Abstract The constant growth in global urban waste generation has led to an increasing need to address its management sustainably. Despite the proven effectiveness of converting this waste into energy in various countries, its implementation in Colombia is still in its early stages. In this study, a bibliometric analysis and systematic review of the literature was conducted to assess urban solid waste valorization technologies and their potential integration into biorefineries in the Colombian context. Among the identified technologies, incineration, gasification, pyrolysis, anaerobic digestion, and landfill gas recovery stand out. Anaerobic Digestion emerges as an attractive option due to its versatility. However, there is a recognized imperative to dynamically choose technologies, considering the diversity of contexts and specific conditions in Colombia. Additionally, gasification and pyrolysis appear as viable options, each with its own advantages and challenges, reflecting the complexity and variability in waste management. Concerning landfill gas recovery, its significance as an essential installation in controlled landfills is emphasized, dismissing its consideration as an independent alternative. While the literature suggests that incineration is perceived as less favorable in social, economic, and environmental terms, it is crucial to recognize the dynamics and specificity of each situation. The choice of technologies must be adaptive and guided by a contextual approach that considers the heterogeneity in waste composition, available infrastructure, and other factors that vary significantly from one scenario to another. This dynamic and adaptive approach is essential to address the complexity of urban waste management and find sustainable solutions in the Colombian context.

Resumen El crecimiento constante en la generación de residuos urbanos a nivel global ha generado una creciente necesidad de abordar su gestión de manera sostenible. A pesar de que la conversión de estos residuos en energía ha demostrado ser efectiva en varios países, su implementación en Colombia aún se encuentra en una etapa incipiente. En este estudio, se llevó a cabo un análisis bibliométrico y una revisión sistemática exhaustiva de la literatura con el propósito de evaluar las tecnologías de valorización de los residuos sólidos urbanos, así como su potencial integración en biorrefinerías en el contexto colombiano. Entre las tecnologías más relevantes identificadas se encuentran la incineración, la gasificación, la pirólisis, la digestión anaeróbica y la recuperación de gas de vertedero. La Digestión Anaerobia destaca como una opción atractiva debido a su versatilidad. No obstante, se reconoce la necesidad imperante de adoptar una elección dinámica de tecnologías, considerando la diversidad de contextos y condiciones específicas en Colombia. Además, la gasificación y la pirólisis emergen como opciones viables, cada una con sus propias ventajas y desafíos, reflejando la complejidad y variabilidad en la gestión de residuos. En relación con la recuperación de gas de vertedero, se subraya su importancia como instalación esencial en vertederos controlados, desestimando la consideración de una alternativa independiente. Si bien la literatura sugiere que la incineración se percibe como menos favorable en términos sociales, económicos y ambientales, es crucial reconocer la dinámica y especificidad de cada situación. La elección de tecnologías debe ser adaptativa y orientada por un enfoque contextual que considere la heterogeneidad en la composición de residuos, infraestructura disponible y otros factores que varían significativamente de un escenario a otro. Este enfoque dinámico y adaptativo es esencial para abordar la complejidad de la gestión de residuos urbanos y encontrar soluciones sostenibles en el contexto colombiano.

Abstract The main objective was the development of an optimized municipal waste gasification reactor geometry utilizing plasma. Here, numerical simulation utilizing the COMSOL Multiphysics software was used to achieve an optimized bidimensional geometry. Initial conditions for the reactor were defined using the researchers’ experience. Then, 16 different combinations of four geometric parameters were set, where the gas chamber’s superior, and inferior radius, it’s length and lastly the fusing chamber volume were varied. Of these, two combinations that optimized the mixing of gases and heat exchange with the exterior were found. It was confirmed that these designs allowed for the proper melting and gasification of the theoretical waste. Further, the smelted material also possessed a viscosity lower than 10 Pa s needed to flow out of the reactor.

Resumen El objetivo principal de esta investigación fue el desarrollo de una geometría optimizada para un reactor de gasificación de residuos municipales con plasma. Se realizó una simulación numérica de la geometría bidimensional de un reactor de gasificación por plasma con el fin de conseguir un rendimiento optimizado con el uso del software COMSOL Multiphysics. Se definieron condiciones iniciales del reactor y se crearon 16 distintas combinaciones geométricas que varían cuatro aspectos geométricos del reactor: los radios inferior y superior de la cámara de gases, la longitud central de la cámara y el volumen de la cámara de fundición. De estas, fueron halladas dos combinaciones que optimizan los aspectos de mezclado de gases y transferencia de calor hacia el ambiente. Se confirmó que los diseños planteados alcanzan las temperaturas necesarias para la fundición y gasificación de los desechos. Además, el material fundido teórico alcanza la viscosidad necesaria menor a 10 Pa s para poder fluir fuera del reactor.

