanyer

El present projecte de final de carrera de Ciències Ambientals estudia els usos actuals del castanyer (Castanea sativa) amb la finalitat de trobar nous usos per a aquesta espècie i de potenciar la recuperació de les masses de castanyer catalanes. Aquest objectiu s'assolirà mitjançant una recerca bibliogràfica exhaustiva, la realització d'enquestes a empreses que tractin amb productes del castanyer i amb sortides al camp per veure l'estat actual de les castanyedes catalanes, donada la seva afectació per diverses patologies i per l'abandonament que han patit. Una vegada coneguda la situació del castanyer i dels seus productes, es realitzarà una anàlisi de la viabilitat econòmica dels possibles nous usos d'aquest arbre, una anàlisi DAFO (Debilitats, Amenaces, Fortaleses i Oportunitats), i el balanç energètic de l'explotació dels seus recursos forestals.El presente proyecto de final de carrera de Ciencias Ambientales estudia los usos actuales del castaño (Castanea sativa) con el fin de encontrar nuevos usos para esta especie y de potenciar la recuperación de las masas de castaño catalanas. Este objetivo se logrará mediante una búsqueda bibliográfica exhaustiva, la realización de encuestas a empresas que traten con productos del castaño y con salidas al campo para ver el estado actual de las masas de castaño catalanas, dada su afectación por diversas patologías y por el abandono que han sufrido. Una vez conocida la situación del castaño y de sus productos, se realizará un análisis de la viabilidad económica de los posibles nuevos usos de este árbol, un análisis DAFO (Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades), y el balance energético de la explotación de sus recursos forestales.This Environmental Sciences project studies the current uses of the sweet chestnut tree (Castanea sativa) in order to find new uses for this specie and enhance the recovery of the sweet chestnut tree in Catalonia. This will be achieved through an exhaustive bibliographic research, surveys to companies dealing with products of this tree and visits to the field to see the current state of the masses of the Catalan sweet chestnut tree, given their involvement in diseases and the abandonment that they have suffered. Once known the state of the sweet chestnut tree and its products, an analysis of the economic viability of potential new uses of this tree, a SWOT analysis (Strengths, Weaknesses, Threats, Strengths and Opportunities), and an energy balance for the exploitation of their forest resources will be made

Estudi de la viabilitat econòmica de la implantació d'una planta de piròlisi per a la producció de biochar en un context local i comarcal

