Hidrólisis ácida de materiales lignocelulósicos y detoxificación por pervaporación (2013)
La generación de biocombustibles ha cobrado fuerza en los últimos años como una solución parcial a la futura reducción de fuentes fósiles y el deterioro del medio ambiente que estas fuentes fósiles generan. Los biocombustibles pueden afectar la seguridad alimentaria si se producen a partir de materiales de primera necesidad pero resulta interesante si se obtienen a partir de biomasa obtenida de residuos vegetales. La producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos incluye un proceso de pretratamiento, que hace susceptible el material para su posterior sacarificación, y finalmente una etapa de fermentación que produce el etanol. Uno de los tratamientos más eficientes es la hidrólisis ácida que se realiza en reactores por lotes y de flujo en pistón. La literatura presenta información experimental que muestra que la hidrólisis en estos dos tipos de reactores depende de la relación líquido-sólido utilizada en el proceso. Sin embargo, este trabajo muestra en el primer capítulo que si se tiene en cuenta la expansión de la suspensión, generada durante la hidrólisis, es posible reconciliar los datos experimentales reportados y demostrar que ambos reactores tienen desempeños muy similares e independientes de la relación líquido-sólido. No obstante, en el capítulo 2 se estudian reactores de percolación y se encontró que resultan más eficientes que los reactores por lotes o de flujo pistón porque se puede alcanzar hidrolizados concentrados y rendimientos mayores al 80%. Durante la etapa de pretratamiento e hidrólisis ácida se producen compuestos no deseables para la fermentación posterior. La toxicidad de estos compuestos, llamados inhibidores, sobre los microorganismos es uno de los principales factores limitantes en el rendimiento de etanol durante la fermentación. Aunque han sido propuestos en la literatura diferentes métodos biológicos, físicos y químicos para eliminar estos compuestos inhibidores, el uso de tecnologías de membrana ha recibido poco interés como método de remoción, y específicamente, hasta la fecha no se conocen estudios en donde se use la pervaporación como método de detoxificación. En el capítulo 3 se presenta la preparación y evaluación del desempeño de una membrana delgada de polidimetilsiloxano (PDMS) de aproximadamente 1 micra de espesor para la remoción de los inhibidores presentes frecuentemente en el pretratamiento e hidrólisis ácida de material lignocelulósico proveniente del bagazo y las hojas de caña de azúcar. La membrana preparada permite la remoción de ácido acético, ácido fórmico y furfural. No se encontró permeación alguna del ácido levulínico, xilosa, glucosa e hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados indican que es posible realizarla detoxificación de hidrolizados del bagazo y las hojas de la caña de azúcar mediante pervaporación usando membranas más gruesas y/o mejores propiedades organofílicas. Las ideas presentes en esta tesis pueden contribuir a buscar nuevos horizontes en el diseño de procesos de producción de biocombustibles a partir de materiales lignocelulósicos desde dos frentes como el pretratamiento e hidrólisis, y la remoción de inhibidores para obtener fermentaciones eficientes (Texto tomado de la fuente)