Abstract: The primary objective of this research study is to characterize the gasification of oil-palm frond and trunk obtained as residual biomass from oil-palm crops by using air as a gasifying agent. Screening type experimentation is applied by using a downflow free-fall reactor. At 800°C and 0.24 equivalence relation (ER), the results for oil-palm frond show a yield of 1.85 Nm3 gas/kg dry biomass and a heating value of 4.08 MJ/Nm3. For oil-palm trunk, the yield is 1.30 Nm3 gas/kg dry biomass and the heating value is 4.56 MJ/Nm3. The gas obtained has the potential to generate 1.05 kW-h/kg dry biomass for oil-palm frond and 0.90 kW-h/kg of dry biomass for oil-palm trunk. In conclusion, energetic utilization of residual biomass (fronds and trunks) should be explored in Colombia to optimize oil-palm economic and environmental production processes in a circular economy scheme.

Resumen: El principal objetivo de esta investigación es caracterizar la gasificación de hojas y tallos obtenidos como biomasa residual en el cultivo de palma de aceite utilizando aire como agente gasificante. Se desarrolla una experimentación tipo barrido y se utiliza un reactor de caída libre de flujo descendente. A 800°C y relación de equivalencia (ER) de 0.24, los resultados muestran para las hojas un rendimiento de 1.85 Nm3 gas/kg biomasa seca y un poder calorífico inferior de 4.08 MJ/Nm3. Para el tallo se obtiene 1.30 Nm3 gas/kg biomasa seca y poder calorífico inferior de 4.56 MJ/Nm3 . El gas obtenido tiene un potencial de generación de energía eléctrica de 1.05 kW-h/kg de biomasa seca para hojas y 0.90 kW-h/kg de biomasa seca para tallo. En conclusión, el aprovechamiento energético de las biomasas residuales (hojas y tallo) debería ser explorado en Colombia para optimizar económica y ambientalmente los procesos de producción de aceite de palma en un esquema de economía circular.

ABSTRACT Cuba has forestry industry residues gasification plant for at the "Gran Piedra Baconao Integral Forestry Company" in Santiago de Cuba, which includes a gasifier, internal combustion engine, and a wood dryer, that uses residual energy from the engine. In this work, an experimental theoretical evaluation of the cogeneration indices of the installation is carried out. The evaluation was carried out from mass and energy balances in the equipment that make up the installation from an experimental database resulting from 1194 hours of work of the, electrical energy generating for the sawmill and the national electrical network. The evaluation showed an electrical energy production efficiency of 11,07 %, a total cogeneration electrical efficiency of 41,94 %, and a net electrical energy production efficiency of 20,30 %. Other cogeneration indicators determined were net heat index of 4,93 kW/KW and renewable energy produced-fossil energy consumed ratio of 4,18.

RESUMEN Cuba cuenta con una planta de gasificación de residuos de la industria forestal en la “Empresa Forestal Integral Gran Piedra Baconao” de Santiago de Cuba que incluye un gasificador, motor de combustión interna y un secador de madera que utiliza la energía residual del motor. El objetivo del presente trabajo consiste en realizar una evaluación teórica experimental de los índices de cogeneración de la instalación. La evaluación se realizó a partir de balances de masa y energía en los equipos que conforman la instalación a partir de una base de datos experimental resultante de 1194 h de trabajo de la instalación, generando energía eléctrica para el aserrío y la red eléctrica nacional. La evaluación mostró una eficiencia de producción de energía eléctrica del 11,07 %, una eficiencia eléctrica de cogeneración total del 41,94 % y una eficiencia neta de producción de energía eléctrica del 20,30 %. Otros indicadores de cogeneración determinados fueron: índice de calor neto de 4,93 kW/kW y relación energía renovable producida-energía fósil consumida de 4,18.

