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Furfural: Materia Prima Futura para Combustibles y Productos químicos

ADVERTISEMENT En los últimos años, varios grupos de investigación han descrito enfoques para convertir azúcares de seis carbonos, como la glucosa y la fructosa, en una sustancia química llamada hidroximetilfurfural o HMF. Esta molécula representa un componente renovable para la síntesis de plásticos y productos químicos industriales y domésticos. Además, el pasado mes de octubre, […]
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En los últimos años, varios grupos de investigación han descrito enfoques para convertir azúcares de seis carbonos, como la glucosa y la fructosa, en una sustancia química llamada hidroximetilfurfural o HMF. Esta molécula representa un componente renovable para la síntesis de plásticos y productos químicos industriales y domésticos. Además, el pasado mes de octubre, Avantium, una empresa de tecnología con sede en Ámsterdam, los Países Bajos, anunció los resultados de las pruebas de motores de su nuevo biocombustible a base de furano derivado de HMF. La compañía denominó a su combustible, Furánicos, e informó que varias mezclas de furánicos con diesel regular arrojaron resultados positivos, incluido un rendimiento suave del motor durante varias horas y reducciones significativas en las emisiones de hollín de los gases de escape de los vehículos.
Ahora, un químico hermano del HMF, furfural, está empezando a atraer la atención de los productores de etanol celulósico e investigadores académicos. Furfural es un líquido incoloro, aceitoso y perfumado de almendras que se vuelve amarillo a marrón oscuro cuando se expone al aire. Se utiliza como disolvente para refinar aceites lubricantes, como fungicida y herbicida y en la producción de tetrahidrofurano, un importante disolvente industrial. Además, furfural junto con su molécula hermana HMF, puede servir como un bloque de construcción para otros combustibles de transporte potenciales, incluidos el dimetilfurano y el levulinato de etilo.Furfural se produce eliminando el agua o deshidratando azúcares de cinco carbonos como la xilosa y la arabinosa. Estos azúcares pentosos se obtienen comúnmente de la fracción de hemicelulosa de los desechos de biomasa, como los tallos de maíz, las mazorcas de maíz y las cáscaras de cacahuetes y avena. De hecho, en la década de 1920 se producían varias toneladas de furfural cada mes a partir de las reservas de desechos de cereales en la Quaker Oats Co. en Cedar Rapids, Iowa. Pero los precios bajos del petróleo en la última parte del siglo XX paralizaron la producción nacional de furfural. En la actualidad, alrededor del 90 por ciento de la capacidad de producción de furfural está instalada en tres países, China, que alberga la mayor parte, aproximadamente el 74 por ciento, Sudáfrica y la República Dominicana, según SRI Consulting, un servicio internacional de investigación empresarial para la industria química. Sin embargo, en este clima de altos precios del petróleo sin precedentes, el interés en producir furfural en los Estados Unidos está creciendo.»Una de las mayores aplicaciones de furfural fue convertirlo en tetrahidrofurano», explica Kendall Pye, director científico de Lignol Innovations Ltd., un desarrollador canadiense de tecnologías de biorrefinería y una filial de Lignol Energy Corp., Pero la industria petrolera encontró una manera de fabricar furanos a partir de anhídrido maleico a base de petróleo. «Ahora que los precios del petróleo se han disparado, hay un gran interés en producir furfural de nuevo porque realmente parece que podría ser más barato», dice Pye.En la tecnología de producción de etanol celulósico empleada por Lignol, furfural representa una «feliz coincidencia», una consecuencia potencialmente lucrativa del proceso. «No hacemos furfural deliberadamente», explica Pye. «El objetivo de nuestra biorrefinería es cocinar la madera a presión y a temperaturas relativamente altas para eliminar la lignina.»El proceso produce una lignina de alta pureza que puede superar el valor del etanol que se produce posteriormente a partir de la glucosa obtenida de la celulosa. Además, resulta que a medida que la fracción de hemicelulosa de la madera continúa cocinándose, el polímero se degrada en azúcares de xilosa, que bajo esas mismas condiciones de proceso, se convierte en furfural. «Obtenemos furfural como consecuencia de las condiciones que utilizamos en nuestro proceso», dice Pye.

