Transformación eficiente de la madera en biocombustibles

Investigadores de la Universidad de Pekín y del Instituto de Ciencias e Ingeniería Química de la Escuela Politécnica Federal de Lausana han desarrollado un proceso en dos etapas para convertir la lignina, componente clave de los residuos agroforestales, en precursores químicos (hidrocarburos y metanol) para la obtención de biocombustibles.

[R. M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

En la actualidad la industria de los biocombustibles se basa mayoritariamente en la utilización de cultivos (palma, soja, maíz, cebada, caña de azúcar….) que compiten directamente con aquellos utilizados en la alimentación humana. Recientemente se ha comenzado a cuestionar la producción de biocombustibles a partir de estos precursores ya que se considera causa tanto de la subida de precios de alimentos como de la pérdida de de ecosistemas naturales por su transformación en tierras para cultivo. Para evitar estos inconvenientes se están realizando investigaciones con el fin de utilizar fuentes naturales de biocombustibles de segunda generación utilizando precursores alternativos. De entre las fuentes alternativas para la producción de biocombustibles, la biomasa lignocelulósica aparece como una de las más adecuadas. La biomasa lignocelulósica es un componente esencial de la madera e incluye residuos forestales y agroindustriales (serrines, restos molienda, fabricación papel,…). El problema asociado al tratamiento de este tipo de biomasa es que la lignina es una molécula polimérica compleja cuya ruptura selectiva en moléculas más pequeñas que puedan utilizarse como biocombustibles es difícil e impredecible con la tecnología desarrollada hasta la fecha.

En el último número de la revista ChemSusChem, un equipo de investigación liderado por el Profesor Yuan Kuo de la Universidad de Pekín ha presentado un novedoso proceso para la degradación selectiva y eficiente de lignina en alcanos y alcoholes base para la producción de biocombustibles. La molécula de lignina es una mezcla  de unidades poliaromáticas oxigenadas unidas de forma repetida y aleatoria mediante unidades fenólicas a través de enlaces carbono-oxígeno-carbono y enlaces carbono-carbono. La clave para degradación de la lignina en moléculas que sirvan de base para la fabricación de biocombustibles consiste en la ruptura selectiva de los enlaces carbono-oxígeno-carbono que unen las unidades hidrocarbonadas que forman la lignina sin producir la ruptura de dichas unidades. Aprovechando la experiencia previa que tenia el grupo de investigación del Prof. Kuo en la degradación selectiva de enlaces C-O-C en macromoléculas, el grupo ha determinado las condiciones y estrategia para la ruptura controlada de la lignina. Los investigadores han logrado romper selectivamente la lignina usando agua como disolvente a temperaturas comprendidas entre 250 y 350ºC y presiones alrededor de 200 atm. Bajo estas condiciones y en presencia de catalizadores basados en metales nobles, hidrógeno y un aditivo orgánico (dioxano) se consigue descomponer selectivamente la lignina en monómeros y dímeros en una cantidad próxima al máximo teórico. En una segunda etapa los monómeros y dímeros obtenidos de la lignina se transforman cuantitativamente en alcanos y metanol mediante hidrogenación catalítica selectiva en condiciones suaves. De acuerdo a los autores, con este proceso es la primera vez que se consiguen producir a partir de lignina alcanos en el rango de de las gasolinas y diesel.

Rutas propuestas para la transformación de lignina en alcanos y metanol

Aunque este hallazgo se encuentra aún en sus primeras fases de desarrollo y será en los próximos años cuando se evalúe su posible escalado a nivel industrial, la idea en que se fundamenta es muy prometedora ya que puede ser una vía para la obtención de moléculas base para la síntesis petroquímica y de combustibles a partir de moléculas vegetales poliméricas complejas como la lignina de amplia disponibilidad y que no compiten con la alimentación humana.

Más información:

Ning Yan, Chen Zao, Paul J. Dyson, Chen Wang, Ling-tao Liu, Yuan Kuo, Selective degradation of wood lignin over noble-metal catalysts in a two step process, ChemSusChem, vol 1 (7), 626-629