ABSORCIÓN DE PETRÓLEO CRUDO CON
MATERIALES CELULÓSICOS DE ALTA
DISPONIBILIDAD EN LA REGIÓN CENTRO
DEL ESTADO DE VERACRUZ, MÉXICO
CRUDE OIL ABSORPTION WITH HIGH
DISPONIBILITY CELLULOSIC MATERIALS IN THE
CENTRAL REGION OF VERACRUZ STATE, MEXICO
David Arroyo Acosta
Tecnológico Nacional de México
David Reyes González
Tecnológico Nacional de México
Guadalupe Rodríguez Martínez
Tecnológico Nacional de México
Arturo Bueno Tokunaga
Tecnológico Nacional de México
pág. 4515
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i1.16171
Absorción de Petróleo Crudo con Materiales Celulósicos de Alta
Disponibilidad en la Región Centro del Estado de Veracruz, México
David Arroyo Acosta1
darroyoa@itsm.edu.mx
https://orcid.org/0000-0001-6308-6452
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico Superior de Misantla
México
David Reyes González
dreyesg@itsm.edu.mx
https://orcid.org/0000-0001-6400-5984
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico Superior de Misantla
México
Guadalupe Rodríguez Martínez
grodriguezm@itsm.edu.mx
https://orcid.org/0009-0007-1984-5555
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico Superior de Misantla
México
Arturo Bueno Tokunaga
arturobueno@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-7658-4490
CIGA- Universidad Autónoma de Coahuila
México
RESUMEN
La actividad de la industria petrolera puede tener consecuencias negativas para el medio ambiente y la
salud humana. Los derrames de petróleo son uno de los principales riesgos asociados a esta actividad,
ya que al presentarse estos derrames de petróleo en los cuerpos de agua dan lugar a una grave amenaza
para los ecosistemas marinos y las comunidades costeras. Para reducir los efectos negativos de estos
incidentes, es necesario implementar técnicas de contención y limpieza efectivas; además, el petróleo
puede afectar a la salud humana, ya que sus componentes tóxicos pueden ser absorbidos a través de la
piel o inhalados, causando intoxicaciones y daños severos a la salud. Este trabajo presenta un estudio
del potencial aprovechamiento de residuos agroindustriales y residuos madereros, para ser utilizados
como absorbentes celulósicos, evaluando su potencial con un diseño factorial 33, donde los factores a
considerar son el tipo de material celulósico absorbente (olote, aserrín y fibra de coco), tamaño de
partícula en relación a un proceso de cribado (< malla #16, < malla #30 y < malla #50) y la densidad
API del aceite crudo (37 °API, 31 °API y 27 °API). Determinando la configuración adecuada de los
materiales celulosos con mejor característica de absorción, mediante un análisis estadístico del diseño
experimental. Los resultados mostraron la eficiencia de los residuos de origen celulósico para absorber
hidrocarburo de derrames petroleros, siendo el aserrín el que mejor desempeño mostró, adicionalmente
se observó que la densidad API no es un factor que impacte en la capacidad de absorción de estos
materiales, indicando que esta estrategia en una gran variedad de derrames.
Palabras clave: residuos agroindustriales, capacidad absorbente, remediación, derrames de petróleo
1
Autor principal.
Correspondencia: darroyoa@itsm.edu.mx
pág. 4516
Crude oil Absorption with High Disponibility Cellulosic Materials in the
Central Region of Veracruz State, Mexico
ABSTRACT
The activity of the oil industry can have negative consequences for the environment and human health.
Oil spills are one of the main risks associated with this activity, since these oil spills occur in bodies of
water, they give rise to a serious threat to marine ecosystems and coastal communities. To reduce the
negative effects of these incidents, it is necessary to implement effective containment and cleaning
techniques; In addition, oil can affect human health, as its toxic components can be absorbed through
the skin or inhaled, causing poisoning and severe damage to health. This paper presents a study of the
potential use of agro-industrial waste and wood waste to be used as cellulosic absorbents, evaluating
their potential with a factorial design 33, where the factors to be considered are the type of absorbent
cellulosic material (olote, sawdust and coconut fiber), particle size in relation to a sieving process (<
mesh #16, < #30 mesh and < #50 mesh) and the API density of the crude oil (37 °API, 31 °API and 27
°API). Determining the appropriate configuration of cellulose materials with the best absorption
characteristics, through a statistical analysis of the experimental design. The results showed the
efficiency of cellulosic waste to absorb hydrocarbon from oil spills, with sawdust showing the best
performance, additionally it was observed that API density is not a factor that impacts the absorption
capacity of these materials, indicating that this strategy in a wide variety of spills.
