Aprovechamiento óptimo de biomasa lignocelulósica: proyecto DIBANET

El proyecto DIBANET, un proyecto financiado a través del programa europeo FP7 y que ha implicado la colaboración de 13 socios, 7 de Latinoamérica y 6 de Europa, ha tenido como objetivo la producción sostenible de biocombustibles miscibles con diésel a partir de residuos lignocelulósicos de ambas regiones. En concreto se ha evaluado la producción económicamente viable de levulinato de etilo, un biocarburante obtenido a partir de ácido levulínico y etanol.

Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

Proyecto DIBANET (http://www.dibanet.org/)

La creciente dependencia de combustibles diésel importados, además del incremento anual de la producción de biomasa residual, constituyen una amenaza para la UE y América Latina. El proyecto DIBANET (Development of Integrated Biomass Approaches Network) busca combatir estas amenazas y ayudar a eliminar las importaciones de diésel mediante el desarrollo de nuevas tecnologías para producir biocombustibles miscibles con diésel a partir de biomasa residual de Europa y América Latina. Se trata de un proyecto de investigación de 3 años y medio de duración con una financiación de 3,73 millones de €, coordinado por la Universidad de Limerick en Irlanda, con el objetivo de aunar y complementar las fortalezas de investigadores europeos y latinoamericanos, junto con empresas del sector. Esta red global de expertos e investigadores incluye a socios de Europa (Dinamarca, Grecia, Hungría, Irlanda y Reino Unido) y América Latina (Brasil, Argentina y Chile). De este modo, se asegura que el proceso completo, desde la materia prima hasta los residuos del proceso, esté diseñado para una máxima eficiencia. El objetivo del proyecto DIBANET es liderar la producción sostenible de biocombustibles a gran escala para el año 2020, evitando los impactos del uso de la tierra y resolviendo los problemas de aumento de los niveles de residuos orgánicos.

Figura 1: Proceso original del Proyecto DIBANET para el aprovechamiento integral de biomasa herbácea residual.

DIBANET pretende mejorar y optimizar la tecnología de biorrefino y pirólisis de la biomasa con el fin de crear biocarburantes sostenibles de segunda generación, a partir de biomasa residual, que se pueden mezclar con diésel fósil para usarse en motores diésel regulares, cumpliendo con los estándares de la industria. Al centrarse en el uso de residuos como materia prima para la producción de biocombustibles DIBANET también proporciona alternativas sostenibles y económicas a vertederos e incineración de desechos, ambas opciones ineficientes y productoras de significativas emisiones de gases de efecto invernadero con poco retorno, especialmente en América Latina.

Objetivos

Los objetivos concretos planteados por el proyecto DIBANET incluyen:

• Desarrollar tecnologías para ayudar a eliminar la necesidad de importaciones de diésel fósil de ambas regiones, mejorando la seguridad de suministro de energía
• Avanzar en el estado del arte de la producción de biocombustibles mezclables con diésel (DMBs) a partir de desechos y residuos orgánicos
• Optimizar el rendimiento de DMBs producidos a partir de biorrefino de biomasa y residuos.
• Mejorar el balance energético y los rendimientos totales a biocombustibles a partir de una materia prima, de forma sostenible, utilizando los residuos del proceso en procesos de pirólisis para producir bio-petróleo, que puede valorizarse también a DMBs.
• Reducir el coste energético de la producción de DMBs.
• Seleccionar materias primas claves para la conversión a DMBs, analizarlas y desarrollar métodos analíticos rápidos que puedan ser utilizados en un proceso en línea.

• Analizar los DMBs producidos con el fin de saber si cumplen con los requerimientos de la EN590 y, si no cumplen, sugerirá medios para lograr el cumplimiento.

  Resultados del proyecto

  El proceso DIBANET, como resultado de la etapa de pretratamiento patentada, ha mejorado notablemente los rendimientos a ácido levulínico, ácido fórmico y furfural respecto a lo que se consideraba anteriormente el estado del arte (proceso Biofine, basado en dos etapas consecutivas de hidrólisis con ácido sulfúrico diluido). Mediante el fraccionamiento de la biomasa lignocelulósica en sus tres biopolímeros constituyentes (celulosa, hemicelulosa, lignina) también se ha permitido la recuperación de la lignina para su venta como producto de valor añadido. Estos desarrollos tecnológicos han permitido reducir significativamente la cantidad de residuos de la etapa de hidrólisis ácida (AHRs, “acid hydrolysis residues”), en un 88% respecto al proceso Biofine. En el proceso DIBANET estos AHRs son utilizados como fuente de calor (por combustión directa). Si no se realiza esta combustión, y los AHRs se usan en otros procesos, tales como pirolisis y gasificación, entonces sería necesaria una mayor cantidad de biomasa para cubrir las necesidades energéticas del proceso DIBANET. Además, se ha demostrado que los AHRs no son superiores a la biomasa virgen en procesos termoquímicos como los comentados, por lo que se ha tomado como configuración óptima el proceso integrado con combustión directa de AHRs para suministrar las necesidades energéticas del proceso.

  En base a esto, la configuración óptima de la cadena de proceso se ha modelizado con respecto a tres etapas centrales: pretratamiento de la biomasa, hidrólisis y esterificación del ácido levulínico con etanol. También se ha demostrado que un escenario que incorpore solo la primera etapa (pretratamiento) puede ser económicamente sostenible, con bajos costes de capital. Para este caso, la materia prima de mayor interés sería el bagazo debido a su elevado contenido en pentosas.

  La integración de la segunda etapa incrementa los costes de capital pero mejora el valor neto. Por otro lado, la etapa de esterificación es intensiva en capital, si bien una biorrefinería DIBANET completa (que integre las tres etapas) puede ser altamente rentable si el furfural se vende al precio de mercado actual y la lignina se vende en lugar de ser usada como combustible para el proceso. De hecho, el proceso DIBANET no debería contemplarse exclusivamente en el contexto de los biocombustibles sino también como una verdadera biorrefinería que produce combustibles de bajo valor (p.ej., levulinato de etilo) además de productos químicos y/o bio-productos de alto valor añadido (p.ej., furfural y lignina).

  El estudio de los balances de materia y energía del proceso ha demostrado ser significativamente superior a los del proceso Biofine, muy intensivo en consumo de energía. Adicionalmente, encuestas socioeconómicas llevadas a cabo han demostrado que la implantación del proyecto DIBANET puede tener un impacto positivo sobre el empleo, tanto directo como indirecto, particularmente cuando se usa como materia prima plantas herbáceas de tipo Miscanthus. Por tanto, parece que el desarrollo del proyecto DIBANET hacia escala comercial está asegurado, en base a los datos proporcionados por los modelos desarrollados. De hecho, dichos modelos presentan escenarios posibles en los que instalaciones DIBANET a escala incluso de demostración podrían operar con un beneficio económico significativo, con elevadas tasas de retorno de la inversión.

Figura 2: Diagrama de proceso y balance de materia de las etapas de pretratamiento, ácido levulínico (LA), y producción de levulinato de etilo (EL).