¡A prender bombillos! con cascarilla de arroz

Durante la última década, cada colombiano consumió en promedio 40 kilogramos de arroz al año, porque quien diga ser de esta tierra no perdona su ración diaria en el almuerzo. Si multiplicamos eso por 45 millones de habitantes, serían 1.800 millones de kilogramos.

En el 2010, según datos de la Federación Nacional de Arroceros, el país destinó 437.481 hectáreas para sembrar este popular cereal, e importó, según cifras del 2009 de la DIAN, 260.231 toneladas.

Es arroz en abundancia, pero también representa miles de toneladas de desechos provenientes de la cascarilla que envuelve el grano, el cual se convierte en un creciente problema para la industria arrocera nacional.

"Es tanto, que gran parte termina como subproducto de bajo valor agregado en aglomerados o eliminado en quemas a cielo abierto que emiten gases que afectan al ecosistema. Se generan, además, costos adicionales de transporte", explica Carlos Ariel Cardona, investigador de la Sede Manizales.

¿Qué hacer con esas montañas de desperdicio? La respuesta la hallaron los integrantes del grupo de investigación de Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos, en conjunto con el de Cambio Climático que lidera el profesor Cardona. En vez de ver un problema, evidenciaron una oportunidad.

Potencial energético
La cascarilla de arroz es un tejido vegetal rico en componentes lignocelulósicos que se caracterizan por su alto potencial calórico, por tanto, permiten producir energía. La lignocelulosa constituye la masa de una planta, producto de la fotosíntesis, en la que la energía luminosa del sol, que es inorgánica, se convierte en energía química, o sea, materia orgánica.

En la búsqueda de tecnologías más limpias con la naturaleza, los investigadores plantearon un esquema de biorrefinería para aprovechar el casquillo. El concepto implica un ciclo cerrado, en el cual todos los subproductos que resultan del proceso tienen un valor agregado o sirven de materia prima en otros desarrollos industriales.

La metodología usada fue el Algoritmo de Reducción de Residuos (WAR), software creado por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos para diseñar y evaluar métodos amigables con el entorno.

Antes, los esquemas de procesos químicos se concentraban solo en procurar bajos costos, pero con el método WAR el objetivo es reducir los impactos nocivos en la salud y los ecosistemas, modificando las estructuras de los procedimientos industriales.

En el caso de los residuos de arroz, los investigadores adaptaron la metodología, diseñaron una técnica que superó la etapa de simulación y modelación, y en la actualidad se cuenta con datos experimentales de laboratorio en la Universidad de Maryland (EE. UU.).

Innovación
¿Cómo se produce la energía a partir de cascarilla de arroz? El proceso inicia en el laboratorio con el secado de la materia prima en un equipo rectangular en el que fluye aire caliente; luego pasa a un molino donde se pulveriza para que se queme con mayor facilidad.

Después, el material se gasifica de modo que el vapor resultante de la combustión no se forme con dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O), sino con monóxido de carbono (CO) e hidrógeno, mezcla denominada gas de síntesis, que ofrece la posibilidad de crear una gran cantidad de componentes como metanol, hidrógeno, amoniaco, entre otros.

Dicho gas es purificado quitándole los residuos de cenizas a través de un filtro. En seguida se introduce en una caldera con agua para formar vapor de alta presión. El procedimiento sigue con una nueva combustión del gas pero en otra caldera, con el fin de que salga más vapor. Este, mezclado con el anterior, forma un nuevo gas que alimenta una turbina y su potencia es la que produce la energía eléctrica, por la gasificación de la cascarilla.

"Al final del ciclo, una parte del agua utilizada es eliminada y la otra vuelve a circular por las calderas; a su vez, los gases se condensan (se transforman en líquidos) y retornan al proceso en una lógica que reutiliza y aprovecha al máximo cada elemento", detalla el investigador Juan Jacobo Jaramillo Obando.

La innovación técnica de la gasificación y la combustión directa es que utiliza simultáneamente ambos métodos, mientras que en los esquemas tradicionales solo generaban un flujo de vapor y hasta ahí llegaba el proceso.

"En este caso se introduce la mejora de mezclar gases como forma alternativa de producir energía renovable, mitigando el daño ambiental. Se transforma un subproducto agrícola riesgoso y abundante en sustancias útiles en otros procesos industriales", enfatiza Jaramillo.

Los resultados constatan que alimentando con un kilo de cascarillas por segundo a la biorrefinería, se obtienen continuamente 975,6 kilovatios (kW). Los ingenieros calculan que su innovación podría generar un ahorro diario de ocho horas de energía en una vivienda que gaste un promedio de 100 kW por hora.

Cenizas y CO₂, todo sirve
La cascarilla no solo sirve para generar energía eléctrica, el contenido de sílice, calcio y fósforo de la ceniza resultante tiene potencial en la industria de la construcción. Se pueden fabricar cemento y ladrillos más resistentes y con propiedades compatibles con el ambiente; por su abundancia, es un material económico.

Asimismo, el CO₂ obtenido en el proceso se ensaya en el laboratorio como alimento para las algas. El gas se inyecta en una piscina, el agua se carbonata y queda burbujeante como la soda. Al ser absorbido, las algas crecen y con ellas se producen combustibles ecológicos como biodiésel y bioetanol.

Adicionalmente, el agua sobrante posee nutrientes para la siembra y el cultivo de microalgas, y las cenizas se usan como ingrediente para la producción de cristal. En definitiva, nada se pierde.

"El modelo de biorrefinería genera alta eficiencia, economía y sustentabilidad, optimiza cada fase obteniendo subproductos ambientales y se soluciona la contaminación por la quema de la cascarilla. Todo a partir de un desecho abundante en el país", concluye el director del grupo de investigación.