Keywords: agro-industrial residues, absorbant capacity, remediation, oil spills
Artículo recibido 05 diciembre 2024
Aceptado para publicación: 25 enero 2025
pág. 4517
INTRODUCCN
La industria petrolera es una actividad de gran relevancia a nivel mundial, según la Organización para
la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) (2022) la producción mundial de petróleo asciende a
86,152 miles de barriles diarios (mbd), lo que genera significativos ingresos y empleos para los países
productores, contribuyendo al desarrollo económico, además es una fuente de energía fundamental para
la sociedad, utilizado en la producción de combustibles, fertilizantes, plásticos, medicamentos y otros
productos. En México esta industria es considerada motor de la economía del país, por la derrama
económica que representa (Badillo, 2023).
Sin embargo, la actividad de la industria petrolera también puede tener consecuencias negativas para el
medio ambiente y la salud humana. Los derrames de petróleo son uno de los principales riesgos
asociados a esta actividad. Estos derrames pueden ocurrir durante la extracción, transporte y refinación
del petróleo, planteando riesgos adversos para los ecosistemas acuáticos y terrestres, así mismo para la
salud humana, pueden tener efectos devastadores en la vida marina, la calidad del agua y el equilibrio
ecológico, lo que representa una preocupación mundial que requiere soluciones urgentes (Boran, 2017;
Medina-Moreno et al., 2014; Tormoehlen et al., 2014).
En la actualidad, México se enfrenta a varios desafíos relacionados con el derrame de petróleo. Estos
incidentes, en su mayoría accidentales, ocurren durante diversas operaciones como exploración,
almacenamiento, refinamiento y transporte. Sin embargo, el transporte de hidrocarburos presenta un
mayor riesgo debido a los factores externos y de operación que pueden desencadenar estos desastres
(Tiselius y Magnusson, 2017). Además, durante las últimas dos décadas, el país ha sido afectado por
acciones terroristas dirigidas a oleoductos e instalaciones petroleras. Aunque estos ataques han
disminuido en la actualidad, los impactos ambientales persisten en los diferentes ecosistemas. Se estima
que aproximadamente dos millones de barriles de crudo y sus derivados han sido expuestos al medio
ambiente en territorio nacional, afectando fuentes hídricas, suelos, aire, fauna y vegetación.
En la actualidad, existen diversas técnicas utilizadas para la remoción del petróleo en el agua, aunque
muchas de ellas presentan limitaciones. Algunas de estas técnicas incluyen el uso de barreras y
dispersantes en el derrame de petróleo.
pág. 4518
Sin embargo, a menudo estas técnicas resultan poco eficientes, pueden ser toxicas y peligrosas para el
ambiente, también surge la preocupación acerca de cómo manejar adecuadamente los desechos
generados por estas operaciones (Alabresm et al., 2018; Kleindienst y col., 2015).
El interés por la aplicación de absorbentes de petróleo ha aumentado significativamente, lo que ha dado
lugar a un número creciente de estudios en este campo. Diversos trabajos han puesto de manifiesto que
los materiales celulósicos se pueden utilizar eficazmente como absorbentes en escenarios de derrames
(Sardi et al., 2020, p. 30). Esta expansión en el uso de absorbentes se puede atribuir a sus altas
capacidades de sorción, que contribuyen a la restauración de los ambientes marinos y la recuperación
del petróleo perdido.
Además, los absorbentes son rentables y ofrecen posibilidades de regeneración y reutilización (Yánez
y Bárcenas, 2012).
En términos generales, los materiales absorbentes se pueden clasificar en materiales inorgánicos,
orgánicos sintéticos y orgánicos naturales (Dong et al., 2012, p. 36). Actualmente, los absorbentes más
aplicados son de origen sintético, como las espumas de poliuretano (Li, Yin, & Li, 2019, p. 19). Sin
embargo, en los últimos años se han preferido los absorbentes naturales celulósicos, debido a su
abundancia y biodegradabilidad (Redonda-Deceano et al., 2022).
