Energía y medio ambiente

De las plantas al biocombustible: una explicación del pretratamiento de biomasa

De las plantas al biocombustible: una explicación del pretratamiento de biomasa

Planta de bioetanol en Seal Sands, Teeside, Reino Unido [Fuente de imagen:Nick Bramhall, Flickr]

La energía renovable a partir de biomasa es ahora un componente clave del desarrollo de la energía renovable en todo el mundo. El combustible utilizado para este proceso, conocido como materias primas, está constituido por biomasa lignocelulósica, es decir plantas de estructura compleja que contienen polímeros de celulosa, hemicelulosa y lignina. Por lo general, se trata de materiales como paja, rastrojo de maíz, pasto varilla o desechos de madera, principalmente utilizados para la producción de biocombustibles, como el bioetanol, que deben someterse a un proceso de fermentación en el que los azúcares se convierten en alcohol (el etanol es de alcohol). La mayoría de las garantías de vehículos aceptan una mezcla máxima de 5 por ciento de bioetanol / 95 por ciento de gasolina. Son posibles mezclas más fuertes, pero generalmente requieren una modificación del vehículo para tener éxito.

Antes del proceso de fermentación, los azúcares deben liberarse de la lignina mediante varios procesos de pretratamiento. Estos procesos también pueden producir varios subproductos a través de procesos integrados de biorrefinería.

Los polímeros de carbohidratos celulosa y hemicelulosa y el polímero aromático lignina contienen azúcares de carbono que están fuertemente unidos a la lignina. Es decir, están atrapados dentro de la lignocelulosa. Esto significa que primero deben desconectarse de la lignina y luego hidrolizarse con ácido o enzimas, para descomponerlos en azúcares (monosacáridos simples) para que puedan usarse como biocombustible.

El paso inicial de este procedimiento es mecánico. Las plantas deben triturarse y triturarse para reducir su tamaño, disminuir la cristalinidad, reducir la polimerización y aumentar el efecto de la hidrólisis ácida o enzimática. Esto también mejora la densidad de energía de la biomasa para que pueda transportarse más fácilmente desde el campo hasta el punto de uso. Normalmente, la biomasa se convierte en gránulos, cubos o discos (similar en tamaño y forma a un disco de hockey sobre hielo). También se pueden convertir en "biocarbón" o "bioaceite" mediante tratamiento con calor y presión.

El fraccionamiento es el proceso en el que la biomasa se convierte en lignina, celulosa y hemicelulosa, que se pueden procesar más fácilmente en una biorrefinería.

El siguiente paso es la explosión de vapor, en la que la estructura fibrosa de la biomasa se descompone con vapor a alta presión y luego se despresuriza rápidamente. Esto destruye las fibras, lo que permite posteriores procesos de pretratamiento. Otros métodos para lograr el mismo resultado incluyen la explosión de la fibra de amoníaco, en la que la biomasa se trata con amoníaco líquido a alta temperatura y presión, y la explosión de dióxido de carbono supercrítica en la que la biomasa se trata con dióxido de carbono.

Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los EE. UU. (USDA) agregan una nueva cepa de levadura a una mezcla de mazorcas de maíz para probar su efectividad en la fermentación de etanol a partir de azúcares vegetales [Fuente de imagen:Departamento de Agricultura de EE. UU., Flickr]

La hidrólisis alcalina implica el tratamiento de la biomasa con una alta concentración de alcalino a baja temperatura durante un largo período de tiempo. Las sustancias utilizadas para este propósito incluyen hidróxido de sodio, hidróxido de calcio o amoniaco. Las ventajas de este proceso incluyen temperaturas y presiones más bajas, menor degradación de los azúcares y la capacidad de recuperar muchas de las sales cáusticas. Sin embargo, el largo período de tiempo requerido y la alta concentración de alcalino son las principales desventajas.

La deslignificación empinada a baja temperatura (LTSD) es un proceso desarrollado por Bio-Process Innovation Inc que utiliza pequeñas cantidades de productos químicos no tóxicos. La empresa construyó una planta piloto de una tonelada en Indiana, EE. UU., Pero el proceso ahora está ampliamente disponible comercialmente para su uso en biorrefinerías en otros lugares.

El fraccionamiento lignocelulósico mejorado con codisolvente (CELF) utiliza un compuesto orgánico llamado tetrahidrofurano (THF) en combinación con ácido sulfúrico diluido para el fraccionamiento. Puede producir un alto contenido de azúcar para la fermentación. También puede producir una serie de compuestos orgánicos útiles, incluido el furfural (que se puede utilizar como ayuda para el suministro de herbicidas agrícolas y como disolvente químico), 5-hidroximetilfurfural y ácido levulínico que se pueden convertir catalíticamente en productos químicos o combustible. Este proceso fue desarrollado por la Universidad de California y con licencia de CogniTek. Se ha establecido una empresa llamada MG Fuels para comercializar el proceso.

Organosolv utiliza disolventes orgánicos como etanol, metanol, butanol y ácido acético para hacer que la lignina y la hemicelulosa sean solubles. American, Science and Technology AST ha desarrollado y patentado un proceso organosolv patentado, aunque actualmente solo se encuentra a escala piloto. El proceso convierte la biomasa lignocelulósica en azúcares, lignina pura, pulpa y bioquímica e implica fraccionamiento e hidrólisis para producir más del 95 por ciento de rendimiento de azúcares.

La ozonólisis es el tratamiento de la biomasa con ozono antes de la hidrólisis enzimática.

La pirólisis es uno de los procesos más conocidos, que implica la descomposición química por calentamiento. La pirólisis instantánea logra esto en 1-2 segundos usando temperaturas de hasta 500 ° C. Las unidades móviles de pirólisis se utilizan actualmente en varias organizaciones en todo el mundo, y se están desplegando a nivel local en países en desarrollo para lograr la producción de biocombustibles a escala comunitaria. La torrefacción es una forma más suave de pirólisis, en la que el proceso termoquímico se lleva a cabo a 200-350 ° C en ausencia de oxígeno, lo que produce biomasa torrefactada o carbón, más comúnmente conocido como "biocarbón".

Ver el vídeo: VALORIZACIÓN DE BIOMASA MICROALGAL COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES (Octubre 2020).