ABSTRACT Gasification is one of the thermo conversion processes with the greatest application prospects for the transformation of biomass into a fuel with greater added value and field of application. Within the technologies currently in use, downdraft gasifiers are the most widely used for small capacity installations. During the thermodynamic evaluation of these gasifiers, one of the energy losses to take into account is the heat losses to the environment and given the variety of heat transfer processes that occur within the reactor, the calculation method are complex. In the present work, a simplified model is developed to evaluate these heat losses to the environment. The model allows from the project stage to evaluate the losses based on the dimensions of the reactor, the thermal properties of the construction materials and the working temperature of the bed with an error of less than 1% with respect to the non-simplified method.

RESUMEN La gasificación es uno de los procesos de termo conversión con mayores perspectivas de aplicación para la transformación de la biomasa en un combustible de mayor valor agregado y campo de aplicación. Dentro de las tecnologías que actualmente se utilizan, los gasificadores de flujo descendente son los más difundidos para instalaciones de pequeña capacidad. Durante la evaluación termodinámica de estos gasificadores, una de las pérdidas de energía a tener en cuenta son las pérdidas de calor al medio ambiente y dada variedad de los procesos de transferencia de calor que ocurren dentro del reactor, los métodos de cálculos resultan complejos. En el presente trabajo se desarrolla un modelo simplificado para evaluar estas pérdidas de calor al medio ambiente. El modelo permite desde la etapa de proyecto evaluar las pérdidas en función de las dimensiones del reactor, las propiedades térmicas de los materiales de construcción y la temperatura de trabajo del lecho con un error menor del 1% con respecto al método no simplificado.

ABSTRACT Colombian municipal solid waste (MSW) production trends indicate that sanitary emergencies could occur in the largest cities of the country by 2030 because of the end of their landfills' useful life. In this work, the energy recovery from different MSW through the updraft plasma gasification process to produce syngas as a substitute gaseous fuel was assessed from an economic viewpoint. The study was carried out using the results of an implemented model under a thermochemical approach using Aspen Plus. The economic assessment was conducted using the levelized cost of syngas production (LCOS), which was regarded as an economic indicator that considers tax incentives in the context of the Colombian renewable energy regulations (Law 715 of 2014). The combination between operational conditions (air flow and plasma temperature) allowed finding the maximum efficiency by means of a sensitivity analysis. The maximum efficiency ranged from 79,22 to 83,46%, highlighting the flexibility of the plasma gasification process to treat MSW. The lowest levelized syngas production cost reached with tax incentives varied from 13,19 to 22,95 ¢US$/kWh. Therefore, a waste disposal charge was proposed to make these projects feasible, which must range between 11,25 and 23,56 ¢US$/kWh (123-259 US$/t).

RESUMEN Las tendencias de la producción de residuos sólidos urbanos (RSU) en Colombia indican que podrían producirse emergencias sanitarias en las ciudades más grandes del país para 2030 debido a la finalización de la vida útil de sus rellenos sanitarios. En este trabajo se evaluó, desde un punto de vista económico, la recuperación de energía de los diferentes RSU mediante el proceso de gasificación por plasma en contracorriente para producir un gas de síntesis como combustible gaseoso sustituto. El estudio se llevó a cabo utilizando los resultados de un modelo implementado bajo un enfoque termoquímico en Aspen Plus. La evaluación económica se realizó mediante el costo nivelado de la producción de gas natural sintético (LCOS), que se consideró como un indicador económico que considera los incentivos fiscales en el contexto de la legislación colombiana sobre energía renovable (Ley de 1715 de 2014). La combinación entre las condiciones operativas (flujo de aire y temperatura de plasma) permitió encontrar la máxima eficiencia mediante un análisis de sensibilidad. La eficiencia máxima varió entre 79,22 y 83,46 %, destacando la flexibilidad del proceso de gasificación de plasma para el tratamiento de los RSU. El menor costo nivelado de la producción de gas natural sintético alcanzado con los incentivos fiscales varió de 13,19 a 22,95 ¢US$/kWh. Por lo tanto, se propuso un cobro por disposición de residuos para hacer factibles estos proyectos, que debe oscilar entre 11,25 y 23,56 ¢US$/kWh (123-259 US$/t).

