Producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos

1 Descripción del proceso

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Los materiales lignocelulósicos se componen de lignina [C9H10O3(OCH3)0.9-1.7]n, hemicelulosa y celulosa (C6H10O5). Las principales fuentes de estos polímeros se pueden encontrar en maderas, residuos forestales, industriales y agrícolas[1].

La materia lignocelulósica se emplea directamente para la obtención de productos energéticos secundarios por un proceso de pirólisis, de gasificación o de reformado catalítico con vapor, así como por hidrólisis química o enzimática y fermentación etanólica.

La gasificación es un proceso térmico que permite la conversión de un combustible sólido en uno gaseoso mediante un proceso de oxidación parcial. Se puede realizar mediante dos procesos: uno produciendo una mezcla de hidrógeno y óxidos de carbono, la cual se burbujea en un tanque fermentador con un microorganismo que convierte la mezcla a etanol, y otro en el que se puede gasificar el material lignocelulósico pasando el gas por un reactor catalizado capaz de convertirlo en etanol. La eficacia de ambos procesos es del 50% y ninguno de ellos es viable económicamente [2].

El otro proceso posible llevado a cabo por hidrólisis convierte la celulosa en glucosa, según la siguiente reacción, que puede catalizarse por ácido diluido, ácido concentrado o enzimas (celulasa):

nC6H10O5 + n H2O → n C6H12O6

Algunos de los pretratamientos más utilizados en este proceso se reflejan en la siguiente tabla [3],[4],[5]Descripción

Qu

ímic

o Hidrólisis

ácida Mediante el uso de ácidos concentrados o diluidos

2-10 min

75%-90%

Solubilización de celulosa y hemicelulosa y lignina inalterada.

Control exhaustivo de temperaturas y presiones.

Hidrólisis alcalina

Mediante el uso de bases

2min 60%-75%

Cost

Costes bajos

PROCESO DESCRIPCIÓN TIEMPO η XILOSA VENTAJAS/ INCONVENIENTES

Físi

co

Explosión de vapor

La biomasa triturada se trata con vapor (saturado, 160°-260° C) seguido de una rápida descompresión

1-10 min

45%-65%

Favorece la hidrólisis enzimática. Proceso rápido. Evita reacciones de degradación.

Altas presiones

Termo-hidrólisis

Utiliza agua caliente a alta presión (presiones superiores al punto de saturación) para hidrolizar la hemicelulosa

30min 88%-98%

Evita problemas difusionales. Proceso muy rápido. Evita reacciones de degradación y recombinación de productos solubilizados.

Consumo de gran cantidad de agua. Problemas de transporte de sólidos en suspensión a través de bombas.

Producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos

2 Descripción del proceso

Organosolv Una mezcla de un solvente orgánico con un catalizador ácido(H2SO4, HCl) se usa para romper los enlaces internos de la lignina y de la hemicelulosa

40-60 min

70%-80%

Rendimientos elevados debidos a la insolubilidad de una fracción sólida rica en celulosa.

Difícil recuperación de los disolventes y separación entre sí de las dos fracciones resultantes.

losa Costo*

Los dos métodos combinados más usados son: La explosión de vapor catalizada que consiste en la adición de H2SO4 o CO2 en la

explosión de vapor que puede aumentar la eficiencia de la hidrólisis enzimática, disminuir la producción de compuestos inhibidores y promover una remoción más completa de la hemicelulosa.

Afex (ammonia fiber explosion) que utiliza una exposición al amonio líquido a alta temperatura y presión por un cierto período de tiempo, seguida de una rápida descompresión

La siguiente tabla muestra una comparación de las diferentes opciones para la hidrólisis [1],[3]

PROCESO INSUMO TIEMPO Tª SACARIFICACIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS

Ácido diluido

<1% H2SO4

3min 215ºC 50%-70% Estado del desarrollo del proceso más avanzado.

Bajos rendimientos

Ácido concentrado

30%-70% H2SO4

2-6 h 40ºC 90% Disminución de problemas con inhibidores.

Problemas de corrosión, costes elevados

Enzimático Celulasa 1,5 día 70ºC 95% Método selectivo, menores costes de equipamiento, no necesita utilizar agentes químicos.

Estado del desarrollo del proceso en estudio

Proceso seleccionado: DHR (Dedini Hidrólisis Rápida) para bagazo de caña de azúcar. El pretramiento y el tipo de hidrólisis utilizadas están marcadas en las tablas.

La hidrólisis llevada a cabo en el reactor opera a una presión de 25 kgf/cm2 y una temperatura de 190oC. A continuación se produce la fermentación alcohólica y la purificación con un proceso físico de destilación.[3],[5]

Bibliografía:

[1] http://www.tdr.cesca.es/TESIS_URV/AVAILABLE/TDX-0812102-093854//Fundamentos-5.pdf

[2] http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia21/HTML/articulo04.htm

[3] DISEÑO DE UN PROCESO PARA LA HIDRÓLISIS DE RESIDUOS LIGNOCELULOSICOS . García Espino Luís Octavio1, 1-2 Reynaldo

Pless Elling, 2 González Jasso Eva 2 1Universidad Tecnológica de San Juan del Río, Querétaro, www.utsjr.edu.mx 2CICATA-IPN,

Querétaro, www.cicataqro.ipn.mx

[4] Proceso de producción de etanol (modelo de Brasil). Jose P. Nuñez Liz,Secretaría de Estado de Industria y comercio (SEIC)

[5] www.bioetanoldecana.org/es/download/cap5.pdf