Este proceso de deslignificación inicial fue desarrollado por primera vez por la Universidad de Pensilvania y General Electric a principios de la década de 1970. Más tarde denominado proceso de pulpa Alcell, se comercializó y se aplicó a la industria de pulpa y papel en los años 90. Lignol adquirió la tecnología en 2001 y la modificó mediante procesos de desarrollo reciente para sacarificación y fermentación. A principios de este verano, la compañía anunció que ha comenzado a construir una planta piloto de etanol de 100,000 litros (26,000 galones) en el campus del Instituto de Tecnología de Columbia Británica en Burnaby, Columbia Británica. La compañía también tiene planes para construir una planta de demostración a escala comercial que tendrá su sede en Colorado, que será financiada parcialmente por una subvención de US DOE 30 millones del Departamento de Energía de los Estados Unidos.


«Consideramos que esta tecnología es lo más cercano a una biorrefinería de alta calidad», dice Pye. «Tomamos madera y la dividimos en varias fracciones y obtenemos el valor más alto posible para cada una de esas fracciones.»Aunque el etanol y la lignina serán los productos primarios del proceso, furfural proporcionará una tercera fuente de ingresos. Sin embargo, la importancia de esa corriente de dinero dependerá de la fuente de la materia prima. Las maderas blandas como el pino lodgepole albergan menos xilosa que las maderas duras o cultivos anuales como paja y rastrojo de maíz. Pero en una planta de tamaño de demostración que procesa cientos de toneladas de biomasa por día, la proporción de furfural que se puede extraer de una materia prima de madera blanda seguiría siendo significativa, dice Pye.Para Raven Biofuels International, una empresa de biocombustibles con sede en Nueva Jersey, el origen de la materia prima no es un factor importante porque la tecnología de la empresa se puede ajustar a la concentración de azúcar en la materia prima. Raven Biofuels utiliza tecnología disponible comercialmente que se utiliza en la industria de la pulpa para producir etanol y furfural a partir de una amplia variedad de materias primas celulósicas, incluidos residuos de construcción y astillas de madera, explica John Sams, director de operaciones de Raven Biofuels.
El proceso de dos etapas ha sido probado extensivamente en los Estados Unidos. laboratorio federal, instalaciones piloto de la Autoridad del Valle de Tennessee en Muscle Shoals, Ala. En los últimos ocho años, se han probado 32 materias primas diferentes y se han generado datos de ingeniería y ampliación. En el primer paso, la materia prima de biomasa se trata con vapor y ácido sulfúrico débil en un digestor anaeróbico para descomponer la madera hasta el punto en que se pueden eliminar varias corrientes de azúcar. En estas mismas condiciones de calor y ácido, los azúcares de pentosa se deshidratan y posteriormente se convierten en furfural, que se refina posteriormente mediante un proceso de destilación. Mientras tanto, los azúcares de hexosa se fermentan en un segundo paso para producir etanol. «La razón por la que nuestro sistema es más indulgente es que podemos ajustar la concentración del ácido, el flujo del ácido o el vapor para extraer más azúcar si hay un contenido de azúcar más bajo en la materia prima», dice Sams.

además, el proceso permite la extracción de las demás fibras que pueden ser vendidos o puestos en una caldera para proporcionar calor de proceso para la planta. «En nuestro caso, estamos eliminando los azúcares C-5 en la primera etapa del proceso para hacer furfural y en la segunda etapa, los azúcares C-6 se convierten en etanol a través de un proceso normal de fermentación», explica. «La tecnología patentada Raven se centra en la producción de furfural en combinación con etanol y para la producción de productos químicos derivados de alto nivel de furfural.»El primer proyecto que Raven Biofuels está desarrollando se ubicará en el estado de Washington. La planta producirá 7 MMgy de etanol celulósico y 4 MMgy de furfural a partir de 500 toneladas de residuos de construcción por día recogidos por una empresa con sede en el estado. Sams dice que se espera que la planta esté en funcionamiento para la primavera de 2010. «Creemos que vamos a tener la primera planta comercial real operando en los Estados Unidos y ciertamente la primera en el oeste», dice. Además, la compañía planea construir una planta similar en Columbia Británica, que utilizará madera de bosques infestados de escarabajos de pino. Junto con el etanol, la compañía puede vender el furfural crudo o instalar equipo adicional para convertir ese furfural en productos químicos derivados. «El objetivo principal del proceso es producir etanol, pero el furfural es una parte clave de eso porque lo que hace que nuestra planta sea muy rentable es que el furfural se vende por 4 4.50 a 5 5 por galón», explica Sams. Aunque puede ser demasiado pronto para hacer predicciones radicales sobre el futuro del furfural en una economía de base biológica, está claro que los productores se están diversificando y que la producción de productos químicos especializados y la expansión de esas industrias respaldarán el crecimiento de la producción de etanol celulósico. Jessica Ebert es escritora independiente para la revista Biomass. Llegar a ella en [email protected]

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