Uso de residuos de madera para producir bioquímicos

Reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles es esencial para hacer frente a la crisis climática, pero esto implica algo más que aumentar la proporción de energía renovable. Se deben encontrar alternativas confiables para los productos a base de petróleo, que es lo que la compañía de procesamiento químico Lixea está haciendo al convertir los desechos de madera en productos bioquímicos, bioplásticos y biocombustibles. Hablé con Florence Gschwend, directora ejecutiva y cofundadora de Lixea, sobre el nuevo proceso y el viaje de la compañía desde la implementación hasta la construcción de una instalación piloto.

Desde proyectos de doctorado hasta spin-out

La idea de Lixea comenzó con el proyecto de doctorado de Brandt en Imperial, completado en el 2011, que involucró la investigación sobre el uso de líquidos iónicos como solvente para procesar biomasa. Los líquidos iónicos son sales que son líquidas a temperatura ambiente y que tradicionalmente han sido muy caras. Tienen la ventaja de tener una baja presión de vapor que los hace seguros de manejar en una atmósfera abierta lo que significa que no tienen emisiones nocivas, y también pueden reciclarse fácilmente. Brandt desarrolló el proceso utilizando un líquido iónico de bajo costo y presentó dos patentes para el proceso junto con sus supervisores y su colega.

Gschwend comenzó su doctorado en Imperial en el 2013, centrándose en el uso de residuos de madera como materia prima y cómo hacer que el proceso sea más económico. Gschwend y sus supervisores junto con Brandt también presentaron una patente sobre el nuevo proceso, pero ninguna gran empresa estaba dispuesta a obtener una licencia para la tecnología, lo que llevó al equipo a estudiar el desarrollo y la comercialización del nuevo proceso químico. Mediante la creación de conexiones, la comprensión del mercado potencial de la tecnología y la obtención de premios para la financiación, pudieron formar Lixea como spin-out en junio de 2017, justo cuando Gschwend terminó su doctorado y se mudó a un empleo a tiempo completo en la compañía. Ese año, Gschwend fue nominada al premio Forbes 30 Under 30 en ciencias y atención médica.

Encontrar la materia prima correcta

El uso de la biomasa como materia prima puede reducir las emisiones de CO2 asociadas con la fabricación de un producto, pero la materia prima debe considerarse cuidadosamente para que no haya impacto de los cambios en el uso del suelo y que la producción de la materia prima no compita con la producción de alimentos. La lignocelulosa es el material que forma las paredes celulares en plantas leñosas como árboles y arbustos, y es el material vegetal más abundante en el mundo. No se utiliza para la producción de alimentos y es un producto de desecho de varias industrias.

“Podemos trabajar con bastantes materiales de entrada diferentes de la industria de la construcción y la demolición”, explica Gschwend. “En este momento, las industrias tienen que pagar por la eliminación de la madera y potencialmente podemos capturarla a un costo menor, lo que también la hace más viable a menor escala.

La lignocelulosa se compone de tres biopolímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina, que tienen usos en muchos productos. “La celulosa, por ejemplo, se puede usar para hacer papel, pero también una variedad de otros productos”, dice Gschwend. “Por ejemplo, fibras textiles, nuevos materiales de empaque, bioplásticos y biocombustibles. La lignina se puede usar para reemplazar algunos productos petroquímicos comunes, por ejemplo fenol, o se puede hilar en fibras de carbono o se puede convertir en una gota de biodiesel ”

Producción de bioquímicos a partir de residuos de madera

El proceso BioFlex de Lixea es una tecnología de pretratamiento para la biomasa de lignocelulosa y puede usarse con casi cualquier tipo de material leñoso. El líquido iónico separa los diferentes componentes de la lignocelulosa, al tiempo que permite la recuperación de subproductos como el furfural y el ácido acético, que pueden utilizarse en la industria química. “Para hacer algo de esos componentes diferentes, es importante separarlos unos de otros. Entonces, en nuestro proceso, cocinamos la madera en el líquido iónico y eso da como resultado la disolución de la lignina y la hemicelulosa, por lo que lo que queda es celulosa, que es una pulpa fibrosa ”, dice Gschwend.

