Steam explosion pretreatment of cotton gin waste for fuel ethanol production

Pretratamiento de explosión de vapor de residuos de despepitadora de algodón para la producción de alcohol carburante

Este trabajo se centra en la investigación del uso de residuos de una despepitadora de algodón como materia prima para producir un producto de valor agregado alcohol carburante. Los residuos de despepitadora de algodón consisten en piezas de motas, tallos (semillas inmaduras) y fibra de algodón, y se consideran como un material lignocelulósico. Los tres constituyentes químicos principales son celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa y la hemicelulosa son polisacáridos de azúcares fermentables, glucosa y xilosa respectivamente. La hemicelulosa también incluye pequeñas fracciones de arabinosa, galactosa y manosa, todos estos fermentables a su vez.

La cuestión principal de convertir residuos de una despepitadora de algodón en alcohol carburante es la accesibilidad de los polisacáridos por medio de ruptura enzimática en monosacáridos. Este estudio se enfoca en el uso de explosión de vapor como método de pretratamiento. El tratamiento de biomasa por explosión de vapor ha sido previamente descrito para aumentar la accesibilidad de la celulosa. Los factores gobernantes para la efectividad de la explosión de vapor son la temperatura del vapor y los tiempos de retención. Los dos factores son combinados en un solo término riguroso: log (Ro). Siguiendo el pretratamiento de la explosión de vapor, los desperdicios de despepitadora de algodón fueron sometidos a hidrólisis enzimática empleando celulasa básica Primalco. Los azúcares liberados por la hidrólisis enzimática fueron fermentados por medio de Escherichia coli (Escherichia coli KO11) genéticamente diseñada. Se estudió el efecto del pretratamiento de la explosión de vapor sobre la producción de etanol a partir de residuos de despepitadora de algodón usando un diseño de experimentos estadístico.

Los resultados obtenidos de este estudio muestran que los residuos de despepitadora de algodón tratados son un material heterogéneo. El secado y la molienda de estos residuos fueron necesarios para reducir la variabilidad en el análisis composicional. Se encontró que el residuo sin tratar contenía 52.3% de azúcares fermentables. La pérdida de fibras durante el tratamiento de explosión de vapor fue alto, cerca del 24.1%. Las pérdidas de xilano y glucano durante el pretratamiento fueron lineales con respecto a la severidad de la explosiónd e vapor. El tratamiento de la explosión de vapor sobre los residuos incrementó la hidrólisis de la celulosa por medio de hidrólisis enzimática. Luego de 24 horas de hidrólisis enzimática, se obtuvo una conversión máxima de celulosa de 66.9% a una severidad de 4.68. Similarmente, se mejoraron las conversiones de azúcar a etanol por explosión de vapor. Se observó una conversión máxima de azúcar a etanol de 83.1%, a una severidad de 3.56.

Las conclusiones sacadas de este estudio fueron: la explosión de vapor fue capaz de mejorar tanto los rendimientos de glucosa a partir de hidrólisis enzimática como los rendimientos de etanol a partir de la fermentación. Sin embargo, cuando se analizaba la biomasa completa, o el material de partida inicial, se encontró que la pérdida de fibras incurrida durante el tratamiento de explosión de vapor anulaba la ganancia en el rendimiento de etanol.