Ingeniería ISSN Impreso: 1409-2441 ISSN electrónico: 2215-2652

OAI: https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/ingenieria/oai
Evaluation of the effect of the treatment with diluted sulfuric acid of the lignocellulosic material of pineapple waste, to produce sugars as a substrate in the aqueous phase reforming reaction (APR)
PDF (Español (España))
HTML (Español (España))
EPUB (Español (España))

Keywords

Biomass
biofuels
lignocellulosic materials
water gas shift reaction (WGS)
nickel catalyst
utilization of agroindustrials residues
biomasa
biocombustibles
catalizador níquel,
materiales lignocelulósicos
aprovechamiento agroindustrial

How to Cite

Brenes, M. U., & Jaikel Víquez, J. (2021). Evaluation of the effect of the treatment with diluted sulfuric acid of the lignocellulosic material of pineapple waste, to produce sugars as a substrate in the aqueous phase reforming reaction (APR). Ingeniería, 31(2), 1–21. https://doi.org/10.15517/ri.v31i2.43545

Abstract

The main objective of the study was to evaluate the rate of production of hydrogen through aqueous phase reforming (APR), using the product of the hydrolysis of lignocellulosic material of pineapple’s straw.

The characterization of the pineapple’s straw (MD2) was carried out. Then, a fractional factorial design was carried out to study the effect of diluted sulfuric acid concentration (1 %m/m y 3%m/m), temperature (100 °C y 140 °C) and solid-liquid ratio (1:6 g/mL y 1:9 g/mL).

For the aqueous phase reforming (APR), it was used 5 % mass of catalyst based on the glucose mass in the hydrolysis product. The catalyst used was impregnated nickel in commercial alumina. The temperature (473.15 K) and the time of reaction (2 h) were set, and the nickel mass in the catalyst varied in three levels (5%, 20% y 35 %). It was found that the rate of hydrogen production was 221 mmol gcat-1 h-1, According to the statistical design, it was observed that 35 % of nickel is significant.

https://doi.org/10.15517/ri.v31i2.43545
PDF (Español (España))
HTML (Español (España))
EPUB (Español (España))

References

Y. Wei, H. Lei, Y. Liu, L. Wang, L. Zhu, X. Zhang, G. Yadavalli, B. Ahring y S. Chen, "Renewable Hydrogen Produced from Different Renewable Feedstock by Aqueous-Phase Reforming Process", Journal of Sustainable Bioenergy Systems, vol. 4, pp. 113-127, 2014.

S. Sing , S. Jain, A. Tiwari, M. Nouni, J. Pandey y S. Goel, "Hydrogen: a Sustainable Fuel for Future of the Transport Sector.", Renewwable and Sustainable Energy Reviews, vol. 51, pp. 623-633, 2015.

S. J. Gerssen-Gondelach, D. Saygin, B. Wicke, M. K. Patel y A. Faaij, "Competing uses of biomass: Assessment and comparison of theperformance of bio-based heat, power, fuels and materials", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 40, pp. 964-988, 2014.

N. D'Angelo, Aqueous Phase Reforming of Bio-Carbohydrates: reactor engineering and catalysis, Technische Universiteit Eindhoven, 2014.

A. Bakenne, W. Nutall y N. Kazantzis, "Sankey-Diagram-based insights into hydrogen economy today", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 41, pp. 7744-7753, 2016.

The Royal Society, Options for producing low-carbon hydrogen at scale, London, 2018.

R. Hernández-Chaverri y L. A. Prado Barragán, "Impacto y oportunidades de biorrefinería de los desechos agrícolas del cultivo de piña (Ananas comosus) en Costa Rica", UNED Research Journal, vol. 10, nº 2, pp. 455-468, 2018.

M. A. Maglianesi, "Desarrollo de las Piñeras en Costa Rica y sus Impactos Sobre Ecosistemas Naturales y Agro-urbanos", Biocenosis, vol. 27, pp. 1-2, 2013.

