Economic assessment of different biomass hydrolysate applications depending on the operation mode of the fixed-bed pretreatment

Abstract

En los últimos años, la gran mayoría de las biorefinerías se han enfocado a la producción de etanol a partir de celulosa, ignorando el potencial de fracciones como la lignina y las hemicelulosas para ser transformadas en productos químicos y combustibles. Las biorefinerías de tercera generación en cambio, apuntan a una utilización eficiente de todas las distintas fracciones. Sin embargo, el pretratamiento de biomasa supone un importante cuello de botella para el proceso, ya que la utilización de bajas relaciones sólido/líquido resulta en elevado consumo energético, gasto de agua y bajas concentraciones de azúcares en los productos. El principal objetivo de este trabajo es investigar la influencia de las condiciones de reacción y de la configuración del reactor durante el pretratamiento con agua caliente presurizada sobre el potencial de la fracción hemicelulósica y sobre la economía general del proceso. Con este objetivo, se ha estudiado la hidrólisis térmica de la paja de trigo en un reactor de lecho fijo de alta presión bajo cuatro modos de operación distintos (batch, flow through, recirculación completa y recirculación parcial). Los distintos modos de operación han sido modelados y simulados en Aspen Custom Modeler (ACM) y las respuestas más importantes del modelo han sido evaluadas mediante Response Surface Methodology (RSM). La influencia de factores como temperatura, tiempo de residencia y acidez del medio durante el pretratamiento ha sido confirmada de manera experimental a escala laboratorio. Por último, las condiciones de reacción y las configuraciones óptimas del reactor han sido integradas en un modelo completo de una instalación de biorefinería. La evaluación económica del proceso integrado evidenció que el consumo de agua es el factor más importante a tener en cuenta si se escogen aplicaciones con bajo valor en el mercado, mientras que si se producen químicos con alto valor añadido, el consumo de agua y la recuperación de los azúcares son igualmente importantes.