La bioconversión de biomasa en combustibles con mezclas de alcohol se puede lograr mediante el proceso MixAlco. Mediante la bioconversión de biomasa en un combustible de alcohol mixto , más energía de la biomasa terminará como combustibles líquidos que al convertir la biomasa en etanol mediante fermentación de levadura .
El proceso implica un método biológico/químico para convertir cualquier material biodegradable (por ejemplo, desechos urbanos, como desechos sólidos municipales , desechos biodegradables y lodos de depuradora , residuos agrícolas como rastrojos de maíz , bagazo de caña de azúcar , basura de desmotadora de algodón , estiércol ) en material útil. productos químicos, como ácidos carboxílicos (p. ej., ácido acético , propiónico , butírico ), cetonas (p. ej., acetona, metil etil cetona , dietil cetona ) y biocombustibles , como una mezcla de alcoholes primarios (p. ej., etanol, propanol , n -butanol) . ) y/o una mezcla de alcoholes secundarios (por ejemplo, isopropanol , 2-butanol , 3-pentanol). Debido a la gran cantidad de productos que se pueden producir económicamente, este proceso es una verdadera biorrefinería . [1] [2] [3]
El proceso utiliza un cultivo mixto de microorganismos naturales que se encuentran en hábitats naturales como el rumen del ganado, los intestinos de las termitas y los pantanos marinos y terrestres para digerir anaeróbicamente la biomasa en una mezcla de ácidos carboxílicos producidos durante las etapas acidogénicas y acetogénicas de la digestión anaeróbica . sin embargo con la inhibición de la etapa final metanogénica . Los métodos más populares para la producción de etanol y etanol celulósico utilizan enzimas que deben aislarse primero para agregarse a la biomasa y así convertir el almidón o la celulosa en azúcares simples, seguido luego por la fermentación de la levadura en etanol. Este proceso no necesita la adición de dichas enzimas, ya que estos microorganismos fabrican las suyas propias. [4]
A medida que los microorganismos digieren anaeróbicamente la biomasa y la convierten en una mezcla de ácidos carboxílicos, se debe controlar el pH . Esto se hace mediante la adición de un agente tampón (p. ej., bicarbonato de amonio , carbonato de calcio ), produciendo así una mezcla de sales de carboxilato . La metanogénesis , al ser la etapa final natural de la digestión anaeróbica, se inhibe por la presencia de iones de amonio o por la adición de un inhibidor (p. ej., yodoformo ). El caldo de fermentación resultante contiene las sales de carboxilato producidas que deben deshidratarse. Esto se logra de manera eficiente mediante evaporación por compresión de vapor . Luego puede tener lugar un refinado químico adicional del caldo de fermentación deshidratado dependiendo del producto químico o biocombustible final deseado.
El agua destilada condensada del sistema de evaporación por compresión de vapor se recicla de nuevo a la fermentación. Por otro lado, si se utilizan aguas residuales sin tratar u otras aguas residuales con alto DBO que necesitan tratamiento como agua para la fermentación, el agua destilada condensada de la evaporación se puede reciclar de regreso a la ciudad o a la fuente original del alto contenido de DBO. -DBO aguas residuales. Por lo tanto, este proceso también puede servir como instalación de tratamiento de agua y al mismo tiempo producir valiosos productos químicos o biocombustibles.
Debido a que el sistema utiliza un cultivo mixto de microorganismos, además de no necesitar ninguna adición de enzimas, la fermentación no requiere esterilidad ni condiciones asépticas, lo que hace que este paso inicial del proceso sea más económico que los métodos más populares para la producción de etanol celulósico. Estos ahorros en la parte inicial del proceso, donde los volúmenes son grandes, permiten flexibilidad para futuras transformaciones químicas después de la deshidratación, donde los volúmenes son pequeños.
Los ácidos carboxílicos se pueden regenerar a partir de las sales de carboxilato mediante un proceso conocido como "resurgimiento de ácido". Este proceso utiliza una amina terciaria de alto peso molecular (p. ej., trioctilamina ), que se intercambia con el catión (p. ej., amonio o calcio). El carboxilato de amina resultante se puede descomponer térmicamente en la propia amina, que se recicla, y el ácido carboxílico correspondiente . De esta forma, teóricamente, durante este paso no se consumen productos químicos ni se producen residuos. [5]
Hay dos métodos para producir cetonas. El primero consiste en convertir térmicamente las sales de carboxilato de calcio en las correspondientes cetonas. Este era un método común para fabricar acetona a partir de acetato de calcio durante la Primera Guerra Mundial . [6] El otro método para producir cetonas consiste en convertir los ácidos carboxílicos vaporizados en un lecho catalítico de óxido de circonio . [7]
El residuo no digerido de la fermentación se puede utilizar en la gasificación para producir hidrógeno (H 2 ). Este H2 puede usarse luego para hidrogenolizar los ésteres sobre un catalizador (por ejemplo, cromito de cobre), [8] que se producen esterificando las sales de carboxilato de amonio (por ejemplo, acetato , propionato, butirato de amonio) o los ácidos carboxílicos (por ejemplo, , ácido acético, propiónico, butírico) con un alcohol de alto peso molecular (p. ej., hexanol , heptanol ). [9] De la hidrogenólisis, los productos finales son el alcohol de alto peso molecular, que se recicla de nuevo a la esterificación , y los alcoholes primarios correspondientes (p. ej., etanol, propanol, butanol).
Los alcoholes secundarios (p. ej. isopropanol, 2-butanol, 3-pentanol) se obtienen hidrogenando sobre un catalizador (p. ej. níquel Raney) las cetonas correspondientes (p. ej. acetona, metiletilcetona, dietilcetona). [10]
Los alcoholes primarios o secundarios obtenidos como se describe anteriormente pueden sufrir una conversión en biocombustibles directos , combustibles que son compatibles con la infraestructura actual de combustibles fósiles, como la biogasolina , el diésel ecológico y el biocombustible para aviones. Esto se hace sometiendo los alcoholes a deshidratación seguida de oligomerización utilizando catalizadores de zeolita de manera similar al proceso metanex , que solía producir gasolina a partir de metanol en Nueva Zelanda. [11]
Las plantas de fabricación de etanol celulósico están destinadas a ser exportadoras netas de electricidad porque una gran parte de la biomasa lignocelulósica , concretamente la lignina , permanece sin digerir y debe quemarse, produciendo así electricidad para la planta y exceso de electricidad para la red. A medida que el mercado crezca y esta tecnología se generalice, acoplar los mercados de combustible líquido y electricidad será cada vez más difícil. [ cita necesaria ]
El ácido acético, a diferencia del etanol, se produce biológicamente a partir de azúcares simples sin producción de dióxido de carbono :
Debido a esto, en términos de masa, los rendimientos serán mayores que en la fermentación de etanol. Si entonces, el residuo no digerido (principalmente lignina) se utiliza para producir hidrógeno mediante gasificación, se garantiza que más energía de la biomasa terminará como combustible líquido en lugar de exceso de calor o electricidad. [12]
Una descripción más completa de la economía de cada uno de los combustibles se proporciona en las páginas de combustible de alcohol y combustible de etanol ; se puede encontrar más información sobre la economía de varios sistemas en la página central de biocombustibles .
El sistema ha estado en desarrollo desde 1991, pasando de la escala de laboratorio (10 g/día) a la escala piloto (200 lb/día) en 2001. Se ha construido una pequeña planta a escala de demostración (5 toneladas/día) y está en funcionamiento. en operación y se espera una planta de demostración de 220 toneladas por día en 2012. [ cita necesaria ]
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