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El uso de agua supercrítica podría reducir los costos del etanol
Renmatix , una startup con sede en Kennesaw, Georgia, está utilizando agua a alta presión y temperatura para transformar astillas de madera en azúcar, que luego puede fermentarse para producir biocombustibles y otras sustancias químicas. La compañía dice que el proceso puede producir azúcar por el mismo precio que hacerlo a partir de la caña de azúcar, lo que ha llevado a una producción rentable de biocombustibles en Brasil.
Super convertidor: Una bolsa de astillas de madera molida alimenta un sistema que convierte la madera en azúcar utilizando agua supercrítica en esta planta de demostración de Renmatix en Georgia.
Renmatix está abordando el paso más difícil en la producción de etanol a partir de abundantes materiales celulósicos, como astillas de madera, en lugar de cultivos de maíz o azúcar. Una vez que se produce el azúcar, se puede utilizar la misma tecnología empleada en una planta convencional de etanol de maíz o caña de azúcar para producir etanol.
Hasta ahora, Renmatix solo ha demostrado la tecnología a pequeña escala, utilizando una instalación que puede procesar tres toneladas de astillas de madera al día. Como ocurre con todas las empresas de biocombustibles avanzados, uno de los mayores desafíos será convencer a los inversores de que entreguen el dinero necesario para construir una instalación comercial más grande para demostrar que la empresa es comercialmente viable. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Se ha visto obligada a renunciar a los requisitos para el etanol celulósico porque aún no se han construido plantas comerciales para convertir material celulósico en etanol. Al reducir el costo de producción de azúcar a partir de materiales celulósicos, Renmatix espera finalmente romper este atasco.
Los investigadores y las empresas han probado muchos métodos para convertir la celulosa en azúcar. Algunos implican descomponer la biomasa utilizando ácidos o enzimas especialmente diseñadas. Otros implican el uso de calor y presión para convertir la biomasa en hidrógeno y monóxido de carbono, que se puede convertir en biocombustible utilizando catalizadores inorgánicos. Cada método tiene inconvenientes: las enzimas son caras; los ácidos son tóxicos. Ambos procesos son lentos y requieren equipos costosos. Los procesos que utilizan catalizadores inorgánicos y de alto calor también tienen rendimientos relativamente bajos de los combustibles deseados.
En lugar de usar enzimas o ácidos, Renmatix emplea agua supercrítica, agua a temperaturas y presiones muy altas. En estas condiciones, la celulosa se disolverá y se descompondrá muy rápidamente en moléculas de azúcar. Las reacciones tardan unos segundos, en comparación con los días de algunos otros procesos. Debido a la alta velocidad de la reacción, una cantidad relativamente pequeña de equipo puede producir una gran cantidad de azúcar, manteniendo bajos los costos de capital. Un equipo más pequeño también podría permitir distribuir la producción de biocombustibles, disminuyendo así el costo de transporte de biomasa.
Suministro de azúcar: Un trabajador de Renmatix bombea el azúcar producido por el nuevo proceso de agua supercrítica de la empresa a un recipiente de almacenamiento.
Sin embargo, trabajar con agua supercrítica conlleva desafíos. Los materiales que se pueden usar con agua supercrítica son limitados; por ejemplo, disolverá el vidrio. Las reacciones extremadamente rápidas también hacen que sea difícil garantizar que la química no vaya demasiado lejos y produzca subproductos indeseables. En intentos anteriores, el agua supercrítica ha deshidratado parte del azúcar producido, dando como resultado compuestos que pueden envenenar la levadura utilizada para convertir el azúcar en etanol. Normalmente, el proceso también produce una cantidad relativamente pequeña de azúcar a partir de una determinada cantidad de biomasa.
Fred Moesler, vicepresidente de tecnología de procesos de Renmatix, dice que la empresa ha superado estos problemas. La compañía no ha dicho cómo lo hace, pero Gary Aurand, un científico investigador de la Universidad de Iowa que está familiarizado con la compañía desde sus primeros días (cuando se conocía como Sriya Innovations), sugiere que la compañía puede estar usando agua en solo una parte de su proceso.
Convertir biomasa en azúcar utilizando agua supercrítica implica primero triturar la biomasa en pequeñas partículas y luego disolver la celulosa en agua. Sin disolverlo, solo se descompondrán las moléculas de celulosa en la superficie de las partículas, lo que resultará en una baja producción de azúcar. Después de que la celulosa se disuelve, una mayor exposición a altas temperaturas y presión romperá las moléculas de celulosa en azúcar.
Aurand dice que el agua solo necesita ser supercrítica para el paso de disolución. Si Renmatix pudiera diseñar un sistema para mover el material disuelto a un área de temperatura y presión más bajas, podría ralentizar el proceso de descomposición de la celulosa en azúcar, evitando la formación de compuestos no deseados.
Todo lo que ha dicho Renmatix es que utiliza dos pasos para descomponer la celulosa y un material similar, la hemicelulosa. La descomposición de la celulosa produce glucosa, el azúcar que la levadura puede usar fácilmente para producir etanol. La descomposición de las hemicelulosas produce otro azúcar llamado xilosa, que no funciona con la fermentación convencional, pero que puede usarse en algunos biocombustibles y procesos bioquímicos avanzados. La economía del proceso dependerá del mercado de xilosa.
Renmatix ha recaudado parte del dinero para una planta capaz de producir 100.000 toneladas de azúcar al año, lo suficientemente grande como para demostrar que el proceso tiene potencial comercial, dice. Pero la empresa todavía está trabajando para obtener los préstamos necesarios para seguir adelante. En el pasado, el uso de agua supercrítica para procesar la biomasa se consideraba antieconómico, por lo que puede resultar difícil lograr que los bancos firmen. Poco se sabe sobre la tecnología, dice Andy Aden , gerente de análisis de biorrefinerías en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado. Según cálculos anteriores, dice, es probable que sea caro.