Resumen El estudio de la gasificación de biomasa ha cobrado gran interés durante las últimas décadas, representando un proceso atractivo para la producción de energía y calor y la producción de hidrógeno y biocombustibles de segunda generación. El objetivo de este trabajo fue caracterizar la composición del gas pobre así como también su potencial energético. Las experiencias se realizan en un gasificador de lecho fijo en escala planta piloto y se usa aserrín a granel de madera de pino como materia prima de gasificación. Se investiga la influencia de la temperatura del proceso (650-900 oC), la tasa de oxígeno (0,3-0,6) y la relación vapor/aserrín sobre la gasificación del aserrín. Los resultados del estudio muestran que el contenido de hidrógeno, los porcentajes de conversión de hidrógeno y carbono, el poder calorífico y la eficiencia térmica del gas aumentan cuando aumenta la temperatura y disminuye la tasa de oxígeno. El uso de vapor en el proceso de gasificación aumenta la eficiencia térmica y el contenido de hidrógeno del gas pobre.

Abstract The study of biomass gasification has gained great interest in recent decades, representing an attractive process for the production of energy and heat and the production of hydrogen and second-generation biofuels. The objective of this work is to characterize the composition of the producer gas, as well as its energy potential. Experiments are carried out in a fixed bed gasifier on a pilot plant scale, and bulk sawdust from pine wood is used as gasification raw material. The influence of process temperature (650-900 oC), oxygen rate (0.3-0.6) and steam / sawdust ratio on the gasification of pine sawdust are investigated. Results of this study show that the hydrogen content, both hydrogen and carbon conversion, the calorific value and the efficiency of the cold gas increase by increasingtemperature and decreasing oxygen rate. The use of steam in the gasification process increasesthermal efficiency and hydrogen content of the producer gas.

ABSTRACT The development of tools for the synthesis, design and optimization of biorefineries requires deep knowledge of the thermochemical processes involved in these schemes. For this project, three models from scientific literature were implemented to simulate the processes: fast pyrolysis in a fluidized bed, fixed-bed, and fluidized-bed gasification using the Aspen PlusTM software. These models allow the user to obtain performance, consumption, and cost parameters necessary for the design and optimization of biorefineries schemes. The fast pyrolysis model encompasses a detailed description of biomass decomposition and kinetics of the process (149 reactions). In the fixed-bed gasification process, seven reactions that model the process have been integrated into two equilibrium reactors that minimize the Gibbs free energy. The model used for fluidized bed gasification considers both hydrodynamic and kinetic parameters, as well as a kinetic model that considers the change in the combustion reaction rate of biomass with oxygen leading to a change in temperature. Due to the complexity and detail of all these models, it was necessary to use FORTRAN subroutines and iterative Excel macros linked to Aspen PlusTM. Finally, the results of each simulation were validated with data from the model sources, as well as experimental results from the literature.

RESUMEN El desarrollo de herramientas para la síntesis, diseño y optimización de biorrefinerías requiere un conocimiento profundo de los procesos termoquímicos involucrados en estos esquemas. En el presente trabajo se implementaron tres modelos de la literatura científica para simular por medio de Aspen PlusTM los procesos: pirólisis rápida en lecho fluidizado, gasificación en lecho fijo y lecho fluidizado, Estos modelos permiten obtener parámetros de desempeño, consumo y costo que son necesarios para el diseño y optimización de esquemas de biorrefinerías. El modelo de pirólisis rápida incluye una descripción detallada de la descomposición de la biomasa y la cinética del proceso (149 reacciones). El proceso de gasificación en lecho fijo, integra siete reacciones que modelan el proceso en dos reactores de equilibrio que minimizan la energía libre de Gibbs, El modelo utilizado para la gasificación en lecho fluidizado tiene en cuenta tanto parámetros hidrodinámicos como cinéticos, así como un modelo cinético que considera el cambio en la velocidad de reacción de combustión de la biomasa con oxígeno con respecto al cambio de temperatura. Debido a la complejidad y el detalle de todos estos modelos, se emplearon subrutinas de FORTRAN y macros iterativas de Excel vinculadas al Aspen PlusTM. Finalmente, los resultados de cada simulación fueron validados con los artículos base y con resultados experimentales de la literatura.

Abstract: The objective of this research study is to estimate the energy potential of producer gas obtained from agro-industrial residues of cocoa and oil palm in Peru by using downdraft gasifier technology. This is performed based on the Serrato mathematical model, but applied to gasification processes proposed by Roy's model. The equilibrium constants and the kinetic velocity of the Roy's model are adjusted with multiplicative factors for fragments raging from 3.3 to 5.5 cm. This is validated using experimental data obtained from the literature. The maximum energy potential of the producer gas from the cocoa pod husk and oil palm empty fruit in Peru is estimated to be 4016.4 and 2108.7 TJ / year, respectively, for 3.3cm fragments. It is concluded that gasification using downdraft gasifiers is a good option to generate agro-industrial waste bioenergy to solve electrical and thermal energy shortages in Peruvian remote areas.

