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Valorización de lignina residual mediante pirólisis rápida catalítica

La lignina es uno de los componentes mayoritarios de la biomasa lignocelulosica. Es considerada un recurso natural de bajo coste con un potencial uso industrial, del cual se pueden obtener biocombustibles y productos de alto valor añadido.

IMDEA Energía ha investigado y publicado* la valorización termoquímica de un residuo de alto contenido en lignina, proveniente de un pretratamiento de explosión con vapor e hidrólisis enzimática, mediante pirólisis rápida térmica y catalítica. En primer lugar, se ha realizado un estudio del efecto que tiene la temperatura en las distintas fracciones que se obtienen de la pirólisis (fracción sólida o biochar, facción líquida o bio-oil y fracción gaseosa), con el fin de maximizar la producción de bio-oil, siendo 600ºC la temperatura óptima. El siguiente objetivo fue mejorar las características del bio-oil, por lo que se empleó un catalizador nanocristalino ZSM-5 modificado con ZrO2 y aglomerado con atapulgita (ZrO2/n-ZSM-5-ATP), obteniendo un bio-oil mejorado con menor contenido de oxígeno. También se realizó un  estudio sobre la relación catalizador/lignina, y se observó que este parámetro afecta fuertemente los rendimientos de masa y energía de las distintas fracciones. También se observó una disminución significativa del rendimiento de bio-oil, a cambio de una mejora notable en su composición, con una reducción del contenido de oxígeno del 30 al 10% en peso. Al comparar la zeolita ZSM-5 con el catalizador técnico, este último, gracias a la presencia de múltiples centros ácido-base generados por la presencia e interacción de fase activa-soporte-arcilla, proporcionó una producción de bio-oil con menor contenido de oxígeno y una mayor proporción de compuestos aromáticos. Adicionalmente, el catalizador ZrO2/n-ZSM-5-ATP permite una mayor conversión de moléculas pesadas e incrementar la concentración en el bio-oil de los compuestos  valiosos como productos químicos de alto valor añadido. De entre las moléculas formadas destacan los derivados fenólicos, claves en la producción de bisfenol-A (BPA), resinas, policarbonatos, aditivos de combustible o reactivos en química fina, entre otros. Curiosamente, estos buenos resultados se obtienen a pesar de trabajar en condiciones catalíticas relativamente suaves (450 ºC,  ratio catalizador / lignina = 0,2 g / g).

(*) A. Lago, H. Hernando, J.M. Moreno, D.P. Serrano, J. Fermoso, Valorisation of a lignin-rich residue via catalytic pyrolysis over ZrO2/ZSM-5 technical catalyst, Fuel Process. Technol. 215 (2021). https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106746

Más información: Adrián Lago, Investigador Predoctoral de la Unidad de Procesos Termoquímicos, adrian.lago@imdea.org

El catalizador en forma técnica (ZrO2/n-ZSM-5-ATP) aumenta la concentración de los compuestos de interés para aplicaciones comerciales (p.ej. compuestos aromáticos oxigenados) en un factor de 2.5 con respecto a la pirólisis térmica empleando condiciones catalíticas suaves (450ºC, catalizador/lignina = 0.2 g/g)

Fecha: 
Lunes, Julio 19, 2021