Adsorbentes Selectivos para Mejorar la Producción de Bioetanol Lignocelulósico

El uso de adsorbentes selectivos basados en  materiales porosos híbridos (MOF´s) puede ayudar a incrementar la eficiencia de los procesos de fermentación que se emplean para obtener bioetanol lignocelulósico que, al contrario que los biocombustibles de primera generación, se obtiene a partir de residuos vegetales que no tiene valor alimentario.

[Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía]

Los materiales conocidos en inglés como  metal-organic framework (MOF’s) son sólidos porosos híbridos, en cuya composición participan agrupamientos metálicos y componentes orgánicos. Como consecuencia de sus elevadas superficies específicas y de la posibilidad de diseñar a medida las características de sus grupos funcionales, estos compuestos pueden ser excelentes adsorbentes selectivos. A efectos prácticos esto implica que un MOF con las propiedades adecuadas podría retener una molécula concreta ignorando otras de una mezcla heterogénea. Esta capacidad de discriminar moléculas es potencialmente útil en muchas aplicaciones industriales. Un buen ejemplo de ello es el estudio recientemente publicado que ha demostrado que la eficiencia de la producción de etanol de biomasa celulósica puede beneficiarse de la utilización de MOFs específicamente desarrollados para eliminar inhibidores de la fermentación (Chem. Commun. 2016, DOI: 10.1039/c6cc05864g).

Los restos de podas de plantas leñosas, la paja de los cereales y otros residuos vegetales contienen en su estructura cantidades muy significativas de celulosa que se puede transformar en  bioetanol mediante la fermentación de azúcares extraídos de la biomasa. La gran ventaja de esta vía de producción de bioetanol es que, al contrario que la ruta convencional, no compite con la producción de alimentos. Actualmente este proceso genera ya anualmente cientos de millones de litros de combustibles renovables, y se espera que este volumen se siga incrementando.

La extracción de los azúcares de la biomasa requiere descomponer los tejidos estructurales de las plantas, que son notoriamente recalcitrantes desde un punto de vista químico. Para conseguir realizar este proceso de forma eficiente los fabricantes de biocombustibles dependen típicamente de tratamientos ácidos en condiciones muy agresivas. Este proceso funciona bien, pero genera soluciones acuosas de azúcar contaminadas con 5-hidroximetilfurfural (HMF) y otros compuestos derivados del furano. Estas sustancias son tóxicas para los organismos que producen la fermentación y por tanto limitan la eficiencia de la producción de bioetanol. Además son difíciles de separar de soluciones azucaradas, ya que los adsorbentes que atrapan las moléculas dañinas también tienden a retener los azúcares que se usan como substrato.

Un equipo liderado por Alexander Katz de la University of California en Berkeley, puede haber encontrado un método definitivo para superar los problemas de separación en las disoluciones azucaradas. Este grupo ha descubierto que el MOF conocido como NU-1000, que contiene moléculas de pireno en su estructura, retiene selectivamente los compuestos furánicos, ignorando a los azúcares. De esta manera en los ensayos realizados con concentraciones de glucosa trescientas veces mayores que las de HMF el material NU-1000 es capaz de atrapar el 80 % de las moléculas de furanos sin alterar de forma apreciable la concentración de glucosa. Aunque seguramente serán necesarios más estudios no cabe duda de que este trabajo abre nuevas e interesantes  perspectivas para incrementar la eficiencia de la producción de biocombustibles de segunda generación

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