Producción de celulosa microcristalina y extracción de lignina mediante procesos hidrotermales

Abstract

En el contexto de la creciente preocupación por la sostenibilidad y la búsqueda de alternativas renovables a los recursos fósiles, la biomasa lignocelulósica se ha posicionado como una fuente prometedora de materiales y energía. En este trabajo de fin de grado se estudiará la separación de la celulosa de sus demás componentes de la madera para su futuro uso para múltiples aplicaciones como celulosa microcristalina, el material a utilizar será el pino silvestre (pinus sylvestris). En este trabajo se describirán algunos procesos actuales utilizados para la extracción de lignina y producción tales como el proceso Kraft, el más utilizado en el mundo actualmente. Sin embargo, se pondrá un énfasis particular en el proceso hidrotermal, el cual es el foco central de este estudio debido a sus cualidades medioambientales y su eficiencia en la separación de la celulosa. Para dicha separación fue necesario el empleo de una planta piloto Pressurized Hydrolisis Unit 2(PHUN 2) la cual utiliza agua en estado supercrítico o subcrítico con la cual hidroliza la biomasa. Este proceso se llevó a cabo bajo distintas condiciones de presión y temperatura y con diversas concentraciones de NaOH que actúa como catalizador de la reacción y solvente de lignina. Una vez efectuada la reacción, los productos se llevaron a una cámara flash, que concentra y purifica productos. Todos los experimentos se realizaron a un 5% w/w de la correspondiente biomasa y distintas concentraciones de NaOH. A lo largo de este trabajo, se explorarán las condiciones óptimas del proceso hidrotermal, incluyendo temperatura, presión y concentración de sosa para maximizar la recuperación de celulosa. Se analizarán también las ventajas ambientales del método propuesto, subrayando su potencial para reducir el impacto ecológico en comparación con métodos tradicionales. Este estudio no solo busca aportar una comprensión más profunda sobre los parámetros que optimizan la eficiencia del proceso hidrotermal, sino también resaltar su viabilidad como una solución sostenible en la industria de la celulosa. Asi, se espera contribuir a un futuro más ecológico

In the context of growing concern for sustainability and the search for renewable alternatives to fossil resources, lignocellulosic biomass has positioned itself as a promising source of materials and energy. In this final degree project, the separation of cellulose from its other wood components for its future use as microcrystalline cellulose use will be studied. The material to be used will be Scots pine (pinus sylvestris). In this work, some current processes used for lignin extraction and production will be described, such as the Kraft process, the most used in the world currently. However, particular emphasis will be placed on the hydrothermal process, which is the central focus of this study due to its environmental qualities and its efficiency in cellulose separation. For this separation, it was necessary to use a pilot plant (PHUN 2) which uses water in a supercritical or subcritical state with which it hydrolyzes the biomass. This process was carried out under different pressure and temperature conditions and with various concentrations of NaOH that acts as a catalyst for the reaction and lignin solvent. Once the reaction was carried out, the products were taken to a flash chamber, which concentrates and purifies products. All experiments were carried out at 5% w/w of the corresponding biomass and different concentrations of NaOH. Throughout this work, the optimal conditions of the hydrothermal process will be explored, including temperature, pressure and soda concentration to maximize cellulose recovery. The environmental advantages of the proposed method will also be analyzed, highlighting its potential to reduce the ecological impact compared to traditional methods. This study not only seeks to provide a deeper understanding of the parameters that optimize the efficiency of the hydrothermal process, but also to highlight its viability as a sustainable solution in the pulp industry. Thus, it is hoped to contribute to a more ecological future