Como recurso renovable, La biomasa presenta una atractiva alternativa a los combustibles fósiles para la producción de energía. Quema de plantas, sin embargo, no es un proceso completamente limpio; produce emisiones que varían según la especie utilizada, las condiciones de combustión, y los controles de contaminación del aire.

Para comprender un componente de estas emisiones, un internacional, equipo multidisciplinario dirigido por mineralogistas de la Universidad de Pensilvania utilizó microscopía de alta sensibilidad para estudiar los fitolitos, pequeños depósitos de minerales que contienen silicio o calcio presentes en determinadas plantas. Estos elementos químicos se absorben del suelo junto con otros nutrientes. Los fitolitos dan fuerza y ​​estructura a las plantas y son comunes en algunas familias de plantas comúnmente utilizadas para biocombustible. como pastos.

Reportando en Cultivos y productos industriales , Los investigadores encontraron que los fitolitos permanecen después de que las plantas se queman en una instalación de combustión de biocombustible, pero en tamaños de partículas lo suficientemente grandes como para que probablemente no representen un riesgo para la salud. Pero debido a que los fitolitos pueden reducir la eficiencia de la conversión de energía, las plantas de energía deben incluirlas en sus operaciones, las notas del equipo. Por otra parte, las cenizas que contienen fitolitos resultantes de la combustión podrían venderse para su uso en la producción de cemento o como fertilizante.

"Este es un tema interesante porque la quema de biomasa puede tener muchos beneficios, pero también algunas consecuencias no deseadas, "dice Reto Gieré, un científico ambiental en Penn y autor principal del estudio. "Necesitamos pensar en tales consecuencias cuando queremos aplicar estos métodos a gran escala".

Conocido como el esqueleto de las plantas, los fitolitos se estudian principalmente en el campo de la arqueología; Los fitolitos conservados de plantas antiguas informan a los paleobotánicos sobre los ecosistemas prehistóricos y los cultivos agrícolas. Pero estos residuos ahora están resultando interesantes para los ingenieros, geólogos, y químicos que estudian el papel de los fitolitos durante la combustión de biomasa y sus posibles impactos ambientales.

Gieré y Ruggero Vigliaturo, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Gieré con experiencia en microscopía electrónica que es el primer autor del estudio, colaboró ​​con ingenieros, farmacia, y científicos ambientales en Francia, Alemania, y los Estados Unidos para examinar de cerca los fitolitos presentes en una especie de planta de crecimiento rápido que se usa comúnmente en las operaciones de biocombustible: Miscanthus sinensis , o pasto plateado chino.

Los científicos extrajeron fitolitos de muestras de pasto seco y del material recolectado en el ciclón de una planta de energía de biomasa. un dispositivo de control de la contaminación del aire. Usando microscopía óptica y electrónica de barrido, los investigadores observaron fitolitos en la materia prima, así como en las cenizas volantes recolectadas del ciclón de la planta de energía. La microscopía óptica de fluorescencia fue particularmente adecuada para distinguir la estructura de los fitolitos, ellos encontraron.

Los análisis químicos revelaron que los fitolitos de Miscanthus estaban compuestos principalmente de sílice, cuales, cuando se inhala, se ha relacionado con problemas respiratorios.

"Sin embargo, los propios fitolitos son en realidad bastante grandes, "dice Gieré, "y demasiado grande para penetrar profundamente en nuestros pulmones".

Debido a que los propios fitolitos no se queman en las centrales eléctricas, reducen la eficiencia general de las operaciones y podrían obstruir los conductos de gases de combustión con material particulado, señalan los investigadores.

Sin embargo, los fitolitos no son del todo malos. Proporcionan los minerales necesarios a las plantas, y así la ceniza sobrante de la quema de biomasa se puede utilizar como fertilizante. Y así como la ceniza de carbón se utiliza como aglutinante en la producción de cemento, la ceniza que contiene fitolitos también podría encontrar una segunda aplicación en esa industria, que es conocido por su contribución a las emisiones globales de carbono. El uso de cenizas de biomasa reduciría la huella de carbono de la producción de cemento.

Además, Miscanthus sinensis parece absorber cantidades notables de zinc y cadmio a medida que crece, los investigadores encontraron. Si se planta en tierra contaminada con estos metales, el cultivo podría remediar la tierra.

"Entonces podríamos cosechar la cosecha, quémalo para obtener energía, y si encontramos el mecanismo adecuado, recuperar el zinc y el cadmio de la ceniza, que luego se puede utilizar como materia prima secundaria en la industria del cemento, "Dice Gieré.

Como siguiente paso, Los investigadores esperan utilizar microscopía electrónica de transmisión para obtener datos a escala aún más fina sobre la composición y estructura de los fitolitos en una muestra determinada de ceniza. información que podría ayudar a las plantas de energía de biomasa a adaptar sus dispositivos de control de la contaminación del aire y la entrada de combustible en consecuencia.

Y como cada especie vegetal tiene un perfil de fitolito diferente, cada uno debe estudiarse de forma independiente. Los investigadores se están embarcando en un estudio de los fitolitos del arroz, ya que los tallos de arroz que quedan después de la cosecha podrían ser una valiosa fuente de biocombustible.

"La mayor parte de la paja de arroz se quema actualmente en el campo, "dice Gieré." Combustión controlada de paja de arroz, sin embargo, es un uso potencial de lo que ahora es un producto de desecho. También eliminaría un gran problema en el sudeste asiático porque las neblinas de los incendios incontrolados de los campos de arroz dan como resultado una contaminación tremenda que tiene un impacto importante en millones de personas ".