ContribuciAn-ciclo-vida-del-hidrochar

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Contribución al ciclo de vida del hidrochar proveniente de biomasa de papa por 
carbonización hidrotermal. 
 
 
 
 
Érika Alejandra Mesa Sanabria 
 
 
 
 
 
Director 
Ms. María del Pilar Triviño Restrepo 
 
 
 
 
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 
Facultad de ingeniería 
Escuela de ingeniería ambiental 
Tunja 
2021 
 
ii 
 
Agradecimientos 
Me gustaría agradecer en primer lugar a mi directora de proyecto, María del Pilar Triviño por 
sus innumerables consejos y su tiempo invertido en el proyecto, pero sobre todo por haberme 
aceptado para ser parte de este. He de agradecer también a Yolanda Fernández Nava profesora de 
la universidad de Gijón por permitirme guiarme con su trabajo de ACV. Y, para terminar, 
agradecer a mi familia porque son incondicionales y siempre están ahí en cada paso que doy. Así 
como Javier que siempre está para ayudarme con mis dificultades tecnológicas 
 
iii 
 
Resumen 
El ciclo de la vida contemplado en la norma ISO 14000 es una herramienta útil, la cual 
permite formular una metodología de evaluación ambiental para analizar y cuantificar los 
aspectos ambientales e impactos potenciales de un producto o servicio a lo largo de su ciclo de 
vida, es decir, en todas las etapas de su existencia. En este caso, específicamente, se consideró un 
compuesto sólido similar al carbón llamado hidrochar y un líquido fertilizante obtenidos a partir 
de tratar termoquímicamente la biomasa residual de papa en presencia de agua, a temperaturas 
moderadas y bajo ciertas condiciones, conocido como proceso de carbonización hidrotermal. 
Estos subproductos generan una alternativa sostenible de obtención de energía y productos 
químicos y una nueva forma de gestión de residuos de biomasa de papa, que normalmente se 
desechan. En el desarrollo del proceso no se realizan actividades que puedan afectar el medio 
ambiente; además, puede significar una oportunidad para el remplazo del carbón fósil, (que 
usualmente se extrae de la tierra, se quema y puede acarrear problemas al ambiente y a la 
sociedad en sí), esto sería un gran paso hacia la productividad y ayuda al medio ambiente, ya que 
las actividades de extracción y uso conllevan grandes riesgos ambientales y el daño que genera al 
medio ambiente puede llegar a ser irreversible. 
En este trabajo, se realiza un análisis profundo del ciclo de vida, en donde se puntualizan las 
diferentes etapas del mismo, como lo son: definición del objetivo y alcance, análisis de inventario 
y evaluación de impacto e interpretación; lo anterior, guiándose por la norma internacional ISO 
14040 y siempre buscando la identificación de la sostenibilidad en el transcurso de todo el 
proceso; al final, se logra caracterizar la transformación de la materia prima como viable, segura 
y económica, (siempre y cuando se cuente con los recursos necesarios); también, se determinó 
iv 
 
que las afectaciones al medio no son relevantes, (guiándose por la evaluación de impacto) y se 
concluye que no será necesaria la implementación de medidas de mitigación. 
Contenido 
 
Planteamiento del problema ........................................................................................................ 1 
Justificación ................................................................................................................................. 4 
Objetivos ...................................................................................................................................... 6 
Marco teórico ............................................................................................................................... 7 
Marco conceptual .................................................................................................................... 7 
Marco referencial ................................................................................................................... 13 
Marco legal ............................................................................................................................ 16 
Biomasa residual de papa .......................................................................................................... 19 
Producción de la biomasa residual de papa ........................................................................... 19 
Composición de la biomasa de la papa .................................................................................. 22 
Carbonización hidrotermal ........................................................................................................ 26 
Metodología del análisis de ciclo de vida .................................................................................. 29 
1. Definición del análisis de ciclo de vida ....................................................................... 29 
2. Desarrollo del Análisis del ciclo de vida ..................................................................... 33 
2.1 Etapa 1: Definición del objetivo y alcance. .............................................................. 33 
2.2 Etapa 2: Análisis del inventario del ciclo de vida (ICV). ......................................... 34 
2.3 Etapa 3: Evaluación del impacto del ciclo de vida (EICV). ..................................... 35 
2.4 Etapa 4: Interpretación del ciclo de vida. ................................................................. 36 
ii 
 
 
ACV de la producción de hidrochar a partir de biomasa residual de la papa ............................ 38 
1. Etapa 1: Definición del objetivo y alcance de ACV .................................................... 38 
1.1 Aplicación prevista ...................................................................................................... 38 
1.2 Razones para realizar el estudio .................................................................................. 38 
1.3 Publico previsto ........................................................................................................... 38 
1.4 Utilización de resultados ............................................................................................. 40 
1.5 Alcance del ACV ......................................................................................................... 40 
1.6 Funciones de sistema del producto .............................................................................. 42 
1.7 La unidad funcional ..................................................................................................... 42 
1.8 Los flujos del sistema .................................................................................................. 43 
1.9 Sistemas estudiados ..................................................................................................... 45 
1.10. Límites del sistema. .............................................................................................. 47 
1.11. Descripción de la categoría de datos. ................................................................... 48 
2. Etapa 2: Análisis del inventario del ciclo de vida ........................................................ 48 
2.1. Subsistema 1. Almacenamiento y transporte ........................................................ 48 
2.2. Subsistema 2. Lavado y molienda ........................................................................ 51 
2.3. Subsistema 3. Reactor CHT .................................................................................. 53 
2.4. Subsistema 4. Acondicionamiento de productos .................................................. 56 
3. Etapa 3: Evaluación de impacto del ciclo de vida ....................................................... 58 
iii 
 
 
Elementos obligatorios ...................................................................................................... 59 
Elementos optativos ...........................................................................................................59 
3.1. Categorías de impactos ......................................................................................... 62 
3.2. Lista de chequeo. .................................................................................................. 65 
3.3. Caracterización de impactos ................................................................................. 68 
3.4. Matriz de impacto ambiental ................................................................................ 70 
4. Etapa 4: Interpretación de Análisis de Ciclo de Vida .................................................. 75 
4.1. Identificación ........................................................................................................ 76 
4.2. Evaluación ............................................................................................................ 81 
4.3 Limitaciones, conclusiones y recomendaciones .......................................................... 82 
Discusión ................................................................................................................................... 84 
Etapa 1: Definición del objetivo y alcance de ACV .............................................................. 84 
Etapa 2: Análisis del inventario del ciclo de vida ................................................................. 84 
Etapa 3: Evaluación de impacto del ciclo de vida ................................................................. 84 
Etapa 4: Interpretación de Análisis de Ciclo de Vida ............................................................ 85 
Conclusiones .............................................................................................................................. 87 
Recomendaciones ...................................................................................................................... 89 
Bibliografía ................................................................................................................................ 90 
 
iv 
 
 
Lista de Tablas 
Tabla 1 Rendimiento perdido e incremento de costo unitario .................................................. 21 
Tabla 2 Etapas del análisis ...................................................................................................... 34 
Tabla 3 Elementos de la Evaluación de impacto ambiental ..................................................... 36 
Tabla 4 Unidad funcional ........................................................................................................ 43 
Tabla 5 Balance de subsistema 1 .............................................................................................. 51 
Tabla 6 Balance subsistema 2 ................................................................................................. 52 
Tabla 7 Balance de subsistema 3 ............................................................................................. 55 
Tabla 8 Balance subsistema 4. ................................................................................................ 57 
Tabla 10 Lista de chequeo de aspectos ambientales ............................................................... 66 
Tabla 11 Lista de chequeo de aspectos socioeconómicos ....................................................... 67 
Tabla 12 Valores de Intensidad ............................................................................................... 68 
Tabla 13 Matriz de impacto en el medio físico ........................................................................ 69 
Tabla 14 Continuación Tabla 12 ............................................................................................. 70 
Tabla 15 Matriz de impacto en el medio socioeconómico ....................................................... 71 
Tabla 16 Continuación de Tabla 14 ........................................................................................ 72 
Tabla 17 Impacto en el medio físico ....................................................................................... 73 
Tabla 18 Impacto en el medio socioeconómico ....................................................................... 74 
Tabla 19 Impacto total en el sistema ....................................................................................... 75 
Tabla 20 Contribución en cada factor ..................................................................................... 79 
Tabla 21 Contribución de impactos negativos ........................................................................ 79 
Tabla 22 Contribución de los impactos positivos .................................................................... 80 
 
v 
 
 
Lista de figuras 
Figura 1 El cambio del agua bajo diferentes temperaturas .................................................... 11 
Figura 2 Generalidades del departamento de Boyacá ............................................................. 20 
Figura 3 Partes del tubérculo ................................................................................................... 23 
Figura 4 Estructura química de la celulosa ............................................................................ 24 
Figura 5 Estructura química de la hemicelulosa ...................................................................... 25 
Figura 6 Reacciones de la carbonización hidrotermal ........................................................... 27 
Figura 7 Proceso de carbonización hidrotermal ..................................................................... 27 
Figura 8 Ciclo de vida de un producto .................................................................................... 29 
Figura 9 Etapas del ciclo de vida ............................................................................................ 30 
Figura 10 Etapas de ACV ........................................................................................................ 32 
Figura 11 Partes interesadas según la teoría de círculos concéntricos .................................. 40 
Figura 12 Sistemas del proceso ............................................................................................... 41 
Figura 13 Ecósfera y tecnosfera de un sistema ....................................................................... 45 
Figura 14 Esquema de los subsistemas del proceso ................................................................ 47 
Figura 15 Resumen del subsistema 1 ....................................................................................... 49 
Figura 16 Ubicación de la planta CHT ................................................................................... 50 
Figura 17 Resumen de subsistema 2 ........................................................................................ 52 
Figura 18 Vías de reacción en el proceso CHT ....................................................................... 54 
Figura 19 Resumen de subsistema 3 ........................................................................................ 55 
Figura 20 Resumen de subsistema 4 ........................................................................................ 57 
Figura 21 Esquema de "midpoints" y "endpoints" ................................................................. 60 
vi 
 
