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)