5.3b: Métodos de pH bajo
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El mecanismo para tratamientos de pH bajo es la hidrólisis de la hemicelulosa. La hidrólisis es una reacción con agua, donde se agrega ácido al agua para acelerar el tiempo de reacción. Se pueden usar varios ácidos, incluyendo ácido sulfúrico diluido (H 2 SO 4), dióxido de azufre gaseoso (SO 2), ácido clorhídrico (HCl), ácido fosfórico (H 3 PO 4) y ácido oxálico (C 2 H 2 O 4). Debido a que es una reacción, los parámetros clave que la afectan incluyen temperatura, tiempo, concentración de ácido y contenido de humedad de la biomasa. Pueden tener lugar las siguientes reacciones: la hemicelulosa se puede solubilizar, se puede separar la lignina, se eliminan los grupos acetilo y la superficie de la biomasa se vuelve más accesible. Como ejemplo (Figura 5.16), el enlace α-1,4 es roto por el agua y el ácido para producir dos unidades de glucosa. Una enzima, la amilasa, también puede promover la reacción. La adición de ácido y temperatura elevada aumenta la velocidad de reacción.
No solo se usa ácido para facilitar la hidrólisis, sino que la deshidratación catalizada por ácido de azúcares puede formar furanos, que pueden descomponerse en ácidos orgánicos como el ácido fórmico y el ácido levulínico. Estos compuestos pueden ser tóxicos para las enzimas que se utilizan en la fermentación del azúcar. Entonces después de la reacción, el ácido residual debe ser neutralizado, y los inhibidores formados o liberados durante el pretratamiento deben reducirse. Dos métodos son usar óxido de calcio (también conocido como overliming) o hidróxido de amonio.
El óxido de calcio es barato, forma yeso durante el proceso y tiene una pérdida de azúcar de ~ 10%, con la necesidad de eliminación y eliminación de subproductos. La reacción se muestra a continuación en la Reacción 1.
Reacción1: CaO + H 2 SO 4 →H 2 O + CaSO 4
La ventaja de usar hidróxido amónico es que se pierde menos azúcar y se generan menos desechos, pero el costo es mayor. La reacción se muestra a continuación en la Reacción 2.
Reacción 2:2NH 4 OH + H 2 SO 4 →2H 2 O + (NH 4) 2 SO 4
Las figuras 5.17a y 5.17b muestran diagramas de proceso de configuraciones típicas y condiciones de reacción para ácido sulfúrico y SO 2.
- Haga clic aquí para ver una alternativa de texto a la figura 5.17a
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Esquema del proceso de pretratamiento con ácido sulfúrico. Se agrega biomasa al ácido sulfúrico diluido, llamado impregnación ácida (0.5 — 5.0% H2SO4) y luego va a diluir el pretratamiento ácido alrededor (140-200 C). Este pretratamiento puede tardar de segundos a horas. Luego se convierte en una suspensión que entra en acondicionamiento de neutralización. Los sólidos pasan a hidrólisis enzimática donde se separan los azúcares hexosa y el residuo sólido (lignina). Los líquidos de la condición de neutralización pasan a post-hidrólisis ácida. La suspensión también puede ir a la separación sólido/líquido. Los productos sólidos de esta separación pasan a condición de neutralización y los líquidos van a post-hidrólisis ácida. La post-hidrólisis ácida produce azúcares pentosa.
Crédito: BEEMS Módulo B1
- Haga clic aquí para ver una alternativa de texto a la figura 5.17b
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Esquema del proceso de pretratamiento de dióxido de azufre. La biomasa con agua se somete a humidificación de biomasa (50%-70% M.C.) y luego se somete a impregnación de SO2 (1-5%) y finalmente una explosión de vapor (180-210 C). Este pretratamiento puede tardar de segundos a minutos. Luego se convierte en una suspensión que entra en acondicionamiento de neutralización. Los sólidos pasan a hidrólisis enzimática donde se separan los azúcares hexosa y el residuo sólido. Los líquidos del acondicionamiento de neutralización van a ácido post-hidrólisis. La suspensión también puede ir a la separación sólido/líquido. Los productos sólidos de esta separación van al acondicionamiento de neutralización y los líquidos van a post-hidrólisis ácida. La post-hidrólisis ácida produce azúcares pentosa.
Crédito: BEEMS Módulo B1