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PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIODIÉSEL A PARTIR DE AVUs: ANÁLISIS DIFERENCIAL DE COSTOS DE OPCIONES ÓPTIMAS DE INTEGRACIÓN ENERGÉTICA

PROCESS OF OBTAINING BIODIESEL FROM WVO: DIFFERENTIAL COST ANALYSIS OF OPTIMAL ENERGY INTEGRATION OPTIONS

María F. Laborde^1,2, Medardo S. González³, José M. Ponce³, Ana M. Pagano¹, María C. Gely¹ (1) Núcleo TECSE, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología de Alimentos, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNICEN), Av. Del Valle 5737, Olavarría, Buenos Aires – Argentina, (2) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Av. Rivadavia 1917, Ciudad Autónoma de Buenos Aires – Argentina, (3) Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH), Gral. Francisco J. Múgica S/N, Ciudad Universitaria, Morelia, Michoacán – México

Resumen

En este trabajo se seleccionó la mejor alternativa de diseño de Red de Intercambio de Calor (RIC) aplicada al proceso de esterificación y transesterificación con metanol para la obtención de biodiésel a partir de aceites vegetales usados (AVUs), mediante un análisis económico diferencial entre las alternativas con y sin RIC. Ambas opciones con integración de calor presentaron un valor actual neto (VAN) mayor que aquellas en las que no se aplicó integración energética, debido fundamentalmente a la disminución en los costos operativos. El valor de VAN para las opciones 1 y 2 fue de US$ 29.821.901 y US$ 26.004.006, respectivamente. Por lo tanto, la Opción 1 resultó ser la alternativa tecnológica económicamente más conveniente.

Abstract

In this work, the best alternative design of Heat Exchange Network (HEN) applied to the process of esterification and transesterification with methanol to obtain biodiesel from waste vegetable oils (WVO) was selected through a differential economic analysis between the alternatives with and without HEN. Both options with heat integration presented a higher net present value (NPV) than those where no energy integration was applied, mainly due to the decrease in operating costs. The NPV for options 1 and 2 was US$ 29,821,901 and US$ 26,004,006, respectively. Therefore, Option 1 turned out to be the most economically convenient technological alternative.

Palabras clave: biodiesel, costos diferenciales, superestructura, red de intercambio de calor Keywords: biodiesel, differential cost, superstructure, heat exchange network

ANÁLISIS DE LA ETAPA DE HIDRÓLISIS DE LA LACTOSA DEL SUERO LÁCTEO PARA LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL

ANALYSIS OF THE LACTOSE HYDROLYSIS STAGE OF MILK WHEY TO OBTAIN BIOETHANOL

Verónica Capdevila¹, María E. Vales^1,2, Cristina Gely¹, Ana Pagano¹ (1) Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNICEN), Facultad de Ingeniería, Núcleo de Investigación Tecnologías de Semillas y Alimentos (TECSE), Departamento de Ingeniería Química y Tecnología de los Alimentos,  Av. del Valle 5737, (7400) Olavarría – Argentina, (2) Becaria de Iniciación Científico y Tecnológica, Facultad de Ingeniería (UNICEN), Argentina

Resumen

Se desarrolló un modelo de simulación de la hidrólisis de lactosa, principal carbohidrato del lactosuero, como primera etapa de la producción de bioetanol 2G (segunda generación) obtenido de residuos de alimentos. Se estudió experimentalmente la hidrólisis ácida y enzimática de un sustrato modelo de lactosuero (5-20% p/p lactosa) para obtener parámetros cinéticos necesarios para el modelado y simulación de los reactores involucrados para una escala de 88 t de lactosuero/h. Este análisis demostró ventajas comparativas de la hidrólisis enzimática en cuanto a dimensiones del reactor y condiciones operativas. Mediante un análisis exergoeconómico de este proceso se determinó que la hidrólisis enzimática con concentración 20% p/p lactosa, reacción modelada como pseudo-primer orden en un sistema óptimo de dos reactores (5 m3 y 4 m3) de mezcla completa en serie, resultó ser la más beneficiosa para una alcanzar 82% de conversión, involucrando un costo exergoeconómico de 31,2 U$S/s.

