{"id":133717,"date":"2017-12-12T12:24:30","date_gmt":"2017-12-12T11:24:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=133717"},"modified":"2017-12-12T12:26:53","modified_gmt":"2017-12-12T11:26:53","slug":"proceso-triversa-un-paso-adelante-para-optimizar-el-rendimiento-de-la-biorrefineria-lignocelulosica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2017\/12\/12\/133717","title":{"rendered":"Proceso TriVersa: un paso adelante para optimizar el rendimiento de la biorrefiner\u00eda lignocelul\u00f3sica"},"content":{"rendered":"

La biomasa lignocelul\u00f3sica puede fraccionarse en sus principales componentes para sustituir a los productos qu\u00edmicos derivados del petr\u00f3leo usados actualmente en la vida diaria. Sin embargo, es necesario obtener un elevado rendimiento de aprovechamiento para que el proceso sea sostenible econ\u00f3mica y ambientalmente. En este \u00e1mbito, un novedoso proceso de biorrefiner\u00eda propuesto recientemente por el grupo del profesor J.A. Dumesic, denominado proceso TriVersa, plantea una estrategia integral de conversi\u00f3n de una biomasa tipo (en concreto, el abedul de papel) que permite valorizar hasta un 80% de la materia prima de partida obteniendo productos \u00fatiles con salida real en el mercado.<\/span><\/p>\n

Autor: [Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos]<\/strong><\/span><\/span><\/p>\n

El grupo del Prof. James A. Dumesic, de la Universidad de Wisconsin-Madison, EE.UU., es uno de los grupos punteros a nivel mundial en el \u00e1mbito de la cat\u00e1lisis heterog\u00e9nea aplicada a la producci\u00f3n sostenible de biocombustibles y bioproductos (obtenidos a partir de biomasa vegetal, principalmente de tipo lignocelul\u00f3sico). Recientemente han desarrollado un proceso de fraccionamiento secuencial que maximiza la conversi\u00f3n de la biomasa lignocelul\u00f3sica (hasta un 80%) dando lugar a productos comercializables, abriendo de este modo la puerta a un proceso comercial de biorrefiner\u00eda lignocelul\u00f3sica econ\u00f3micamente viable. Dicho m\u00e9todo de fraccionamiento preserva el valor de los tres componentes primarios (Figura 1): (i) celulosa, que es convertida en pulpa de papel para la producci\u00f3n de fibras y compuestos qu\u00edmicos; (ii) hemicelulosa, que es convertida en furfural (mol\u00e9cula plataforma); y (iii) lignina, que es convertida en productos carbonosos (espuma de carb\u00f3n, fibra de carbono o \u00e1nodos de bater\u00eda). En global, el proceso permitir\u00eda obtener unos ingresos de m\u00e1s de 500 d\u00f3lares por tonelada seca de biomasa. Adicionalmente, una vez que la tecnolog\u00eda se haya asentado y haya reducido los riesgos iniciales de inversi\u00f3n, puede extenderse f\u00e1cilmente a otros bioproductos y biocombustibles, tales como az\u00facares fermentables, bioetanol, biocombustibles avanzados, productos qu\u00edmicos especializados, etc. Esto facilitar\u00eda el desarrollo del concepto de biorrefiner\u00eda lignocelul\u00f3sica renovable integrada de un modo competitivo con una refiner\u00eda de petr\u00f3leo actual.<\/p>\n

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Figura 1<\/strong>. Proceso TriVersa aplicado a abedul de papel.<\/span><\/p>\n

La clave del proceso es la eficacia y alto rendimiento del fraccionamiento de la biomasa en sus componentes individuales, preservando el valor de cada una de las fracciones. Este fraccionamiento es posible gracias al uso de \u03b3-valerolactona (GVL), un disolvente renovable y sostenible derivado de la propia biomasa, que ha demostrado propiedades favorables en el procesamiento de la biomasa lignocelul\u00f3sica. El empleo de GVL como disolvente ofrece ventajas \u00fanicas en virtud de sus propiedades fisicoqu\u00edmicas, y resuelve los problemas t\u00edpicos asociados al fraccionamiento de este tipo de biomasa, tal como una alimentaci\u00f3n en continuo de biomasa (debido a la baja presi\u00f3n de vapor de la GVL), una alta carga de biomasa (debido a la elevada solubilidad de la lignina y los az\u00facares en mezclas GVL\/agua), un fraccionamiento limpio de los componentes (debido al uso de condiciones de proceso moderadas), y la capacidad de procesar eficazmente las corrientes con disolvente, lo que minimiza el uso de operaciones de separaci\u00f3n que incrementan los costes. Adem\u00e1s, la GVL puede producirse a partir de biomasa en el mismo proceso para compensar las p\u00e9rdidas, haciendo que el proceso sea de ciclo cerrado. La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de la estrategia de biorrefiner\u00eda propuesta para integrar las corrientes de productos de la biomasa usando GVL como disolvente.<\/span><\/p>\n