 
Figura 22 Descripción de las categorías de impactos en el método ReCiPe .......................... 62 
Figura 23 Categorías de impactos escogidas .......................................................................... 64 
Figura 24 Clasificación para la matriz Conesa ...................................................................... 73 
Figura 25 Relación en la fase de interpretación con otras fases del ACV .............................. 76 
 
vii 
 
 
Introducción 
Con el planteamiento de los objetivos de desarrollo sostenibles, se busca reducir las emisiones 
de gases de efecto Invernadero (GEI). Actualmente,las emisiones disminuyeron en el 2019 a 
2020 en un 7% aproximadamente por la afectación de la pandemia, sin embargo, esto es un 
efecto temporal. Para cumplir con los objetivos se integran modelos de evaluación para el estado 
de futuros sistemas o sistemas que ya existen para lograr discernir que tan sostenibles y tomar 
decisiones frente a su implementación. La disminución de emisiones GEI debe ser mayor a la 
cantidad emitida a la atmósfera, por esto es necesario intervenir los procesos donde estos se 
producen como es el caso del suministro de energía de combustibles fósiles, el transporte y los 
cambios del suelo. 
Como una de las principales causas viene de la producción de energía, se hace necesaria la 
búsqueda de energías alternativas que puedan remplazar a las actuales y a la vez no generen un 
impacto negativo en el medio ambiente, que estas logren cumplir con los requerimientos 
energéticos actuales para que no halla desabastecimiento y estos no generen impactos graves al 
medio o si los genera puedan ser reversibles. 
Otra problemática que ha aquejado contantemente son los daños efectuados por los rellenos 
sanitarios, esta problemática se da más que todo en países no desarrollados, como Colombia, una 
de la causa es la ausencia de cultura de separación en la fuente fusionando los distintos desechos, 
haciendo que la vida útil de los rellenos sanitarios disminuya, debido a la alta generación de 
desechos agroindustriales que reposan en los mismos sin una buena gestión. Una de las opciones 
que se plantean como posible solución a estas dos problemáticas es la biorrefinería, la cual es 
viii 
 
 
posible mediante el procesamiento de la biomasa residual, que a partir de ciertos elementos y 
equipos logra la transformación de la materia en subproductos. 
La aplicación de tratamientos de conversión termoquímica es la opción más factible para 
efectuar la transformación de una materia prima, en el caso específico de este proyecto, se plantea 
el método de carbonización hidrotermal (CHT), en donde se transformaran partículas orgánicas 
en carbón, esto con el fin de que el producto transformado, (conocido como “biochar” o 
“hidrochar”), pueda remplazar el lignito que usualmente se extrae de la tierra; además, se podrá 
producir, así mismo otro subproducto, (como lo es el líquido fertilizante), como opción para 
mejorar la calidad de los suelos y así generar mejores productos agrícolas. 
Este proyecto se centrará en el tratamiento de biomasa residual de la papa, (que en resumen 
sería toda aquella papa que no se comercializa o que presenta las mejores condiciones para su 
consumo), dejando así de lado, cualquier forma que pueda llegar a afectar la seguridad 
alimentaria por la producción de este nuevo producto. 
 De acuerdo a las nuevas metodologías para identificar la sostenibilidad de un sistema es 
necesario una evaluación como es el análisis del ciclo de vida (ACV), una de las más utilizadas 
para evaluar los sistemas de productos, donde se tiene en cuenta las diferentes etapas por las que 
estos atraviesan desde su materia prima hasta su posterior distribución, esto con el objetivo de 
visualizar los impactos que se pueden generar y la sostenibilidad de dicho producto, de esta 
forma este análisis se aplicará en este proyecto para el tratamiento de biomasa residual de la papa. 
1 
 
 
Planteamiento del problema 
Para lograr el desarrollo, la humanidad necesitó el uso de los recursos energéticos no 
renovables (el carbón, el gas y el petróleo). En Colombia con la tasa de explotación actual, las 
reservas de carbón aseguran más de 120 años de producción(Unidad de Planeación Minero 
Energética, n.d.), Felipe Bayón el director de la compañía ECOPETROL define que, en el caso 
del petrolero será de 7.2 años y gas 10.4 años(Minas de Petroleo En Colombia: Reservas de 
Petróleo y Gas de Ecopetrol Suben a 7,8 Años | Economía | Caracol Radio, n.d.). 
Las emisiones de CO2 por el uso de combustibles como el carbón causan afecciones a nivel 
mundial; de acuerdo con ONU-Habitat, las ciudades consumen el 78% de la energía 
mundial y producen más del 60% de las emisiones de gases efecto invernadero (El 
Cotidiano, n.d.). Como consecuencia de esto se busca implementar energías renovables bajas en 
carbono y disminuir las emisiones de CO2; el biochar o hidrochar, proveniente de la biomasa 
residual mediante un proceso de carbonización hidrotermal (CTH), se presenta como una 
alternativa, es neutral en CO2 y podrá incinerarse o utilizarse para todos los usos industriales 
tradicionalmente reservados para el lignito. El proceso de CTH transforma todo el carbono de los 
restos vegetales en carbón (100% eficacia en el uso del carbono), sin la necesidad de liberar ni 
CO2 ni metano(Ponce-Ballesteros, 2012a). 
La biomasa residual es la principal materia prima de los procesos de carbonización 
hidrotermal, con base al ciclo de vida se puede determinar qué tan sustentable es el producto, 
(buscando que no genere residuos). Algunas de las ventajas de la biomasa residual son: ser una 
fuente renovable, rentabilidad en diversos métodos de utilización y no producir grandes 
2 
 
 
afecciones al medio ambiente; por lo tanto, este recurso juega un papel importante en las 
estrategias de reducción de CO2 (García Riesco, 2019). 
Los índices de combustión de la biomasa carbonizada confirman que puede quemarse o co-
quemarse para producir bioenergía y evita problemas de incrustaciones y aglomeración. Los 
resultados revelan que el proceso CTH es una opción prometedora para producir biocombustibles 
sólidos a partir de biomasa infravalorada, especialmente a partir de biomasa de alta humedad 
(Roy et al., 2018), como podría ser la papa residual. En la actualidad, la sostenibilidad de los 
productos y servicios se ha convertido en un requisito esencial para las organizaciones, los 
gobiernos, los mercados y la sociedad en general. Entre los diversos métodos para medir 
sostenibilidad actualmente, los basados en el análisis del ciclo de vida proporcionan una forma de 
evaluar los posibles impactos de productos y servicios (Rodriguez et al., 2020). La 
implementación de la evaluación del ciclo de vida del hidrochar producido por carbonización 
hidrotermal demostrara si esta es una opción viable para la implementación de proceso basados 
en la obtención de bioenergía. 
El departamento de Boyacá, no tiene gestión para la biomasa residual de papa, por esto se 
plantea una forma de aprovechamiento usando la carbonización hidrotermal (CTH) que 
proporciona como producto principal el hidrochar. De esta forma el análisis de ciclo de vida 
permitirá estimar que tan sustentable y viable es la implementación de este proceso para la 
biomasa residual de la papa y el posterior uso de subproductos que pueden usarse para la 
generación de energía y la recuperación de nutrientes útiles. 
3 
 
 
¿Puede el ciclo de vida del proceso de carbonización hidrotermal demostrar que es una opción 
sustentable para la obtención de biochar a base de biomasa residual proveniente de la 
agroindustria de la papa en Boyacá? 
 
