Remoción de los inhibidores de la fermentación etanólica usando membranas de polidimetilsiloxano (PDMS) por pervaporación

Removal of ethanolic fermentation inhibitors using polydimethylsiloxane (PDMS) membranes by pervaporation

La producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos incluye procesos de pretratamiento, hidrólisis y fermentación. Durante la etapa de pretratamiento e hidrólisis se producen compuestos no deseables para la fermentación. 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 este estudio se preparó y evaluó el desempeño de una membrana de polidimetilsiloxano (PDMS) para la remoción de 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 y hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados indican que es posible realizar la detoxificación de hidrolizados del bagazo y las hojas de la caña de azúcar mediante pervaporación.

Introducción

Para el año 2013 se estima que en Colombia la producción de bioetanol alcanzará más de 513ML cuando entren en operación las plantas de Bioenergy (Meta) y de Agrifuels (Magdalena). Y en el 2015, con la entrada en operación de tres proyectos más, la producción de alcohol podría alcanzar más de 800ML. Las plantas productoras de etanol existentes y las  nuevas que entrarán en operación producirán el etanol a partir del jugo de la caña de azúcar. Esto implica que sólo se puede ampliar la producción sembrando más tierra. Por ejemplo para la planta Bioenergy, con la cual se estima una capacidad de producción de 0,48ML de etanol diarios, se deben sembrar y cosechar 125x10⁶ m² más para cumplir con los requerimientos de 6,8kt diarias de caña de azúcar. No obstante, si se aprovechan los residuos agroindustriales de la caña de azúcar, caña panelera y caña miel se puede producir más etanol sin aumentar el área cultivada.

El microorganismo con mayor capacidad para la fermentación de la xilosa es la levadura de la Pichia stipitis, que en fermentaciones por lotes produce entre 41 y 50x10^-3kg/L de etanol con rendimientos del 0,44-0,48kg etanol/kg de xilosa.