ABSTRACT Introduction: Energy production at local scale based on established agroindustrial production systems, but with a sustainable approach, is a current important issue. This work shows the results obtained in the field of bioenergy through thermochemical conversion of biomasses for its integration to energy local systems. The research included the study of several Cuban biomasses, with potential for energy production but not well studied for this purpose. Methods: Among techniques used to explore their potential for gasification and pyrolysis, the authors applied proximate and ultimate analysis, Thermogravimetry, ash content, ash melting behavior, process simulation, disposal assessment and energy potential. Results: The obtaining of non-conventional vegetable oils and biodiesel was optimized. It was studied in engine test benches and endurance tests. The optimal blends to use in the agricultural sector in Cuba were also studied. A detailed database with an integral characterization of selected biomasses is part of the outputs. The formulation and assessment of fuel emulsions based on Jatropha and residual glycerol were also developed, with a reduction of the environmental impact and the costs besides an increase in energy efficiency. The production of biomass from Chlorella vulgaris and its conversion to biodiesel were part of the study. In the case of algae, the feasibility of their use in oil production or thermochemical conversion was also developed. As a complementary research line, environmental impact and life cycle analysis were assessed for several biomasses.

RESUMEN Introducción: La producción de energía a escala local en base a sistemas agroindustriales establecidos, desde un enfoque de sostenibilidad es un aspecto de vital importancia en la actualidad. El presente trabajo muestra resultados obtenidos en el campo de la bioenergía mediante la conversión termoquímica de biomasas para su integración a sistemas energéticos locales. Métodos: La investigación comprendió el estudio de varias biomasas cubanas, con potencial para la producción de energía, que no han sido previamente bien estudiadas. Entre las técnicas empleadas se encuentran el empleo de análisis próximo, último, termogravimetría, análisis de contenido de cenizas, su composición y su comportamiento, simulación de procesos, estudio de disponibilidad y su potencial energético, entre otros. Resultados: Se optimizó la obtención de aceites y biodiesel, así como se estudió en motores la durabilidad y cuáles son las mezclas combustibles más adecuadas para generalizar en el sector agrícola en Cuba. Se obtuvo una detallada base de datos con la caracterización integral de biomasas, así como la formulación y evaluación de emulsiones a partir de aceite de Jatropha y glicerol residual, con reducción de impacto ambiental, costos e incremento de eficiencia. Se estudió la producción de biomasa a partir de Chlorella vulgaris y su conversión en biodiesel. En el caso de las macroalgas, se analizó la factibilidad de su uso para la producción de aceite o para conversión termoquímica. En el trabajo se incluyen resultados de análisis de ciclo de vida y de impacto ambiental para algunas de las tecnologías y biomasas incluidas.

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.

Abstract: The objective of the present work was to study the adsorption process in a packed bed column using bio-adsorbents obtained from agro-industrial by-products (plantain starch pulp, yam starch pulp and palm oil bagasse) for the elimination of Cr (VI) and Ni (II) in aqueous solution. The effect and statistical incidence on the changes in the temperature and bed height in the adsorption process of heavy metals in a column packed with the biomasses under study, was analysed, the metal concentration was fixed at 100 ppm and the flow in 0.75 mL/s. From the adsorption tests made to the conditions studied and the statistical analysis of them, it was determined that the temperature and the height of the bed significantly affect the adsorption of Cr (VI) in the plantain cake, and the height of the bed affects Ni (II) adsorption on yam cake and palm bagasse.

Resumen: El objetivo del presente trabajo fue estudiar el proceso de adsorción en una columna de lecho empacado usando bio-adsorbentes obtenidos de subproductos agroindustriales (pulpa de almidón de plátano, pulpa de almidón de ñame y bagazo de palma aceitera) para la eliminación de Cr (VI) y Ni (II) en solución acuosa. Se analizó el efecto e incidencia estadística sobre los cambios en la temperatura y altura del lecho en el proceso de adsorción de los metales pesados en una columna empacada con las biomasas en estudio, la concentración de los metales se fijó en 100 ppm y el caudal en 0,75 mL/s. A partir de las pruebas de adsorción hechas a las condiciones estudiadas y el análisis estadístico de las mismas se determinó que la temperatura y la altura del lecho afectan significativamente la adsorción de Cr (VI) en la torta de plátano, y la altura del lecho afecta la adsorción de Ni (II) en la torta de ñame y bagazo de palma.

Keeping in mind the importance that has today the use of national and international biogas plants, which use as raw material animal manure; as well as agricultural and agroindustrial residuals for the energy production and biofertilizers, minimizing the aspects of environmental contamination. This work is presented in three parts, in those which: firstly the technologies and the methods are described to apply the basic and special pre-treatments to the different biomasses in order to obtain their maximum potential of methane. A second part where it is approached the particularities to do that. Finally, a third part where their possible use is analyzed in the Cuban case. As a result of the same one, the state of the art is shown in the use of basic and special pre-treatments, with the objective of to potentialize the increase of the methane production in agricultural or animal biomasses