En aquest document es pretén estudiar de la viabilitat econòmica de la implantació d'una planta de piròlisi per a la producció de biochar o char en un context local i comarcal. La biomassa és una font d'energia que genera uns rendiments energètics prou interesants i d'una manera respectuosa amb el medi ambient. Així doncs, la teòrica planta utilitzarà biomassa que, a traves del tractament termoquímic de la piròlisi, ens generarà uns productes que són d'utilitat per l'obtenció d'energia d'una manera respectuosa amb el medi ambient. Abans de fer l'anàlisi econòmic, hi ha una explicació extensa dels processos termoquímics, com són la piròlisi, la gasificació i la torrefacció. Posteriorment, es du a terme una revisió de l'estat actual de les tecnologies de conversió de biomassa a Catalunya i finalment es realitza un inventari i anàlisi dels usos de la biomassa a Catalunya, en el qual es parla principalment de l'estella el pèl·let, així com també de la seva producció, consum i exportació. El nostre anàlisi econòmic de la planta de processament de biomassa es durà a terme a nivell local, és a dir en un municipi, i també a nivell comarcal a Catalunya. A partir del processament de biomassa per mitja de la piròlisi, obtindrem uns productes, entre els quals el biochar, que serà un dels productes finals per poder vendre. L'altre producte serà el pèl·let de biochar, que l'obtindrem a través del procés de pel·letització. Aquest procés ens permetrà densificar el mateix biochar i obtenir-ne pèl·lets amb un poder calorífic superior, com també el seu possible preu de venda final. En aquest anàlisi econòmic plantejarem diferents escenaris tant a nivell local com comarcal, és a dir, farem variar diferents paràmetres de la planta, com poden ser els dies, les hores de treball, el sou dels treballadors, l'existència de procés de pel·letització...per veure la viabilitat del nostre projecte. Aquesta viabilitat la mesurarem amb diferents Índexs, entre els quals hi ha l'Índex de Rendibilitat, que ens determinarà si el projecte és possible si el seu valor és més gran a 1.En este documento se pretende estudiar la viabilidad económica de la implantación de una planta de pirólisis para la producción de biochar o char en un contexto local y comarcal. La biomasa es una fuente de energía que genera unos rendimientos energéticos interesantes y de una manera respetuosa con el medio ambiente. Así pues, la teórica planta utilizará biomasa que, a través del tratamiento termoquímico de la pirólisis, nos generará unos productos que son de utilidad para la obtención de energía de una manera respetuosa con el medio ambiente. Antes de hacer el análisis económico, hay una explicación extensa de los procesos termoquímicos, como son la pirólisis, la gasificación y la torrefacción. Posteriormente, se lleva a cabo una revisión del estado actual de las tecnologías de conversión de biomasa en Cataluña y finalmente se realiza un inventario y análisis de los usos de la biomasa en Cataluña, en el que se habla principalmente de la astilla y el pellet, así como también de su producción, consumo y exportación. Nuestro análisis económico de la planta de procesamiento de biomasa se llevará a cabo a nivel local, es decir en un municipio, y también a nivel comarcal en Cataluña. A partir del procesamiento de biomasa por medio de la pirólisis, obtendremos unos productos, entre los cuales el biochar, que será uno de los productos finales para vender. El otro producto será el pellet de biochar, que lo vamos a obtener a través del proceso de peletización. Este proceso nos permitirá densificar el mismo biochar y conseguir pellets con un poder calorífico superior, así como su posible precio de venta. También se plantearan diferentes escenarios tanto a nivel local como comarcal, es decir, haremos variar diferentes parámetros de la planta, como pueden ser los días y las horas de trabajo, el sueldo de los trabajadores, la existencia de proceso de peletización...para ver la viabilidad de nuestro proyecto. Esta viabilidad la mediremos con diferentes Índices, entre ellos el Índice de Rentabilidad, que nos determinará si el proyecto es posible si su valor es mayor a 1.This paper aims to study the economic feasibility of the implementation of a pyrolysis plant for the production of biochar and char on a local and regional context. Biomass is an energy source that generates interesting energy yields in a way that respects the environment. So, the theoretical biomass plant use through the thermochemical treatment of pyrolysis, generate products that are useful for energy production. Before the economic analysis, there is a full explanation of thermochemical processes such as pyrolysis, gasification and roasting. Subsequently conducted a review of the current status of biomass conversion technologies in Catalonia and finally an inventory and analysis of the uses of biomass in Catalonia, which is mainly spoken in woodchips and pellet, as well as its production, consumption and export. Our economic analysis of biomass processing plant will be carried out locally, and in a regional level in Catalonia. From the processing of biomass by pyrolysis, get some products, including biochar, which is an end product to sell. The other product is the pellet of biochar, which will get it through the process of "pel·letització". This process will allow us to densify the same biochar and obtain pellets with higher calorific value as well as its possible final sale price. This economic analysis will consider various scenarios both local and regional, in which there is a variation in different parameters of the plant, such as days, hours of work, salary worker... to see the feasibility of our project. This viability is going to be measured with different indices, among which is the Rate of Return, that determine if the project is possible if the value is greater than 1

Integrated sustainability analysis of innovative uses of forest biomass. Bio-oil as an energy vector