La celulosa es un material renovable y biodegradable que puede derivarse de una variedad de fuentes,
incluidas plantas, algas y bacterias. Sus propiedades únicas, como su alta capacidad de sorción y
reactividad química, lo convierten en un candidato ideal para la absorción y eliminación de aceites
(Chaupis et al., 2022). Varios estudios de investigación han reportado diferentes tipos de materiales de
celulosa para la limpieza de derrames de petróleo. Se han desarrollado nuevos materiales con
propiedades avanzadas en las que se han sintetizado y modificado nanocristales de celulosa para mejorar
su capacidad de sorción de aceite. Estos nanocristales se pueden dispersar fácilmente en agua y han
mostrado resultados prometedores en la absorción de aceite del agua contaminada (Diraki et al. 2019;
Riaz, McKay y Saleem, 2017, p. 31). De manera similar, los aerogeles a base de celulosa también han
demostrado una alta capacidad de sorción de aceite debido a su alta porosidad y estructura
interconectada (Orjuela-Palacio y Zaritzky, 2023)
pág. 4519
Además, los investigadores han explorado el uso de membranas a base de celulosa para la separación
de agua y petróleo. Estas membranas están diseñadas con tamaños de poro específicos que permiten el
paso del agua mientras atrapan y separan las gotas de aceite (Meza et al., 2022).
Los absorbentes de fibra naturales son materiales celulósicos que se utilizan para absorber y retener
líquidos, entre ellos el petróleo. A diferencia de otros absorbentes, estos son biodegradables, sostenibles
y con capacidades de absorcion adecuados, lo que los convierte en una opción efectiva para el
tratamiento de derrames de petróleo.
Diversos estudios han explorado el uso de materiales celulósicos absorbentes en el tratamiento de
derrames de petróleo. Sus investigaciones ofrecen un nuevo enfoque para abordar este problema a través
de la utilización de materiales agrícolas disponibles localmente. Dawodu y Akpomie (2021) se
centraron en el uso de cáscaras de coco como absorbentes de petróleo, demostrando que estos
materiales, previamente considerados como residuos, pueden absorber de manera efectiva los
hidrocarburos del petróleo derramado. Estos absorbentes de cáscara de coco proporcionan una solución
sostenible, ya que no solo ayudan a limpiar el derrame, sino que también pueden convertirse en un
producto útil después del proceso de absorción.
Por otro lado, Choi (2019) investigó el uso de paja de arroz como absorbente de petróleo. La paja de
arroz es un subproducto agrícola abundante que posee una gran capacidad de absorción de
hidrocarburos. Además, este absorbente es biodegradable, lo que significa que se descompone
rápidamente y no causa daños a largo plazo en el medio ambiente. Doshi et al. (2018) llevaron a cabo
un estudio para evaluar la eficiencia de diferentes absorbentes de fibra natural en el tratamiento de
derrames de petróleo. Encontraron que los absorbentes a base de fibras de coco y celulosa tenían una
alta capacidad de adsorción y eran capaces de retener el petróleo de manera eficiente. Estos absorbentes
también demostraron ser sostenibles y económicos, lo que los hace una opción viable para ser utilizados
a gran escala.
De manera similar, Songsaeng et al. (2019) investigaron el uso de absorbentes de fibra natural en el
tratamiento de derrames de petróleo. Encontraron que las fibras de rayón y las fibras de coco tenían una
alta afinidad por el petróleo y eran capaces de absorberlo rápidamente.
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Además, estos absorbentes mostraron una excelente capacidad de retención, lo que facilitó su posterior
eliminación de manera segura.
Otro estudio relevante en este campo fue realizado por Liu y Wang (2019). Investigaron la capacidad
de absorción de diferentes absorbentes de fibra natural, incluyendo los derivados de la cáscara de arroz
y las fibras de algodón. Los resultados mostraron que estos absorbentes tenían una alta capacidad de
absorción y eran capaces de retener el petróleo de manera efectiva. Además, se destacó su facilidad de
uso y su carácter sostenible.
Tang et al. (2018) llevaron a cabo un estudio para evaluar la efectividad de los absorbentes de fibra
natural en condiciones de laboratorio y en el campo. Encontraron que estos absorbentes tenían una alta
capacidad de absorción, incluso en condiciones adversas. Además, se demostró su capacidad para
absorber no solo petróleo, sino también otros compuestos químicos presentes en los derrames, lo que
los convierte en una opción versátil y efectiva.
