Pirólisis: concepto, proceso, curva, tipos, ejemplos

¿Qué es la pirólisis?

La pirólisis es la descomposición térmica de materiales a altas temperaturas bajo una atmósfera inerte. Este tipo de atmósfera no contiene oxígeno, y está formada principalmente por nitrógeno, lo que asegura que la descomposición solo sea causada por efecto del calor.

En los procesos de pirólisis, los compuestos orgánicos grandes y complejos se rompen en otros mucho más simples y pequeños. Algunos de estos compuestos se evaporan y se convierten en gases, otros se convierten en líquidos viscosos de color oscuro, y una buena parte de ellos se convierten en carbón.

En la actualidad, la pirólisis se utiliza como medio para transformar distintos tipos de desechos y residuos sólidos en combustibles que luego se pueden utilizar para generar energía.

Un ejemplo de pirólisis es lo que les ocurre a los alimentos al freírlos en aceite. El aceite ayuda a calentar los alimentos sin que los toque el aire, así que permite que ocurra la pirólisis. Esta es la que produce el sabor y el color en los alimentos fritos. De hecho, cuando decimos que se quemó algo, lo que ocurrió es que la pirólisis lo convirtió en carbón.

El proceso de pirólisis

La pirólisis es un proceso complejo que involucra muchas reacciones químicas. Esta complejidad viene determinada por varios factores:

• Depende del tipo de sustancia que se esté pirolizando. No es lo mismo descomponer azúcar que un aceite, ya que las reacciones serán diferentes.
• Las distintas reacciones de la pirólisis comienzan y terminan a temperaturas distintas.
• Varía según qué tan rápido se caliente la sustancia.
• Depende de si se trata de una sustancia pura o de una mezcla de distintos tipos de sustancias.
• Depende de la humedad de la muestra.

Reactores

Para llevar a cabo el proceso de pirólisis, es necesario utilizar un reactor. Esto no es más que algún tipo de recipiente cerrado (parecido a una olla de presión) que se puede calentar sin que entre el aire.

Productos de la pirólisis

Independientemente de lo complicada que pueda ser, la pirólisis de la mayoría de los compuestos orgánicos casi siempre da los mismos tipos de productos. Estos se pueden agrupar de la siguiente manera:

• Carbón

Es el residuo sólido de la pirólisis. Es un sólido negro que está compuesto principalmente de distintas formas de carbono. Esto es lo que queda cuando se nos quema la comida.

• Bioaceite

Es un líquido viscoso y de color oscuro, casi negro. Contiene alquitrán, brea y otros compuestos orgánicos líquidos como ácidos, esteres, alcoholes, etc.

• Biogás

A los gases que se producen durante la pirólisis de materiales como la madera, el papel y otros desechos orgánicos se les denomina biogás. Este contiene una mezcla de varios gases incluidos el monóxido de carbono y el gas que usamos para cocinar, entre otros.

Curva de pirólisis

Las curvas de pirólisis son gráficas que los químicos utilizan para estudiar el proceso de pirólisis. Con ellas se puede determinar a qué temperatura comienza y termina la pirólisis, si se absorbe o libera calor y otras características del proceso.

Estas curvas se obtienen a través de dos técnicas importantes que se llaman Análisis Termogravimétrico (ATG) y la Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB), las cuales se complementan con la Cromatografía de Gases (CG), como se describe a continuación:

Análisis termogravimétrico (ATG)

Esta técnica consiste en pesar una sustancia a medida que se calienta, para después graficar la masa versus la temperatura.

Cuando ocurre la pirólisis y los compuestos químicos en una muestra se descomponen y se evaporan, la muestra se vuelve más liviana, ya que la masa disminuye.

Calorimetría diferencial de barrido (CDB)

Esta técnica se usa para medir cuánto calor una sustancia absorbe o libera durante las distintas etapas de la pirólisis. Si absorbe calor, se dice que el proceso es endotérmico, y si lo libera, se dice que es exotérmico.

Cromatografía de gases (CG)

En la mayoría de los casos, las dos técnicas anteriores se usan en conjunto con la Cromatografía de Gases. Esta sirve para separar e identificar todos los productos de la pirólisis.

Tipos de pirólisis

La pirólisis se clasifica según la velocidad con la que se calientan las sustancias:

Pirólisis lenta o carbonización

Este es el tipo de pirólisis que se ha utilizado desde hace cientos de años para producir carbón a partir de madera. Es un proceso lento que puede durar hasta 48 horas y se calienta hasta alrededor de 500 °C.

Pirólisis intermedia o convencional

En este caso, el calentamiento es más rápido y la pirólisis se lleva a cabo durante 5 a 10 minutos. La pirólisis intermedia a menudo se utiliza para convertir desechos como aserrín, alimentos y hasta desechos cloacales en combustibles secundarios.

Pirólisis rápida

Es aquella en la que las muestras se calientan rápidamente hasta 425-600 °C en tan solo un par de segundos para que ocurra la pirólisis, y luego se enfrían los productos rápidamente con agua. Se usa para producir la mayor cantidad posible de bioaceite.

Pirólisis flash o muy rápida

Es muy similar a la anterior, solo que mucho más rápida. En menos de medio segundo se calienta la sustancia a más de 1000 °C, ocurriendo la pirólisis en muy poco tiempo y produciendo mucho más bioaceite que en todos los casos anteriores.

Pirólisis al vacío

Como su nombre indica, se lleva a cabo en el vacío y dura entre 2 y 30 segundos. La velocidad de calentamiento es media, la temperatura máxima suele ser de 400 °C y su producto principal es el bioaceite.

Ejemplos de reacciones de pirólisis

• Pirólisis de la glucosa: también se conoce como caramelización y ocurre a 160 °C.
• Pirólisis de la celulosa: comienza a 280 °C y termina por encima de 500 °C. Al principio, la celulosa se deshidrata y algunos enlaces se rompen, luego la cadena de azúcares se rompe y forma una mezcla alquitranosa.
• Pirólisis de aceites vegetales: Los aceites vegetales y también las grasas animales que contienen triglicéridos, se pueden convertir a biodiesel mediante la pirólisis.
• Pirólisis de cauchos usados: la degradación comienza a 152 °C y termina a aprox. 490 °C. Involucra una pérdida total del 67% de la masa original del caucho.
• Pirólisis de plástico: se lleva a cabo a temperaturas de entre 300 y 900 °C. Casi siempre se utilizan catalizadores para mejorar la conversión del polímero a aceites combustibles.

Referencias

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