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Componentes de la biomasa lignocelulósica. Fotos: Álvaro Gómez Peña, estudiante del Doctorado en Ingeniería Química de la Universidad de Colombia Sede Manizales

Proceso de biorrefinería propuesto.

Diagrama de flujo de fraccionamiento de biomasa.

Difractograma del catalizador con disolvente GVL.

Diagrama de flujo de proceso de la biorrefinería bioquímica.

Dicho método de fraccionamiento preserva el valor de los tres componentes primarios: celulosa, que se convierte en pulpa de papel para la producción de fibras y compuestos químicos; hemicelulosa, que se transforma en furfural (compuesto industrial derivado del salvado del maíz o la avena) y lignina, que se modifica en productos carbonosos como la espuma de carbón o fibra de carbono.

Según la propuesta, 1.000 kg de biomasa seca se pueden convertir en 402 kg de celulosa, 156 kg de precursor de lignina para espuma de carbono de alta pureza y 138 kg de furfural.

Este proceso, desarrollado con tecnologías termoquímicas como la catálisis heterogénea –empleada para convertir materias primas en productos de valor agregado– permitiría obtener unos ingresos de más de 500 dólares por tonelada seca de biomasa.

Tales rendimientos corresponden a la conversión de prácticamente un 70 % de la masa inicial y del 75 % del contenido de carbono en productos de valor agregado. La fácil separación de la lignina y la hemicelulosa usando como disolvente GVL da lugar a una celulosa con una calidad de pasta de disolución.

De esta manera, se busca desarrollar un proceso de bajo costo que le permita a la materia prima renovable proporcionar nuevos procesos más eficientes y de menor impacto ambiental en relación con aquellos vinculados a los combustibles fósiles.

“De todas las opciones de energía renovable, tales como la energía eólica, solar, hidráulica y geotérmica, entre otras, la biomasa es la única fuente que posee carbón orgánico sostenible en la naturaleza, por lo cual se considera el reemplazo de los combustibles fósiles, debido a su contenido energético y la posibilidad tecnológica de su transformación en combustibles líquidos para el sector del transporte y como una potencial fuente de productos de interés para la industria química”.

Así explicó Álvaro Gómez Peña, estudiante del Doctorado en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, la importancia del proceso que propone.

Una vez que la tecnología se haya establecido se puede extender fácilmente a otros bioproductos y biocombustibles como azúcares fermentables, bioetanol, biocombustibles avanzados y productos químicos especializados, entre otros. “Esto facilitaría el desarrollo del concepto de biorrefinería lignocelulósica renovable integrada de un modo competitivo con una refinería de petróleo actual”, detalla el doctorante.

El éxito del proceso se encuentra en la eficacia y el alto rendimiento del fraccionamiento de la biomasa en sus componentes individuales, preservando el valor de cada una de las fracciones. Dicho fraccionamiento es posible gracias al uso de γ-valerolactona (GVL), un disolvente renovable y sostenible derivado de la propia biomasa, que ha demostrado propiedades favorables en el procesamiento de la biomasa lignocelulósica.

El empleo de GVL como disolvente ofrece ventajas únicas dadas sus propiedades fisicoquímicas y resuelve los problemas típicos asociados con el fraccionamiento de este tipo de biomasa, como: “una alimentación en continuo de biomasa, debido a la baja presión de vapor de la GVL; una alta carga de biomasa, por la elevada solubilidad de la lignina y los azúcares en mezclas del disolvente con agua; un fraccionamiento limpio de los componentes, que se da por el uso de condiciones de proceso moderadas; y la capacidad de procesar eficazmente las corrientes con disolvente, que minimiza operaciones de separación que incrementan los costos”.

En Colombia se dispone de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agroindustriales y forestales entre los que se encuentran la cascarilla de arroz, el bagazo de caña de azúcar, los tallos producto de la zoca del cultivo del café, los residuos de la industria de la madera y las cáscaras de frutas tropicales, los cuales presentan un alto contenido de lignocelulosa.

Según un informe de 2008 del Ministerio de Minas y Energía, en el país se han identificado cuatro cultivos con alto potencial energético: palma africana, caña de azúcar, arroz y plantaciones forestales repartidas en todo el territorio nacional.

Implementar en las biorrefinerías procesos con catálisis heterogénea contribuye a reducir los gases de efecto invernadero en el proceso de transformación de reactantes a productos, “ya que, aumentando la eficiencia en procesos de generación de energía se promueven transformaciones que permiten aprovechar las fuentes de energía renovable y facilitan la conversión del dióxido de carbono en otros productos de la industria de procesos”, agrega el investigador.