Deslignificación por explosión con vapor de los residuos de cosecha de la caña de azúcar para la obtención de etanol

Abstract

Con el presente trabajo de investigación se buscó pretratar los residuos de cosecha (hojas y cogollos) de la caña de azúcar, utilizando el proceso de explosión con vapor, pensando en tener una materia prima adecuada para la producción de etanol. Con este fin se utilizó un reactor de alta presión para encontrar las variables influyentes en este proceso y definir las condiciones más adecuadas. Las variables que se analizaron fueron: Tiempo, tamaño de partícula, temperatura, relación sólido- líquido y concentración de ácido sulfúrico, expresada como pH. Debido a que el pretratamiento del material se hace para facilitar la hidrólisis de los azúcares presentes, se consideró como variables de respuesta la pérdida en peso del material, la remoción de lignina y la concentración de azúcares reductores. El tiempo y el tamaño de partícula se definieron al principio del estudio utilizando condiciones medias encontradas en la literatura. El tamaño de partícula encontrado fue pasante malla 9, que corresponde a un tamaño de partícula promedio de 1,82 mm y el tiempo de deslignificación encontrado para las primeras pruebas fue de 6 min. Los intervalos de trabajo para las demás variables fueron: Temperatura 165 a 195 °C, relación sólido -líquido 40 a 67 g fibra/ L de agua y pH de solución catalizadora 1,5 a 2,5. Por medio de un análisis estadístico factorial 23 se encontró que todas las variables analizadas son influyentes en el proceso de deslignificación por explosión con vapor. Una vez se tuvieron las variables influyentes y los intervalos que favorecieron la concentración de azúcares reductores, la remoción de lignina y la pérdida de peso, se realizaron nuevas pruebas en estos intervalos para afinar las condiciones de proceso. Finalmente, para obtener el material adecuado para la obtención de etanol, se debe realizar la deslignificación por explosión con vapor de las hojas y cogollos de la caña de azúcar a las siguientes condiciones: Temperatura 193 °C, pH 1,3 (0,17 % p/p de H2SO4) y relación sólidolíquido 40 g/L. Adicionalmente, se hidrolizó y fermentó la fibra pretratada bajo las condiciones halladas como adecuadas para evaluar la cantidad de etanol obtenida. Las condiciones de hidrólisis y fermentación fueron las sugeridas en el protocolo experimental para Sacarificación enzimática NREL/TP-510-42629 y en el protocolo experimental para Hidrólisis y fermentación de biomasa lignocelulósica NREL/TP-510-42630, respectivamente. La cantidad de etanol obtenida con 100 g de fibra fue de 12 g. Por lo tanto, se concluye que es viable deslignificar hojas y cogollos de caña de azúcar por medio de explosión con vapor, pues después de realizar este pretratamiento se obtiene un rendimiento de sacarificación del 43,36%, la fibra se relaja y facilita la obtención de etanol alcanzando un rendimiento del 78,57%