K. Quesada, P. Alvarado, R. Sibaja y J. Vega, "Utilización de las Fibras del Rastrojo de Piña (Ananas comusus, variedad champaka) como Material de Refuerzo en Resinas de Poliéster.", Revista Iberoamericana de Polímeros, vol. 6, nº 2, 2005.

Universidad de Costa Rica, «https://www.ucr.ac.cr/noticias/2018/06/14/ucr-detecta-residuos-de-plaguicidas-en-fuentes-de-agua-en-la-zona-norte.html,» UCR, 14 06 2018. [En línea]. [Último acceso: 12 12 2020].

P. Bajpai, Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Biofuel Production, Singapore: Springer, 2016.

J. R. Mielenz, K. Klasson, W. S. Adney y J. D. McMillan, Biotechnology for Fuels and Chemicals: The Twenty-Eighth Symposium, Estados Unidos: Springer Science and Business Media, 2007.

G. Chen, W. Li, H. Chen y B. Yan, "Progress in the aqueous-phase reforming of different biomass-derived alcohols for hydrogen production," Journal of Zhejiang University-SCIENCE A , vol. 16, pp. 491-506, 2015.

I. Coronado, M. Stekrova, M. Reinikainen, P. Simell y L. Lefferts, "A review of catalytic aqueous-phase reforming of oxygenated hydrocarbons derived from biorefinery water fractions," Hydrogen Energy, pp. 11003-11032, 2016.

R. R. Davda, J. W. Shabaker, R. D. Huber, R. D. Cortright y J. A. Dumesic, "A review of catalytic issues and process conditions for renewable hydrogen and alkanes by aqueos-phase reforming of oxygenated hidrocarbons over supporter metal catalysts," Applied Catalysis B, pp. 171-186, 2005.

H. A. Duarte, M. E. Sad y C. R. Apesteguía, "Aqueous Phase Reforming of Sorbitol on Pt/Al2O3: Effect of Metal Loading and Reaction Conditions on H2 Productivity", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 41, nº 39, pp. 17290-17296, 2016.

R. D. Cortright, R. R. Davda y J. A. Dumesic, "Hydrogen from Catalytic Reforming of Biomass-derived Hydrocarbons in Liquid Water", Nature Publishing Group, vol. 418, pp. 964-967, 2002.

G. E. Díez, Producción de Bio-hidrógeno Mediante Gasificación Catalítica de Biomasa con Captura Integrada de CO2 (Tesis para optar por el grado de Doctorado en Ingeniería Energética), Oviedo, España: Universidad de Oviedo, 2007.

A. Kirilin, Aqueous-phase Reforming of Renewables for Selective Hydrogen Production in the Presence of Supported Platinum Catalysts. Laboratory of Industrial Chemistry and Reaction Engineering, Finland: Åbo Akademi University, 2013.

L. Dosso, Sistemas Catalíticos de Pt-Ni-Co para Producción de Hidrógeno por Reformado en Fase Acuosa de Productos de la Hidrólisis de Biomasa Lignocelulósica. (Tesis para optar por el grado de Doctorado en Ingeniería Química), Santa Fe, Argentina: Universidad Nacional del Litoral, 2016.

P. Azadi, O. R. Inderwildi, R. Farnood y D. A. King, "Liquid Fuels, Hydrogen and Chemicals from Lignin: A Critical Review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 21, pp. 506-523, 2013.

J. Contreras, Efecto de la Tempereatura y la Concentración de Ácido Sulfúrico en el Perfil de Azúcares Obtenido del Pretratamiento de Aserrín de Pinus Oocarpa (Proyecto de graduación para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Agroindustria Alimentaria), Zamorano, Honduras: Universidad Zamorano, 2001.

D. Corredor, Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass. (Tesis para optar por el grado de Doctorado), Kansas, Estados Unidos: Kansas State University, 2008.

