Control en tiempo real de biocombustibles con espectroscopía NIR

El bioetanol es un tipo de combustible obtenido a partir de la fermentación de materia orgánica rica en azúcares y almidón, como por ejemplo el maíz, la remolacha, la caña de azúcar, entre los más populares que se emplean en el mundo. Incluso, se puede producir a partir de residuos sólidos urbanos y biomasa sin valor alimentario, conocido como bioetanol de “segunda generación” o bioetanol lignocelulósico, el cual resuelve la problemática añadida de darle un destino productivo y valor añadido a la basura orgánica que desechamos, convirtiéndola en biocombustible.

Producto de la acción de levaduras y enzimas en el proceso de fermentación, y luego de la destilación, se obtiene bioetanol para su empelo como biocombustible y su mezcla con combustibles de origen fósil. Del resto de los componentes se obtienen subproductos que pueden cambiar dependiendo de la materia prima utilizada en el proceso, por ejemplo, de la molienda seca se puede obtener alimento para animales por su alto contenido proteico o bien otros subproductos de la molienda húmeda como el aceite de maíz, jarabes, por mencionar algunos. También, de la biomasa lignocelulósica se obtienen subproductos para su reutilización en otras industrias, como el metanol y el ácido acético.

El control de calidad del bioetanol es muy importante para asegurar la pureza del producto resultante del proceso y la valorización de subproductos para reutilizar en otras industrias. En la mayoría de biorrefinerías, el control de azúcares reductores (glucosa) y etanol se realiza mediante técnicas analíticas de forma offline, es decir, en el laboratorio, mediante cromatografía líquida de alta precisión (HPLC) que insume tiempo y recursos, o con espectroscopía NIR de mesa, que a diferencia del HPLC ofrece resultados precisos en sólo segundos pero que no deja de ser un método de muestreo no representativo y fuera de línea.

No obstante, pocas biorrefinerías han apostado a la introducción de tecnología NIR en línea para monitorizar el proceso de fermentación, destilación, la acción de inhibidores del proceso o el control de subproductos.

En este sentido, IRIS Technology, ha desarrollado varias aplicaciones para el control de procesos en biorrefinerías mediante el empleo del analizador Visum NIR In-Line™ y el NIR portátil (de mano) Visum Palm™.

Tabla 1: Predicción del contenido de glucosa y etanol en línea utilizando un analizador Visum NIR In-Line ™.

La tabla 1 expone los principales parámetros, rangos y fases de la producción en la fabricación de bioetanol de origen lignocelulósico llevado a cabo en la planta Perseo Biotechnology de IMECAL donde se transforman residuos sólidos urbanos en bioetanol.

También, se monitorizó el proceso de deslignificación de la biomasa lignocelulósica, para liberar a la celulosa de la hemicelulosa y de la lignina y lograr así la despolimerización de los hidratos de carbono para producir azúcares simples y la fermentación para producir etanol.

Tabla 2: El proceso de pretratamiento consiste en una combinación de la organosolvation con steam explosion (realizado por LTU, Lulea Univ. of Technology). Parámetros que se monitorizaron: Contenido en lignina, celulosa y hemicelulosa.

Otra aplicación desarrollada en el marco de este proyecto fue la monitorización mediante Visum NIR In-Line™ del proceso de obtención de azúcares reductores a partir de la hemicelulosa presente en residuos lignocelulósicos. En particular, se demuestra que es posible controlar factores inhibidores del proceso de fermentación, como el caso de ácido acético.

Tabla 3: Parámetros que se monitorizaron: Contenido en xilosa, glucosa, ácido acético.

Las instalaciones y ensayos realizados demuestran la efectividad y la importancia de introducir la tecnología NIR en línea en biorrefinerías para poder tener un control más preciso de las diferentes fases del proceso de obtención de bioetanol, lograr una mayor calidad y por ende incrementar la eficiencia de los biocombustibles.