Producción sostenible de bioenergía y bioproductos

Producción sostenible de bioenergía y bioproductos

El elevado coste de las materias primas no renovables, que antes producía productos a un bajo coste (alcoholes, ácidos orgánicos, antibióticos, plásticos, etc.) ha provocado el desarrollo de los bioprocesos. Se busca además compuestos biodegradables y sostenibles. La bioenergía producida a partir de fuentes biomásicas agrarias y agroalimentarias, tanto para la producción de calor (pellets) y electricidad (biogás) como para la producción de biocarburantes para el transporte (bioalcoholes y biodiesel) repercute favorablemente en la reducción de la dependencia energética de los combustibles fósiles, la lucha contra el cambio climático, la prevención de incendios forestales, la mejora del estado de los bosques, generando así importantes beneficios sociales, incluyendo la fijación de población y la creación de empleo en el ámbito rural, especialmente en zonas ricas en materias primas, como es Castilla y León. Por lo tanto, se trabaja en la mejora de estos bioprocesos para la obtención viable de bioproductos y bioenergía.

Para el sector agroalimentario, tan importante como el desarrollo del producto es la innovación en el envasado, imprescindible para mantener y mejorar la competitividad global del sector, por ello, se trabaja en formulación de bioplásticos de origen biológico y biodegradables, para reducir el gran impacto ambiental que supone el consumo de plástico en la sociedad actual.

Programas de trabajo

 

 

 

Proyectos

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WASTE2FUELS

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Título

Waste2Fuels. Sustainable production of next generation biofuels from waste streams.

Waste2Fuels. Producción sostenible de biocarburantes avanzados a partir de corrientes residuales.

 

Presupuesto total: 5.989.744 €.

 

Periodo: 01/01/2016 a 31/12/2018.

 

Financiación: Programa Marco Investigación e Innovación H2020. Convocatoria: H2020-LCE-2015, Acuerdo de Subvención - 654623.

 

Otros datos de interés: 20 socios [18 socios europeos (8 países) y 2 socios de Israel].

 

Objetivos

El objetivo del proyecto es el desarrollo de tecnologías para producir biocarburantes avanzados de un modo rentable. Concretamente, se estudia la conversión de residuos agroalimentarios no evitables en biobutanol de alta calidad. Avances en este campo contribuirán a una producción descentralizada, favoreciendo la seguridad energética en la Unión Europea.

Las principales innovaciones de Waste2Fuels incluyen:

  • Desarrollo de métodos de pretratamiento novedosos para convertir los residuos agroalimentarios en materias primas viables para la producción de biobutanol.
  • Ingeniería metabólica de microorganismos productores de butanol.
  • Mejora de los sistemas de producción y los procesos de recuperación del biobutanol.
  • Obtención catalítica de butanol a partir de etanol.
  • Valorización de subproductos.
  • Pruebas de motores y ensayos de ecotoxicidad del biobutanol.
  • Análisis de impacto ambiental y tecno-económico.
  • Estudios de las cadenas de abastecimiento de biomasa.

 

Contribución del ITACyL al proyecto

  • Selección de residuos agroalimentarios con posibilidades de ser utilizados como materia prima para la producción de biobutanol.
  • Caracterización química de las biomasas seleccionadas.
  • Búsqueda y optimización de pretratamientos físico-químicos eco sostenibles para la transformación de las biomasas lignocelulósicas en azúcares fermentables.
  • Obtención de butanol mediante fermentación ABE a partir de los hidrolizados de residuos agroalimentarios.
  • Evaluación de técnicas para la recuperación y la purificación del butanol obtenido en las fermentaciones.

 

Resultados obtenidos

a) Puesta a punto de métodos físico-químicos sencillos para el pretratamiento de los cuatro residuos agroalimentarios seleccionados

Se seleccionaron cuatro residuos agroalimentarios en base a su composición química, abundancia y disponibilidad en la Unión Europea. Las materias primas seleccionadas para evaluar su viabilidad como sustrato para la generación de butanol en una biorrefinería son: pieles de patata, bagazo de manzana, bagazo de cerveza y la piel del grano de café. La composición de estos subproductos varía entre 17-30 % de glucano, 7-19% de hemicelulosa y 19-33% de lignina.

Para poder utilizar estas biomasas como sustrato en una biorrefinería de butanol, se deben someter a un proceso de pretratamiento para liberar los azúcares simples, que se desarrolla en dos etapas. En la primera etapa de ¿degradación¿ se rompe la estructura lignocelulósica, liberándose los principales componentes (celulosa y hemicelulosa) en procesos físico-químicos con unas condiciones de operación de severidad variable, según el tipo de biomasa, los productos que se quieran obtener, etc. En una segunda etapa denominada ¿hidrólisis enzimática¿, mediante el empleo de enzimas se rompen las estructuras de la celulosa y hemicelulosa, liberándose azúcares simples (hexosas y pentosas). Esos azúcares simples son metabolizados por distintas bacterias del género Clostridium para obtener butanol en un bioproceso denominado ¿Fermentación ABE¿.

En este proyecto se consiguió pretratar de manera eficaz las pieles de patata, el bagazo de manzana y las pielecillas de café utilizando métodos físico-químicos sencillos, como la autohidrólisis y la hidrólisis con tensioactivos, en condiciones relativamente suaves. Una posterior hidrólisis enzimática condujo a la obtención de caldos potencialmente fermentables con 30-45 g/L de azúcares sencillos. En el caso de bagazo de cerveza, se requirieron métodos de degradación más agresivos que incluían el uso de ácidos fuertes.

 

b) Producción de butanol.

Una vez optimizados los métodos de pretratamiento de las biomasas, se evaluó la fermentabilidad de los caldos obtenidos y se optimizaron las condiciones de fermentación para cada sustrato. Se han obtenido concentraciones de butanol entre 7-9 g/L utilizando cepas silvestres, en procesos sin etapas previas de eliminación de inhibidores, lo que favorece la rentabilidad económica y la sostenibilidad del proceso.

 

Publicaciones científicas

 

Participación en congresos y eventos de difusión