Design of efficient small-scale biorefineries - The Application of Topological Thermodynamics Using Bore (Cocoyam) as Study Case

Abstract

This thesis aims to propose a design strategy for small-scale biorefineries using a shortcut method as the thermodynamic-topological analysis. The raw material used in the biorefinery will be the bore (cocoyam), which is a rural raw material with a high potential for the obtainment of added-value products due to the composition of its parts (leaves, stem and tuber). Each of the parts of the plant was characterized and a cocoyam-based biorefinery was proposed. The chosen products (ethanol, lactic acid, starch and feed additive) were produced experimentally at lab-scale in order to validate the values reported in the literature and to achieve a better understanding of the process that would enrich the simulation stage. Then, the thermodynamic-topological analysis was implemented in the proposed biorefinery and both biorefineries (with and without the application of thermodynamic-topological analysis) were assessed in economic, environmental, efficiency and energy-consumption terms. Finally, a strategy for designing small-scale biorefineries based on thermodynamic-topological analysis was proposed (Texto tomado de la fuente)

Esta tesis se enfoca en proponer una estrategia de diseño para biorrefinerías de baja escala usando un método corto como el análisis termodinámico-topológico. La materia prima utilizada en la biorrefinería será el bore (cocoyam), el cual es una materia prima rural con un alto potencial para la obtención de productos de valor agregado debido a la composición de sus partes (hojas, tallo y tubérculo). Cada una de las partes se caracterizó y se propuso una biorrefinería basada en bore. Los productos seleccionados (etanol, ácido láctico, almidón y aditivo para alimentación animal) se produjeron experimentalmente a escala laboratorio con el fin de validar los valores reportados en la literatura y para lograr un mejor entendimiento del proceso, lo cual enriquece la etapa de simulación. Luego, se implementó el análisis termodinámico topológico en la biorrefinería propuesta y se evaluaron ambas biorrefinerías (con y sin la aplicación del análisis termodinámico topológico) en términos económicos, ambientales, de eficiencia y consumo de energía. Finalmente, se propuso una estrategia basada en análisis termodinámico-topológico para el diseño de biorrefinerías de baja escala