Abstract

A simulation model was developed for the hydrolysis of lactose, the main carbohydrate in whey, as the first stage in the production of 2G bioethanol (second generation) obtained from food waste. The acid and enzymatic hydrolysis of a model substrate of whey (5-20% w/w lactose) was studied experimentally to obtain the necessary kinetic parameters for the modeling and simulation of the reactors involved for a scale of 88 t of whey/h. This analysis demonstrated comparative advantages of enzymatic hydrolysis in terms of reactor dimensions and operating conditions. By means of an exergo-economic analysis of this process, it was determined that the enzymatic hydrolysis with concentration 20% w/w lactose, reaction modeled as pseudo-first order in an optimal system of two reactors (5 m3 and 4 m3) of complete mixture in series, be the most beneficial for achieving an  82% conversion, involving an exergo-economic cost of 31.2 U$S/s.

Palabras clave: biocombustible, modelado, simulación, exergía Keywords: biofuel, modeling, simulation, exergy

ISSN: 0718-8706

Teoría/Aplicación (Theory/Application)

1. Análisis de la etapa de hidrólisis de la lactosa del suero lácteo para la obtención de bioetanol. Analysis of the lactose hydrolysis stage of milk whey to obtain bioethanol. Verónica Capdevila, María E. Vales, Cristina Gely, Ana Pagano (pp. 1-17).

2. Proceso de obtención de biodiésel a partir de AVUs: análisis diferencial de costos de opciones óptimas de integración energética. Process of obtaining biodiesel from WVO: differential cost analysis of optimal energy integration options. María F. Laborde, Medardo S. González, José M. Ponce, Ana M. Pagano, María C. Gely (pp. 19-33).

3. Remoción de cromo hexavalente en solución acuosa por la biomasa de la cascara de camarón rosado del Golfo de México (Farfantepenaeus duorarum). Removal of hexavalent chromium in aqueous solution by the biomass of the pink shrimp hill of the Gulf of Mexico (Farfantepenaeus duorarum). Juana Tovar, Nathalie Hernández, Adriana Rodríguez, Juan F. Cárdenas, Víctor M. Martínez, Ismael Acosta (pp. 35-45).

4. Caracterización de cepas de Bacillus endófitas de la planta hiperacumuladora de níquel Leucocroton havanensis. Characterization of endophite Bacillus seeds of the nickel hyperacumulator plant Leucocroton havanensis. Alexander Govin, Magdia Guerra, Marian de la C. Reyes (pp. 47-57).

5. Revisión de aplicaciones de termodinámica continua en el equilibrio de fases de mezclas complejas. Review of continuous thermodynamics applications in phase equilibria of complex mixtures. María Lucena, Yris González, Wilfredo Angulo, Iván Machin (pp. 59-73).

6. Derivation of the generalized time-independent Schrödinger equation. The new stochastic quantum mechanics: “Think and calculate”. Derivación de la ecuación de Schrödinger generalizada e independiente del tiempo. La nueva mecánica cuántica estocástica: «Pensar y calcular». Mikhail Batanov-Gaukhman (pp. 75-113). (article in English/artículo en inglés)

7. Caracterización de bacterias aisladas de un yacimiento de petróleo Cubano. Characterization of bacteria isolated from a Cuban oil field. Thais Hernández, Polina Yurevna, Hugo Bautista, Alexander Govin, Saúl Fernández, Freya González (pp. 115-133).

8. Comportamiento corrosivo de tubos de latón en contacto con nafta y agua residual. Corrosive behavior of brass pipes in contact with naphtha and wastewater. Nelson F. Llovet de Armas, Yichsy Rivera, Juan Davis (pp. 135-144).

9. Determinación de la concentración óptima de edulcorante Stevia en mermeladas de uva bajas calorías a través del punto de corte sensorial obtenido de las estadísticas de análisis de supervivencia. Determination of the optimal concentration of Stevia sweetener in low-calorie grape jam through the sensory cut-off point obtained from survival analysis statistics. Mariana B. Laborde, Gisele Portela, Ana M. Pagano (pp. 145-156).

