Por fin son posibles biocombustibles baratos y neutros en carbono
Además de un mejor aprovechamiento de la lignina, la innovadora tecnología de pretratamiento de la biomasa también propone producir sustancias químicas renovables
Cuando se trata de producir combustible a partir de plantas, el primer paso siempre ha sido el más difícil: descomponer la materia vegetal. Un nuevo estudio revela que la introducción de un producto químico sencillo y renovable en la fase de pretratamiento puede hacer que la producción de biocombustibles de nueva generación sea rentable y neutra en emisiones de carbono.
Charles Cai, profesor de investigación asociado de la UC Riverside, inventor de CELF, una tecnología de pretratamiento de la biomasa que podría hacer que los biocombustibles de próxima generación fueran competitivos con el petróleo.
Stan Lim / UCR
Para que los biocombustibles compitan con el petróleo, las operaciones de biorrefinería deben diseñarse para aprovechar mejor la lignina. La lignina es uno de los principales componentes de las paredes celulares de las plantas. Proporciona a las plantas una mayor integridad estructural y resistencia frente 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 la lignina es la puerta de entrada para obtener lo que se desee de la biomasa de la forma más económica y respetuosa con el medio ambiente posible", afirma Charles Cai, profesor de investigación asociado de la UC Riverside. "Diseñar un proceso que pueda utilizar mejor tanto la lignina como los azúcares que se encuentran en la biomasa es uno de los retos 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 la biomasa.
"CELF utiliza tetrahidrofurano o THF para complementar el agua y el ácido diluido durante el pretratamiento de la biomasa. Mejora la eficacia general y añade capacidad de extracción de lignina", afirma Cai. "Lo mejor de todo es que el propio THF puede fabricarse a partir de azúcares de biomasa".
Un artículo de referencia de Energy & Environmental Science detalla hasta qué punto una biorrefinería CELF ofrece ventajas económicas y medioambientales frente a los combustibles derivados del petróleo y los métodos anteriores de producción de biocombustibles.
El trabajo es fruto de la colaboración entre el equipo de investigación de Cai en la UCR, el Centro de Innovación Bioenergética gestionado por los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables, con financiación de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos. En él, los investigadores consideran dos variables principales: qué tipo de biomasa es la más idónea y qué hacer con la lignina una vez extraída.
La primera generación de biocombustibles utiliza cultivos alimentarios como el maíz, la soja y la caña de azúcar como materias primas. Como estas materias primas desvían tierra y agua de la producción de alimentos, su uso para biocombustibles no es lo ideal.
Las operaciones de segunda generación utilizan biomasa vegetal no comestible como materia prima. Por ejemplo, los residuos de madera de la molienda, el bagazo de caña de azúcar o el rastrojo de maíz, que son subproductos abundantes y baratos de la silvicultura y la agricultura.
Según el Departamento de Energía, sólo en Estados Unidos podrían destinarse hasta mil millones de toneladas anuales de biomasa a la fabricación de biocombustibles y bioproductos, capaces de desplazar el 30% de nuestro consumo de petróleo y crear nuevos puestos de trabajo en el país.
Dado que una biorrefinería CELF puede aprovechar mejor la materia vegetal que los anteriores métodos de segunda generación, los investigadores han descubierto que una materia prima más pesada y densa, como el álamo, es preferible al rastrojo de maíz, menos denso en carbono, para obtener mayores beneficios económicos y medioambientales.
Utilizando álamo en una biorrefinería CELF, los investigadores demuestran que el combustible de aviación sostenible podría fabricarse a un precio de equilibrio tan bajo como 3,15 dólares por galón equivalente de gasolina. El coste medio actual de un galón de combustible de aviación en Estados Unidos es de 5,96 dólares.
El gobierno estadounidense concede créditos para la producción de biocombustibles en forma de número de identificación renovable, una subvención destinada a impulsar la producción nacional de biocombustibles. El nivel de estos créditos emitidos para los biocombustibles de segunda generación, el nivel D3, suele negociarse a 1 dólar por galón o más. A este precio por crédito, el documento demuestra que se puede esperar una tasa de rentabilidad de la operación superior al 20%.
"Gastar un poco más en una materia prima más rica en carbono, como el álamo, sigue reportando más beneficios económicos que una materia prima más barata, como el rastrojo de maíz, porque se puede obtener más combustible y productos químicos", afirma Cai.
El documento también ilustra cómo la utilización de la lignina puede contribuir positivamente a la economía general de la biorrefinería, manteniendo la huella de carbono lo más baja posible. En los modelos de biorrefinería más antiguos, en los que la biomasa se cuece en agua y ácido, la lignina no puede utilizarse para nada más que su valor calorífico.
"Los modelos más antiguos optaban por quemar la lignina para complementar el calor y la energía de estas biorrefinerías, ya que en la mayoría de los casos sólo podían aprovechar los azúcares de la biomasa, una propuesta costosa que deja mucho valor fuera de la mesa", explica Cai.
Además de un mejor aprovechamiento de la lignina, el modelo de biorrefinería del CELF también propone producir sustancias químicas renovables. Estos productos químicos podrían utilizarse como componentes básicos de bioplásticos y compuestos aromatizantes de alimentos y bebidas. Estos productos químicos absorben parte del carbono de la biomasa vegetal que no se devolvería a la atmósfera en forma deCO2.
"Añadir THF ayuda a reducir el coste energético del pretratamiento y ayuda a aislar la lignina, por lo que ya no habría que quemarla. Además, podemos fabricar productos químicos renovables que nos ayuden a alcanzar un potencial de calentamiento global cercano a cero", afirma Cai. "Creo que esto mueve la aguja de los biocombustibles de Gen 2 a Gen 2+".
En vista de los recientes éxitos del equipo, la Oficina de Tecnología Bioenergética del Departamento de Energía ha concedido a los investigadores una subvención de 2 millones de dólares para construir una planta piloto CELF a pequeña escala en la UCR. Cai espera que la demostración de la planta piloto conduzca a una inversión a mayor escala en la tecnología, ya que el aprovechamiento de la energía procedente de combustibles fósiles contribuye al calentamiento global y perjudica al planeta.
"Empecé a trabajar en esto hace más de una década porque quería dejar huella. Quería encontrar una alternativa viable a los combustibles fósiles y mis colegas y yo lo hemos conseguido", afirma Cai. "Con el CELF hemos demostrado que es posible crear combustibles rentables a partir de biomasa y lignina y ayudar a frenar nuestra contribución de emisiones de carbono a la atmósfera".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Bruno Colling Klein et al.; "Economics and global warming potential of a commercial-scale delignifying biorefinery based on co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation to produce alcohols, sustainable aviation fuels, and co-products from biomass"; Energy & Environmental Science, Volume 17, 2024
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