Resumen: El objetivo de esta investigación es estimar el potencial energético del gas pobre obtenido de los residuos agroindustriales de cacao y palma aceitera en el Perú usando la tecnología de gasificadores downdraft en base al modelo matemático de Serrato, pero aplicado a procesos de gasificación propuesto por el modelo de Roy. El modelo de Roy se ajustó con factores multiplicativos en las constantes de equilibrio y velocidad cinética para fragmentos de 3.3 a 5.5 cm, esto se validó empleando datos experimentales obtenidos de la literatura. Se estima el máximo potencial energético del gas pobre de la cáscara de cacao y racimos de frutos vacíos de palma aceitera en el Perú de 4016.4 y 2108.7 TJ / año, respectivamente, para fragmentos de 3.3 cm. Se concluye que la gasificación mediante gasificadores downdraft es una buena opción para generar bioenergía a partir de residuos de la agroindustria y satisfacer algunas carencias de energía eléctrica y térmica en zonas remotas del Perú.

RESUMEN La gasificación con fuente de calor externa se presenta como una alternativa de gran potencial para la generación de gas combustible a partir de biomasas con alto contenido de humedad. Mediante este proceso se obtiene un gas con densidades energéticas cercanas a 12 MJ/Nm3 característica que le permite ser utilizado directamente en máquinas térmicas o como precursor de otros combustibles de mayor calidad. Considerando lo anterior, en el presente trabajo se analiza computacionalmente el proceso de gasificación alotérmica de biomasa lignocelulosa con 50% de humedad con miras a la generación de gas de síntesis con alto contenido de hidrógeno. Para un suministro de potencia de 8 kW, la tasa de producción de gas seco fue de 51.9 mo l gas /k g bms y su concentración promedio de 45.7% CO, 44.8% H2, 4.8% CH4 y 4.6% CO2 con temperaturas máximas cercanas a 1,070 K y eficiencia química de 33%. A pesar de utilizar un suministro de calor homogéneo para el calentamiento del reactor, su temperatura disminuye sutilmente cerca a la salida del mismo debido a la reducción del material sólido y a la consecuente disminución de la inercia térmica del sistema. Durante las últimas etapas se tienen incrementos en la concentración del H2 y el CO debido a la contribución de las reacciones endotérmicas de gasificación del carbón, agua-gas y metanación.

ABSTRACT Gasification using an external heat source is considered as a high potential alternative to take high moisture content biomass into a fuel gas. This gas could reach energy densities close to 12 MJ/Nm3, which allows its use as a fuel in conventional thermal machines or as a precursor for higher fuel gases. Given this, in the present work allothermal gasification for a 50 %w.t. moisture content biomass was analyzed computationally aiming to yield a high hydrogen content syngas. Using a power supply of 8 kW, the dry tar-free gas yield was around 51.9 mol/kg of biomass with an average concentration of 45.7% CO, 44.8% H2, 4.8% CH4 and 4.6% CO2. A peak temperature of 1,070 K and 33% for chemical efficiency were achieved. In spite of using homogeneous heating along the reactor wall, the process temperature decreases near the gas outlet. This is due to solid material depletion decreasing the process thermal inertia. During the final stages, H2 and CO concentration also record an increase due to the endothermic carbon gasification as well as water-gas shift and methanation reactions.

In recent years, the use of renewable sources for electric power generation has been steadily increasing worldwide, mainly due to environmental policies to reduce climate-change impacts. Biomass can be considered a renewable source for generating clean energy. The province of Tucumán, due to its agroindustrial activity, offers good prospects for the use of biomass. Appropriate technology is needed to convert biomass efficiently, and a promising alternative is gasification. This technology could be implemented in a relatively simple way to generate electricity in a decentralized manner, at different sizes of installations, in places with enough biomass available. Using the Cycle Tempo 5.0 simulation software to solve matter and energy balances by taking into account a thermodynamic equilibrium model (Model 0-D), the potential power generation in internal combustion engines was evaluated from the gas obtained by gasification of the main residual biomass in Tucumán without substantial current use: sugarcane harvest residues, and citrus pruning and renewal residues. With 1.229.208 t dry weight basis per year of this residual biomass, 774 GWh of electric energy could be generated annually, 27% of the total electric energy consumed in the province. This would give economic value to these wastes, which would help to avoid their in-field burning. The energy generated by means of gasification could partly replace that generated from fossil fuels, which would increase the participation of renewables in the energy matrix, and generate social, environmental and economic benefits.