La celulosa se elimina al filtrarla, dejando un líquido que contiene el líquido iónico, la lignina y la hemicelulosa, que sufre transformación química en moléculas pequeñas. Agregar agua a esa solución precipita la lignina. El líquido iónico diluido se somete a una etapa de evaporación, y en este punto se pueden aislar las pequeñas moléculas producidas a partir de la hemicelulosa, como el furfural. El líquido iónico se puede reciclar para el siguiente lote, creando un sistema de circuito cerrado.

Superando desafíos

El desarrollo del nuevo proceso no estuvo exento de desafíos. “Debido a que es un proceso nuevo y utiliza un nuevo tipo de solvente que todavía no se usa comúnmente en la industria, se necesitaba bastante educación de nuestra parte”, dice Gschwend. Tuvieron que realizar un extenso estudio de corrosión para comprender los límites de los materiales utilizados en la construcción de la tecnología BioFlex. “Los requisitos del material de construcción son diferentes, lo que nos ha dificultado mucho el uso de los equipos existentes, por lo que primero tuvimos que probar que el material sería compatible con el nuestro”.

Al igual que con todas las pequeñas empresas, obtener financiación para una tecnología emergente fue difícil, especialmente porque es poco probable que los inversores asuman riesgos en las primeras etapas. Sin embargo, junto con varias subvenciones más pequeñas, Lixea ahora ha recibido € 2,3 millones (US $ 2,5 millones) a través del programa Acelerador del Consejo Europeo de Innovación, que cambiará el juego para la compañía y les permitirá avanzar con su tecnología.

“Eso es realmente un gran alivio para nosotros”, dice Gschwend. “En primer lugar, nos permitirá hacer crecer el equipo y nos permitirá construir nuestra instalación piloto, que es un gran hito en términos de desarrollo tecnológico”.

Operando a escala Actualmente, Lixea está operando a gran escala de laboratorio y está diseñando una planta piloto, que estará operativa en 18 meses. Cuando es posible producir grandes cantidades de celulosa y lignina, también planean evaluar la posibilidad de nuevos productos que se pueden obtener de los desechos de madera.

Lixea tiene como objetivo desarrollar la tecnología para que pueda venderse como paquetes de diseño de procesos a una amplia variedad de empresas en el sector de biorrefinería para producir sus productos. La modernización parcial de la tecnología sería técnicamente factible para algunas instalaciones, como las fábricas de papel, ya que ya filtran la celulosa durante la producción de papel. Sin embargo, el líquido iónico tiene propiedades diferentes a las sustancias químicas utilizadas actualmente, lo que significa que los materiales de construcción tendrían que ser diferentes.

Compitiendo con combustibles fósiles La bioeconomía aún es pequeña en comparación con la industria de los combustibles fósiles y requerirá mucho trabajo, tanto en términos de desarrollo de tecnología como de implementación de políticas, para que pueda crecer a un ritmo en el que pueda competir con los productos petroquímicos.

“Creo que muchas cosas tienen que suceder para que eso se convierta en realidad”, dice Gschwend. Los combustibles renovables están subsidiados en algunos lugares, pero será necesario ampliarlos a otros materiales como los bioplásticos.

“La industria basada en el petróleo tiene una gran ventaja en términos de cuánto tiempo ha estado funcionando y cuánto tiempo para optimizar, pero la industria basada en el petróleo no fue tan eficiente desde el primer día. Creo que debido a eso también debemos reconocer que la industria basada en bio será subsidiada al principio para nivelar un poco el campo de juego. Esto tiene que ir más allá de la energía y el combustible. también debe extenderse a materias primas químicas y materiales como plásticos o incluso fibras de ropa, de los cuales muchos, como el poliéster, están hechos actualmente de petróleo. Creo que a medida que haya más desarrollo en la industria basada en bio, será más eficiente “.

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