Existen muchas tecnologías para convertir la biomasa no comestible en productos químicos y combustibles elaborados tradicionalmente a partir del petróleo. Pero cuando se trata de atraer el interés comercial, estas tecnologías compiten financieramente con una línea de producción basada en el petróleo que se ha perfeccionado a lo largo de décadas.
Ganar esa competencia, o al menos nivelar el campo de juego económico, requiere un salto adelante. Y al desarrollar un nuevo proceso para obtener no uno, sino tres productos de alto valor a partir de biomasa de una sola vez, Universidad de Wisconsin-Los ingenieros de Madison y sus colaboradores ahora han dado ese salto.
Los investigadores, dirigidos por James Dumesic, profesor de ingeniería química y biológica, publicaron sus resultados en la revista avances científicos .
Su nuevo proceso triplicó la fracción de biomasa convertida en productos de alto valor a casi el 80 por ciento, y también triplicó la tasa de retorno esperada de una inversión en la tecnología de aproximadamente el 10 por ciento para un producto final al 30 por ciento.
"Cuando una tecnología es nueva y arriesgada, demostrar su viabilidad económica y su potencial de ganancias es fundamental para atraer inversores", dice David Martin Alonso, primer autor del estudio e investigador en ingeniería química y biológica en UW-Madison. "Es por eso queestamos muy entusiasmados con su tasa interna de rendimiento del 30 por ciento ".
Alonso también es director de investigación y desarrollo en Glucan Biorenewables, una empresa derivada de UW-Madison cofundada en 2012 por el pionero de la tecnología de conversión de biomasa Dumesic.
La llave mágica para convertir los tres componentes - celulosa, hemicelulosa y lignina - de la biomasa lignocelulósica no comestible en productos distintos de alto valor es la gamma valerolactona GVL, un solvente que se deriva de material vegetal y tienevarias propiedades muy atractivas.
"GVL es muy eficaz para fraccionar la biomasa", dice Alonso. "Pero también es mucho más estable que otros solventes, lo que nos permite reutilizar el 99 por ciento en un proceso de ciclo cerrado. Hasta ahora, la pérdida de solvente había sidoun cuello de botella importante para hacer económicamente factible una biorrefinería renovable y eficiente en carbono ".
También explica por qué la nueva tecnología es tan "verde". Comienza con biomasa renovable, tiene una tasa de reciclaje de solventes muy alta, necesita cantidades minúsculas de ácido y utiliza las tres fracciones de biomasa, minimizando el desperdicio. Y la listade las ventajas de GVL continúa.
"GVL también es independiente de la materia prima", dice Ali Hussain Motagamwala, estudiante de doctorado de Dumesic y coautor del artículo. "Hemos demostrado que funciona con rastrojo de maíz, pasto varilla, árboles de madera dura como el abedul blanco y el álamo, yárboles de madera blanda como el pino loblolly. De hecho, hemos demostrado que es un disolvente eficaz para más de 30 tipos de biomasa ".
Varios sectores de la industria pueden beneficiarse de la nueva tecnología. Las fábricas de pulpa y papel pueden convertir dos fracciones de biomasa no utilizadas actualmente, hemicelulosa y lignina, en productos comerciales, además de fabricar papel a partir de celulosa. Con un paso adicional que aumenta su pureza, también pueden convertir la celulosa en fibras para producir textiles.
Los fabricantes de automóviles pueden convertir la lignina de origen vegetal en espuma y fibras de carbono, evitando el olor a azufre que reduce el atractivo de la lignina derivada de otras fuentes. Científicos de la Universidad de Tennessee, coautores del estudio, demostraron que la ligninatambién se puede utilizar para fabricar ánodos de batería, tradicionalmente hechos de grafito más caro.
Por último, pero no menos importante, la nueva tecnología convierte la hemicelulosa en furfural, un químico intermedio que es la base de una variedad de plásticos, polímeros y combustibles. Demasiado caro para ser producido por empresas estadounidenses, el furfural se importa de China.
"Dependiendo del furfural de China y del petróleo de los países de la OPEP, significa que el mercado es volátil", dice Motagamwala. "Pero dado que la biomasa es algo que todos los países tienen, las biorrefinerías pueden crear un mercado más estable".
Dumesic dice que el próximo desafío es eliminar el riesgo de la tecnología.
"Ahora que hemos demostrado que GVL es muy eficaz para separar las tres fracciones de biomasa sin disminuir su valor, vemos un camino a seguir para volvernos competitivos en costos con una refinería de petróleo", dice. "Nuestro próximo objetivo es demostrarque este nuevo tipo de biorrefinería puede ofrecer una amplia gama de biocombustibles avanzados y productos químicos básicos como productos finales ".
Larry Clarke, director ejecutivo de Glucan Biorenewables, utilizará la plataforma de su empresa para ampliar el proceso y ayudar a realizar su potencial de mercado.
"Dado que esta tecnología simple, pero elegante y robusta ofrece múltiples opciones de cadena de valor, creo que tiene el potencial de transformar la industria global de la biomasa", dice.
Los colaboradores del estudio incluyen a Troy Runge, profesor de ingeniería de sistemas biológicos de UW-Madison y experto en fraccionamiento de biomasa; Christos Maravelias, profesor de ingeniería química y biológica de UW-Madison que realizó el modelado tecnoeconómico; el Servicio Forestal de EE. UU.y el Centro de Carbono Renovable de la Universidad de Tennessee.
Dumesic y varios colaboradores del estudio son autores de patentes relacionadas con este trabajo en poder de la Wisconsin Alumni Research Foundation y Glucan Biorenewables.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Silke Schmidt. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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