Aquesta investigació ofereix un enfocament multidisciplinari, des d’un punt de vista ambiental, social, econòmic i tecnològic, per a estudiar nous usos de la biomassa forestal utilitzant diferents metodologies, com són els grups de discussió, l’anàlisi del cicle de vida i experimental en una planta pilot de piròlisi. En primer lloc, es realitza una avaluació integrada per mitjà de grups de discussió per a identificar les barreres polítiques, socials i ambientals que han impedit que els sistemes integrats de biomassa forestal hagin continuat desenvolupant‐se en el context mediterrani. Els resultats mostren que, tot i les grans oportunitats i apostes per aquests sistemes, és necessari considerar factors socioecològics específics, com ara els règims de propietat, la baixa productivitat dels boscos mediterranis, la feble capacitat institucional, logística i dificultats d'abastament i la falta de rendibilitat econòmica dels productes forestals, si la biomassa forestal ha de contribuir decisivament a la producció de fonts d'energia renovables a Europa. En segon lloc, es duu a terme una anàlisi del cicle de vida d'una planta de gasificació de biomassa forestal i de fusta de post‐consum. Aquest estudi mostra que la biomassa forestal necessita majors requeriments d'energia, degut principalment a una fase d'assecatge addicional que necessita per complir amb els requeriments d’entrada de la gasificació. Finalment, els aspectes tecnològics s’analitzen estudiant la piròlisi de la biomassa. Primer, s’aplica el model d'activació d’energies distribuïdes (DAEM) a la desvolatilització de la biomassa i els seus components. Posteriorment, s’estudia la piròlisi d’estelles de biomassa forestal en una planta pilot amb un reactor de cargol sense fi (10 kg/h) per a estudiar les condicions òptimes d'operació (temperatura de reacció, temps de residència de sòlids i flux màssic) i per a determinar les propietats fisicoquímiques dels productes obtinguts. Els resultats mostren que es pot aconseguir una piròlisi completa de les estelles de biomassa en aquest tipus de reactor i que el major rendiment per a la producció de líquid (59%) i les millors propietats dels productes s’obtenen en la temperatura més baixa estudiada (773 K) i aplicant temps de residència de sòlids de més de 2 minuts. La caracterització química del biooil mitjançant GC/MS mostra que els compostos més abundants són compostos polars volàtils, fenols i benzenediols. Es poden observar molt poques diferències en les propietats físiques de les diferents mostres de bio‐oil, el qual és similar al bio‐oil obtinguts en reactors semblants. Els balanços d'energia del procés de piròlisi de la planta pilot i d’una planta escalada (1500 kg/h) mostren que es necessita una unitat d'assecatge i una cambra de combustió de carbó si la piròlisi s’ha de realitzar en una planta mòbil, tot i que el procés és autosuficient energèticament quan el contingut d'humitat de la biomassa és inferior al 6%. L'anàlisi econòmica demostra que els costos totals de producció de biocombustible a la planta pilot escalada se situen entre 269 i 289 €/m3, depenent del cost de la biomassa (40‐50 €/tona). El punt d'equilibri de la planta de piròlisi és de 116 €/barril quan la biomassa es compra a 50 €/tona i 108 €/barril quan el cost de la biomassa és de 40 €/tona. A llarg termini, el bio‐oil ofereix un gran potencial com a vector energètic i en el futur escenari d’una biorefineria, un nou enfocament que s'estudia a través de la dissolució de la fusta en líquids iònics mitjançant microones. En conjunt, aquests nous usos representen una gran oportunitat per al sector forestal en el context mediterrani, ja que ofereixen productes d’alt valor afegit com és el bio‐oil. El bio‐oil és un vector energètic, tan versàtil com el petroli, i que pot ser la base per a una nova generació de biocombustibles de segona generació i, alhora, matèria primera per a biorefineries. A més, aquesta tesi també està relacionada amb la sostenibilitat social, suggerint accions i propostes associades amb el desenvolupament local i l’economia en xarxa i facilitant la presa de decisions, cosa que ajuda a fer un pas endavant cap a un coneixement global i integral de la sostenibilitat.This research offers a multidisciplinary approach, from the environmental, social, economic and technological standpoint, to study different novel uses of forest biomass using different methodologies such as IA‐Focus Groups, Life Cycle Assessment and experimental in a pyrolysis pilot plant. First, an integrated assessment of forest biomass systems by focus groups methodology is carried out to identify what political, social and environmental barriers have prevented integrated forest biomass systems to be further developed in the Mediterranean context. Results show that while the opportunities and stakes are high, specific socio‐ecologic factors, such as property regimes, low productivity of Mediterranean forests, weak institutional capacity, logistics and supply difficulties and the lack of economic profitability of forest products, need to be taken into account if forest biomass is to contribute decisively to securing renewable sources of energy in Europe, integrating landscape planning with resource policies or mitigating climate change. Second, a life cycle assessment of a gasification plant using forest biomass and post‐consumer wood is performed. This study shows that forest biomass needs higher energy requirements due to mainly an additional drying stage in order to comply with the gasification demands. Finally, technological aspects are investigated by studying biomass pyrolysis. An application of the Distributed Activation Energy Model (DAEM) to biomass and biomass constituents’ devolatilisation is performed to study the thermal decomposition of biomass. Next, pine woodchips pyrolysis is carried out in an auger reactor pilot plant (10 kg/h) to study the optimal operation conditions (reaction temperature, solid residence time and mass flow rate) and to characterize the properties of the products obtained. Results show that complete woodchip pyrolysis can be achieved in the auger reactor and the greatest yields for liquid production (59%) and optimum product characterisation are obtained at the lowest temperature studied (773 K) applying solid residence times longer than 2 minutes. Bio‐oil GC/MS characterisation shows that the most abundant compounds are volatile polar compounds, phenols and benzenediols. Very few differences can be observed in the physical properties of the bio‐oil samples regardless of the operating conditions, and these properties are similar to bio‐oil obtained in other auger reactors. Energy balances of the pyrolysis process in the pilot plant and in a scaled up auger reactor mobile plant (1500 kg/h) show that a drying unit and a char combustor are needed if the pyrolysis has to be performed in a mobile plant, even though the process is energy‐independent when moisture content is lower than 6%. The economic assessment shows that total costs of producing bio‐oil in the scaled‐up pilot plant is between 269 and 289 €/m3 depending on the biomass cost (40‐50€/ton). The break‐even point of the pyrolysis plant is 116 €/barrel when the biomass is purchased at 50 €/ton and 108 €/barrel when the biomass cost is 40 €/ton. In the long term, bio‐oil offers great potential as an energy vector and in a biorefinery scenario, a novel approach that is studied by performing microwave‐assisted dissolution of wood in ionic liquids. On the whole, these novel uses offer great opportunity for the Mediterranean forestry sector, since they offer value‐added products such as bio‐oil. Bio‐oil represents a new energy carrier, which is as versatile as oil and which may be the basis for a new generation of secondgeneration biofuels and, in turn, raw material for biorefineries. This dissertation is also related to social sustainability by suggesting actions and proposals related to local development and the network economy, as well as facilitating decision‐making processes, which help to make a step forward to a global and integral knowledge of sustainability