 
4 
 
 
Justificación 
La creciente preocupación por el cambio climático que se ha desarrollado en los últimos años 
a causa de la excesiva producción de gases de efecto invernadero (GEI) como se plantea en la 
agenda 2030 donde se establece prioridades para apoyar los países de América Latina y el Caribe 
en la implementación de la agenda como es: la diversificación de la matriz productiva, con 
inversiones públicas y privadas que hagan viables los patrones de producción, consumo y 
energéticos con menores emisiones de carbono, la economía circular y las ciudades 
inteligentes(La Agenda 2030 y Los Objetivos de Desarrollo Sostenible: Una Oportunidad Para 
América Latina y El Caribe. Objetivos, Metas e Indicadores Mundiales | Publicación | Comisión 
Económica Para América Latina y El Caribe, n.d.). 
Lo expuestoen la agenda ha hecho que en los diferentes países se busca la implementación de 
un nuevo modelo como es la economía circular que plantea como objetivo, generar prosperidad 
económica, proteger el medio ambiente y prevenir la contaminación, facilitando así el desarrollo 
sostenible (Prieto-Sandoval et al., 2017). De esta forma se busca el desarrollo de nuevas formas 
de producción para diferentes productos y servicios. 
Una de las principales fuentes de GEI es causado por el uso de combustibles fósiles, por esto 
se plantean nuevas alternativas como es la bioenergía. El uso de esta energía, proveniente de la 
biomasa, la cual tiene carácter de energía renovable ya que su contenido energético procede en 
última instancia de la energía solar. La biomasa es el recurso renovable que cuenta con mayor 
potencial de utilización en la zona intertropical (franja ecuatorial de 23º latitud norte hasta los 23º 
latitud sur), para la generación de energía eléctrica y térmica, ya que cuenta con condiciones 
5 
 
 
ambientales adecuadas, tales como humedad, temperatura y radiación solar durante todo el año 
para su generación (Bioenergía: Fuentes, Conversión y Sustentabilidad - Google Libros, n.d.). 
Para la obtención de dicha bioenergía en el sector de Boyacá es viable en el caso de la papa ya 
que se tiene una producción de 671,204 toneladas año y un rendimiento de 18,9 
Toneladas/Hectáreas (FEDEPAPA, n.d.) y presenta grandes desperdicios. Para la obtención de 
hidrochar se plantea la carbonización hidrotermal (CTH), es un proceso en el cual la materia 
orgánica se descompone bajo la influencia de la temperatura en presencia de agua. El agua se 
encuentra a una temperatura por encima de su punto de ebullición y la presión del sistema es 
autógena (Ponce-Ballesteros, 2012a). Para lograr la implementación de este proceso a nivel 
industrial y demostrar que este sea aplicable de forma sustentable en la biomasa residual de la 
papa es necesario un medio de verificación como el análisis del ciclo de vida. 
Con la aplicación del ciclo de vida para un producto como es el hidrochar obtenido por el 
CTH a base del bioma residual de la papa se brinda un soporte para que este posteriormente se 
pueda aplicar en el departamento de Boyacá conociendo de antemano las posibles consecuencias 
ambientales relaciones con la obtención de dicho producto y tener información de la viabilidad 
del proceso. 
 
 
 
 
 
6 
 
 
Objetivos 
General 
Determinar el grado de sostenibilidad que presenta el proceso de carbonización hidrotermal 
mediante el estudio del ciclo de vida la evaluación del hidrochar y del líquido fertilizante hidrochar 
y el líquido fertilizante de la biomasa residual de la papa. 
 Específicos: 
• Establecer las características de la biomasa residual para el proceso de carbonización 
hidrotermal y el producto que se obtiene de este. 
• Obtener una base teórica de las etapas del proceso completo de la carbonización 
hidrotermal. 
• Plantear y desarrollar el análisis de ciclo de vida del proceso de carbonización hidrotermal 
que usa como materia prima la biomasa residual de la papa. 
• Analizar la sustentabilidad del proceso de carbonización hidrotermal aplicado para Boyacá. 
 
7 
 
 
Marco teórico 
Marco conceptual 
La industria debe generar una producción de alta calidad y que cumpla con expectativas del 
consumidor, así mismo gracias al crecimiento de la conciencia de la protección del medio 
ambiente se logra que sea necesario la implementación de datos asociados a los impactos 
basándose en la Norma Técnica Colombiana NTC-ISO 14040 donde se explica la recopilación y 
evaluación de las entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del 
producto a través de su ciclo de vida, siendo el ciclo de vida una serie de etapas consecutivas e 
interrelaciones de un sistema del producto, desde la adquisición de materia prima o de su 
generación a partir de recursos naturales hasta la disposición final (ICONTEC, 2007). 
Para hacer posible el estudio del ciclo de vida se ha implementado una metodología conocida 
como el Análisis del Ciclo de vida (ACV) que se utiliza principalmente para determinar los 
efectos ambientales y el rendimiento de un producto durante su ciclo de vida completo (Kim et 
al., 2009). Busca identificar, cuantificar y caracterizar los diferentes impactos ambientales 
potenciales, asociados a cada una de las etapas del ciclo de vida de un producto. Básicamente, se 
enfoca al rediseño de productos bajo el criterio de que los recursos energéticos y materias primas 
no son ilimitados y que, normalmente, se utilizan más rápido de cómo se reemplazan o como 
surgen nuevas alternativas (Romero, 2003). 
El análisis de ciclo de vida es una herramienta para lograr la evaluación de la sostenibilidad de 
procesos y productos el cual ha sido la respuesta para el informe Brundtland, en este se inicia a 
hablar de "desarrollo sostenible" o el término relacionado "sostenibilidad “donde se habla que el 
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desarrollo sostenible se trata principalmente de desarrollo (a veces visto como sinónimo de 
crecimiento económico), mientras que la sostenibilidad da prioridad al medio ambiente. Otros 
han argumentado que la diferencia es más bien que el desarrollo sostenible debe verse como el 
proceso o camino hacia el logro de la sostenibilidad (Hauschild, 2017). 
Para realizar una efectiva Evaluación del ciclo de vida (ECV) del proceso de la cuna hasta la 
tumba se debe tener en cuenta los impactos ambientales de la producción de estos nuevos 
combustibles renovables a base de biomasa residual. La Biomasa, en términos energéticos, un 
combustible procedente de productos y residuos naturales, tales como los provenientes de la 
agricultura (incluyendo tanto sustancias vegetales y animales), los provenientes de la actividad 
forestal e industrias ligadas al bosque, y la fracción biodegradable de los residuos industriales y 
urbanos (Vignote, 2016). 
La biomasa en general tiene un alto contenido de hidrógeno (H), lo que la hace adecuada 
como mezcla para compensar el contenido de H del carbón, a menudo bajo. La biomasa como 
materia prima de gasificación, aunque proporciona un alto rendimiento de hidrógeno, tiene la 
desventaja de una baja densidad energética debido a su alto contenido de oxígeno y humedad 
(Tchapda & Pisupati, 2014), para hacer posible la conversión se puede utilizar una variedad de 
procesos termoquímicos o biológicos donde se logra convertir la biomasa en ausencia de oxígeno 
en productos con mayores grados de contenido de carbono que la biomasa original. Los 
productos gaseosos o líquidos (biogás o alcohol) predominan en las transformaciones 
bioquímicas, mientras que los sólidos (carbón vegetal) son los principales productos comerciales 
de la conversión termoquímica en el proceso de pirólisis (Libra et al., 2011). 
9 
 
 
Existen tipos de biomasa vegetal en los que se encuentra la biomasa Residual agrícola y de 
residuos de poda: La biomasa residual agrícola herbácea es la paja de cereal (arroz, trigo, cebada, 
centeno, etc.), la caña del maíz y el girasol. La biomasa residual generada de poda es la obtenida 
de los cultivos leñosos. 
Según la composición de Carbohidratos (compuestos más abundantes en la biomasa vegetal) 
se puede clasificar en(Bioenergía: Fuentes, Conversión y Sustentabilidad - Google Libros, n.d.): 
• Biomasa Lignocelulosa: en esta predominan las celulosas de hemicelulosa, holocelulosa y 
lignina(Bioenergía: Fuentes, Conversión y Sustentabilidad - Google Libros, n.d.) 
• Biomasa amilácea: en esta predomina hidratos de carbono como el almidón y la inulina, 
estos son polisacáridos de reserva en los vegetales. 
•Biomasa azucarada: los hidratos de carbonos son azúcares monosacáridos (glucosa o 
fructosa) o disacáridos como la sacaros. 
• Biomasa energética: incluye los materiales de origen biológico que no pueden ser empleados 
confines alimenticios, está cubre actualmente el 14% de las necesidades energéticas mundiales y 
en los países industrializados, solo cubre el 3% de la energía primaria; con la excepción de los 
países nórdicos europeos, donde su utilización para producción de calor en centrales avanzadas es 
bastante común(Bioenergía: Fuentes, Conversión y Sustentabilidad - Google Libros, n.d.). 
En el mercado global se han implementado las biorrefinerías abriendo grandes oportunidades 
para valorizar los recursos agrícolas como materias primas renovables para las industrias de 
procesos químicos. Una biorrefinería se ocupa de los bloques funcionales ya disponibles como 
puntos de partida para obtener valiosos productos químicos. Sin embargo, son necesarios nuevos 
10 
 
 
métodos para generar y separar estas moléculas mediante técnicas más suaves y de baja energía. 
La ingeniería de procesos asistida por computadora en la biorrefinización también se enfrenta a 
desafíos en termodinámica y modelado (Mgter & Clauser, n.d.). Esto representa una oportunidad 
para el uso de biomasa en la producción de bioenergía y bioproductos. 
Se entiende por pirólisis la descomposición térmica de la materia carbonosa, obteniéndose 
hidrocarburos gaseosos, líquidos y un residuo solido llamado coque, un sólido con alto contenido 
del elemento carbono y estructuralmente en estado no grafítico. Cuando el carbón no tiene 
características coquizantes, este solido recibe el nombre de semicoque (Reyes & Guzmán, n.d.). 
Esta se puede desarrollar también para la biomasa donde la materia orgánica esta se descompone 
termoquímicamente por calentamiento en ausencia de oxígeno, si la pirolisis se lleva a cabo en 
presencia de agua líquida subcrítica, a menudo se le llama pirólisis hidratada o carbonización 
hidrotermal (CTH). La pirólisis seca o húmeda se usa aquí para carbonizar la biomasa, haciendo 
productos con mayor contenido de carbón (Libra et al., 2011). 
El proceso de carbonización hidrotermal (CHT de aquí en adelante) es un proceso de 
conversión de biomasa. La materia orgánica (vegetal) se transforma en un producto similar al 
lignito por medio de un tratamiento térmico del material sometido a presión en suspensión acuosa 
a temperaturas de 180 – 220ºC. El biocarbón resultante es CO2 neutral, y puede incinerarse o 
utilizarse para todos los usos industriales tradicionalmente reservados al lignito. El proceso 
transforma todo el carbono de los restos vegetales en carbón (100% eficacia en el uso del 
carbono). Todo esto, sin liberar ni CO2 ni metano (Ponce-Ballesteros, 2012a) . 
El proceso de CTH ocurre en la región subcrítica como se muestra en la Figura 1. Es bien 
sabido que las características del agua cambian drásticamente en condiciones subcríticas. Los 
11 
 