Teniendo en cuenta la importancia que tiene hoy en día la utilización de plantas de biogás a escala nacional e internacional, las cuales utilizan como materia prima excretas de origen animal; así como residuos agrícolas y agroindustriales para la producción de energía y biofertilizantes, minimizando los aspectos de contaminación medioambiental. Este trabajo se presenta en tres partes, en las cuales: primeramente se describen las tecnologías y los métodos para aplicar los pre tratamientos básicos y especiales a las diferentes biomasas con vistas a obtener su máximo potencial de metano. Una segunda parte donde se aborda las particularidades para llevar a efecto los mismos. Finalmente, una tercera parte donde se analiza su posible utilización en el caso cubano. Como resultado del mismo, se muestra el estado del arte en la utilización de pre tratamientos básicos y especiales, con el objetivo de potenciar el aumento de la producción de metano en biomasas de origen agrícola o animal

Actualmente, la contaminación por metales pesados en cuerpos naturales de agua es un problema a resolver, por cuanto es cada vez mayor su concentración. Para tal fin, han sido usadas tecnologías, como la precipitación química, la oxidación, el intercambio iónico, entre otras; sin embargo, muchas de estas resultan poco eficientes si se desean remover contaminantes, especialmente, a bajas concentraciones. En este contexto, en el presente trabajo, se estudió la adsorción como proceso para la remoción de plomo en aguas residuales industriales, usando biomasa residual, a partir de cáscara de naranja y zuro de maíz. Se realizó una comparación entre las biomasas utilizadas, variando el tamaño de partícula y el pH, con el fin de determinar las mejores condiciones de adsorción. Se encontró que las biomasas presentaron mayor capacidad de adsorción a condiciones de tamaño de partícula de 0,5mm, para el zuro de maíz y 1mm, en la cáscara de naranja, a un pH de 6, con valores de remoción de 67,5% y 99,2%, respectivamente. Se utilizaron diferentes modelos para describir la cinética de adsorción de Pb (II), siendo el de mayor ajuste el modelo de pseudo primer orden; por otro lado, el modelo de isoterma que se ajustó mejor a los resultados obtenidos fue el propuesto por Freundlich.

Currently the heavy metal pollution in natural water bodies is a problem to be solved due to their increase in concentration. For this purpose technologies such as chemical precipitation, oxidation, ion exchange and others have been used. Despite this, many of them are not very efficient if low pollutant concentrations has to be removed. Therefiore, in this paper an alternative for adsorption of lead in industrial wastewater, using residual biomass coming from orange peel and corncob was studied. It was realized in order to add a possible value to these residues. A comparison of biomasses used varying the particle size and pH to determine best conditions of adsorption was carried out. It was found that the biomasses exhibited the highest adsorption capacity with a particle size of 0.5mm for corncob and 1mm for orange peel at pH 6, reaching adsorption values of 67.5% and 99.2%, respectively. Different models were used to describe the adsorption kinetics of Pb (II) into orange peel and corncob. The most predictive model was Pseudo First Order. On the other hand, the isotherm model that best described the results was the one proposed by Freundlich.

La bioadsorción es un proceso que permite la captación activa o pasiva de iones metálicos, debido a la propiedad que diversas biomasas vivas o muertas poseen para enlazar y acumular este tipo de contaminantes por diferentes mecanismos. La aplicación de materiales de bajo costo obtenidos a partir de diferentes biomasas provenientes de la flora microbiana, algas y residuos agroindustriales ha sido investigada para reemplazar el uso de métodos convencionales en la remoción de contaminantes, tales como los metales pesados. Entre los metales de mayor impacto al ambiente por su alta toxicidad y difícil eliminación se encuentran el cromo, níquel, cadmio, plomo y mercurio. En el presente trabajo se estudian las generalidades de la adsorción como proceso alternativo para la remoción de contaminantes en solución y las biomasas comúnmente usadas en estos procesos, además de algunas de las modificaciones realizadas para la mejora de la eficiencia de adsorción de las mismas. Se concluye que el uso de la adsorción en la remoción de contaminantes en solución acuosa mediante el uso de biomasa residual es aplicable a estos procesos de descontaminación evitando problemas subsecuentes como la generación de lodos químicos, y generando un uso alternativo a materiales considerados como desechos. Se identifica además que factores como el pH de la solución, tamaño de partícula, temperatura y la concentración del metal influyen en el proceso.

Biosorption is a process that allows active or passive uptake of metal ions due to the property that different living or dead biomass have to bind and accumulate these pollutants by different mechanisms. The application of low-cost materials obtained from different biomass from microbial flora, agro-industrial waste and algae has been investigated to replace the use of conventional methods for the removal of contaminants such as heavy metals. Some of the metals of greatest impact to the environment due to its high toxicity and difficult to remove are chromium, nickel, cadmium, lead, and mercury. In this paper, an overview of adsorption as an alternative process for the removal of contaminants in solution and biomass commonly used in these processes, as well as some of the modifications made to improve the efficiency of adsorption of these materials is presented. It was concluded that the use of adsorption in the removal of pollutants in aqueous solution using waste biomass is applicable to these decontamination processes avoiding subsequent problems such as the generation of chemical sludge, and generating an alternative to use materials considered as waste. It is further identified that such factors as the pH of the solution, particle size, temperature, and concentration of metal effect on the process.