Aprovechamiento de biomasa lignocelulósica: proceso BIOFINE

El proceso Biofine, propiedad de Biofine Renewables (Waltham, Massachusetts, EE.UU.) una compañía de desarrollo de tecnología para procesos de biorrefinería, se presenta como una tecnología eficaz, desde el punto de vista económico y de emisiones de carbono, para la conversión de materia lignocelulósica renovable en productos químicos y combustibles tradicionalmente preparados a partir de combustibles fósiles. El proceso propuesto presenta un ciclo de vida del carbono con un ahorro próximo al 100% con respecto a la producción equivalente a partir de materias primas fósiles.

Autor: [Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos]

Proceso Biofine

El proceso Biofine es un proceso de hidrólisis ácida para la conversión de celulosa en ácido levulínico, una molécula plataforma con docenas de usos potenciales conocidos. Como subproducto se obtiene ácido fórmico, pudiéndose obtener también furfural si la materia prima contiene hemicelulosa. Es un proceso termoquímico sencillo que permite la conversión de celulosa a partir de una amplia variedad de materias primas. Se trata de un proceso de hidrólisis, por lo que la presencia de agua (hasta un 50% en peso) en la materia prima no es un problema para la economía del sistema. Al tratarse de un sistema químico no necesita tiempos largos de reacción como los procesos enzimáticos o de fermentación biológica utilizados. De hecho, la reacción se produce en cuestión de minutos, reduciendo considerablemente la inversión y el tamaño de la instalación.

Figura 1. Diagrama del proceso Biofine (www.mainebioproducts.com)

Química del proceso:

El proceso funciona mediante la “ruptura” de cualquier materia lignocelulósica de partida en presencia de un catalizador ácido mineral (p.ej. ácido sulfúrico) diluido en agua, y empleando una temperatura moderada con un diseño de reacción basado en un reactor dual que permite una elevada producción con un alto rendimiento. La fracción de celulosa es transformada en ácido levulínico y ácido fórmico, mientras que la fracción de hemicelulosa se descompone en furfural, que se puede aprovechar como tal o que puede convertirse a su vez en ácido levulínico. Cada uno de estos productos primarios presenta potencial como “plataforma” para la producción de otros productos de valor añadido. La lignina, junto con otros componentes inertes de la biomasa, se extrae en forma de alquitrán de alto contenido en carbono que puede valorizarse energéticamente o transformarse en otros productos (negro de humo, carbón activado, fibra de carbono, etc.).

La tecnología se basa en un sistema de reacción continua de dos etapas que opera a las condiciones de temperatura, concentración de catalizador ácido y tiempo de residencia adecuados para obtener elevados rendimientos de ácido levulínico, ácido fórmico y furfural. Las condiciones de operación típicas son:

Temperatura: de 190 a 220 ºC

Concentración de ácido: de 1 a 5 % en peso

Tiempo de residencia: 15 minutos (total de las dos etapas de reacción)

Figura 2. Planta piloto del proceso Biofine (Old Town, Maine, EE.UU.)

Ventajas tecnológicas

Empleando solo calor y presión en un entorno químico cuidadosamente controlado, el proceso Biofine de conversión de lignocelulosa evita muchos de los problemas que afectan a otros procesos de conversión de biomasa. Los procesos de gasificación que convierten la biomasa en un gas y que a continuación transforman catalíticamente el gas en combustibles líquidos se pueden ver afectados por la variabilidad natural de la biomasa. Por otro lado, la conversión biológica afronta el reto de crear microorganismos que puedan digerir y soportar la variedad de materias primas y contaminantes naturales.

Ventajas en la materia prima

Una de las principales ventajas de este proceso es la flexibilidad en la materia prima. Se puede emplear cualquier tipo de biomasa con celulosa suficiente (o cualquier otro carbohidrato), incluyendo residuos forestales de bajo coste, astillas de árbol enteras, residuos agrícolas, restos de comida, papel reciclado, incluso residuos sólidos urbanos clasificados.

Estrategia de desarrollo

Los proyectos actualmente planteados emplearían biomasa forestal y residuos orgánicos para producir ácido levulínico, que se transformaría mediante reacción con etanol en levulinato de etilo, compuesto con excelentes propiedades como biocombustible. El ácido fórmico y el furfural se venderían a la industria química, y el alquitrán carbonoso se podría quemar en la propia instalación para generar vapor y energía para el proceso.

Se contempla la construcción de una primera instalación de este tipo (biorrefinería) de gran capacidad para reducir los costes unitarios, lo que requerirá, en primer lugar, una salida comercial para el ácido levulínico producido. No obstante, el interés en este producto ha aumentado enormemente en los últimos años. El reto actual se encuentra en encontrar la financiación necesaria para la construcción de la primera instalación de este tipo, y por ello la empresa Biofine Renewables se ha centrado en minimizar tanto los costes de inversión como los riesgos técnicos.