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Figura 2.<\/strong> Diagrama de flujo del proceso TriVersa.<\/span><\/p>\n

\u00a0Seg\u00fan el proceso TriVersa, 1000 kg de biomasa seca pueden convertirse en 402 kg de celulosa, 156 kg de precursor de lignina para espuma de carbono de alta pureza y 138 kg de furfural (Figura 1). Estos rendimientos corresponden a la conversi\u00f3n de pr\u00e1cticamente un 70% de la masa inicial y >75% del contenido en carbono en productos de valor a\u00f1adido (Figura 3). El rendimiento final de celulosa tras el tratamiento de blanqueo es similar a otras tecnolog\u00edas convencionales (como el proceso Kraft o el de sulfitos). La f\u00e1cil separaci\u00f3n de la lignina y la hemicelulosa usando como disolvente GVL da lugar a una celulosa con una calidad de pasta de disoluci\u00f3n. Las propiedades de esta celulosa (con un contenido de hexosas >96%, viscosidad CED de 5 a 15 cP, n\u00famero Kappa <20) son similares a las de otras pulpas de disoluci\u00f3n comerciales, lo que indica que este material es adecuado para la producci\u00f3n comercial de textiles (p.ej., ray\u00f3n) y otros derivados de celulosa de valor a\u00f1adido. Por otra parte, la cantidad de biomasa convertida aprovechada puede aumentar hasta el 80 wt% si se recuperan los subproductos \u00e1cidos: \u00e1cido ac\u00e9tico (66 kg por tonelada de biomasa seca), \u00e1cido f\u00f3rmico (27 kg) y \u00e1cido levul\u00ednico\/HMF (10 kg). Considerando el proceso global, los rendimientos de valorizaci\u00f3n son significativamente m\u00e1s altos que los obtenidos con otras tecnolog\u00edas de biorrefiner\u00eda, como la producci\u00f3n de etanol celul\u00f3sico (228 kg de etanol por tonelada, 22,8 wt%) o la operaci\u00f3n de un molino de papel t\u00edpico (de 400 a 500 kg por tonelada de biomasa), y similares a los obtenidos en procesos que se quedan en productos intermedios, tales como az\u00facares.<\/span><\/span><\/p>\n

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Figura 3.<\/strong> Diagrama de Sankey del proceso integrado.<\/span><\/p>\n

El principal reto de este proceso es controlar las p\u00e9rdidas de disolvente. Aunque la GVL es estable en las condiciones de reacci\u00f3n y es de esperar que se produzcan p\u00e9rdidas m\u00ednimas de disolvente por degradaci\u00f3n o interacciones con mol\u00e9culas derivadas de la biomasa, el trabajo experimental desarrollado por el grupo de Dumesic ha identificado otras p\u00e9rdidas de disolvente en la salida de productos y en las etapas de lavado y procesado. En este sentido, se puede recuperar una cantidad significativa de GVL lavando la lignina con agua. Aunque esta etapa requiere energ\u00eda adicional para recuperar la GVL, el coste del tratamiento del agua residual es reducido. En este escenario, las p\u00e9rdidas de GVL se pueden reducir a tan solo 20 kg por tonelada de biomasa, o menos del 3% de los productos finales. La cantidad de GVL de reposici\u00f3n necesaria puede reducirse si tanto el \u00e1cido levul\u00ednico como el hidroximetilfurfural (HMF) producidos en el proceso (unos 10 kg por tonelada de biomasa) son convertidos a GVL por hidrogenaci\u00f3n.<\/span><\/span><\/p>\n

\u00a0Referencia: <\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Science Advances 2017, Vol. 3, no. 5, e1603301.<\/span><\/p>\n

Increasing the revenue from lignocellulosic biomass: Maximizing feedstock utilization<\/span><\/em><\/p>\n

David Martin Alonso, Sikander H. Hakim, Shengfei Zhou, Wangyun Won, Omid Hosseinaei, Jingming Tao, Valerie Garcia-Negron, Ali Hussain Motagamwala, Max A. Mellmer, Kefeng Huang, Carl J. Houtman, Nicole Labb\u00e9, David P. Harper, Christos T. Maravelias, Troy Runge, James A. Dumesic\u00a0<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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