Enseñanza/Aprendizaje (Teaching/Learning)

CUADRADOS SUPERMÁGICOS DE TAMAÑO CUATRO

SUPERMAGIC SQUARES OF SIZE FOURS

Vicente F. Molina-Padrón¹ (1) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Matemática, Física y Computación, Carretera a Camajuaní Km. 5 ½, Santa Clara, Villa Clara – Cuba

Resumen

El objetivo del trabajo es obtener todos los cuadrados mágicos de tamaño cuatro a partir de un Modelo de Optimización; en el que, además de las restricciones tradicionales (sumas por filas, columnas y diagonales), se tengan en cuenta otras restricciones relacionadas con cuatro submatrices 2 x 2, en las que puede dividirse el cuadrado. Se demuestra que estas restricciones están implícitas en las tradicionales; por lo que todos los cuadrados de tamaño cuatro pueden clasificarse como supermágicos. Se representa el problema mediante un Modelo de Programación Lineal en Enteros con soluciones múltiples; que, al ser resuelto con ayuda del software LINGO, permitió encontrar los 880 cuadrados que cumplen tales restricciones. La forma como son presentados los cuadrados facilita que puedan ser localizados a partir de características referidas a la posición del número 1. Quedan ordenadas las combinaciones con el 1, para cualquier fila, en las que no existen estos cuadrados.

Abstract

The aim of this paper is to obtain all magic squares of size four, by using an Optimization Model where, in addition to the traditional restrictions (sums for rows, columns and diagonals), other restrictions related to four 2 x 2 submatrices, into which the square can be divided, are taken into account. It is shown that these additional restrictions are included in the traditional ones; therefore, all squares of size four could be classified as supermagic. The problem is represented by means of a Linear Programming Model in Integers with multiple solutions; which, when solved with the help of LINGO software, allowed to find the 880 squares that meet such restrictions. The way squares are presented makes it easy to locate them from characteristics referred to the position of number one. The different combinations for number one in any row for which these squares do not exist, are orderedl.

Palabras clave: LINGO, cuadrado mágico 4 x 4, modelo de optimización, propiedades de simetría Keywords: LINGO, magic square 4 x 4, optimization model, symmetry properties

ESTUDIO DEL INGRESO DE HIDRÓGENO EN ACERO ELECTROCINCADO MEDIANTE ANÁLISIS TÉRMICO

STUDY OF THE INPUT OF HYDROGEN IN ELECTROGALVANIZED STEEL BY THERMAL ANALYSIS 

María N. Delpupo¹, Mariano N. Inés¹, Carolina A. Asmus¹, Graciela A. Mansilla¹ (1) Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional San Nicolás, Departamento Metalurgia/DEYTEMA, Grupo Metalurgia Física, Colón 332, 2900 San Nicolás de los Arroyos – Argentina

Resumen

El objetivo de este trabajo es estudiar el ingreso de hidrógeno en muestras de alambres de Acero SAE 1005 durante las sucesivas etapas del proceso de galvanizado electrolítico. Se realizaron ensayos de calorimetría diferencial de barrido con el fin de evaluar posibles temperaturas de absorción/desorción de hidrógeno y finalmente se empleó la técnica de decoración con plata para detectar los sitios de atrape de hidrógeno en la microestructura del material. A partir de los resultados experimentales, se determina que el hidrógeno ingresa tanto en la etapa de decapado como en la de electrocincado, siendo esta última la de mayor influencia. El hidrógeno queda retenido en la interfaz correspondiente al recubrimiento de zinc y la matriz de acero. No obstante, la evidencia hallada permite concluir que la etapa final de electrocincado es la que posee mayor incidencia en el ingreso de H para este grado de acero.

Abstract

The aim of this work is to study the hydrogen input in SAE 1005 steel wire samples during the successive stages of the electrolytic galvanizing process. Differential scanning calorimetry tests were performed in order to evaluate possible hydrogen absorption/desorption temperatures and finally the silver decoration technique was used to detect hydrogen trapping sites in the microstructure of the material. From the experimental results, it was determined that hydrogen enters both the pickling and the electrogalvanizing stages, the latter being the most influential. The hydrogen is retained at the interface corresponding to the zinc coating and the steel matrix. However, the evidence found allows us to conclude that the final stage electrogalvanizing is the one with the greatest influence on the entry of H for this grade of steel.