Abdelwahab et al. (2017) realizaron un estudio para investigar la capacidad de absorción de una fibra
natural derivada de la fibra de palma. Encontraron que este absorbente tenía una alta capacidad de
absorción y era capaz de retener grandes cantidades de petróleo. Además, destacaron su carácter
sostenible, ya que estaba hecho de un recurso renovable y biodegradable.
Por último, Dong et al. (2015) estudiaron la capacidad de absorción de diferentes absorbentes de fibra
natural en una escala piloto. Encontraron que estos absorbentes tenían una alta eficiencia de absorción
y eran capaces de retener grandes cantidades de petróleo. Estos resultados sugieren que estos
absorbentes podrían ser utilizados a gran escala para el tratamiento de derrames de petróleo.
METODOLOGÍA
La descripción metodológica de este estudio se basa en un procedimiento experimental correlacional,
que presenta primero un estudio de la produccion agrícola en el estado de Veracruz, para la selección
de los materiales que presentan mayor impacto, identificando qué materiales celulósicos de desecho,
tienen mayor disponibilidad en la región centro de Veracruz, con un aprovechamiento potencial como
material absorbente.
De acuerdo al Censo Agropecuario 2022 en el estado de Veracruz (INEGI, 2022), de la superficie con
vocación agropecuaria y aprovechamiento forestal, 2,737,289 hectáreas se destinaron al uso agrícola.
pág. 4521
Entre los productos agrícolas destaca la caña de azúcar con una produccion de 21,227, 445 toneladas,
seguido por cítricos como el limón y naranja que suman 2,655,017 toneladas, además del maíz en grano
blanco, en grano amarillo y forrajero, que en conjunto suman 739,716 toneladas producidas.
Adicionalmente, de la superficie con aprovechamiento agrícola, 1,673 hectáreas se destinaron para la
produccion forestal, con un total de 122,092 metros cúbicos de especies forestales maderables. De
acuerdo al censo económico 2016 en Veracruz existen más de 2413 empresas que se dedican a la
industria del mueble, y representan el 8.8% de la produccion a nivel nacional (Balderas Pérez et al.,
2019 ). De acuerdo a Solano-Benavides et al., (2022), el 28% de la materia prima utilizada en
carpinterías es desperdiciada, formando residuos no utilizados. Finalmente, es importante señalar que
el estado de Veracruz, específicamente en la zona centro-sur, pertenece a la region estratégica 4, dentro
de las 16 regiones con potencial consideradas para produccion de coco en México (SAGARPA, 2016).
Apartir de esta información, es que se identifica al olote de maíz, la fibra de coco y el aserrín de madera
como principales residuos agrícolas base celulosa, generados principalmente en la zona centro de
Veracruz; en este sentido, la figura 1 muestra la forma típica en la que se generan estos residuos
agrícolas.
Figura 1. Presentacion típica de residuos agrícolas utilizados en este estudio: a) olote, b) fibra de coco,
c) aserrín de madera
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente, se propone la generación de un diseño experimental para evaluar la absorción de
materiales celulósicos, específicamente enfocado en un modelo factorial 33. Para ello, es necesario
identificar los factores y niveles correspondientes, así como definir la variable de respuesta objetivo,
que en este caso es el porcentaje de hidrocarburo absorbido.
Un diseño experimental es una estrategia planificada que permite evaluar el efecto de diferentes
variables independientes en una variable dependiente o de respuesta.
a)
b)
c)
pág. 4522
En este caso, se pretende conocer cómo diferentes factores afectan la absorción de materiales
celulósicos. Los factores son las variables independientes que deseamos controlar y manipular en el
experimento para observar sus efectos en la variable de respuesta. Para este diseño factorial 33, se
utilizan tres factores, cada uno con tres niveles posibles. Esto significa que se tendrá un total de 27
experimentos diferentes (3x3x3) para evaluar en este trabajo.
La identificación de los factores y niveles se realiza a partir de un análisis del problema y de
conocimientos previos acerca del sistema en estudio. En este caso, los factores serán la densidad del
hidrocarburo, el tamaño de las partículas del material celulósico y el tipo de material utilizado. Estos
factores se establecen como variables independientes, y se varían en tres niveles, tamaño de partícula
#16, #30 y #50.
