Characterization and evaluation of cocoa (Theobroma cacao L.) pod husk as a renewable energy source Translated title: Caracterización y evaluación de la cáscara de mazorca de cacao (Theobroma cacao L.) como fuente de energía renovable

Abstract

In Colombia, the cocoa pod husk (CPH) is expected to reach 2 100 000 t year-1 in 2021 which is usually burned or left over for decomposing outdoors at the plantations without any environmental control. Therefore, this study evaluated the energetic potential of CPH obtained after the initial processing of this fruit (Theobroma cacao L.). Three biological materials were analyzed: clone CCN-51 (CPH1), clone ICS-39 (CPH2) and a hybrid (CPH3), which present high yield and number of fruits per tree. The samples were examined by using different characterization techniques for raw biomass and ashes; in addition to the ultimate, proximate and heating value analyses, different fouling indexes were determined in order to estimate the phenomena of solids formation inside the reactor when combustion or gasification is used as a thermochemical valorization process. The Colombian CPHs contain relatively homogeneous levels of C, H and O, but very heterogeneous ash contents (1.4 to 12.9 wt %). The three studied samples showed high content of K2O in ashes (67 to 74 wt %). The higher heating value (HHV) ranged from 15 395 to 16 670 kJ kg-1. Furthermore, the fouling index and the fusibility analysis suggest the appearance of agglomeration and sintering phenomena when CPH is used as a fuel. The gasification is proposed as the process with major possibilities for the energetic use of CPH. CPH1 sample seems to allow a more stable and flexible operation, as compared to CPH2 and CPH3.

Translated abstract

En Colombia, se espera que la cantidad de cáscara de mazorca de cacao (CMC), que usualmente se quema o se deja para descomponer al aire libre en las plantaciones sin ningún control ambiental, llegue a 2 100 000 t año-1 en 2021. Por ende, este estudio evaluó el potencial energético de la CMC que se obtiene después del procesamiento inicial de este fruto (Theobroma cacao L.). Tres materiales biológicos se analizaron: el clon CCN-51 (CMC1), el clon ICS-39 (CMC2) y un híbrido (CMC3), que presentan altos rendimientos y número de frutos por árbol. Las muestras se examinaron con diferentes técnicas de caracterización para biomasa cruda y cenizas; además de los análisis definitivo, aproximado y de valor calórico, se determinaron índices distintos de fouling (densidad de sedimentos) para estimar los fenómenos de formación de sólidos dentro del reactor cuando se usa combustión o gasificación como proceso de valorización termoquímica. Las CMC colombianas contienen niveles relativamente homogéneos de C, H y O, pero contenidos muy heterogéneos de cenizas (de 1.4 a 12.9 wt %). Las tres muestras estudiadas mostraron un contenido alto de K2O en las cenizas (67 a 74 wt %). El valor calórico más alto (VCA) osciló de 15 395 a 16 670 kJ kg-1. Además, el índice de fouling y el análisis de fusibilidad sugieren la aparición de fenómenos de aglomeración y sinterizado cuando se usa CMC como combustible. La gasificación se propone como el proceso con mayor posibilidad para el uso energético de CMC. La muestra CMC1 parece permitir una operación más estable y flexible, en comparación con CMC2 y CMC3.