Palabras clave: electrocincado, decapado, hidrógeno, análisis térmico diferencial Keywords: electrogalvanized, pickling, hydrogen, differential thermal analysis

PREDICCIÓN DE LA CURVA DE RUPTURA DE UN REACTOR DE LECHO FIJO DE HIDROPROCESAMIENTO DE ACEITE PESADO

PREDICTION OF THE BREAKTHROUGH CURVE OF A FIXED BED REACTOR OF HYDROPROCESSING OF HEAVY OIL

Maricruz Morales-Blancas¹, Issis C. Romero-Ibarra², Ma. del Carmen Monterrubio-Badillo¹, Gustavo Gutiérrez-Sánchez¹, Fabián S. Mederos-Nieto¹, Ignacio Elizalde¹* (1) Instituto Politécnico Nacional, Centro Mexicano para la Producción más Limpia (CMP+L-IPN), Av. Acueducto s/n, Col. Barrio la Laguna Ticomán, Ciudad de México, C.P. 07340 – México, (2) Instituto Politécnico Nacional, Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA-IPN), Av. IPN No. 2580, Col. Barrio la Laguna Ticomán, Ciudad de México, C.P. 07340 – México

Resumen

Se desarrolló la solución numérica de un modelo de reactor de lecho fijo de hidroprocesamiento de aceite pesado para determinar los perfiles de desactivación intrapartícula, a lo largo del reactor y como una función del tiempo de utilización del catalizador, basándose en la hipótesis del medio continuo, con la finalidad de obtener la curva de ruptura para un conjunto particular de parámetros y condiciones de reacción. Se varió el número de segmentos en dirección espacial y los incrementos de tiempo para la convergencia del modelo. Para las condiciones simuladas se encontró un frente de pérdida de sitios, desde la entrada del reactor hacia la salida, como función del tiempo. Los perfiles hallados a partir de las simulaciones están en correspondencia con las observaciones experimentales previas. La curva de ruptura permitió la determinación del máximo tiempo de utilización del catalizador para alcanzar un nivel predeterminado de conversión del reactivo.

Abstract

The numerical solution of a heavy oil hydroprocessing fixed bed reactor model was developed to determine the intraparticle deactivation profiles, throughout the reactor and as a function of time-on-stream, based on the continuous hypothesis, in order to obtain the breakthrough curve for a particular set of reaction parameters and conditions. The number of segments in spatial direction and the increments in time for model convergence were varied. For the simulated conditions, a site loss front was found, from the reactor inlet to the outlet, as a function of time. The profiles found from the simulations are in correspondence with the previous experimental observations. The breakdown curve allowed the determination of the maximum time of catalyst use to reach a predetermined level of reagent conversion.

Palabras clave: hidrotratamiento, simulación de la desactivación, curva de ruptura, perfiles de concentración Keywords: hydrotreating, deactivation simulation, breakthrough curve, concentration profiles

GENERACIÓN ESTOCÁSTICA DE ESTRUCTURAS MOLECULARES PROMEDIOS A PARTIR DE DATOS DE CARACTERIZACIÓN DE QUÍMICA ANALÍTICA DE SISTEMAS ORGÁNICOS COMPLEJOS

STOCHASTIC GENERATION OF AVERAGE MOLECULAR STRUCTURES FROM ANALYTICAL CHEMISTRY CHARACTERIZATION DATA OF COMPLEX ORGANIC SYSTEMS

Iván Machín^1*, Gledys Gonzalez²  (1) Castillo Max Oil & Gas, Av. Casanova, Centro Comercial El Recreo, Torre Sur, piso 8, ofic. 8-5, Caracas – Venezuela, (2) Haltermann Carless UK Limited, Schlengendeich 17, 21107 Hamburg – Germany

Resumen

La conversión de un compuesto dado durante un proceso químico es un reflejo de su estructura molecular. Esta es la razón por la cual en las últimas décadas, se ha desarrollado todo un despliegue de metodologías para convertir los datos de caracterización del petróleo y sus derivados en estructuras moleculares. Esto ayudaría enormemente en el diseño y optimización de los procesos de conversión del petróleo y sus derivados. En este trabajo se presenta un algoritmo que permite convertir los datos de caracterización de Química Analítica (RMN 1H, VPO y análisis elemental) de sistemas orgánicos complejos, en estructuras moleculares generadas de manera estocástica. Este algoritmo es una herramienta de apoyo para el desarrollo de programas computacionales de generación de estructuras moleculares promedios. La metodología propuesta en ese estudio fue aplicada a los datos de caracterización de fracciones asfalténicas, reportadas en la literatura, generando estructuras moleculares promedio similares a estas.