 
aumentos de temperatura por debajo de 374 ° C disminuyen la constante dieléctrica, debilitando 
los enlaces de hidrógeno del agua y produciendo altas constantes de ionización, que mejoran la 
disociación de agua en iones de hidronio ácido (H3O +) e iones de hidróxido básico (OH-). Bajo 
diferentes temperaturas, las propiedades del agua cambian drásticamente y el campo de 
aplicación de los procesos hidrotermales se muestra en el proceso CTH, el agua contenida en la 
biomasa o suministrada al proceso es un excelente solvente y medio de reacción (Wang et al., 
2018). 
Figura 1 
El cambio del agua bajo diferentes temperaturas 
 
Nota. Se muestra las diferentes fases que atraviesa el agua a causa de un cambio de temperatura. 
Tomado de The water properties changes under different temperatures and the application field 
of hydrothermal processes from (p.225), por Wang et al, 2018. 
Con el proceso CTH, la biomasa se convierte en gas, líquido y sólido rico en carbono 
(hidrochar). La obtención de char que es el producto sólido rico en carbono originado en los 
12 
 
 
diferentes procesos de conversión termoquímica de la biomasa, el biochar es conocido como el 
char obtenido por la pirolisis convencional, cuando el biochar es obtenido mediante un proceso 
de CTH, a éste también se le designa como hidrochar (Başakçılardan Kabakcı & Baran, 2019). 
El proceso en general, se define como conjunto de actividades mutuamente relacionadas o que 
interactúan, las cuales transforman elementos de entrada en resultados, con impactos ambientales. 
En relación al ciclo de vida del producto (ICONTEC, 2007) está dirigido a conocer y evaluar la 
magnitud y cuán significativos son los impactos ambientales potenciales de un sistema del 
producto, lo que se traduce en los flujos físicos y las intervenciones de los impactos en el medio 
ambiente utilizando conocimientos y modelos de la ciencia ambiental (Hauschild, 2017). 
El análisis de inventario implica la recopilación y cuantificación de entradas y salidas para un 
sistema del producto a través de su ciclo vida (ICONTEC, 2007), se usa la información de 
entrada de recursos, materiales, semiproductos y productos; la salida de emisiones, residuos y 
productos. Debido a la amplitud de la mayoría de los sistemas del producto, el análisis de 
inventario a menudo se basa en datos genéricos para muchos procesos que se originan en bases 
de datos con unidad procesos o datos de la cuna a la puerta, presentando los flujos de entrada y 
salida de una unidad procesal (Hauschild, 2017). 
Durante el proceso se debe destacar el flujo elemental que es materia o energía que entra al 
sistema bajo estudio, que ha sido extraído del medio ambiente sin una transformación previa por 
el ser humano o materia o energía que sale del mismo, que es liberada al medio ambiente sin una 
transformación posterior por el ser humano y el flujo de energía entrada o salida de un proceso 
unitario (elemento más pequeño considerado en el análisis del inventario del ciclo de vida para el 
13 
 
 
cuan se cuantifican datos de entrada y salida) o un sistema del producto expresada en unidades de 
energía (Hauschild, 2017). 
Para concluir el análisis de ciclo de vida se debe realizar la interpretación, donde se tiene en 
cuenta los hallazgos del análisis del inventario o de la evaluación del impacto, o de ambos, se 
evalúan en relación con el objetivo y el alcance definidos para llegar a conclusiones y 
recomendaciones y dar una aseveración comparativa que es la declaración ambiental en relación 
con la superioridad o la equivalencia de un producto con respecto a un producto competidor que 
realiza la misma función (ICONTEC, 2007). La interpretación considera tanto los resultados del 
análisis de inventario como los elementos de evaluación de impacto caracterización y, 
posiblemente, normalización y ponderación (Hauschild, 2017). 
Marco referencial 
A nivel internacional se toma de: 
M.M. Parascanu, M. Kaltschmitt, A. Rodl, G. Soreanu, L. Sanchez-Silva en el año 2021 
(Parascanu et al., 2021) plantean un artículo donde se busca evaluar los impactos ambientales 
asociados al uso de caña de azúcar y de agave en México como materia prima para la generación 
de bioenergía aplicando un enfoque de evaluación de ciclo de vida, en este artículo se comparan 
cuatro escenarios para seleccionar la materia prima optima (caña de azúcar o agave) y las rutas 
de procesamiento (combustión o gasificación) de una prospectiva ambiental, la evaluación del 
ciclo de vida se realiza con el enfoque “de la cuna a la puerta”. 
Sharrel Rebello, A.N. Anoopkumar, Embail Matchacham Aneesh, Raveendran Sindhu, 
Parameswaran Binod, Ashok Pandey en el año 2020 (Rebello et al., 2020), presentan un artículo 
14 
 
 
de revisión acerca de la evaluación de sostenibilidad y ciclo de vida en pretratamientos 
lignocelulósicos y de algas. En este se hace un análisis de las aplicaciones que puede tener en 
varios procesos y la importancia que pueden llegar a tener. Las materias primas como las algas 
para la producción de biocombustibles se han desarrollado con éxito, el análisis de ciclo de vida 
de cada bioprocesose hace necesario para verificar la viabilidad que estos tendrán. En el 
documento se desarrolla un análisis de ciclo de vida de varias opciones de pretratamiento para la 
generación de biocombustibles destacando su importancia, pues en la mayoría de casos este 
representa costos en la producción; por tanto, se busca hallar alternativas rentables. De acuerdo al 
análisis de ciclo de vida del biocombustible muestran mejores resultados ambientales en 
comparación a los productos químicos del petróleo. 
Dongyan Mu. Roger Ruan. Min Addy. Sarah Mack. Paul Chen. Yong Zhou en el año 2017 
(Mu et al., 2017), presentan un artículo donde realizan un análisis de ciclo de vida y análisis de 
nutrientes en varios procesos para la obtención de biocombustible a base de algas, estudian los 
impactos ambientales de la reutilización y la descarga de nutrientes en la producción del 
biocombustible. En este se muestra tres métodos de conversión de biomasa: Licuefacción 
hidrotermal (HTL), pretratamiento de hidrolisis hidrotermal + HTL (HTP) y extracción de lípidos 
húmedos (WLE) y se comparan a través del ciclo de vida. 
Michael Z. Hauschild, Ralph K. Rosenbaum, Stig Irving Olsen editores del libro evaluación 
del ciclo de vida publicado en el 2017(Hauschild, 2017), presenta la metodología y la teoría 
detrás del desarrollo del ciclo de vida, busca dar a conocer la perspectiva de este tipo de análisis 
como una herramienta para la evaluación de la sostenibilidad en diferentes procesos, donde se 
desarrolle tecnología y sistemas que buscan ayudar el desarrollo de la humanidad. Se muestra la 
15 
 
 
totalidad de la evaluación del ciclo de vida, ya sea de un sistema o de un producto; los impactos y 
se hace una evaluación cuantitativa de estos, y como considerar alternativas que busquen la 
sostenibilidad 
Edwin Malechye en el año 2012 (Maleche, 2012) analiza las emisiones de gases de efecto 
invernadero asociado con la producción de biocombustibles. Utiliza el nuevo proceso de 
hidropirólisis e hidroconversión integradas y resalta que este es un proceso innovador debido a la 
conversión de biomasa leñosa en combustibles. Se utiliza la metodología de la cuna hasta la 
tumba, buscando demostrar el ahorro de emisiones de efecto invernadero durante el ciclo de vida 
en comparación con la producción de combustibles tradicionales. 
A nivelo nacional se toma de: 
L. Joana Rodríguez, Paulo Pecas, Hugo Carvalho, Carlos E. Orrego en el año 2020 (Rodriguez 
et al., 2020) presentan un artículo de revisión donde se evalúan metodologías en cuanto a la 
evaluación del ciclo de vida social (LCSA) y la ingeniería del ciclo de vida (LCE), en cuanto a 
LCSA se encuentra que esta tiene un estructura similar a LCA que incluye las mismas cuatro de 
la ISO 14040. La definen como una metodología que brinda el apoyo en la toma de decisiones 
hacia productos de ciclo de vida más sustentables durante su diseño. Este método es la unión de 
tres dimensiones: costo del ciclo de vida (LCC), evaluación del ciclo de vida (LCA), evaluación 
del ciclo de vida social (SLCA). Los resultados de los estudios de LCA y LCC suelen ser 
cuantitativos, pero la mayoría de los estudios de SLCA son cualitativos. Otra característica 
específica mencionada sobre SLCA es el alto énfasis en aspectos y / o escenarios negativos. 
16 
 
