Integración del proceso Kraft de obtención de pasta de celulosa en el esquema de una biorrefinería

摘要

El concepto de biorrefinería se basa en el uso eficiente de la biomasa lignocelulósica como materia prima en la producción integrada de combustibles, energía y productos químicos. Basándonos en este concepto, una fábrica de pastas celulósicas podría convertirse en una biorrefinería en la que, además de pasta, se obtendrían otros productos como etanol, bio-polímeros y otros compuestos químicos. Para conseguir dicho objetivo, se llevó a cabo un tratamiento de explosión por vapor previo al pasteado, que permitió la extracción del 50% de las hemicelulosas y su posterior hidrólisis enzimática. Dicho pre-tratamiento, además proporcionó una fracción sólida con una estructura más abierta, que facilita la difusión de los reactivos durante el pasteado, aumentando la deslignificación en un 70%. De esta forma, el tiempo de cocción pudo reducirse en un 60% para obtener pastas con una calidad similar a la comercial. Debido a la eliminación de hemicelulosas durante este pre-tratamiento, la energía consumida por las pastas durante el refino fue mayor y las propiedades mecánicas ligeramente inferiores a las de la pasta control. Sin embargo, las propiedades ópticas fueron mayores, mostrando además menor contenido en ácidos hexenurónicos. Por otro lado, al someter estas pastas pre-tratadas a una secuencia de bioblanqueo se observó una mayor blanqueabilidad de las mismas, reduciéndose además el consumo de peróxido de hidrógeno en un 20%. Por tanto, las pastas obtenidas mediante este esquema de biorrefinería podrían utilizarse para aplicaciones en las que las propiedades ópticas sean importantes y no se necesite una gran resistencia mecánica, consiguiendo además reducir el tiempo de cocción y el consumo de reactivos químicos y obteniendo como subproducto una corriente rica en hemicelulosas. Además, el pre-tratamiento de explosión por vapor hizo posible la aplicación directa de enzimas sobre las astillas explosionadas, suponiendo una buena alternativa al biopulpeo con hongos ligninolíticos.udEl concepto de biorrefinería se basa en el uso eficiente de la biomasa lignocelulósica como materia prima en la producción integrada de combustibles, energía y productos químicos. Basándonos en este concepto, una fábrica de pastas celulósicas podría convertirse en una biorrefinería en la que, además de pasta, se obtendrían otros productos como etanol, bio-polímeros y otros compuestos químicos. Para conseguir dicho objetivo, se llevó a cabo un tratamiento de explosión por vapor previo al pasteado, que permitió la extracción del 50% de las hemicelulosas y su posterior hidrólisis enzimática. Dicho pre-tratamiento, además proporcionó una fracción sólida con una estructura más abierta, que facilita la difusión de los reactivos durante el pasteado, aumentando la deslignificación en un 70%. De esta forma, el tiempo de cocción pudo reducirse en un 60% para obtener pastas con una calidad similar a la comercial. Debido a la eliminación de hemicelulosas durante este pre-tratamiento, la energía consumida por las pastas durante el refino fue mayor y las propiedades mecánicas ligeramente inferiores a las de la pasta control. Sin embargo, las propiedades ópticas fueron mayores, mostrando además menor contenido en ácidos hexenurónicos. Por otro lado, al someter estas pastas pre-tratadas a una secuencia de bioblanqueo se observó una mayor blanqueabilidad de las mismas, reduciéndose además el consumo de peróxido de hidrógeno en un 20%. Por tanto, las pastas obtenidas mediante este esquema de biorrefinería podrían utilizarse para aplicaciones en las que las propiedades ópticas sean importantes y no se necesite una gran resistencia mecánica, consiguiendo además reducir el tiempo de cocción y el consumo de reactivos químicos y obteniendo como subproducto una corriente rica en hemicelulosas. Además, el pre-tratamiento de explosión por vapor hizo posible la aplicación directa de enzimas sobre las astillas explosionadas, suponiendo una buena alternativa al biopulpeo con hongos ligninolíticos. [ABSTRACT]udThe concept of a forest biorefinery is based on the effective use of lignocellulosic biomass as feedstock in the integrated production of fuels, energy and chemical products. Based on this concept, a chemical pulp mill could be transformed into a forest biorefinery, where ethanol, bio-polymers and other chemical products could be produced in addition to pulp. To achieve this goal, a steam explosion treatment was carried out prior to kraft pulping, that allowed the extraction of 50% of the hemicelluloses and their subsequent enzymatic hydrolysis. This pre-treatment also yielded a solid fraction with a more open structure that favors an efficient diffusion of cooking liquor into the fibers during pulping, increasing the delignification by up to 70%. Thus, the cooking time could be shortened by 60% obtaining pulps of a quality similar to commercial standards. Due to the removal of hemicelluloses in the pre-treatment, the exploded pulp required more energy during refining and the mechanical properties were slightly worse than those of the control pulp. However, the optical properties were better, providing also a hexenuronic acid content. Moreover, when these pulps were subjected to a biobleaching sequence, exploded pulps proved to have more bleachability, allowing a reduction in hydrogen peroxide consumption of 20%. Therefore, pulps obtained by this biorefinery process could be used in applications for which optical properties are important but not so mechanical strength, achieving also a reduction in cooking time and chemical consumption and obtaining as a byproduct a liquid current rich in hemicelluloses. In addition, this steam explosion pre-treatment made possible the direct application of enzymes over exploded chips, obtaining in this way a viable alternative for conventional biopulping with ligninolytic fungi.ud