B. P. Lavatack, G. J. Griffin y D. Rodman, "The Acid Hydrolysis of Sugarcane Bagasse Hemicellulose To Produce Xylose, Arabinose, Glucose and Other Products", Biomass and Bioenergy, vol. 23, nº 367-380, 2002.

C. Chandler, N. Villalobos, E. González, E. Arenas, Z. Mármol, J. Ríos y C. A. Mazzarri, "Hidrólisis ácida diluida en dos etapas de bagazo de caña de azúcar para la producción de azúcares fermentables", Multiciencias, vol. 12, nº 3, pp. 245-253, 2012.

N. Frederick, N. Zhang, A. Djioleu, X. Ge, J. Xu y D. J. Carrier, "The effect of washing dilute acid pretreated poplar biomass on ethanol yields.", de Sustainable degradation of lignocellulosic biomass - techniques, applications and commercialization, INTECH, 2013.

Hach Company, Manual de análisis de agua, Colorado, EEUU, 2000.

M. Córdoba, Determinación del Efecto de la Concentración de la Base NaOH, de la Celulasa y Celobiasa en la Hidrólisis para la Producción de Etanol a Partir del Rastrojo de la Piña. (Proyecto de graduación para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Química), San José, Costa Rica: Universidad de Costa Rica, 2011.

B. Melissari, «Comportamiento de Cenizas y su Impacto en Sistemas de Combustión de Biomasa,» Memoria de trabajo de Difusión Científica y Técnica, vol. 10, pp. 69-82, 2012.

M. Villegas, Evaluación del Efecto del Tamaño de Partícula, Concentración de Enzimas y Tiempo en la Hidrólisis y Fermentación Integradas para la Producción de Etanol. (Proyecto de graduación para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Química)., San José, Costa Rica: Universidad de Costa Rica, 2010.

Y. Fahmy, T. Mobarak, M. Sakhawy y M. Fadl, "Agricultural Residues (Wastes) for Manufacture of Paper, Board, and Miscellaneous Products: Background Overview and Future Prospects", International Journal of Chem Tech Research, vol. 10, nº 2, pp. 424-448, 2017.

J. L. Martínez Altamiranda y D. Z. Fernández de Castro, Estudio Inicial de la producción de etanol a partir de las hojas de palma de aceite mediante un proceso de fermentación y sacarificación simultanea (SFS), Bogota, 2016.

H. G. Chico León y D. A. Sandoval Rojas, Determinación de las concentraciones de enzimas Celulasa y B-Glucosidasa para la obtención de azúcares fermentables a partir de cascarilla de arroz, Nuevo Chimbote-Peru, 2015.

R. Aguilar, J. A. Ramírez, G. Garrote y M. Vázquez, "Kinetic study of the acid hydrolysis of sugar cane bagasse", Journal of Food Engineering, vol. 55, nº 4, pp. 309-318, 2002.

R. G. Candido, G. G. Godoy y A. R. Gonçalves, "Study of Sugarcane Bagasse Pretreatment with Sulfuric Acid as a Step of Cellulose Obtaining", International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering, vol. 6, nº 1, pp. 6-10, 2012.

I. Soares, K. Mendes, M. Benachour y C. Abreu, "Evaluation of the Effects of Operational Parameters in the Pretreatment of Sugarcane Bagasse with Diluted Sulfuric Acid Using Analysis of Variance", Chemical Engineering Communications, vol. 204, nº 12, pp. 1369-1390, 2017.

E. Ixcotoyac, Efecto de la Temperatura y Concentración de Ácido Sulfúrico de Pretratamiento de Aserrín de Pinus spp. en la Producción de Azúcares y 5-Hidroximetilfurfural. (Proyecto de graduación para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería en Agroindustria Al, Honduras: Universidad Zamorano, 2013.