Integrated sustainability analysis of innovative uses of forest biomass. Bio-oil as an energy vector

218 páginas, 64 figuras, 39 tablas.-- Tesis presentada para optar al grado de Dra. en Ciencias Medioambientales.During the past decades, forest management in Mediterranean countries has been constantly diminishing. Recently, an increase of the forest area and its neglectfulness is a accounted to these regions due to economy tertiarization and lack of profitability, among other factors. The main objective of this dissertation is to provide an alternative to Mediterranean forests and specifically in the case of Catalonia, a region located in the northeast of Spain that has aforested area of 1.930.481 ha, representing 60,1% of its total surface area.Grateful for the financial support that Universitat Autònoma de Barcelona and Abertis Foundation have provided to this work.Peer reviewe

Systemic inflammatory effects of acute pancreatitis; effects of lipid mediators

Acute pancreatitis is a serious autodigestive and inflammatory process frequently associated with a broad spectrum of systemic complications. It has been long believed those activated hydrolases released from the damaged pancreas gain access to the systemic circulation and are responsible for the induction of the damage in distant organs. However, initial acinar cell damage results in the release of activated hydrolases, but also of inflammatory mediators, altogether leading to the systemic inflammatory response. Between the hydrolases released by pancreas, lipase acts inducing the necrosis of peripancreatic and peritoneal fat tissue. This enzyme hydrolyses triacylglycerols and results in the generation of free fatty acids that could be modified by the oxidative environment generated during pancreatitis. These oxidised fatty acids could interfere on the activity of nuclear receptors, thus promoting an exacerbated inflammatory response in the severe forms of acute pancreatitis.Peer Reviewe