Rocio Sierra

Directora GDPP

Uno de los mayores retos a los que se enfrenta la humanidad moderna es la necesidad de un desarrollo sostenible, que satisfaga las demandas por recursos naturales mientras que le deja a las futuras generaciones la oportunidad de alcanzar sus potenciales. Este reto es particularmente importante en el contexto de las industrias químicas, donde la demanda por recursos y por energía son enormes. En este contexto, es de particular importancia el uso y disposición adecuada de residuos, basuras y corrientes de desecho.

La investigación y desarrollo de tecnologías de reciclaje y uso de desechos, se ha convertido en una de las áreas de mayor crecimiento en la inversión por parte de los países miembros de la Organization for Economic Cooperation and Development (OECD). Este hecho ha tenido un impacto social importante puesto que ha retado la creencia generalizada de que la basura no tiene valor. Si estrategias efectivas para el procesamiento de basura llegaran a ser implementadas de manera voluminosa y sistemática, se observarían un incremento en la eficiencia de los procesos y una disminución de hasta el 80% del efecto invernadero

Mi proyecto de investigación está direccionado al estudio y desarrollo de procesos para el uso de residuos (de cosecha, orgánicos o de otros tipos) en la producción de combustibles, energía y/o otros productos con valor agregado. Este proyecto contempla cinco temas que se explican de manera general a continuación.

Educación 

  • Doctor of Philosophy (Chemical Engineering)
    Texas A&M University
    Estados Unidos
    2010
  • Master Of Science (Chemical Engineering)
    Texas A&M University
    Estados Unidos
    2005
  • Magíster En Ingeniería Mecánica
    Universidad de los Andes
    Colombia
    1996
  • Ingeniera Química
    Fundacion Universidad De America
    Colombia
    1992

Línea de Investigación: Ingeniería Biológica

  • Pretatramiento de Residuos Lignocelulósicos:

Residuos agrícolas tienen la potencialidad de convertirse en combustibles, varias formas de energía, productos químicos, farmacéuticos o algún tipo especial de alimento. Esto se logra a través de rutas químicas, termoquímicas, biológicas, o una combinación de estas opciones. Los procesos que usan la ruta biológica, se caracterizan por tener una etapa de preparación de la materia prima más dispendiosa que las rutas alternas.  Esta preparación se denomina pretratamiento.
Por otra parte, debido al auge de pretratamientos de tipo biológico de materiales lignocelulósicos, dado principalmente por el bajo costo operativo comparado con la alternativa química, y porque las enzimas producidas tienen un alto potencial de uso en otras áreas (por ejemplo tratamiento de aguas y biosensores) he tomado interés en estudios tendientes a establecer los efectos del pretratamiento con hongos de podredumbre blanca sobre diversos tipos de residuos lignocelulósicos.

  • El proceso MixAlco :

MixAlco® es una tecnología de avanzada, en la que desechos de todo tipo, pero preferiblemente los materiales lignocelulósicos, se convierten en productos químicos tales como ácidos orgánicos volátiles, cetonas, ésteres y alcoholes secundarios. Estos últimos a su vez pueden ser transformados en gasolina (bio-gasolina) y combustible para avión. La tecnología ha sido objeto de estudio, desarrollo e investigación, por aproximadamente dos décadas. El proyecto ha sido liderado por el PhD Mark Holtzapple, profesor de la Universidad de Texas A&M que fué mi asesor de tesis doctoral. En la actualidad, MixAlco® cuenta un gran número de aliados internacionales trabajando en desarrollo y transferencia de tecnología. Mi grupo de investigación se ha convertido en el principal aliado de MixAlco® en Colombia. 

