BIOVALORIZACION


En las plantas de producción de biocombustibles de segunda generación (2G) destinadas a la producción de biocombustibles líquidos (ej.: etanol, butanol) se generan una serie de fracciones residuales que, a día de hoy, y sobre todo en el caso de las fracciones ricas en lignina, no tienen un claro aprovechamiento industrial.

El proyecto “Biovalorización” se centra en el desarrollo y validación de diferentes alternativas de valorización de estas fracciones residuales, generadas durante la conversión en este caso de biomasas lignocelulósicas de origen forestal. Este trabajo se suma al objetivo global de estudio de procesos de biorrefinería ya iniciado en un proyecto anterior en el que ambos socios participaron (en aquel caso, evaluando las biomasas lignocelulósicas de origen agrícola).

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En el proyecto “Biovalorización” se ha realizado en primer lugar una selección de las biomasas forestales objeto de estudio (en base a su disponibilidad en esta región y su composición). Las biomasas seleccionadas han sido sometidas a diferentes ensayos de pre-tratamiento termoquímico e hidrólisis enzimática, con el fin de obtener las fracciones que simulan las corrientes residuales que se generarían en las plantas industriales de producción de biocombustibles 2G. En primer lugar, la fracción soluble F1, procedente del pre-tratamiento termoquímico, que será rica en pentosas (xilosa). A continuación, la fracción no solubilizada tras el pre-tratamiento se ha sometido a un proceso de hidrólisis enzimática, generando la fracción soluble principal del proceso (F2.1) rica en hexosas (glucosa), y una segunda fracción residual que recoge la parte insoluble final (F2.2), enriquecida principalmente en lignina.

En el caso de la fracción F1, se ha estudiado el empleo de la xilosa contenida en la misma para la obtención de furfural, utilizando para ello diferentes rutas de transformación química. Se ensayó la utilización de líquidos iónicos de carácter ácido como catalizadores en procesos bifásicos en la reacción de ciclodeshidratación de xilosa a furfural. La reciclabilidad de los catalizadores fue buena, y la actividad de los mismos se mantuvo estable. Todo ello se traduce en un buen comportamiento medioambiental de esta técnica. También, se desarrollaron metodologías analíticas que aportan soluciones novedosas a la caracterización de muestras conteniendo xilosa y manosa.

Y en cuanto al tratamiento de muestras provenientes de biomasa de pino y chopo, tras la optimización de las condiciones de operación, se ha conseguido la conversión prácticamente cuantitativa en furfural. Dichas condiciones de operación constituyen una mejora notable con respecto a las condiciones empleadas a día de hoy en la industria, tanto en términos de rendimiento de furfural obtenido como en términos de eficiencia energética. Los resultados obtenidos en esta tarea son consistentes con los obtenidos en anteriores proyectos, y hacen suponer que este proceso podría escalarse en planta piloto, pudiendo constituir una solución óptima para el tratamiento de esta fracción hemicelulósica.

En cuanto a la fracción F2.2 se ha utilizado como materia prima en diferentes procesos químicos de despolimerización de la lignina contenida en la misma, incluyendo tanto reacciones de licuefacción (para dar lugar a poliéteres hidroxilados) como de ruptura oxidativa y reductiva (para dar lugar a fenoles monoméricos, de alto valor añadido tanto en la química fina, farmacéutica y de alimentos). En cuanto a las reacciones de despolimerización propiamente dichas, se han seguido tres líneas principales:
– Despolimerización mediante hidrogenólisis empleando catalizadores metálicos
– Despolimerización en medio ácido
– Despolimerización en medio básico

De todas las alternativas ensayadas en la valorización de lignina, sin duda la más efectiva es la despolimerización en medio básico empleando NaOH como catalizador. Se realizó una optimización de los parámetros de reacción más relevantes en el rendimiento de monómeros fenólicos, siendo los que mayor influencia tienen la temperatura y el tiempo de reacción. Además, en un intento de aumentar la eficiencia energética del proceso, se probó también la despolimerización catalizada por NaOH utilizando calefacción microondas. A este respecto, indicar que los rendimientos de fenoles monoméricos fueron inferiores a los obtenidos mediante calefacción convencional, aunque se observó un cambio en la distribución de los mismos, aumentando claramente la proporción de siringoles, lo que indica que el método de calefacción tiene influencia en la selectividad del proceso.

Aunque en términos de rendimientos de fenoles monoméricos, producidos tras la despolimerización de lignina, los resultados obtenidos en este proyecto están en algunos casos por debajo de los que aparecen en estudios similares, es importante destacar como aspecto novedoso en el proyecto “Biovalorización” la utilización de ligninas obtenidas a partir de hidrólisis de biomasa, más recalcitrantes que las habitualmente utilizadas en otros estudios (de tipo organosolv).

  • Año: 2018
  • Sector estratégico: #EnergíasRenovablesyRecursos
  • Líder del proyecto: FUNDACIÓN CENER – CIEMAT
  • Socios del proyecto: UNIVERSIDAD PÚBLICA DE NAVARRA