 
Shonnard, D.R.a, dEmail Author, Klemetsrud, B.a, Sacramento-Rivero, J.b, Navarro-Pineda, 
F.b, Hilbert, J.c, Handler, R.d, Suppen, N.e, Donovan, R. P(Shonnard et al., 2015). En el año 
2015 desarrollan un artículo de revisión donde se muestra una evaluación crítica comparando los 
análisis de ciclo de vida de diferentes biocombustibles y varias vías de conversión en diferentes 
países. La comparación de los análisis es necesario porque en la evaluación del ciclo de vida en 
diferentes biocombustibles varían las metodologías y procesos, haciendo que los resultados sean 
difíciles de comparar, complicando a su vez la toma de decisiones. 
Marco legal 
Para el desarrollo de este proyecto normatividad internacional y nacional que son aplicadas 
para Colombia. 
- Energía 
Ley 1715: Esta ley busca promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no 
convencionales de energía, principalmente aquellas de carácter renovable, en el sistema 
energético nacional, mediante su integración al mercado eléctrico, su participación en las zonas 
no interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo 
económico sostenible, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y la seguridad 
del abastecimiento energético. Con los mismos propósitos se busca promover la gestión eficiente 
de la energía, que comprende tanto la eficiencia energética como la respuesta de la demanda. 
Siendo el enfoque principal de este proyecto el ciclo de vida, se menciona la normatividad 
internacional que acoge Colombia, pero esta no es de carácter obligatorio. 
-Ciclo de vida 
17 
 
 
ISO 14040:2006 Gestión Ambiental. Evaluación del ciclo de vida. Principios y marco. Esta 
norma comprende dos tipos de estudio: análisis del ciclo de vida (estudios de ACV) y análisis del 
inventario del ciclo de vida (estudios de ICV). Sin embargo, esta no describe ni especifica la 
técnica de ACV a detalle, ni las diferentes fases que esta contiene. 
ISO 14044:2006 Gestión Ambiental. Evaluación del ciclo de vida. Requisitos y directrices. La 
fase de evaluación del impacto del ciclo de vida (fase EICV) es la tercera fase del ACV. El 
objetivo de la EICV es proporcionar información adicional para ayudar a evaluar los resultados 
del inventario del ciclo de vida (ICV) de un sistema del producto a fin de comprender mejor su 
importancia ambiental. 
ISO/TR 14047:2012 Gestión Ambiental. Evaluación del impacto del ciclo de vida. Ejemplos 
de la aplicación de la norma ISO 14042. La evaluación del impacto del ciclo de vida (AICV) es la 
tercera fase de la evaluación del ciclo de vida y su propósito es evaluar los análisis del inventario 
del ciclo de vida de un producto. En esta se ejemplifica la aplicación de la norma. 
ISO/TR 14048:2002 Gestión Ambiental. Análisis de ciclo de vida. Formato de la 
documentación de datos. Proporciona guías para desarrollar y revisar todo el análisis de ciclo de 
vida y de su inventario, de esta forma se busca mejorar los usos y la interpretación de los datos 
obtenidos, haciendo que la información sea más representativa. 
ISO 14067:2018 Gases de efecto invernadero – Huella de carbono de productos – Requisitos y 
directrices para cuantificación. Este representa los principios, requisitos y directrices para la 
cuantificación de la huella de carbono de productos, donde su principal objetivo es cuantificar las 
emisiones de GEI asociadas con las etapas del ciclo de vida de un producto en específico, desde 
18 
 
 
la extracción de recursos y la obtención de materia prima, mostrando las diferentes etapas de 
producción, uso y finalización de la vida útil de dicho producto. 
ISO/TS 14071:2014 Gestión ambiental – Análisis de ciclo de vida – Revisión critico de los 
procesos y competencias del revisor. Requisitos y directrices adicionales a la ISO 14044:2006. Se 
establece en caso de ser obligatorio en los estudios de evaluación de ciclo de vida (ACV) 
destinados a ser utilizados en aseveraciones comparativas destinadas a ser divulgadas al público, 
la realización de una revisión crítica se establece como requisitos para la aceptación del estudio 
por parte de las partes interesadas, sin embargo, esta no es obligatoria. 
-Aprovechamiento de residuos orgánicos 
CONPES ECONOMICO 3874 – Política Nacional para Gestión Integral de Residuos Sólidos. 
El desarrollo de la gestión de los residuos sólidos, que articula la visión ambiental con el 
componente de servicio público, es prioritario en la política pública nacional. Para su logro, desde 
el sector de residuos sólidos, se propone avanzar hacia una economía circular, lacual busca que 
el valor de los productos y materiales se mantengan durante el mayor tiempo posible en el ciclo 
productivo. 
 
 
 
 
 
19 
 
 
Biomasa residual de papa 
Producción de la biomasa residual de papa 
La papa es el cuarto cultivo alimenticio en orden de importancia en el mundo, después del 
trigo, el arroz y el maíz. Su producción anual, representa aproximadamente la mitad de la 
producción mundial de todos los tubérculos y raíces(Prada Ospina, 2008). 
Para el año 2007 la producción de papa fue de unos 325 millones de toneladas, donde 
alrededor de casi una tercera parte representa excedentes de papa. Del total de la papa producida 
en Colombia, aproximadamente el 8% va dirigido a la industria, el 10% corresponde a 
autoconsumo, el 64% se dirige a las centrales mayoristas y el remanente es papa para semilla Una 
parte de la producción de papa cada año, entre 5 y 30%, se destina como excedentes de papa 
(Sosa-Romero et al., 2016). 
Para el departamento de Boyacá las actividades agropecuarias representan el 11% de la 
economía total de esta región, de acuerdo con la Unidad de Planificación Rural Agropecuaria 
(UPRA), este departamento cuenta con una superficie de más de 360.000 hectáreas aptas para la 
siembra de papa durante el año, lo cual representa más del 16% del área total del departamento 
20 
 
 
(FEDEPAPA, 2020) Para el año de 2020 se proyectaba un rendimiento promedio de 21,98 
toneladas/hectárea como se observa en la figura 2. 
Figura 2 
Generalidades del departamento de Boyacá 
 
Nota. Se muestra las principales características de la producción de papa para el departamento de 
Boyacá. Tomado de Generalidades departamento (p.1), por FEDEPAPA, 2020. 
Se debe tener en cuenta que la producción total por hectárea (kg), sin importar el tamaño ni la 
calidad obtenida, es llamada el Rendimiento Total kg/Ha. El Rendimiento Comercial kg/Ha se 
refiere a la papa de buena calidad que será vendida a intermediarios, mayoristas, minoristas e 
industria para luego ser comercializada en los mercados (FEDEPAPA, 2020) 
Como se observa en la tabla 1 hay una pérdida de rendimiento en tres diferentes tipos (Criolla, 
Diacol Capiro y Superior) se debe tener en cuenta que el rendimiento total hace referencia a toda 
21 
 
 
la papa cosechada sin tener en cuenta la calidad ni el tamaño, mientras que el rendimiento 
comercial es la que se puede ser vendida, de acuerdo a esto se ve que hay una pérdida de 
rendimiento entre 1 a 7 kg/Ha lo que ocasiona un incremento en el precio unitario entre $40 a 
$140. 
Tabla 1 
Rendimiento perdido e incremento de costo unitario 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota. Se muestra la diferencia del rendimiento total y comercial en tres variedades de papa en el 
departamento de Boyacá. ª FEDEPAPA (2020, p.3) 
Las pérdidas de rendimiento se ven reflejadas en un 12,6% para los pequeños productores y en 
un 10% para los grandes productores, lo que representa 4098 ton/año; siendo los pequeños 
productores los que aportan 1998 ton/año lo que representa el 49% mientras que los grandes 
productores producen 2100 ton/año representando el 51% (Medina, 2019). Estos valores 
 Criolla Diacol Capiro Superior 
Rendimiento total (Kg/Ha) ª 20,043 31,527 25,219 
Rendimiento Comercial (Kg/Ha) ª 18,593 25,133 22,134 
Rendimiento perdido (Kg/Ha) 1,45 6,394 3,085 
Costo Unitario kg/Ha Total ª $ 583 $ 487 $ 530 
Costo Unitario kg/Ha Comercial ª $ 629 $ 611 $ 603 
Incremento de costo unitario $ 46 $ 124 $ 73 
22 
 
 
representan que existe una pérdida significativa para los diferentes productores, razónes para que 
se le puda dar un uso como materia prima. 
Composición de la biomasa de la papa 
La biomasa es materia orgánica que tiene diferentes fuentes y tipos, donde se diferencia dos 
grandes grupos: por un lado, la biomasa procedente de plantaciones energéticas, por otro lado, la 
biomasa procedente de residuos o restos de actividades humanas(Aprovechamiento de La 
Biomasa Para Uso Energético CADÉMICOS, n.d.), para el caso de la biomasa residual de la 
papa que proviene de las actividades agrícolas se ubica en el segundo grupo y es catalogada como 
biomasa amilácea por su contenido de almidón. 
 La biomasa está compuesta principalmente por biopolímeros, celulosa, hemicelulosa y 
lignina; los biopolímeros son más complejos, pero siguen el mismo tipo de procesos químicos 
que un polímero produciendo durante su rompimiento térmico una distribución volátil compleja 
(Carrillo, 2010). 
Siendo la biomasa residual de la papa, el tubérculo como se observa en la figura 3 está 
formado por la Periderma que es la parte exterior; viene luego, una franja estrecha difícilmente 
visible que es la corteza, ambas secciones forman la cáscara. Además, tiene un tallo modificado 
que se ramifica hacia los ojos o yemas, denominado médula. El espacio entre la médula y la 
corteza este relleno de un tejido conocido como parénquima vascular de almacenamiento, dicho 
tejido está separado en dos porciones por el anillo vascular(Prada Ospina, 2008). 
23 
 
