Evaluación de pretratamientos químicos sobre materiales lignocelulósicos

Chemical petreatments evaluation on lignocellulosic materials

La eficiencia de la producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos depende en alto grado de la remoción de lignina, la que limita la hidrólisis de la celulosa y la posterior fermentación. En este trabajo se determinó el efecto de diferentes pretratamientos químicos sobre la composición química y cristalinidad en los materiales lignocelulósicos, aserrín de madera, bagazo de caña y cascarilla de arroz. Los pretratamientos evaluados se llevaron a cabo aplicando ácido sulfúrico o hidróxido de sodio o la combinación de ambos sobre el material. 

Con la aplicación del pretratamiento combinado genera las mayores remociones de lignina. Para bagazo de caña se obtuvo una remoción de lignina del 80,6%, mientras que para aserrín y cascarilla de arroz la remoción fue del 46,7%. Sin embargo, se observó una pérdida apreciable de celulosa, del 30,7% para el bagazo y 15,58% para la cascarilla. El análisis por difractometría de rayos X, reveló un incremento de la cristalinidad para el aserrín y el bagazo de caña.

INTRODUCCIÓN

El impacto asociado a las emisiones producidas por los combustibles fósiles, ha suscitado el interés por el estudio y desarrollo de las energías renovables como el uso de biomasa, en donde se destacan los desechos industriales y municipales, los residuos de cultivos agropecuarios y plantaciones con propósitos energéticos. De ellos, la cascarilla de arroz, el bagazo de caña y el aserrín de madera son tres fuentes de gran importancia por su contenido de celulosa y su volumen de producción. En promedio la cantidad de residuos lignocelulósicos de cascarilla y el bagazo son respectivamente de 0,25 t de cascarilla/t de arroz y 0,28 t de bagazo/t de caña de azúcar. Se puede estimar con la producción del año 2013, que en Colombia se produjeron en este año, cerca de 608.713 t de cascarilla de arroz y 6.149.068 t de bagazo de caña [1]. Igualmente se producen cerca de 700.000 t de residuos de la madera [2], todos ellos potencialmente útiles como materia prima para la producción de biocombustibles.

Para la transformación de la biomasa celulósica hasta azúcares fermentables y posteriormente a etanol u otros productos de fermentación, primero se debe realizar un pretratamiento del material con el fin de eliminar las fracciones hemicelulósica y lignina que estando presentes dificultan la acción de las enzimas celulasas responsables de la hidrólisis de la celulosa. La remoción de la fracción hemicelulósica, se realiza principalmente mediante tratamiento con ácido diluido que hidroliza la hemicelulosa a unidades de pentosas solubles en agua. También estas pentosas han sido usadas como materia prima en varios procesos químicos y biológicos, como en la producción de etanol y xilitol entre otros. La remoción de la lignina se facilita por un tratamiento alcalino que permite su solubilización. Las condiciones alcalinas además pueden cambiar la estructura cristalina de la celulosa e induce su hinchamiento facilitando la hidrólisis posterior de la celulosa [3].