Desafíos en la gestión de residuos de biomasa en Bogotá

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Bogotá, una de las ciudades más densamente pobladas de Latinoamérica, ha experimentado un rápido crecimiento demográfico impulsado por una significativa diversidad migratoria. Esta expansión ha llevado a que su población supere los ocho millones de habitantes. En consecuencia, la ciudad enfrenta un reto monumental con la generación de aproximadamente 6300 toneladas de residuos sólidos diariamente. Según los datos proporcionados por la Secretaría del Hábitat en 2018, una proporción considerable de estos residuos, aproximadamente el 55,22%, está compuesta por materiales orgánicos y biodegradables. Esta categoría de residuos incluye restos de alimentos, cáscaras y otros desechos que, si no se manejan adecuadamente, pueden tener un impacto significativo en el medio ambiente. La gestión de los residuos agrícolas provenientes de las plazas de mercado sigue un patrón similar al de los residuos urbanos, culminando su disposición final en los rellenos sanitarios. Este método de disposición es, a menudo, ineficiente, ya que no aprovecha el potencial de la biomasa residual de manera adecuada. La acumulación de residuos orgánicos en los rellenos sanitarios no solo contribuye a la contaminación del suelo y el agua, sino que también genera gases de efecto invernadero que aportan al calentamiento global. La falta de una estrategia efectiva para el manejo y valorización de estos residuos orgánicos intensifica los problemas medioambientales que enfrenta la ciudad. Sin embargo, existe un potencial significativo para mitigar estos problemas a través de prácticas más sostenibles y eficientes como se menciona posteriormente, que permitan el aprovechamiento de la biomasa residual para la producción de recursos útiles, reduciendo así el impacto ambiental y promoviendo un desarrollo urbano más responsable.

 

Estrategias para la valorización de la biomasa residual

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Implementar estrategias de valorización de la biomasa residual es esencial para un desarrollo urbano más sostenible y responsable. Un enfoque de economía circular, que se centra en la valorización de estos residuos, es una de las mejores opciones para reducir su impacto negativo. Este enfoque aprovecha el potencial bioquímico de los residuos vegetales para obtener productos de interés industrial. Además de la producción de biogás y los procesos de compostaje, los residuos vegetales pueden transformarse en bioplásticos, fertilizantes y otros bio-productos. La extracción de compuestos bioactivos, como antioxidantes, enzimas, pigmentos vegetales, pectina y otros, con posible uso para la industria farmacéutica y alimentaria, ofrece oportunidades de generar valor agregado a partir de esta biomasa. Dentro de las opciones una de las más promisorias es la obtención de bioetanol.

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En la economía circular todos somos partícipes, generando la valorización de los residuos vegetales se puede obtener bioetanol y otros productos de interés industrial.

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Producción de bioetanol a partir de residuos vegetales

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El bioetanol es un combustible renovable que se produce a partir de plantas de cultivo alimentario como la caña de azúcar y el maíz, debido a sus altos contenidos de azúcares que se pueden fermentar, lo que ha causado que estos cultivos y sus derivados aumenten los precios, lo cual atenta contra el derecho fundamental de la seguridad alimentaria. La posibilidad de obtener el bioetanol a partir de residuos vegetales, como los restos agrícolas y forestales, es una excelente alternativa a este problema. Para su obtención, se aprovechan la celulosa, almidón o azucares presentes en estos materiales, que se transforman en etanol gracias a microorganismos como las levaduras. Primero, se realiza un pretratamiento para obtener azúcares fermentables luego, estos azúcares se fermentan y se destilan para obtener bioetanol que puede tener diferentes aplicaciones dependiendo de la pureza con la que se obtenga, desde uso antiséptico hasta biocombustible, que puede mezclarse con gasolina, lo que ayuda a reducir el uso de combustibles fósiles y a disminuir las emisiones de gases que provocan el calentamiento global. Con esta perspectiva, los semilleros de investigación Biotec y QuirAl del Centro de Gestión Industrial del SENA propusieron, en un proyecto de investigación, la posibilidad de usar la biomasa residual vegetal proveniente de la plaza de mercado distrital El Restrepo, en Bogotá, para la obtención de bioetanol como producto de interés industrial. En una primera etapa del proyecto, se realizó la caracterización de los residuos orgánicos vegetales para verificar qué tipo de residuos poseen las mejores cualidades para convertirse en bioetanol. Los resultados de esta caracterización son el tema principal de este artículo.

 

Selección de residuos con potencial para la obtención de bioetanol

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La biomasa lignocelulósica es una materia prima adecuada para la producción de bioetanol debido a su alto contenido de carbohidratos y su disponibilidad a bajo costo. Esta biomasa está compuesta principalmente por celulosa (30 – 50 %), hemicelulosa (20 – 40 %) y lignina (20 – 30 %). La cantidad de carbohidratos varía según el origen de la biomasa. Sin embargo, debido a su estructura compleja, la biomasa lignocelulósica no puede ser utilizada directamente como fuente de carbono para producir bioetanol y permitir el crecimiento de microorganismos. Por ello, antes del proceso, es necesario someter la biomasa a un tratamiento previo. El proceso planteado para la obtención tiene un enfoque de química verde. En este, los residuos agroindustriales se someten a la acción de enzimas, que descomponen los polisacáridos en azúcares simples, los cuales se pueden fermentar mejorando el rendimiento, la cantidad y la velocidad de producción de bioetanol por microorganismos como levaduras. La destilación y la purificación son pasos finales para obtener bioetanol de alta pureza. De acuerdo con resultados de proyectos previos se tomó la decisión de recolectar tres tipos de residuos:  Grupo 1: frutas, Grupo 2: tubérculos con cascara y Grupo 3:  vainas y ameros. La recolección de residuos vegetales se realizó en la Plaza Distrital de Mercado El Restrepo, específicamente en el área de residuos. Se inspeccionaron y seleccionaron los residuos orgánicos de cada recipiente, y de acuerdo con la disponibilidad de residuos de estos tres grupos se lograron recolectar específicamente frutas como limón, tomate, naranja tangelo, feijoa y mango (grupo 1); tubérculos como yuca y ñame (grupo 2) y vainas de arveja, ameros de mazorca (grupo 3) y diversas verduras. Estos materiales fueron cuidadosamente empacados y transportados al laboratorio para su caracterización, con el fin de evaluar si esos residuos recolectados contaban con contenidos de almidón, celulosa o azúcar, esenciales para la producción de bioetanol.

