La producción de biocombustibles de próxima generación puede ser rentable y neutra en carbono incluyendo una sustancia química simple y renovable en el paso de pretratamiento de la materia vegetal.
Para que los biocombustibles puedan competir con el petróleo, las operaciones de biorrefinería deben diseñarse para utilizar mejor la lignina. La lignina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de las plantas. Proporciona a las plantas una mayor integridad estructural y resistencia a los ataques microbianos. Sin embargo, estas propiedades naturales de la lignina también dificultan su extracción y utilización de la materia vegetal, también conocida como biomasa.
“La utilización de lignina es la puerta de entrada para producir lo que se desea a partir de biomasa de la forma más económica y respetuosa con el medio ambiente posible”, afirmó en un comunicado Charles Cai, profesor asociado de investigación de la Universidad de California Riverside, que ha liderado una nueva investigación en este campo. “Diseñar un proceso que pueda utilizar mejor tanto la lignina como los azúcares que se encuentran en la biomasa es uno de los desafíos técnicos más apasionantes en este campo”.
Para superar el obstáculo de la lignina, Cai inventó CELF, que significa fraccionamiento lignocelulósico mejorado con cosolventes. Se trata de una innovadora tecnología de pretratamiento de biomasa.
“CELF utiliza tetrahidrofurano o THF para complementar el agua y diluir el ácido durante el pretratamiento de la biomasa. Mejora la eficiencia general y añade capacidades de extracción de lignina”, afirmó Cai. “Lo mejor de todo es que el propio THF se puede producir a partir de azúcares de biomasa”.
Un artículO publicado en Energy & Environmental Science detalla el grado en que una biorrefinería CELF ofrece beneficios económicos y ambientales tanto sobre los combustibles derivados del petróleo como sobre los métodos anteriores de producción de biocombustibles.
El artículo es una colaboración entre el equipo de investigación de Cai en la UCR, el Centro de Innovación en Bioenergía administrado por los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. En él, los investigadores consideran dos variables principales: qué tipo de biomasa es la más ideal y qué hacer con la lignina una vez extraída.
Las operaciones de biocombustibles de primera generación utilizan cultivos alimentarios como maíz, soja y caña de azúcar como materias primas o materias primas. Debido a que estas materias primas desvían tierra y agua de la producción de alimentos, utilizarlas para biocombustibles no es lo ideal.
Las operaciones de segunda generación utilizan biomasa vegetal no comestible como materia prima. Un ejemplo de materias primas de biomasa incluye los residuos de madera de las operaciones de molienda, el bagazo de la caña de azúcar o los rastrojos de maíz, todos los cuales son abundantes subproductos de bajo costo de las operaciones forestales y agrícolas.
Según el Departamento de Energía de EEUU, se podrían disponer de hasta mil millones de toneladas anuales de biomasa para la fabricación de biocombustibles y bioproductos sólo en Estados Unidos, lo que podría desplazar el 30% de nuestro consumo de petróleo y al mismo tiempo crear nuevos empleos nacionales.
Debido a que una biorrefinería CELF puede utilizar más plenamente la materia vegetal que los métodos anteriores de segunda generación, los investigadores descubrieron que una materia prima más pesada y densa como la madera dura del álamo es preferible a los rastrojos de maíz menos densos en carbono para producir mayores beneficios económicos y ambientales.
Utilizando álamo en una biorrefinería CELF, los investigadores demuestran que se podría producir combustible de aviación sostenible a un precio de equilibrio tan bajo como US$3.15 por galón de gasolina equivalente. El coste medio actual de un galón (3.78 litros) de combustible para aviones en Estados Unidos es de US$5.96.
El gobierno de Estados Unidos emite créditos para la producción de biocombustibles en forma de créditos de números de identificación renovables, un subsidio destinado a impulsar la producción nacional de biocombustibles. El nivel de estos créditos emitidos para biocombustibles de segunda generación, el nivel D3, normalmente se comercializa a 1 dólar por galón o más. A este precio por crédito, el nuevo estudio demuestra que se puede esperar una tasa de rendimiento superior al 20% de la operación.
“Gastar un poco más en una materia prima más rica en carbono como el álamo todavía produce más beneficios económicos que una materia prima más barata como el rastrojo de maíz, porque se puede producir más combustible y productos químicos a partir de ella”, afirmó Cai.
El artículo también ilustra cómo la utilización de lignina puede contribuir positivamente a la economía general de la biorrefinería manteniendo al mismo tiempo la huella de carbono lo más baja posible. En los modelos de biorrefinería más antiguos, donde la biomasa se cocina en agua y ácido, la lignina es prácticamente inutilizable por algo más que su poder calorífico.
“Los modelos más antiguos elegirían quemar la lignina para complementar el calor y la energía de estas biorrefinerías porque en su mayoría sólo podrían aprovechar los azúcares de la biomasa, una propuesta costosa que deja mucho valor fuera de la mesa”, dijo Cai.
Además de una mejor utilización de la lignina, el modelo de biorrefinería CELF también propone producir productos químicos renovables. Estos productos químicos podrían usarse como componentes básicos para bioplásticos y compuestos aromatizantes para alimentos y bebidas. Estos productos químicos absorben parte del carbono de la biomasa vegetal que no se liberaría a la atmósfera en forma de CO2.
