Informe final del proyecto: Biorrefinerías a partir de residuos de Eucalipto: Producción de Bioetanol y Bioproductos

Abstract

El presente proyecto busca lograr el aprovechamiento integral del residuo forestal en un proceso de producción de un biocombustible (bio-etanol), mediante la producción de múltiples productos, de forma de beneficiarse de los distintos componentes de la materia prima y maximizar su valor. Residuos forestales industriales fueron pretratados con solventes para separar los extractivos y compuestos fenólicos presentes en la madera. Luego se realizó un tratamiento alcalino para extraer hemicelulosas y lignina. Sobre la fracción sólida se realizó un proceso de hidrólisis enzimática y luego se fermentó para obtener bioetanol. Se determinaron la combinación de solventes y la carga de éstos que maximiza la extracción de compuestos fenólicos. La corriente líquida obtenida de la extracción con solventes se caracterizó y se utilizó en la formulación de adhesivos. La lignina obtenida de la precipitación del extracto de la extracción alcalina, activada y sin activar, también se utiliza en la formulación de adhesivos, con una sustitución máxima del 30% de la resina PF en ambos casos. El adhesivo no pierde capacidad de adhesión ni se requieren mayores tiempos de prensado. Los resultados muestran que podrían utilizarse porcentajes de sustitución aún mayores. Del extracto obtenido en la hidrólisis alcalina fue posible separar las hemicelulosas, mediante precipitación con etanol, con un rendimiento de 28.3 g/L. Los precipitados obtenidos serán utilizados para la producción de biofilms utilizando quitosano como copolimero y glicerol como plastificante. Se realizaron ensayos de hidrólisis enzimática a la fracción celulósica utilizando una carga de sólidos del 16% y una dosis enzimática de 15 FPU/gSS. Se observó que un aumento de la temperatura, del tiempo de reacción y de la concentración de soda mejoró significativamente la eficiencia de hidrólisis enzimática. El sólido en la mejor condición seleccionada de pretratamiento se fermentó en la modalidad PSSF con diferentes cepas de Saccharomyces cerevisiae. El final de la fermentación con algunas cepas se alcanza a las 24 hs, y en otros casos a las 36 hs. Las fermentaciones bajo la modalidad PSSF con distintas cargas de sólidos y dosificación de enzima de 25 FPU/glucano muestran que un aumento en la carga de sólidos de 13 a 16 y 19% redujo la eficiencia de etanol y no aumentó significativamente el etanol producido. Para una carga de sólidos del 16%, la configuración SHF presentó la mayor concentración de etanol, eficiencia y rendimiento de etanol, sin embargo, la productividad es menor ya que se tiene en cuenta las 72 h de hidrólisis enzimática previa; sin embargo, el tiempo de fermentación fue relativamente bajo. Trabajando en un reactor de laboratorio de 5 L diseñado para procesar altas cargas de sólidos, utilizando la modalidad de hidrólisis enzimática del material pretratado durante 72 h con una carga de sólidos de 16%, seguida de la fermentación se logró una concentración final de etanol de 54 g/L, con una productividad de 0.65 g/Lh y una eficiencia de fermentación del 74%, alcanzando un rendimiento de etanol por tonelada de aserrín de 229 L/t. Del análisis tecnoeconómico se concluye que el precio de venta mínimo del etanol es de 2.05 USD/L, lo que evidencia la necesidad de mejorar el proceso para bajar los costos. La mayor contribución al costo variable son la materia prima, la soda y las enzimas. En lo que respecta al uso de energía fósil no renovable, se utilizan 2.31 MJ por cada MJ de etanol. Esto equivale a un EROI (energy return on investment) de 0.43 MJetanol/MJfosil. El mayor impacto es generado por la fabricación de enzimas (55%), seguido por la soda (21%) y el transporte de insumos y productos (18%). El potencial de calentamiento global asociado a la producción y distribución del etanol combustible es de 46.8 ± 3 gCO2eq/MJetanol. A este valor se le puede sumar unos 70 gCO2eq/MJetanol asociados a la combustión del etanol, lo que da un valor de 116.8 gCO2eq/MJetanol.