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Caracterización fisicoquímica de la biomasa con potencial para la obtención de bioetanol

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Para realizar la caracterización fisicoquímica de los residuos obtenidos en la etapa de muestreo con el objeto de formular de manera adecuada un sustrato que permita la obtención de bioetanol con los mejores rendimientos se procedió a lavar y cortar en trozos pequeños los residuos vegetales, posteriormente se llevaron al horno de secado para eliminar el contenido de agua a una temperatura de 70°C durante 36 horas. Posteriormente se analizaron los contenidos de almidón, hemicelulosa, celulosa, lignina, pectina, y azúcares por extracciones sucesivas y métodos gravimétricos o espectrofotométricos verificar el potencial de estos para la obtención de bioetanol.

 

Principales hallazgos

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Tras realizar los análisis de laboratorio, se obtuvo una comprensión detallada de la composición de los carbohidratos en los residuos y su viabilidad para la producción de bioetanol. A continuación, se presentan los resultados más destacados.

 

Biomasa residual de frutas: Este tipo de biomasa se caracteriza por su riqueza en azúcares y hemicelulosa, además de contener cantidades moderadas de celulosa y lignina. La combinación de hemicelulosa y celulosa es particularmente ventajosa para la producción de bioetanol, dado que ambos componentes pueden transformarse en azúcares fermentables.

 

Biomasa residual de tubérculos con cáscara: Esta biomasa es notable por su alto contenido de almidones respecto a los otros carbohidratos hidrolizables presentes en la muestra, junto con una presencia significativa de lignina, y con menores cantidades de celulosa y hemicelulosa. El almidón presente puede ser fácilmente convertido en azúcares fermentables mediante el uso de enzimas específicas, como las amilasas.

 

Biomasa residual de vainas y ameros: Este tipo de biomasa muestra una elevada presencia de hemicelulosa y lignina, además de una cantidad moderada de celulosa. Aunque la combinación de hemicelulosa y celulosa sugiere un buen potencial para la producción de bioetanol, la alta cantidad de lignina podría representar un desafío para la eficiencia del proceso de fermentación. La celulosa y hemicelulosa puede ser convertida fácilmente en azucares fermentables por medio de enzimas de tipo celulasas.

 

Conclusiones y perspectivas

 

La evaluación de la biomasa residual en la plaza de mercado del barrio Restrepo en Bogotá, revela un significativo potencial para la producción de bioetanol. Los residuos orgánicos de frutas (naranja, pitaya, tomate, feijoa, entre otros), tubérculos (ñame y yuca), cáscaras y vainas presentan diferentes perfiles de composición, lo que influye en su capacidad para ser transformados en bioetanol. Mientras que las frutas ofrecen altos niveles de azúcares y hemicelulosa, favorables para la fermentación, los tubérculos contienen almidones que también pueden ser convertidos en azúcares fermentables. El paso por seguir en el proyecto será producir el bioetanol a partir de los residuos seleccionados. Adoptar estrategias para el aprovechamiento de residuos agroindustriales no solo ayuda a mitigar los problemas medioambientales asociados con la gestión ineficiente de residuos, sino que también promueve la innovación tecnológica y el crecimiento económico sostenible. La implementación de un enfoque de economía circular en la gestión de la biomasa residual es un paso crucial hacia un futuro más limpio y responsable para Bogotá.

 

Referencias

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Chauhan SJ, Patel B, Devliya B. et al. Recent advancement in production of bioethanol from waste biomass: a review. Clean Techn Environ Policy (2023). https://doi.org/10.1007/s10098-023-02710-0.

 

Bušić A, Marđetko N, Kundas S. et al. Bioethanol Production from Renewable Raw Materials and Its Separation and Purification: A Review. Food Technol Biotechnol. 2018, 56(3):289-311. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6233010/

 

Sánchez-Castelblanco EM, Heredia-Martín JP. Evaluación de residuos orgánicos generados en plazas de mercado para la producción de enzimas bacterianas. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. 46(180):675-684.  https://doi.org/10.18257/raccefyn.1652

 

Secretaría Distrital de Hábitat. (2018). Guía técnica para el aprovechamiento de residuos orgánicos a través de metodologías de compostaje y lumbricultura. Tomado de: https://www.uaesp.gov.co/images/Guia-UAESP_SR.pdf

 

Filiación institucional

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Grupo de investigación en procesos industriales – Neurona, Centro de gestión Industrial, Servicio Nacional de Aprendizaje SENA. whperez@sena.edu.co ebustos@sena.edu.co esanchezc@sena.edu.co

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