 
Figura 3 
Partes del tubérculo 
 
Nota. Se muestra el tubérculo de la papa, ubicando las diferentes partes que lo componen. 
El tubérculo está constituido por aproximadamente 2% de cáscara, 75% a 85% de parénquima 
vascular de almacenamiento y de 14% a 20% de médula. El tubérculo de la papa es un producto 
con alto contenido de humedad, aprox. 70%-75%. Los carbohidratos de la papa incluyen el 
almidón, la celulosa, la glucosa, la sacarosa y la pectina, pero específicamente, los almidones de 
este tubérculo son la amilosa y la amilopectina en la proporción de 1:3 (Prada Ospina, 2008). 
La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de 
hidrogeno ente los grupos hidroxilo. El mecanismo de la pirolisis de la celulosa se puede 
simplificar en dos líneas principales, la deshidratación y la despolimerización; para conseguir la 
degradación térmica de la celulosa debe ocurrir entre 200 – 300°C , donde se produce carbón de 
celulosa a 310°C cuyo contenido es principalmente de compuestos aromáticos, y detectables, 
benzofuranos, dibenzofuranos y derivados de naftalenos (Carrillo, 2010). 
24 
 
 
Figura 4 
Estructura química de la celulosa 
 
Nota. Se muestran los puentes de hidrogeno entre los grupos hidroxilo. Tomado de Estructura 
química de la celulosa (p.20), por Carrillo, 2010. 
La hemicelulosa también conocida como la poliosa mezcla varios monosacáridos 
polimerizados como glucosa, galactosa, manosa, xilosa, arabinosa, ácido glucurónico. La 
25 
 
 
hemicelulosa se descompone a temperaturas de 200-260°C, dando lugar a más volátiles, menos 
alquitranes y menos cadenas que la celulosa(Carrillo, 2010). 
Figura 5 
Estructura química de la hemicelulosa 
 
Nota. Se muestran los puentes de hidrogeno entre los grupos hidroxilo. Tomado de Estructura 
química de la celulosa (p.20), por Carrillo, 2010. 
 
26 
 
 
Carbonización hidrotermal 
La carbonización hidrotérmica (HTC), también conocida como torrefacción húmeda, o 
torrefacción seca es un tratamiento termoquímico donde la materia orgánica (biomasa), con alto 
contenido de humedad, se somete a temperaturas de entre 180 y 250°C y a una presión de entre 
20 y 25 Atm y es transformada en carbón estructurado, hidrocarbón, y agua de proceso rica en 
nutrientes. El hidro-carbón resultante estará suspendido en agua, por lo que deben emplearse 
procesos mecánicos y térmicos para secarlo con la finalidad de obtener los gránulos o pellets de 
carbón, que es el producto final del proceso HTC (Cardero et al., 2020). 
La obtención de hidrochar tiene un rendimiento de masa de alrededor de 40-70%, al salir del 
reactor, contiene una elevada cantidad de humedad; la temperatura de reacción provoca, entre 
otros, lixiviación de la materia en el reactor, aumentando la estructura porosa y la densidad de 
energética del hidrochar. El procesorequiere la presencia de agua que actúa como un catalizador 
facilitando la hidrolisis de los compuestos orgánicos conduciéndolo a una desintegración de la 
estructura de la materia (Valladares, 2020) 
La HTC es un proceso exotérmico capaz de reducir la cantidad de oxígeno e hidrógeno del 
carbón generado respecto a la alimentación de partida, donde la reacción que se lleva a cabo es 
(Ponce-Ballesteros, 2012a): 
27 
 
 
Figura 6 
Reacciones de la carbonización hidrotermal 
 
Nota. Se muestran las principales reacciones que se desarrollan en el proceso de carbonización 
hidrotermal. 
El resultado del proceso de carbonización hidrotermal es la formación de tres productos 
principales: sólido (carbón), líquido (bioaceite mezclado con agua) y pequeñas fracciones de 
gases principalmente CO2 (Guachi, 2019). 
Figura 7 
Proceso de carbonización hidrotermal 
28 
 
 
 
Nota. Se muestran los productos que se obtienen una vez la biomasa pasa por el reactor de 
carbonización hidrotermal con temperaturas entre 180 y 260 °C. Tomado de Proceso de 
carbonización hidrotermal (p.20), por Guachi, 2019. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
 
Metodología del análisis de ciclo de vida 
1. Definición del análisis de ciclo de vida 
Para lograr una eficiencia en los diferentes procesos se integra el análisis de ciclo de vida 
como herramienta, que permite observar todas las etapas por las que atraviesa un producto que se 
busca de la obtención de este de forma sostenible, esta herramienta busca abarcar la mayoría de 
aspectos como son los económicos, sociales y medioambientales, se debe tener en cuenta que el 
ciclo de vida se enfoca de manera global como se observa en la figura 8 (Aranda & Zabalza 
Ignacio, 2010). 
Figura 8 
Ciclo de vida de un producto 
 
Nota. Se muestran las etapas que tiene el ciclo de vida de un producto. Tomado de Ciclo de vida 
de un producto (p.17), por Aranda, 2010. 
La norma ISO 14040:1997 establece que “el ACV es una técnica para determinar los aspectos 
ambientales e impactos potenciales asociados con un producto, lo cual se efectúa recopilando un 
30 
 
 
inventario de las entradas y salidas relevantes del sistema; evaluando los impactos ambientales 
potenciales asociados a esas entradas y salidas, e interpretando los resultados de las fases de 
inventario e impacto en relación con los objetivos del estudio”. 
El proceso o actividad se tiene en cuenta desde “la cuna a la puerta”, esto es el conjunto de las 
siguientes etapas: adquisición de materias primas, fabricación y distribución. Cada una de estas 
etapas tiene asociados unos inputs (principalmente consumo de materias primas y energía) y unos 
outputs (esencialmente residuos y emisiones). En la figura 9 se muestra la relación entre estos 
(Leiva, 2016). 
Figura 9 
Etapas del ciclo de vida 
 
Nota. Se muestran las etapas que tiene el ciclo de vida de un producto. Tomado de Etapas del 
ciclo de vida (p.6), por Leiva, E. 2016. 
De acuerdo a estas etapas se puede encontrar diferentes alcances en el ACV como: 
31 
 
 
• De la puerta a la puerta (Gate to gate): considera únicamente las actividades (proceso 
productivo) de la empresa a la que se aplica. 
• De la cuna a la puerta (Cradle to gate): toma en consideración desde la extracción y 
acondicionamiento de materias primas hasta el proceso productivo de la empresa. 
• De la puerta a la tumba (Gate to grave): considera el proceso productivo de la empresa y 
abarca hasta la fase de gestión de los residuos a que da lugar el producto. 
• De la cuna a la tumba (Cradle to grave): estudia desde el acondicionamiento de las materias 
primas hasta la gestión última de los residuos (reciclaje u otros). 
• De la cuna a la cuna (Cradle to cradle): considera el ciclo de vida completo del producto, ya 
que abarca desde el acondicionamiento de las materias primas hasta que el producto, tras quedar 
fuera de uso, es reintroducido en el mismo proceso productivo o en otro. (Leiva, 2016) 
El Análisis de Ciclo de vida (ACV) considera el ciclo de vida de un producto, desde la 
extracción y adquisición de la materia prima, pasando por la producción de energía y materia y la 
fabricación, hasta el uso y el tratamiento al final de la vida útil y la disposición final (ICONTEC, 
2007); esta es una herramienta recomendada y usualmente usada en la gestión ambiental para 
analizar los impactos que se pueden generar durante el proceso para la obtención de un producto, 
en este caso la producción de hidrochar a partir de la biomasa residual de la papa donde el 
alcance escogido es de la cuna a la puerta (cradle to gate). 
Los principios y marco de referencia usado para el ACV se presenta en la norma ISO 14040, 
esta se muestra que para dicho análisis se usan cuatro fases: definición de objetivos y alcance, 
32 
 
 
análisis de inventario, evaluación de impactos e interpretación o identificación de solución 
(análisis de mejoras) (Sánchez et al., 2007), para el desarrollo de esta metodología también se 
debe tener en cuenta la norma ISO 14044 conde se muestran los requisitos y directrices 
necesarios para el Análisis de Ciclo de Vida esta metodología se representa en la figura 10. 
Figura 10 
Etapas de ACV 
 