  • Biorefinería (Uso y aprovechamiento de residuos orgánicos):

Residuos orgánicos son aquellos que resultan durante la preparación de alimentos, los que quedan sin consumir después de la comida, y el estiércol. Los residuos orgánicos tienen una naturaleza distinta de la de los residuos lignocelulósicos y una estructura composicional distinta. En términos generales, se caracterizan por ser mucho más fáciles de atacar biológicamente, por tanto el pretratamiento requerido no es tan demandante (aunque muchas veces requieren esterilización), y son muy ricos en compuestos necesarios para el funcionamiento celular (por ejemplo proteinas, ácidos grasos, conenzimas, vitaminas y minerales), lo que los hace ideales como material prima en procesos biológicos que pueden resultar en la obtención de una amplia gama de productos con alto valor agregado. He tomado interés en el estudio de dichos procesos. 

  • Uso y aprovechamiento de residuos no bioconvertibles:

Algunos residuos son difícilmente biodegradables o no son susceptibles a este tipo de tratamiento. Si dentro de este grupo de desechos, se encuentra que hay una composición próxima y última similar a la del carbón y/o un alto valor calorífico, es aconsejable usar la conversión termoquímica. Esta ruta tiene tres posibilidades: (i) combustión, que es la más eficiente para la producción de energía térmica a un costo ambiental relativamente severo por la emisión no neutral de gases de efecto invernadero (ii) pirólisis que resulta en la obtención de productos sólidos, líquidos  y gaseosos y (iii) gasificación que además de ser una fuente generadora de energía térmica a eficiencias menores que la combustión, permite la obtención del denominado syngas que tiene un uso potencial importante. El foco de este tema está en las estrategias de control de los procesos que permitan obtener el(los) productos deseados.

  • Simulación de proceso, cálculos exergéticos:

Identificar oportunidades de mejoramiento e incremento de las eficiencias, lo que normalmente está ligado a la implementación de técnicas de optimización y de integración másica y energética. A partir de estos estudios, es posible establecer indicadores como la eficiencia exergética, la renovabilidad, el ínidice de sostenibilidad, el potencial de mejoramiento exergético, y el porcentaje de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero con respecto a casos de comparación. La comparación es importante, pues es la base para la selección.

Grupo de Investigación

  • Andrés Romero
    Asistente de Maestría (Inicio 2019-10)
    Tema: Optimización Exergética
  • Daniel Durán
    Asistente de Doctorado (Inicio 2019-10)
    Tema: Biorefinería
  • Carla Cárdenas
    Asistente de Maestría (Termina 2019-10)
    Tema: Pretatamiento Biológico de Reisduos Lignocelulósicos
  • Dinary Durán
    Asistente de Doctorado (Termina 2020-20)
    Tema: Pretatamiento Biológico de Reisduos Lignocelulósicos
  • Luis Cruz
    Asistente de Maestría (Termina 2019-10)
    Tema: Pretatamiento Biológico de Residuos Lignocelulósicos
  • Carlos Aguilar
    Asistente de Maestría (Termina 2019-10)
    Tema: Uso y aprovechamiento de residuos no bioconvertibles
  • Oscar Fonseca
    Asistente de Doctorado (Inicia 2019-10)
    Tema: Biorefinería

Proyectos

Reciclaje de polímeros derivados de petróleo

El potencial valor agregado económico y ambiental derivado del uso de desechos no biodegradables tales como plásticos y caucho de llantas usadas es muy grande. Estos materiales sometidos a un tratamiento de pirolisis dan como resultado tres fases: una fase gaseosa que es combustible, una fase líquida que contiene productos químicos de valor agregado tales como estireno, derivados del benceno, hidrocarburos, etc., y una fase sólida (carbón activado) que tiene múltiples aplicaciones dadas sus propiedades adsorbentes.
 
El propósito de este proyecto es determinar las condiciones de operación de pirolisis y los mejores usos de los productos que puedan obtenerse en las tres fases.
 
Este proyecto impacta directamente las industrias con un alto volumen de desechos plásticos tales como las procesadoras/distribuidoras de alimentos, lo mismo que las compañías de transporte, que generan un alto volumen de llantas usadas.

