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5.3c: Pretratamiento de pH neutro

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    5.3c Pretratamiento de pH neutro

    El pretratamiento también puede realizarse en agua de pH neutro. Hay dos vías que pueden ocurrir. Una es cuando los compuestos ácidos se liberan de la hemicelulosa acetilada, principalmente ácido acético. Esto también se llama autohidrólisis. El agua también puede disociarse a medida que la temperatura y la presión aumentan hasta cerca del punto supercrítico (aproximadamente 374°C, 3200 psi), en H+ y OH−, y como esto sucede, el agua se comporta como un sistema ácido/base. Se realiza en agua sin productos químicos añadidos, ya sea en agua caliente líquida, explosión de vapor o agua cerca del punto supercrítico. Los parámetros clave son el tiempo, la temperatura y el contenido de humedad, y los efectos son similares a los métodos de pH bajo. En la Figura 5.18 se muestra un esquema para el procesamiento de agua caliente líquida.

    Diagrama de flujo del proceso de agua caliente líquida
    Figura 5.18: Diagrama de flujo de proceso de agua caliente líquida*.

    Haga clic aquí para ver una alternativa de texto de la Figura 5.18

    Esquema de diagrama de flujo de prosses de agua caliente líquida. La biomasa se agrega al agua y se envía al pretratamiento de H2O líquida (180-210 C). El pretratamiento puede tomar de segundos a horas. Luego se convierte en una suspensión que entra en acondicionamiento de lavado con agua. Los sólidos pasan a hidrólisis enzimática donde se separan los azúcares hexosa y el residuo sólido (lignina). Los líquidos del acondicionamiento de lavado con agua van a post-hidrólisis ácida. La suspensión también puede ir a la separación sólido/líquido. Los productos sólidos de esta separación van al acondicionamiento de lavado con agua y los líquidos van a post-hidrólisis ácida. La post-hidrólisis ácida produce azúcares pentosa.

    Crédito: BEEMS Módulo B1

    Un proceso, desarrollado por Inbicon, es un proceso de pretratamiento de agua caliente multietapa en contracorriente. Hay una unidad a escala piloto en Skærbæk, Dinamarca. Se trata de un proceso de tres etapas que utiliza agua caliente (hidrotermal) a 80°C, 160-200 °C y 190-230°C. Después de la primera etapa, se extrae del proceso melaza C5-compuesta líquida (azúcar), la cual se utiliza para la alimentación animal. Después de la tercera etapa, la fracción de fibra contiene celulosa y lignina. El bioetanol y un combustible sólido para el calor y la energía se producen cuando se usan enzimas, levaduras y fermentación. La Figura 5.19 muestra el antes y después del pretratamiento de la paja de trigo (la paja de trigo crudo y la porción celulósico-lignina).

    Pretratamiento de paja de trigo, antes: volumétrica y amarilla, después: compacta y marrón
    Figura 5.19: Pretratamiento de paja de trigo, antes y después.

    Crédito: BEEMS Módulo B1

    Los siguientes procesos de pretratamiento a discutir son a pH alto. El alto pH elimina la porción de lignina de la biomasa a través de la ruptura de enlaces éter (R-O-R') que mantienen unidos los compuestos fenólicos aromáticos; la apertura del anillo también puede tener lugar. Se trata de un proceso de despolimerización. Se utilizan varios procesos y bases, entre ellos: cal, carbonato de calcio, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio y amoníaco acuoso. Los parámetros clave incluyen temperatura, tiempo de reacción, concentración de base, humedad del material de alimentación, así como agentes oxidantes. Los efectos incluyen la eliminación de la mayor parte de la lignina, cierta eliminación de la hemicelulosa y la eliminación de enlaces acetilo entre la lignina y la hemicelulosa.

    La lignina es más prominente en pastos y biomasa leñosa. Compone 6-35% de biomasa lignocelulósica, dependiendo del tipo de pasto o madera. La lignina está compuesta por unidades monoaromáticas reticuladas, ramificadas, con grupos funcionales metoxi y alcohol propílico. Estos se muestran en la Figura 5.20a. La Figura 5.20b muestra un modelo de una molécula de lignina y cómo los monómeros aromáticos están unidos entre sí.

    estructuras químicas de alcohol p-cumarílico, alcohol conferílico y alcohol sinapílico
    Figura 5.20a: Alcoholes monoméricos aromáticos de bloques de construcción para lignina.

    Crédito: Bembenic, Meredith, “La química de las reacciones subcríticas al agua de una lignina derivada de madera dura y compuestos modelo de lignina con nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono”, Tesis Doctorada, PSU, 2011

    Estructura química de la molécula representativa de lignina, modelo Alder
    Figura 5.20b: Modelo de aliso de molécula representativa de lignina.

    Crédito: Bembenic, Meredith, “La química de las reacciones subcríticas al agua de una lignina derivada de madera dura y compuestos modelo de lignina con nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono”, Tesis Doctorada, PSU, 2011


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