Nota. Se muestra el marco de referencia de un análisis de ciclo de vida y las aplicaciones directas. 
Tomado de Etapas de un ACV (p.17), por INCONTEC, 2007. 
Fase 1. Definición del objetivo y el alcance: El análisis de ciclo de vida empieza al tener bien 
definido el objetivo y el alcance para realizar el estudio donde se muestra el por qué se realiza el 
análisis, dejando en claro los límites y el detalle que se pretende abarcar en el estudio. 
33 
 
 
Fase 2. Análisis del inventario: El análisis del inventario es la fase encargada de recopilar 
información sobre los flujos de materia en el proceso como son recursos, materiales, 
semiproductos, productos, las salidas de emisiones, es decir las diferentes entradas y salidas que 
se presenten a lo largo del sistema. 
Fase 3. Evaluación de impacto: Es la fase encargada de evaluar el nivel de impacto que puede 
generar las diferentes entradas y salidas que se muestran en la fase anterior de forma que estos no 
sean potencialmente negativos para el medio ambiente. 
Fase 4. Interpretación: En esta se interpretan los resultados de las fases anteriores, se busca 
dar cumplimiento al objetivo, mostrar conclusiones para posteriores tomas de decisiones. 
2. Desarrollo del Análisis del ciclo de vida 
 Para el desarrollo del Análisis de ciclo de vida busca cuantificar las entradas y salidas de 
un sistema previamente establecido como lo es el proceso de obtención de hidrochar a base de 
biomasa residual de la papa, este sistema debe mostrar todas las etapas del ciclo de vida, desde la 
extracción y procesamiento de la materia prima, la cual se obtiene en la cosecha de la papa 
continua cada fase hasta la disposición de los productos considerando sus efectos sobre todo el 
medio ambiente a lo largo del sistema. Para conseguir un correcto desarrollo de ACV se llevan a 
cabo las siguientes etapas: 
2.1 Etapa 1: Definición del objetivo y alcance. 
En esta etapa según la norma ISO 14040 se deben incluir los límites del sistema, como el 
alcance del análisis de ciclo de vida. La definición del objetico debe incluir las razones por las 
34 
 
 
cuales se realiza el estudio, el tipo de información que se espera obtener de él, hacia quien va 
dirigido y que uso se planea se les dará a los resultados. 
El alcance el ACV debe reflejar el sistema del producto, las funciones de dicho sistema, 
también se debe selección la unidad funcional y los tipos y fuentes de datos que deben cumplir 
con las especificaciones de requisitos de datos que necesite el estudio. 
2.2 Etapa 2: Análisis del inventario del ciclo de vida (ICV). 
Durante esta etapa se inicia con la recopilación de datos, donde se deben definir los flujos de 
entrada comolas materias primas y fuentes de energía y los flujos de salida como las emisiones 
en los diferentes elementos aire, agua y suelo. En el análisis del inventario deben estudiar todos 
los procesos que fueron identificados como pertenecientes al sistema del producto y los flujos del 
producto de acuerdo a la unidad funcional. 
El análisis del inventario se puede basar en datos genéricos para muchos procesos originados 
desde las bases de datos con procesos unitarios o los datos de la cuna a la tumba. Presentado los 
flujos de entrada y salida para un proceso unitario (Hauschild, 2017). 
El proyecto a su vez debe presentar diferentes subsistemas dentro del sistema global, para 
facilitar su estudio; este análisis a su vez presentas diferentes secciones a desarrollar así: 
Tabla 2 
 
Etapas del análisis 
RECOPILACIÒN DE DATOS CÀLCULO DE DATOS ASIGNACIÒN DE FLUJOS 
• Entradas de energía, 
materia prima, entradas 
• Validación de los 
datos recopilados. 
 
• Emisiones 
 
• Vertidos 
35 
 
 
auxiliares y otras 
entradas físicas. 
 
• Productos, coproductos 
y residuos. 
 
• Emisiones al aire, 
vertidos al agua y 
suelo. 
 
• Otros aspectos 
ambientales. 
• Relación de los 
datos con los 
procesos 
unitarios. 
 
• Relación de los 
datos con el flujo 
de referencia de 
la unidad 
funcional. 
Nota. Muestra las etapas del análisis del ciclo de vida. Adaptada de García N, (2017, p. 18) 
2.3 Etapa 3: Evaluación del impacto del ciclo de vida (EICV). 
Tomando el inventario del ciclo de vida como punto inicial, la evaluación de impacto, 
determina los posibles impactos ambientales que se den en cada subsistema de acuerdo a los 
flujos físicos y las intervenciones en el sistema, estos impactos ambientales se evalúan utilizando 
conocimiento y modelos de la gestión ambiental. 
Se asociarán los datos obtenidos en el Inventario de ciclo de vida, con las categorías de 
impactos ambientales específicos y con los indicadores de estas categorías previamente 
especificadas, todo ello con el fin de comprender dichos impactos. La evaluación de impacto 
ambiental consiste de 5 elementos, los cuales los tres primeros son obligatorios de acuerdo a la 
ISO 14040. 
36 
 
 
Tabla 3 
Elementos de la Evaluación de impacto ambiental 
E
le
m
en
to
s 
o
b
li
g
a
to
ri
o
s 
1.Selección de 
categorías de 
impactos 
Por cada categoría de impacto, elegir un 
indicador representativo junto con un modelo 
ambiental que puede ser usado para cuantificar 
los impactos en el flujo del sistema de acuerdo 
el indicador 
2.Clasificación Asignar las categorías de impactos de acuerdo 
a su contribución por impacto del indicador 
escogido 
3.Caracterización Usando modelos ambientales para la categoría 
de impacto para cuantificar la capacidad de 
cada flujo elemental asignado al impacto y al 
indicador de categoría 
E
le
ct
o
s 
o
p
ta
ti
v
o
s 
4.Normalización Es usada para informar sobre la magnitud 
relativa de cada resultado de las diferentes 
categorías de impactos expresándolos en 
relación con un conjunto común de impactos 
de referencia 
5.Agrupación o 
ponderación 
Se desarrolla una comparación entre las 
categorías de impacto, para agruparlos o 
clasificarlos de acuerdo a la gravedad 
ponderada. 
Nota: Se muestran los elementos obligatorios y optativos para la evaluación de impacto 
ambiental. Adaptada de Hauschild, (2017, p. 63) 
2.4 Etapa 4: Interpretación del ciclo de vida. 
Esta es la etapa donde se interpretan los resultados que dan respuesta a las preguntas que se 
plantean en la primera etapa. La interpretación considera los resultados del análisis del inventario 
y de la evaluación de impactos ambientales, esta debe hacerse con el objetivo y el alcance en 
mente respecto a las restricciones que se hallan impuesto en la primera etapa. 
37 
 
 
De acuerdo a esta discusión servirá como referencia para la toma de decisiones o solo llegar a 
conclusiones, además permitirá identificar que parte del sistema del producto tiene mayores 
impactos y buscar posibles soluciones a ello. 
 
38 
 
 
ACV de la producción de hidrochar a partir de biomasa residual de la papa 
1. Etapa 1: Definición del objetivo y alcance de ACV 
El desarrollo del ACV se lleva acabo para determinar el grado de impacto que puede generar 
el proceso de carbonización hidrotermal para la conversión de biomasa residual de papa en 
hidrochar. 
Todos los ACV implican el estudio de uno o varios sistemas de productos y pueden utilizarse 
en varias aplicaciones, como por ejemplo (Hauschild, 2017). 
1.1 Aplicación prevista 
Identificar los procedimientos que pueden contribuir a un impacto ambiental destacable 
durante el proceso de carbonización hidrotermal y tener referencia de la obtención de hidrochar 
por el método en comparación con el lignito usualmente utilizado como fuente de energía. 
1.2 Razones para realizar el estudio 
El desperdicio que se genera en el momento de cosechar la papa en el territorio, debido a que 
usualmente se desecha y no se le tiene una aplicación de utilidad. 
La necesidad de buscar energías alternativas para distintas aplicaciones que no generen 
grandes repercusiones al medio ambiente para lograr un desarrollo sostenible en la región. 
Implementación de la energía circular evitando la extracción de nuevas materias primas que 
pueda afectar el medio ambiente. 
1.3 Publico previsto 
39 
 
 
Se presenta a los productores de papa, cultivo de raíces y tubérculos, servicio de extensión 
agropecuaria, empresas de extracción de carbón, de piedra, extracción de minerales; empresas 
para la fabricación de abonos, de fertilizante y fabricación de productos químicos; sector de 
generación eléctrica, siderúrgicas; instituciones de investigación y desarrollo experimental y 
organización dedicadas al tratamiento de desechos no peligrosos. 
Se representan las partes interesadas o stakeholders de acuerdo a la teoría de círculos 
concéntricos como se observa en la Figura 11, donde se representa en tres círculos donde el 
primer círculo incluye el ámbito de la empresa, (directivos, trabajadores o empresas filiales de la 
matriz). En el segundo círculo los actores relacionados al mercado (los clientes, los proveedores o 
la competencia). Finalmente, en el tercer círculo está la sociedad en general. 
40 
 