Y. Sun y J. Cheng, "Hydrolysis of Lignocellulosic Materials for Ethanol Production: a Review", Bioresource Technology, vol. 83, pp. 1-11, 2002.

A. Redding, Z. Wang, D. Keshwani y J. J. Cheng, "High Temperature Dilute Acid Pretreatment of Coastal Bermuda Grass for Enzymatic Hydrolysis", Bioresourse Technology, vol. 102, nº 2, pp. 1415-1424, 2011.

H. Montaño, S. Rincón y J. Serrato, «Study of the Influence of Dilute Acid Pre-Treatment Conditions on Glucose Recovery from Moringa Oleifera Lam for Fuel-Ethanol Production.,» International Journal of Green Energy, vol. 14, nº 7, pp. 613-623, 2017.

Y. H. Jung, I. J. Kim, H. K. Kim y K. H. Kim, "Dilute acid preteatment of lignocellulose for whole slurry ethanol fermentation", Bioresourse Technology, vol. 132, pp. 109-114, 2013.

S. Choojit, T. Ruengpeerrakul y C. Sangwichien, "Optimitation of acid hydrolysis of pineapple leaf residue and bioconverion to ethanol by saccharomyces Cerevisiae", Cellulose Chemistry and Technology, vol. 52, nº 3-4, pp. 247-257, 2018.

C. Gámez, Efecto de la Temperatura y la Concentración de Ácido Sulfúrico en el Pretratamiento para la Producción de Bioetanol a partir de Estiércol de Ganado Lechero. (Proyecto especial para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Agroindustria Alimentaria, Honduras: Universidad Zamorano, Francisco Morazán, 2008.

G. Chen y Z. Liu, "Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass from Low to High Solids Loading", Engineering in Life Sciences, vol. 17, nº 5, pp. 489-499, 2016.

A. Tanksale, J. N. Beltramini y G. Q. Lu, "Reaction Mechanisms for Renewable Hydrogen from Liquid Phase Reforming of Sugar Compounds", Developments in Chemical Engineering and Mineral Processing, vol. 14, nº 1-2, pp. 9-18, 2006.

M. L. Barbelli, Reacciones en Fase Líquida para la Obtención de Hidrógeno y Biopropilenglicol a Partir de Glicerol. (Tesis para optar por el grado de Doctorado en Ingeniería)., La Plata, Argentina: Universidad Nacional de La Plata, 2016.

I. Coronado, M. Stekrova, L. García, M. Reinikainen, P. Simell, R. Karinen y J. Lehtonen, "Aqueous-phase Reforming of Methanol Over Nickel-based Catalysts for Hydrogen Production", Biomass and Bioenergy, vol. 106, pp. 29-37, 2017.

G. Wen, Y. Xu, Z. Xu y Z. Tian, "Characterization and Catalytic Properties of the Ni/Al2O3 Catalysts for Aqueous-phase Reforming of Glucose", Catalysis Letters, vol. 129, nº 1-2, pp. 250-257, 2008a.

G. Pipitone, A. Frattini, S. Bocchini, R. Pirone y R. Bensaid, "Aqueous Phase Reforming of Sugar-Based Biorefinery Streams: from the Simplicity of Model Compounds to the Complexity of Real Feeds", Catalysis Today, vol. 345, pp. 267-279, 2019.

G. Wen, Y. Xu, H. Ma, Z. Xu y Z. Tian, "Production of Hydrogen by Aqueous-Phase Reforming of Glycerol", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 33, nº 22, pp. 6657-6666, 2008b.

B. Meryemoglu, B. Kaya, S. Irmak, A. Hesenov y O. Erbatur, " Of Batch Aqueous-Phase Reforming of Glycerol and Lignocellulosic Biomass Hydrolysate", Fuel, vol. 97, pp. 241-244, 2012.

Comments

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Copyright (c) 2021 Mauricio Ulate Brenes, Jimena Jaikel Víquez

Downloads

Download data is not yet available.