la demanda de energía de la humanidad satisfacer de manera sostenible es uno de los mayores retos a los que se enfrenta nuestra civilización. El uso de energía se prevé que se duplique en los próximos 50 años, poniendo mayor presión sobre los recursos de combustibles fósiles. 1 La acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera a través de toda la extensión uso de combustibles fósiles es particularmente problemático, ya que el CO 2 generado a partir de la combustión de combustibles fósiles es responsable del 50% del efecto invernadero antropogénico. 2 por lo tanto, la aplicación a gran escala de las tecnologías renovables y neutrales de carbono es esencial para satisfacer las crecientes necesidades de energía y materiales de las generaciones futuras. 1, 3
La biomasa vegetal es el recurso renovable más versátil, ya que puede ser utilizado para producir calor, electricidad, así como productos químicos, materiales y combustibles a base de carbono. principales ventajas de la biomasa lignocelulósica con respecto a otros tipos de biomasa son su abundancia, el potencial de altos rendimientos peárea de r de la tierra y, a menudo mucho más alto ahorro de emisiones de CO 2, que incluye una alta retención de carbono en el suelo. 4, 5 beneficios adicionales del uso de biomasa incluyen la disponibilidad local, bajos requerimientos de capital para convertir biomasa en energía, y la prevención de la erosión del suelo. 8
La principal producción de materias primas lignocelulósicas son la industria forestal y el sector agrícola, así como la gestión de los residuos municipales. 6, la producción de lignocelulosa tiene el potencial de ser ampliado, con una mente para limitar la deforestación y evitar la sustitución de los cultivos de alimentos y liberación de contaminantes potenciales. 7 para la biomasa renovable para convertirse en una fuente extendida viable de transporte de combustibles líquidos y productos químicos, que su tratamiento debe ser económicamente competitiva con las tecnologías de conversión de combustibles fósiles. 9, 10 una clave para lograr esto es para aumentar el rendimiento y la calidad de los productos intermedios derivados de la biomasa, mientras que la reducción costo.
Lignocelulosa contiene una alta proporción de azúcares que se pueden convertir en combustibles y productos químicos a través de conversiones catalíticas y microbianas. 11 Estos azúcares están presentes en lignocelulosa en forma polimérica como la celulosa y la hemicelulosa. Pueden ser hidrolizados en monómeros de glucosa y otra de azúcar y luego utilizados para la producción de bioetanol y otros productos químicos bio-derivado y disolventes. 12
Con el fin de acceder a los azúcares celulósicos, el pretratamiento de la biomasa es necesario a través de procesos combinados física, química o. 4 El tratamiento previo es posiblemente el paso más costoso en la valorización de la biomasa lignocelulósica. Por lo tanto la investigación en la mejora de los procesos de pretratamiento es imprescindible.
Varias tecnologías de pretratamiento están disponibles. De particular interés son los que separan la lignina de la celulosa (pretratamiento fractionative). La lignina, el tercer componente importante enlignocelulosa, limita el acceso de los agentes a la celulosa y la hemicelulosa hidrolizar y reduce el rendimiento de azúcar por tonelada de materia prima. 11 La lignina separada puede ser utilizado como una biorrefinería adicional intermedio si se encuentra aislado en calidad adecuada. 13 Un proceso fractionative es el proceso Kraft que es el pretratamiento más común para la producción de papel / celulosa. En reducción a pasta Kraft, virutas de madera se colocan en una mezcla de hidróxido de sodio y sulfuro de sodio y se calienta a temperaturas elevadas de alrededor de 170 ° C bajo alta presión. 14 Las reacciones alcalinas eliminar hemicelulosa y lignina rompiendo los polímeros a fragmentos cortos a través de nucleófilo y catálisis básica, y mediante la disolución de los fragmentos de lignina a través de-la protonación de los grupos hidroxilo / alcohol fenólicos. Otro proceso de deslignificación común es el proceso Organosolv que también fragmentos y se disuelve la lignina y la hemicelulosa. En lugar de utilizar un aqueo alcalinasolución nosotros, disolventes orgánicos tales como etanol y ácido acético se utiliza a altas temperaturas que oscilan entre 160 a 200 ° C y presiones de 5 a 30 bar. Organosolv pretratamiento tiene algunas ventajas sobre el proceso kraft ya que produce menos contaminación del aire y el agua. 15 Ambos procesos tienen algunos retos económicos, si se utiliza para la producción de productos químicos y combustibles en lugar de celulosa. 16 El pretratamiento Ionosolv utiliza líquidos iónicos, que son sales que tienen puntos de fusión por debajo de 100 ° C y, como resultado de sus poderosas interacciones de Coulomb, las presiones de vapor muy bajas. 17 Esto elimina la contaminación del aire en el proceso de pretratamiento, y permite el procesamiento en o cerca de la presión atmosférica.
Aunque la mayoría de líquidos iónicos se crean en, síntesis de múltiples pasos laboriosos, ILs próticos se pueden sintetizar en un procedimiento en una etapa a partir de productos químicos básicos, que los hace menos costoso; se estima que algunos líquidos iónicos podrían producirse a escala mayor para unaprecio de $ 1,24 por kg, que es comparable a los disolventes orgánicos comunes tales como acetona y. tolueno 18 La capacidad de reciclar y reutilizar estos ILs personalizables en un proceso que opera a temperaturas y presiones relativamente bajas hace que este una alternativa más benigna y un candidato atractivo económicamente de biorrefinería.
Este protocolo de vídeo detallada demuestra una versión a escala de laboratorio del proceso Ionosolv para la deslignificación de biomasa lignocelulósica y la sacarificación enzimática eventual de la pasta de celulosa rica, así como la recuperación de una lignina libre de olores de alta pureza. 19