 
Figura 11 
Partes interesadas según la teoría de círculos concéntricos 
 
Nota. Primer círculo verde oscuro, segundo circulo verde claro y tercer circulo azul. 
1.4 Utilización de resultados 
Se busca demostrar la factibilidad del uso de biomas residual de la papa para la conversión de 
esta a hidrochar por medio de la carbonización hidrotermal buscando que este es un proceso 
sostenible que se pueda implementar en la región. 
1.5 Alcance del ACV 
Autoridad civil, autoridad 
ambiental e Instituciones 
dedicados la investigacion y 
desarrollo experimental
Sector de generacion de 
energia, Siderurgicas, 
empresas de extraccion de 
minerales fabricas de 
productos quimicos.Empres 
productorass de fertilizantes
.
Productores de papa, cultivo 
de raices y tuberculos. 
Servicio de extencsion 
agropecuariao. Tratamiento 
de desechos no peligrosos.
41 
 
 
Sistema del producto a estudiar: Para evaluar con mayor eficiencia, el proceso de dividirá en 
dos sistemas donde se evaluarán diferentes etapas del proceso como se muestra en el siguiente en 
la Figura 12. 
Figura 12 
Sistemas del proceso 
 
Nota. Se muestran los dos sistemas manejados para el ACV y la secuencia de proceso por los que 
atraviesa el sistema. 
Sistema primario. Siendo este el que se centra en el proceso desde la cosecha de la papa, para 
seleccionar desde esta la que se considera biomasa residual, seguida del almacenamiento y 
transporte necesario para la etapa lavado y acondicionamiento donde se busca eliminar las 
impurezas de la papa como la tierra adherida en el proceso de cosechar, transporte y 
almacenamiento,posteriormente se toma el Reactor de Carbonización Hidrotermal (CHT). 
Después de este se tomará la recolección de productos y el tamizaje para lograr la separación de 
estos. 
42 
 
 
Sistema secundario. Se debe y tener en cuenta los diferentes flujos de entrada en este caso se 
toman los recursos asociados a la producción de componentes tecnológicos y los intrínsecos 
usados en otros sistemas. Para el primer grupo se tomaría por la maquinaria, edificios y productos 
requeridos para el mantenimiento y el desarrollo de os demás sistemas para que se pueda 
desarrollar con el proceso. Entre los recursos intrínsecos más importantes que demanda el 
proceso se cuenta el agua, el aire, el suelo, los recursos bióticos, el ecosistema, el paisaje y demás 
que estén asociados al lugar de producción en el sistema de pretratamiento, sistema primario y 
sistema de obtención, para el flujo de salidas se toma que emiten de los componentes 
tecnológicos (sistema secundario) y el uso de estos en los otros sistemas. 
1.6 Funciones de sistema del producto 
El sistema estudiado cumple con la función de a partir de la biomasa residual de la papa 
proveniente de los residuos agrícolas y de su transformación, producir hidrochar para un uso 
potencial de adsorción, fotocatálisis y una fuente de energía alternativa, también de la producción 
de un líquido que se le puede dar uso en tierras agrícolas que necesiten fertilizantes naturales. 
1.7 La unidad funcional 
Esta es una medida de referencia en sistema, con la que se puede comparar el comportamiento 
de las entradas y salida del mismo, es el elemento más pequeño considerado dentro del inventario 
del ciclo de vida, se puede tomar como unidad funcional el gramo de hidrochar. 
Si se tiene en cuenta que el gramo de hidrochar se ha definido como unidad funcional un 
gramo (g) de hidrochar, el gramo de biomasa residual de papa necesaria para la obtención de 
dicha cantidad y los productos que dicha cantidad transformación se obtienen: 
43 
 
 
Tabla 4 
Unidad funcional 
Gramos de biomasa 
residual de papa 
Gramos de hidrochar Tiempo (h) Temperatura(ºC) 
50 8,22 5 180º 
 
1.8 Los flujos del sistema 
Se identifican las corrientes que ingresan y salen al sistema; estos están entrelazados con el 
uso de la unidad funcional, estos flujos de entradas y salidas pueden ser organizados en: 
Flujos de entrada: (a) Materiales; (b) energía; (c) recursos. 
Flujos de salida: (a) Productos; (b) residuos; (c) emisiones. 
Los flujos de salida como producto o residuos pueden ser flujos de entrada dependiendo de las 
categorías de materiales y energía para cada proceso y como sea usada la unidad funcional dentro 
del inventario del ciclo de vida. 
 Los recursos y las emisiones no son intercambiables en el sistema, estos hacen referencia a 
los flujos de elementos y se definen como “sustancia única o energía que ingresa al sistema en 
estudio que se ha extraído de la ecósfera sin transformación humana previa, o una sola sustancia 
o energía que abandona le sistema en estudio que se libera en la ecósfera sin la subsiguiente 
transformación” (Hauschild, 2017). 
44 
 
 
Ecósfera: Hace referencia al medio ambiente o naturaleza y se puede entender como lo que no 
ha sido creado por el hombre. En esta reside las cualidades del análisis de ciclo de vida que han 
sido designados para tener protección como: ecosistemas, salud pública y disponibilidad de 
recursos. 
Tecnosfera: Se entiende como todo lo creado intencionalmente por el hombre, también 
incluye a procesos de origen natural, pero son manipulados por el hombre. Toda unidad funcional 
de un inventario de ciclo de vida pertenece a la tecnosfera. 
En la figura 12 se muestra la conexión entre la ecósfera y la tecnosfera para los diferentes 
procesos y flujos que se desarrollen dentro del sistema. 
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Figura 13 
Ecósfera y tecnosfera de un sistema 
 
Nota. Se muestran las etapas que tiene el ciclo de vida de un producto. Adaptada de Setting of 
system boundaries for a simple hypothetical product system (p.79), por Aranda, 2017. 
1.9 Sistemas estudiados 
De acuerdo a la norma IS0 14040 el proceso del que se requiere hacer estudio tendrá 
divisiones como son: 
Subsistemas: Son las distintas fases que van teniendo lugar durante el sistema global, se 
dividen así para facilitar los cálculos(Martín García, 2017). 
Entrada: Flujo de producto, de materia o energía que entra en un proceso unitario 
(ICONTEC, 2007). 
Salidas: Flujo de producto, de materia o energía que sale de un proceso (ICONTEC, 2007). 
46 
 
 
Flujo de producto: Productos que entran o salen de un sistema del producto hacia otro 
(ICONTEC, 2007). 
Entrada principal: Para este caso es el bioma residual de la papa. 
Producto final: Hidrochar y líquido. 
Para este caso se divide en 5 subsistemas de acuerdo a las actividades que se desarrollan 
dentro del sistema primario: 
Subsistema 1. Almacenamiento y transporte. 
Subsistema 2. Lavado y acondicionamiento. 
Subsistema 3. Reactor de Carbonización Hidrotermal. 
Subsistema 4. Acondicionamiento de productos. 
47 
 
 
Figura 14 
Esquema de los subsistemas del proceso 
 
1.10.Límites del sistema. 
Limites conceptuales. En este caso no se tendrá un desarrollo práctico, el análisis se basa en 
documentación extraída de diferentes fuentes. 
Límites geográficos. Para el proyecto se establece la realización de este proyecto para el 
municipio de Tunja, Boyacá, teniendo en cuenta que es uno de los municipios con mayor área de 
producción en el municipio de Boyacá, además se tiene en cuenta la inclinación del terreno, zona 
de paramos, vías, drenajes, presencia de acuíferos y el uso de suelos de acuerdo al POT(Medina, 
2019). 
Límites temporales. En este caso para el desarrollo del análisis de ciclo de vida se tomará 
información desde los años 2015 a 2020. 
48 
 
 
Etapas excluidas del análisis. Para las diferentes etapas del análisis de ciclo de vida se 
excluye las actividades necesarias antes de la cosecha de la papa. 
1.11.Descripción de la categoría de datos. 
Requisitos relativos a los datos. De acuerdo a la norma ISO 14040 la descripción de la 
calidad de datos se debe dar para comprender la fiabilidad de los resultados de estudio y con esto 
lograr interpretar correctamente los resultados del estudio. 
Para este estudio en la búsqueda de datos se han tomado de plataformas de base de datos como 
son: Elsevier, Scielo, EBSCO, Ambientalex.info, Springer, Google académico e informes del 
Grupo Interdisciplinario e Interinstitucional De Carbones Y Carboquímica (GIC). 
2. Etapa 2: Análisis del inventario del ciclo de vida 
La segunda etapa del ciclo de vida es el análisis del inventario del ciclo de vida donde se busca 
identificar y cuantificar las entradas y las salidas del sistema global donde es necesario la 
realización de cálculos para cada subsistema anteriormente mencionado. 
2.1.Subsistema 1. Almacenamiento y transporte 
Para el desarrollo del análisis se determinó que el primer sistema tomará las etapas desde la 
recogida de la biomasa residual de la papa, la cual deberá hacerse un almacenamiento para 
facilitar el transporte y su posterior conservación, no se tendrá en cuenta el proceso de la 
cultivación de la papa ni las diferentes actividades para estas como es el uso de fertilizantes, a 
cosecha de la papa etc. En la figura 14 se enlista los procesos y las entradas y salidas que se 
desarrollan durante este subsistema. 
49 
 
 
Figura 15 
Resumen del subsistema 1 
 
Para este subsistema se toman como entradas la biomasa residual y el camión donde 
posteriormente será transportada. 
Para la recolección de la biomasa residual de la papa, se debe tener en cuenta que a pesar de 
que existe variedad de papa, la humedad es el parámetro el principal a tener en cuenta dentro del 
proceso de conversión hidrotermal, de acuerdo al informe de "Valorización de biomasa residual