Evaluación Técnica y Económica de la Producción de Biocarbón mediante la Descomposición Térmica de Residuos Sólidos Orgánicos Compostados

Abstract

La gestión de residuos sólidos orgánicos presenta limitaciones asociadas a su disposición en rellenos sanitarios y a los largos tiempos de tratamiento en sistemas convencionales de compostaje, lo que genera impactos ambientales y desaprovecha su potencial de valorización. La pirólisis, como proceso de descomposición térmica en ausencia de oxígeno, surge como una alternativa para transformar estos residuos en biocarbón, un material con propiedades energéticas y agronómicas de interés. Este trabajo presenta el estudio experimental y computacional de un sistema de producción de biocarbón a partir de residuos sólidos orgánicos compostados. La biomasa fue caracterizada mediante análisis próximo y elemental, evaluando contenido de humedad, materia volátil, cenizas y carbono fijo. Adicionalmente, se realizaron análisis termogravimétricos (TGA) para identificar las etapas de descomposición térmica y definir rangos de operación adecuados. Con base en estos resultados, se llevaron a cabo ensayos de pirólisis en un reactor tubular de lecho fijo, operando entre 175 y 350 °C y tiempos de retención de hasta 90 minutos, evaluando los rendimientos de las fracciones sólida, líquida y gaseosa, así como el poder calorífico del biocarbón obtenido. Los resultados experimentales permitieron seleccionar condiciones de operación con un equilibrio entre rendimiento sólido, estabilidad del material y consumo energético. A partir de los datos experimentales y de información levantada en una planta municipal de RSOC, se desarrolló en MATLAB un modelo matemático con resolución diaria, integrando balances de masa, energía y exergía, orientado a simular el comportamiento de un sistema de producción de biocarbón con capacidad de diseño de 8 toneladas semanales de residuos orgánicos. El modelo permitió cuantificar consumos energéticos, desempeño exergético del horno de pirólisis y escenarios de crecimiento operativo a largo plazo. Finalmente, se realizó una evaluación económica considerando el CAPEX, y el OPEX en análisis de viabilidad financiera. Los resultados indican que el sistema es técnica y económicamente viable, especialmente cuando se implementa como una mejora tecnológica sobre plantas de compostaje existentes. En conjunto, el estudio demuestra que la producción de biocarbón a partir de residuos orgánicos compostados constituye una estrategia viable de valorización de residuos, con mayor potencial en aplicaciones agrícolas y alineada con principios de economía circular.