Los biocombustibles son producidos a partir de residuos tanto de origen animal como vegetal (biomasa). Hoy en día son una fuente energética cada vez más utilizada ya que se obtienen a partir de diversas fuentes como el azúcar, el maíz o el trigo, entre otros. Además, están los biocombustibles avanzados, generados a partir de desechos agrícolas o residuos urbanos, que no interfieren con la cadena alimentaria. No deben confundirse con los combustibles sintéticos obtenidos a partir de hidrógeno y dióxido de carbono
Para que los biocombustibles puedan equipararse al petróleo en términos de competitividad, es necesario que las operaciones de biorrefinería sean diseñadas para aprovechar de manera más eficiente la lignina. Se trata de un componente clave de las paredes celulares de las plantas que les proporciona una mayor integridad estructural y más resistencia ante ataques microbianos.
Los secretos de la lignina
Son precisamente estas propiedades naturales de la lignina las que dificultan su extracción y aprovechamiento a partir de la biomasa vegetal. "La utilización de lignina es clave para producir lo que se desea a partir de biomasa de manera económica y respetuosa con el medio ambiente", ha explica Charles Cai, profesor asociado en la Universidad de California Riverside, director de esta investigación.
En un comunicado señala que "diseñar un proceso que pueda aprovechar tanto la lignina como los azúcares presentes en la biomasa constituye uno de los desafíos técnicos más emocionantes en este campo". Para superar estos desafíos, Cai desarrolló el CELF (Fraccionamiento Lignocelulósico Mejorado con Cosolventes), una nueva tecnología de pretratamiento de biomasa."CELF emplea tetrahidrofurano o THF junto con agua para diluir el ácido durante el pretratamiento de la biomasa que mejora la eficiencia global y proporciona capacidades adicionales de extracción de lignina”. El THF puede producirse a partir de azúcares presentes en la biomasa.
En el artículo publicado en Energy & Environmental Science, se explica con detalle la colaboración entre el equipo de investigación de Cai en la Universidad de California Riverside (UCR), el Centro de Innovación en Bioenergía administrado por los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. El objetivo era abordar dos variables principales: qué tipo de biomasa es la más adecuada y cómo aprovechar la lignina una vez extraída.
El trabajo detalla cómo una biorrefinería CELF proporciona beneficios económicos y ambientales significativos en comparación con los combustibles derivados del petróleo y los métodos previos de producción de biocombustibles.
Diferencias con los biocombustibles ‘clásicos’
Las operaciones de biocombustibles de primera generación emplean cultivos alimentarios como maíz, soja y caña de azúcar como materias primas. Estas materias primas compiten con la tierra y el agua utilizadas en la producción de alimentos por lo que su uso para biocombustibles no es el más adecuado.
La segunda generación se basa en el uso de biomasa vegetal no destinada al consumo humano como materia prima. Ejemplos de este tipo de materias primas incluyen los residuos de madera de las operaciones de molienda, el bagazo de la caña de azúcar o los rastrojos de maíz. Estos materiales son abundantes subproductos de bajo costo de las actividades forestales y agrícolas.
Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos, se estima que, solo allí, hasta mil millones de toneladas de biomasa podrían estar disponibles anualmente para la producción de biocombustibles y bioproductos. Esta cantidad podría representar el desplazamiento del 30% del consumo de petróleo del país y, al mismo tiempo, generar nuevos empleos a nivel nacional.
Una biorrefinería CELF aprovecha de manera más eficiente la materia vegetal en comparación con los métodos anteriores de segunda generación. Una materia prima más densa y pesada, como la madera dura del álamo, es preferible a los rastrojos de maíz, que tienen una menor densidad de carbono. Esto permite obtener mayores beneficios económicos y ambientales.
Así, es posible producir combustible de aviación sostenible a un precio de 3,15 dólares por galón de gasolina equivalente. El coste medio actual de un galón (aproximadamente 3,78 litros) de combustible para aviones en Estados Unidos es de 5,96 dólares.
Además de aprovechar mejor la lignina, el modelo de biorrefinería CELF también sugiere la producción de productos químicos renovables que podrían utilizarse como ingredientes básicos para la fabricación de bioplásticos y compuestos aromatizantes para alimentos y bebidas. Esta estrategia permitiría que estos productos químicos capturasen una parte del carbono de la biomasa vegetal, evitando su liberación a la atmósfera en forma de CO2.