El empleo de fuentes renovables para generación de energía eléctrica viene incrementándose constantemente en los últimos años a nivel mundial, debido principalmente a políticas ambientales para reducir los impactos del cambio climático. La biomasa puede considerase una fuente renovable para la obtención de energía eléctrica limpia . La provincia de Tucumán, en razón de su actividad agroindustrial, ofrece buenas perspectivas para su aprovechamiento. Para ello, en función del tipo de biomasa, es necesaria una tecnología adecuada para convertirla en energía en forma eficiente, y una alternativa promisoria es la gasificación. Esta tecnología podría implementarse de manera relativamente sencilla para generación de energía eléctrica en forma descentralizada, a diferentes escalas, en lugares con disponibilidad de biomasas adecuadas. Empleando el software de simulación Cycle Tempo 5.0 para resolver balances de materia y energía teniendo en cuenta un modelo de equilibrio termodinámico (Modelo 0-D), se evaluó el potencial de generación de energía eléctrica en motores de combustión interna, a partir de gas pobre obtenido mediante gasificación de las principales biomasas residuales de Tucumán sin aprovechamiento: los residuos agrícolas de cosecha de caña de azúcar y residuos de poda y renovación de citrus. Con estos residuos, que suman en conjunto 1.229.208 toneladas en base seca por año, se podrían generar anualmente 774 GWh de energía eléctrica, un 27% de la energía eléctrica total consumida en la provincia. Esto daría valor económico a estos residuos lo que favorecía a evitar su quema a cielo abierto, y la energía así generada, podría reemplazar parte de la proveniente de combustibles fósiles, aumentando la participación de renovables en la matriz energética, con beneficios sociales, ambientales y económicos.

ABSTRACT In this work, an energetic-environmental analysis of a new scheme for corn harvesting in Ecuador was carried out which includes the corn cobs gasification for the generation of electricity. From experimental evaluations of the volume of cobs per hectare and their energy potential, gasification experiments are developed to evaluate the production of electricity in an internal combustion engine. This was followed by an analysis of the environmental impacts and an economic valuation of a gasification plant to cover the demand for electrical energy during corn shelling and deliver electrical energy to the grid. As a result, it was obtained that a 40 kW gasification plant can generate 70.96 MWh per year at a level cost of electricity of 0.23 USD / kWh, with a reduction of 12.7% in greenhouse gas emissions compared to burning the corn cob under the open sky.

RESUMEN En éste trabajo se realizó un análisis energético-ambiental de un nuevo esquema para la cosecha del maíz en el Ecuador, que incluye la gasificación de la tusa para la generación de electricidad. A partir de evaluaciones experimentales del volumen de tusas por hectárea y su potencial energético, se desarrollan experimentos de gasificación para evaluar la producción de electricidad en un motor de combustión interna. Se elaboró un análisis de los impactos ambientales y una valoración económica de una planta de gasificación para cubrir la demanda de energía eléctrica durante el desgranado del maíz y entregar energía eléctrica a la red. Como se resultado se obtuvo que una planta de gasificación de 40 kW puede generar 70,96 MWh anuales a un costo nivelado de la electricidad de 0,23 USD/kWh, con una reducción de 12,7 % de emisiones de gases de efecto invernadero comparado con la quema de la tusa a cielo abierto.

ABSTRACT In the present work, the recovery of municipal solid waste was studied through plasma gasification with air and steam as gasifying agents. When the quality requirements of the gas produced are met in this process, correlations are generated between the operational parameters that make it difficult to predict its performance. This problem was addressed through inverse modeling of the process and sensitivity analysis. For this, a procedure was established, which used the graphic method and the exploration of the operating regions using a mathematical model of the process. As results, the operating region where the process requirements are met and the joint effects of the operational parameters in it were determined. In addition, it was verified that it is possible to produce a suitable gas for direct integration into a synthetic fuel production scheme and the most influential parameters on the performance indicators were determined.