Abstract

The conversion of a given compound die during a chemical process is a reflection of its molecular structure. This is the reason why in the last decades, a whole array of methodologies has been developed to convert the characterization data of oil and its derivatives into molecular structures. This would help enormously in the design and optimization of the conversion processes of oil and its derivatives. In this work, an algorithm is presented that allows converting analytical chemistry characterization data (1H NMR, VPO and elemental analysis) of complex organic systems into stochastically generation molecular structures. This algorithm is a support tool for the development of computational programs for generating average molecular structures. The methodology proposed in that study was applied to the characterization data of asphalt fractions, reported in the literature, generating average molecular structures similar to these.

Palabras clave: parámetros estructurales, RMN protones, estructura molecular asfaltenos, generación estocástica Keywords: structural parameters, NMR protons, asphaltenes molecular structure, stochastic generation

 CORROSIÓN EN LA SUPERFICIE INTERIOR DEL OLEODUCTO MAGISTRAL

CORROSION ON THE INNER SURFACE OF THE MASTER PIPELINE

Alexander Cueli¹, Yosmari Adames¹, Oleg Renatovich²  (1) Centro de Investigación de Petróleo (CEINPET), Churruca # 481, Cerro, CP 62000 La Habana – Cuba, (2) Universidad Estatal Tecnológica del Petróleo de UFA, Calle Cosmonabtob # 1, Ufa, Republica de Baskortostán – Rusia

Resumen

En este trabajo se estableció la diferencia de potencial máxima en la superficie de la tubería mientras está en contacto con varias fases de la emulsión petróleo – agua. Las mediciones de potencial se realizaron en condiciones estáticas en un medio que simula la separación del agua en el oleoducto, sobre la superficie metálica de una pieza de tubería de acero 20. El estudio demostró que el paso controlador de la corrosión es la aireación diferencial, lo que contribuye a una diferencia potencial significativa en la superficie del metal en contacto con las diferentes fases de la emulsión petróleo –agua. La diferencia potencial en diferentes secciones de la superficie metálica en el medio corrosivo No. 3 varió de 0,3 a 0,5 V, lo que significó el desarrollo de una celda galvánica, y que la sección del ánodo se forma sobre la superficie metálica ubicada en el agua acompañante del petróleo.

Abstract

In this work, the maximum potential difference on the surface of the pipeline while in contact with various phases of the oil-water emulsion was established. Potential measurements were made under static conditions in a medium that simulates the separation of water in the pipeline, on the metal surface of a piece of steel pipe 20. The study showed that the controlling step of corrosion is differential aeration, which contributes to a significant potential difference in the surface of the metal in contact with the different phases of the oil-water emulsion. The potential difference in different sections of the metallic surface in corrosive medium No. 3 varied from 0,3 to 0,5 V, which meant the development of a galvanic cell, and that the anode section is formed on the metallic surface located in the accompanying oil water.

Palabras clave: corrosión interior, agua de capa, aireación diferencial, petróleo Keywords: internal corrosion, water layer, differential aeration, petroleum

COMPORTAMIENTO ELECTROQUÍMICO DEL ACERO DE CONSTRUCCIÓN DE OLEODUCTOS EN AGUAS ACOMPAÑANTES DE PETRÓLEO

ELECTROCHEMICAL BEHAVIOUR OF PIPELINE CONSTRUCTION STEEL IN OIL-BEARING WATERS

Yosmari Adames^1,2, Alexander Cueli¹, Zuleika Marquetti¹, Yichsy Rivera¹, Nelson Llovet¹, Rosa Contreras¹  (1) Centro de Investigación de Petróleo (CEINPET), Churruca # 481, Cerro, CP 62000 La Habana – Cuba (2) Facultad de Química de la Universidad Tecnológica de la Habana “José Antonio Echeverría”, CUJAE, La Habana – Cuba