La variable de respuesta objetivo es el porcentaje de hidrocarburo absorbido por los materiales
celulósicos, se ocupan tres tipos hidrocarburos: aceite 37° API, 31° API y 23° API, emulando un
derrame petrolero a condiciones controladas, como se observa en la figura 2.
Figura 2. Simulación de derrame de petróleo a condiciones controladas en laboratorio
Fuente: Elaboración propia
Se realiza la preparación de las muestras, una vez obtenido los materiales olote, aserrín y fibra de coco,
para posteriormente pasar por un proceso de secado de los materiales, exponiéndolos a temperatura
ambiente por un periodo de 4 horas diarias durante 10 días para eliminar los remanentes de agua en su
interior y de esta manera obtener una mayor capacidad absorbente de cada material. Una vez
transcurrido el tiempo de secado se proceda moler cada material por separado con un molino de
mano. Posteriormente se realizó un tamizado de las fibras naturales, mediante el cual se obtuvieron tres
tamaños de partícula que se retienen en las mallas #16, #30 y #50, para cada tipo de material.
pág. 4523
Una vez obtenidos los tamaños de partícula #16, #30 y #50, así como las cantidades necesarias de cada
uno para llevar a cabo los experimentos, se generan las 27 corridas experimentales correspondientes,
de acuerdo al diseño factorial 33 propuesto, donde las variables de entrada son:
Tipo de material celulósico absorbente: olote, aserrín y coco
Tamaño de partícula del material celulósico absorbente: < malla #16, < malla #30 y < malla #50.
Tipo de aceite: 37 °API, 31 °API y 27 °API.
La tabla 1 muestra la distribucion de las corridas experimentales propuestas.
Para el desarrollo de cada corrida experimental, se utiliza un vaso de precipitado de 100 ml, en el cual
se agrega agua en una cantidad de 50 gramos (50 ml, tomando como referencia la densidad del agura
igual a 1 gr/ml), seguido de una cantidad de 5 gramos de aceite (volumen variable de acuerdo al tipo de
aceite utilizado en cada corrida experimental), generando un sistema de derrame de petróleo simulado,
como se observa en la figura 3 para el caso de una muestra de hidrocarburo con densidad de 37 API.
Figura 3. Muestra de agua con hidrocarburo 37 °API
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente se añade el material celulósico absorbente, manteniendo un control de la cantidad en
gramos que se añade, hasta el punto en el que se alcanza la saturación de la absorcion de hidrocarburo
por el material celulósico utilizado, en el tamaño de partícula de acuerdo a la corrida experimental
correspondiente.
pág. 4524
Tabla 1. Corridas experimentales propuestas para el Diseño factorial 33.
Tipo de aceite
Tipo de material
Tamaño de partícula
37 °API
Olote
Malla #16
37 °API
Olote
Malla #30
37 °API
Olote
Malla #50
37 °API
Aserrín
Malla #16
37 °API
Aserrín
Malla #30
37 °API
Aserrín
Malla #50
37 °API
Fibra de coco
Malla #16
37 °API
Fibra de coco
Malla #30
37 °API
Fibra de coco
Malla #50
31 °API
Olote
Malla #16
31 °API
Olote
Malla #30
31 °API
Olote
Malla #50
31 °API
Aserrín
Malla #16
31 °API
Aserrín
Malla #30
31 °API
Aserrín
Malla #50
31 °API
Fibra de coco
Malla #16
31 °API
Fibra de coco
Malla #30
31 °API
Fibra de coco
Malla #50
23 °API
Olote
Malla #16
23 °API
Olote
Malla #30
23 °API
Olote
Malla #50
23 °API
Aserrín
Malla #16
23 °API
Aserrín
Malla #30
23 °API
Aserrín
Malla #50
23 °API
Fibra de coco
Malla #16
23 °API
Fibra de coco
Malla #30
23 °API
Fibra de coco
Malla #50
Fuente: Elaboración propia
La figura 4 muestra la adición de partículas de olote, para absorción de hidrocarburo, hasta el punto de
saturación (punto en el cual el olote deja de absorber hidrocarburo).
Para alcanzar el punto de saturación, fue requerido dejar un tiempo de contacto en el sistema
hidrocarburo-agua-material absorbente, el cual varió de 1 a 3 minutos para todas las corridas
experimentales realizadas, posterior a este tiempo de contacto se proced a la extracción del