 

 

Valor agregado de los residuos vegetales

Los residuos de fruta y otros residuos vegetales contienen componentes con alto valor agregado tales como aceites vegetales, pectinas, proteínas y biomoléculas con potenciales usos en industrias de alimentos, nutracéutica, farmacéutica y cosméticos. Por otra parte, estos residuos son susceptibles a tratamientos biológicos con lo que se obtienen productos con valor agregado en fase sólida (matrices digestibles para la producción de combustibles), líquida (como etanol, ácido acético y enzimas) y fase gaseosa (como biogás que tiene uso en la generación de energía eléctrica y térmica).
 
El proposito de este proyecto es establecer las condiciones y  de extracción de los componentes y de las conversiones biológicas que permitirían maximizar el valor agregado de estos residuos.
 
Este proyecto impacta directamente a las compañías que usan fruta para la preparación de productos alimenticios diversos como fruta seca, mermeladas, compotas, etc.

Valor agregado del estiércol

En Colombia el estiércol se usa principalmente como fertilizante de suelos impactando negativamente el medio ambiente físico, biótico y social. Este material se caracteriza por una alta concentración de sólidos y nitrógeno (amoníaco). Tratar este material por medio de digestión anaerobia antes de su uso en campo como fertilizante es un protocolo excelente para la producción de fertilizantes pues permite obtener relaciones carbono nitrógeno en proporciones correctas, con lo que los impactos negativos al aplicar la fertilización se eliminan. Por otra parte, fuera de los fertilizantes (corriente de lodos del biodigestor), a partir de biodigestión puede obtenerse una corriente gaseosa rica en metano como producto de valor agregado. El metano es útil para la generación de calor y electricidad. Infortunadamente, en el proceso se sintetizan trazas de ácido sulfhídrico (H2S) un gas altamente tóxico, inflamable y corrosivo.
 
El propósito de este proyecto es la producción de un biogás limpio o purificado y el desarrollo de estrategias para su aprovechamiento en función de la realidad local donde quiera implementarse el proceso.
 
Este proyecto impacta directamente las industrias agropecuarias (ganado bovino, equino, ovino, porcino o caprino).

 

 

 

Pretratamiento de material lignocelulósico

Los residuos de cultivos son ricos en lignocelulosa, material que no es fácilmente biodegradable. El  pre-tratamiento biológico de este material con hongos puede usarse para aumentar su digestibilidad. Los hongos degradadores de lignina  puede crecer en sustratos sintéticos o en residuos vegetales  maderables y no maderables.  En muchos casos, su secretoma en respuesta a diferentes sustratos se ha caracterizado y se encontró que es diferente para cada sustrato y además que en él hay abundancia de enzimas oxido-reductasas, principalmente, las que degradan compuestos fenólicos y no fenólicos en presencia de oxígeno, llamadas lacasas. Estas enzimas se ven afectadas por las condiciones de cultivo. Entre estas condiciones las  nutricionales y la presencia de sustancias inductoras como el cobre y compuestos fenólicos se han encontrado muy asociados a la regulación de la secreción de la enzima,  pero aun no son claros los mecanismo de regulación implicados. 

El propósito de este proyecto es comprender como lo componentes de la biomasa lignocelulosa de la cascarilla de arroz inducen la secreción de lacasas por hongos y cómo es estas enzimas las lacasas, contribuyen a la modificación de este residuo agroindustrial. Las enzimas tienen uso potencial en purificación de aguas y el material lignocelulósico modificado por el hongo puede usarse en fermentaciones para obtener productos con valor agregado

Este proyecto impacta directamente las industrias de curtiembres y textil pues brinda una alternativa económicamente viable para la degradación de fenoles en corrientes de desecho. Adicionalmente, la industria agrícola encontraría una manera de darle uso a los residuos vegetales.

Proyectos

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