Resumen

En el presente trabajo se evalúa el comportamiento electroquímico del acero de construcción de un oleoducto en presencia de dos aguas de diferentes orígenes. Se emplearon las técnicas electroquímicas de resistencia de polarización lineal y curvas de polarización para estimar la resistencia del acero a la corrosión cuando se puso en contacto el acero con los medios corrosivos. Por la composición fisicoquímica y microbiológica de los medios se apreció la diferencia entre sus agresividades corrosivas, en correspondencia con las determinaciones de velocidades de corrosión determinadas por el método de Resistencia de polarización lineal (LPR). Se denotó disminución de la resistencia de la corrosión del material evaluado al aumentar la temperatura, en los dos medios acuosos. Las curvas de polarización del acero evidenciaron procesos de transferencia de carga y difusión de oxígeno en las pruebas realizadas.

Abstract

The present work evaluates the electrochemical behavior of the construction steel of an oil pipeline in the presence of two waters of different origins. The electrochemical techniques of linear polarization resistance and polarization curves were used to estimate the resistance of the steel to corrosion when the steel was in contact with the corrosive media. By the physicochemical and microbiological composition of the media, the difference between their corrosive aggressiveness was appreciated, in correspondence with the corrosion speed measurements determined by the Linear Polarization Resistance (LPR) method. The corrosion resistance of the evaluated material was noted to decrease with increasing temperature, in both aqueous media. The polarization curves of the steel showed processes of load transfer and oxygen diffusion in the tests carried out.

Palabras clave: agua, corrosión, oleoducto, petróleo Keywords: water, corrosion, pipeline, oil

APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS REGIONALES PARA LA REMOCIÓN DE CADMIO EN SOLUCIÓN

USE OF REGIONAL LIGNOCELLULOSIC WASTES FOR REMOVAL OF CADMIUM IN SOLUTION

Melisa S. Romano¹, Valeria Corne¹, Ricardo R. Azario¹, María C. García¹ (1) Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Concepción del Uruguay, Departamento de Materias Básicas, Ing. Pereira 676, Concepción del Uruguay – Argentina

Resumen

Este estudio se centró en investigar la biosorción de cadmio en solución mediante el uso de residuos lignocelulósicos regionales tales como cáscaras de naranja y arroz. Los sorbentes fueron caracterizados por espectroscopía infrarroja y mediante la determinación del pH en el punto de carga cero. Los materiales fueron empleados en su forma natural y modificados con hidróxido de potasio para analizar la capacidad de sorción del contaminante. Los niveles de remoción se favorecieron al emplear los residuos activados y al incrementar el pH y la dosis del biosorbente, mientras que disminuyeron al aumentar la concentración de cadmio. Para los sistemas evaluados se encontró que el equilibrio del proceso se alcanzó rápidamente, ajustándose a una cinética de pseudo-segundo orden. Finalmente, para la cáscara de naranja se presentaría una sorción en monocapa, mientras que para la cáscara de arroz los sitios serían heterogéneos con diferentes afinidades hacia el cadmio.

Abstract

This study was focused on investigating the biosorption of cadmium from aqueous solution by regional lignocellulosic wastes such as orange peel and rice husk. Sorbents were characterized by infrared spectroscopy and by determining the pH at the point zero charge. The materials were used in their natural form and modified with potassium hydroxide to analyze the sorption capacity of the contaminant. Removal levels were favoured by using the activated residues and by increasing the pH and dose of the biosorbent, while they decreased by increasing the cadmium concentration. For the systems evaluated, it was found that process equilibrium was quickly achieved, adjusting to a pseudo-second order kinetic. Finally, for orange peel a monolayer sorption would occur, while for rice peel the sites would be heterogeneous with different affinities to cadmium.

Palabras clave: biosorción, cadmio, residuos lignocelulósicos, activación alcalina Keywords: biosorption, cadmium, lignocelullosic wastes, alkaline activation