Transformación simple de residuos agroforestales en combustibles y productos químicos para la industria

           Los residuos forestales y agroindustriales (serrines, restos molienda, fabricación papel,…) constituyen un recurso renovable de gran interés, debido a su disponibilidad y bajo coste, como posible fuente de productos químicos y combustibles. El problema asociado al tratamiento de este tipo de biomasa es la dificultad que entraña la ruptura selectiva de las grandes moléculas que la constituyen (lignina, celulosa,…) en moléculas más pequeñas que puedan utilizarse como base para la industria petroquímica y de combustibles. La tecnología existente en la actualidad para el tratamiento de este tipo de residuos se basa en tratamientos de hidrólisis muy enérgicos (altas temperaturas y presiones) que muy son costosos y poco selectivos para la formación de compuestos químicos de interés.

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

             Un compuesto químico de especial interés de entre aquellos que pueden producirse a partir de los residuos agroforestales es el hidroximetilfurfural (HMF). El interés de este compuesto radica en que es un compuesto químico base a partir del cual pueden sintetizarse numerosos productos de notable importancia petroquímica (ácidos, aldehidos, alcoholes, plásticos…) y además puede ser transformado en dimetilfurano (DMF) que es una molécula con interesantes características como combustible. Así, el DMF tiene una densidad energética similar a la gasolina, es menos volátil que el etanol y es inmiscible con agua. Las bondades del HMF para la síntesis de productos petroquímicos y combustibles eran conocidas desde hace tiempo pero no habían sido aprovechadas debido a la complejidad de los mecanismos para su obtención a partir de la biomasa lignocelulósica.

            En el último número del Journal of the American Chemical Society, investigadores de la Universidad de Wisconsin han desarrollado un nuevo proceso para la producción, en condiciones suaves y en un solo paso, de HMF a partir de residuos agroforestales. Los investigadores han logrado romper selectivamente celulosa poniéndola en contacto con catalizadores de Cr disueltos en un disolvente industrial orgánico (dimetilacetamida (DMA)) a temperaturas inferiores a 140ºC y presión atmosférica. La simplicidad de este método de transformación contrasta marcadamente con la complejidad y eficacia de los tratamientos de hidrólisis a alta presión y temperatura desarrollados hasta la fecha. De acuerdo al procedimiento descrito, los autores reportan que se consigue transformar hasta el 48% de la celulosa en HMF en una hora a 140ºC. Como comparación señalar que con los últimos desarrollos optimizados de transformación de celulosa en etanol (proceso complejo que incluye varias etapas químicas, bioquímicas y microbiológicas) se consigue transformar alrededor del 24% de la celulosa en el alcohol.

Esquema de la transformación de residuos agroforestales en HMF

Aunque el rendimiento en la producción de HMF alcanzado en estas primeras fases de desarrollo del proceso es relativamente elevado, aún se necesitan mejoras en el rendimiento para pensar en un posible escalado a nivel industrial. Las mejoras se deben centrar tanto en el apartado de catalizadores (se necesitan alternativas al catalizador de Cr debido a su toxicidad) como en el de separación y recuperación efectiva de los disolventes y catalizadores tras la reacción. Según la opinión de los autores, la mejora en el conocimiento de los mecanismos de las reacciones implicadas en el proceso de transformación de la celulosa en HMF permitirá el diseño de catalizadores alternativos al Cr con actividad mejorada. De esta forma, el proceso de transformación podría convertirse en una prometedora vía para la obtención de moléculas base para la síntesis petroquímica y de combustibles a partir de residuos renovables de amplia disponibilidad y que no compiten con la alimentación humana.

Más información:

J. B. Binder, R. T. Raines, “Simple chemical transformation of lignocellulosic biomass into furans for fuels and chemicals”. Journal of the American Chemical Society, 131 (2009), 1979-1985