La primera etapa necesaria en muchos de los diferentes procesos de transformación de lignocelulosa consiste en un pretratamiento físico-químico con
objeto de separar la celulosa y hemicelulosa del sello protector de lignina e incrementar la superficie del material [6]. Entre estos procesos destacan:
Tratamiento con vapor: es la técnica más ampliamente usada para el pretratamiento de la lignocelulosa, ya que parece ser el método más efectivo para el procesado de residuos de agroforestales. Se suele llevar a cabo en un reactor discontinuo, introduciendo la biomasa pulverizada y calentándolo a alta temperatura y presión. A continuación la presión puede bajar de forma violenta para descargar el contenido del reactor en un tanque receptor de forma que se produce una explosión de vapor que rompe la lignina (steam explosion) o de forma paulatina sin explosión. Estos pretratamientos dan lugar a un material marrón oscuro que contiene hemicelulosa parcialmente hidrolizada que se recupera fácilmente por un tratamiento de lavado. Diversos procesos industriales emplean este pretratamiento, en algunos casos con alguna variante (Masonite, Iotech, Siropulper, Stake II, Oxidación húmeda, RASH). Cuando se emplea la explosión de vapor en presencia de H2SO4 o SO2 se recupera
completamente la hemicelulosa. En caso contrario, se denomina autohidrolisis y es el ácido acético liberado en la descomposición de la materia de partida el que cataliza el proceso.
Explosión de fibras por amoniaco (Ammonia Fiber Explosion, AFEX): al igual que en el caso anterior ocurre una explosión, pero en atmósfera de amoniaco, que debe ser reciclado.
Explosión de CO2: este caso es similar a los dos anteriores, pero en este caso se
emplea CO2 que forma ácido carbónico mejorando de este modo la velocidad
de hidrólisis.
Proceso Organosolv: en este proceso se emplean disolventes orgánicos (o mezcla de estos con agua) para romper los enlaces estructurales entre la lignina y la hemicelulosa. Normalmente se emplean metanol, etanol, acetona, etilenglicol, etc. Puede añadirse ácido para mejorar el rendimiento, y es de
vital importancia la recuperación del disolvente, para hacer este proceso competitivo.
Existen dos estrategias principales para el procesado de la biomasa lignocelulósica [7, 8]. La primera aproximación incluye rutas termoquímicas que permiten procesar la lignocelulosa a altas temperaturas y/o presiones, sin necesidad de los tratamientos previos que acaban de ser revisados. Estos tratamientos permiten la ruptura de la biomasa y son:
Gasificación. Se trata de tratamiento a altas temperaturas (>973 K) en ausencia de oxígeno con adición de vapor.
Pirólisis. Consiste en un tratamiento a temperaturas moderadas (573-873 K) en ausencia de oxígeno que permite la descomposición anaerobia de la biomasa. Licuefacción. Es un proceso alternativo a la pirolisis en el que la biomasa se
mezcla con agua y catalizadores básicos (como carbonato sódico) y se lleva a cabo a temperaturas algo menores que la pirolisis (525-725 K), pero empleando presiones más elevadas (5-20 atm) y mayores tiempos de residencia.
El primero de los tratamientos, la gasificación, da lugar a gas de síntesis (mezcla de CO y H2) que se emplea a continuación en síntesis de Fischer-Tropsch y permite
producir una amplia variedad de hidrocarburos. La pirolisis y la licuefacción dan lugar a lo que se denomina biocrudos (bio-oils) que son una mezcla líquida con más de 350 compuestos, como ácidos, aldehídos, alcoholes, azúcares, ésteres, cetonas y aromáticos. Estos biocrudos pueden se han probado con éxito en motores, turbinas y quemadores con pequeñas modificaciones. Aunque generalmente requieren procesos de mejora, como hidrodesoxigenación o reformado.
La segunda estrategia de procesado de la biomasa lignocelulósica es el fraccionamiento e hidrólisis. En esta opción, los azúcares y la lignina se separan y se procesan selectivamente por los siguientes medios:
Conversión química: utilización de diferentes catalizadores en medio acuoso para despolimerizar los polisacáridos en los azúcares que los componen y transformarlos en productos de utilidad.
Fermentación: Procesado bioquímico utilizando microorganismos y/o reacciones enzimáticas para convertir un sustrato fermentable en productos recuperables.
Esta opción de hidrólisis es más compleja que la ruta termoquímica y su coste también es superior. Sin embargo, esta estrategia ofrece la posibilidad de realizar un procesado selectivo y de obtener productos químicos de gran interés.
En la Figura 1.3 se observa una visión general de los productos potenciales que pueden ser obtenidos en una instalación a partir de lignocelulosa mediante, así como sus principales aplicaciones.
Biorrefinería basada en lignocelulosa
Materias primas: cereales, biomasa lignocelulósica, biomasa forestal,
residuos sólidos municipales de papel y lignocelulósicos.
Lignocelulosa Lignina Polímero de fenol Hemicelulosa Pentosas, Hexosas Celulosa Polímero de Glucosa Adhesivos naturales Carbón sub- bituminoso Combustible sólido sin S Xilosa (Pentosa) Xilitol Furfural Resinas furánicas Productos químicos Nylon 6 y 6,6 Gomas: emulsionantes,
estabilizantes, adhesivos… (Hexosa)Glucosa
Productos de fermentación: -Combustibles -Ác. Orgánicos - Disolventes HMF, Ác. levulínico Disolventes Lubricantes Polímeros, químicos Hidrólisis Hidrólisis
En particular el furfural y el hidroximetilfurfural (HMF), que se obtienen por deshidratación de azúcares son productos muy interesantes [9]. Son los llamados productos químicos de partida (platform chemicals) que están adquiriendo una creciente relevancia en la actualidad en el contexto de las biorrefinerías lignocelulósicas. Son dos compuestos que figuran en la lista revisada del “top 10+4” de productos prometedores obtenidos a partir de carbohidratos [10]