RESUMEN En el presente trabajo fue estudiada la valorización de residuos sólidos municipales mediante la gasificación por plasma con aire y vapor como agentes gasificantes. Cuando en este proceso se establecen requisitos de calidad del gas producido, se generan correlaciones entre los parámetros operacionales que dificultan la predicción de su desempeño. Dicha problemática fue abordada mediante la modelación inversa del proceso y el análisis de sensibilidad. Para ello se estableció un procedimiento, que empleó el método gráfico y la exploración de las regiones de operación utilizando un modelo matemático del proceso. Como resultados se determinó la región de operación donde se cumplen los requisitos del proceso y los efectos conjuntos de los parámetros operacionales en ella. Además, se comprobó que es posible producir un gas adecuado para integración directa a un esquema de producción de combustibles sintéticos y se determinaron los parámetros más influyentes sobre los indicadores de desempeño.

ABSTRACT The production of 2nd generation biofuels is a transcendental issue for sustainability due to its influence on reducing fossil fuel consumption. One of the most recognized techniques for the production of biofuels starts from syngas with an H2/CO = 2 molar ratio. This gas can be obtained through the biomass gasification process, a complex process with several operational parameters. The purpose of this study was to perform the simulation of the plasma gasification process of three biomasses that are abundant agro-industrial or forest residues in Cuba. For this, the graphic method and the exploration of the operating regions were used applying a model with a thermochemical equilibrium approach. As a result, it was obtained that it is possible to achieve a production of syngas with values between 1.79-2.80, 1.68-2.37 and 2.09-2.81 NM3/kg from sugarcane bagasse, rice husk and wood sawdust, respectively, with the cold gas efficiencies, in that same order, 31-65%, 20-49%, and 43-53%. In addition, the sensitivity analysis was carried out to identify the influential parameters on performance indicators.

RESUMEN La producción de biocombustibles de 2da generación es una cuestión transcendental para la sostenibilidad debido a su contribución a la reducción del consumo de combustibles fósiles. Una de las técnicas más reconocidas para la producción de los biocombustibles comienza a partir de un syngas con una relación molar H2/CO=2. Dicho gas puede ser obtenido mediante el proceso de gasificación de biomasa, un proceso complejo en el que se interrelacionan varios parámetros operacionales. El propósito de este estudio consistió en realizar la simulación del proceso de gasificación por plasma de tres biomasas que constituyen residuos agroindustriales o forestales abundantes en Cuba. Para ello se empleó el método gráfico y la exploración de las regiones de operación utilizando un modelo con enfoque de equilibrio termoquímico. Como resultado se obtuvo que es posible obtener una producción de syngas con valores entre 1,79-2,80, 1,68-2,37 y 2,09-2,81 NM3/kg a partir de bagazo de caña, cascarilla de arroz y aserrín de madera respectivamente, siendo las eficiencias del gas frio, en ese mismo orden, de 31-65%, 20-49%, y 43-53%. Además, el análisis de sensibilidad permitió establecer los parámetros más influyentes sobre los indicadores de desempeño.

Resumen En este estudio, se desarrolla un modelo numérico innovador para cuantificar la situación de sostenibilidad ambiental de la gasificación subterránea de carbón in situ (UCG) y el proceso de almacenamiento de CO2 que se expresa en términos del Índice de Sostenibilidad Ambiental (ESI). Este enfoque se basa en cuatro indicadores ambientales, a saber: roca y suelo, agua subterránea, agua superficial y atmósfera. Basado en los valores de ESI, aquí se propone una metodología para clasificar el estado de sostenibilidad ambiental del proceso UCG, así como su valor límite admisible correspondiente. Finalmente, el modelo matemático se ha desarrollado y aplicado a posibles depósitos de carbón europeos, específicamente en una cuenca de carbón de Bulgaria. Los esfuerzos de investigación se han centrado en el desarrollo de un modelo matemático de evaluación de impactos ambientales con el fin de buscar el camino para una prueba a gran escala y aplicaciones comerciales.

Abstract In this study, an innovative numerical model was developed to quantify the environmental sustainability situation of in situ underground coal gasification (UCG) and the CO2 storage process, which is expressed in terms of the environmental sustainability index (ESI). This approach is based on four environmental indicators: rock and soil, groundwater, surface water, and atmosphere. Based on the ESI values, the methodology proposed herein is used to classify the environmental sustainability state of the UCG process and its corresponding threshold limit value. Finally, the developed mathematical model was applied to possible European coal deposits, specifically in a Bulgarian coal basin. Research efforts have focused on the development of a mathematical model for environmental impact assessments to pave the way for full-scale trial and commercial applications.