Pretratamiento de la biomasa del olivar para la producción de etanol

Abstract

El trabajo que se presenta en esta Memoria lleva por título Pretratamiento de la biomasa del olivar para la producción de etanol y forma parte de la línea de investigación aplicada que desarrolla el Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales de la Universidad de Jaén sobre aprovechamiento de residuos lignocelulósicos, cuyo objetivo global es la transformación eficiente de los mismos en productos de interés. La biomasa procedente de la poda del olivar se ha utilizado como materia prima para la evaluación de tres de los pretratamientos comúnmente empleados en el marco del proceso de obtención de etanol a partir de materiales lignocelulósicos: explosión con vapor, agua caliente a presión y prehidrólisis ácida diluida. Para el pretratamiento por explosión con vapor, se ha estudiado por una parte la influencia de la temperatura en el rango 190-240 ºC y por otra, la impregnación previa del material con agua o con una disolución de ácido sulfúrico al 1 y al 2%. El tiempo de pretratamiento se ha mantenido constante en 5 minutos. En el estudio del pretratamiento con agua caliente a presión, la temperatura se ha modificado entre 170 y 230 ºC, manteniendo la misma en 10 y 60 minutos. Las variables analizadas en el estudio de la prehidrólisis ácida diluida han sido la temperatura, en el rango desde 170 a 210 ºC y la concentración de la disolución de ácido sulfúrico, en los valores 0,2, 0,6, 1 y 1,4% (p/p). Como resultado del pretratamiento se obtienen dos fracciones que se separan por filtración: la fracción sólida (sólido pretratado) y la fracción líquida (prehidrolizado). La fracción sólida ha sido sometida a hidrólisis enzimática (HE), empleando un complejo enzimático comercial de celulasas suplementado con ß-glucosidasa, habiéndose analizado la influencia de la concentración de sustrato en este proceso. Además, se ha utilizado el sólido pretratado para la sacarificación y fermentación simultáneas (SFS) mediante el mismo complejo enzimático y la levadura Saccharomyces cerevisiae. Por su parte, los prehidrolizados han sido caracterizados en cuanto a su composición en azúcares y en compuestos de degradación. La evaluación de los resultados de los distintos pretratamientos se ha realizado mediante la determinación de los parámetros característicos, tales como la recuperación de celulosa en los sólidos pretratados, la recuperación de azúcares en los prehidrolizados, el rendimiento en hidrólisis enzimática y el rendimiento en etanol. Para el mejor aprovechamiento de la poda de olivo, los resultados obtenidos muestran la necesidad de tener en cuenta los azúcares presentes en las fracciones líquidas de los diferentes pretratamientos, especialmente la glucosa procedente de la elevada proporción de extractos de este residuo lignocelulósico. No obstante, el principal objetivo debe ser el aprovechamiento de la fracción celulósica. Así, mientras que el porcentaje de celulosa de los materiales pretratados que se consigue hidrolizar enzimáticamente, en general, va aumentando conforme se incrementa la severidad del pretratamiento, los rendimientos globales en glucosa por hidrólisis enzimática del sólido (referidos a materia prima), se estabilizan a partir de unas determinadas condiciones, o incluso disminuyen en las condiciones más drásticas, debido al incremento en la solubilización de la celulosa. En el caso de la madera de olivo, pretratada mediante explosión por vapor, se hace necesaria una posterior etapa de deslignificación alcalina para incrementar los rendimientos de sacarificación enzimática. Se consiguen altas concentraciones de glucosa debido a la elevada concentración en celulosa de los sólidos obtenidos tras la deslignificación. Con el aumento de la concentración de sustrato en la hidrólisis enzimática desde el 5 al 30% disminuye progresivamente el rendimiento de sacarificación de la celulosa, mientras que se van incrementando las concentraciones de glucosa hasta un máximo de 63 g/L con ramón de olivo pretratado mediante agua caliente a presión y de 73 g/L si este material ha sido posteriormente deslignificado. Con una concentración de sólidos del 20%, se consigue un compromiso entre obtener altas concentraciones de glucosa, sin que los rendimientos de HE disminuyan de forma significativa.