La autora Carolina Araujo Barcelos prepara la biomasa leñosa para su deconstrucción en azúcares fermentables. Crédito:Berkeley Lab
Dependencia de combustibles derivados del petróleo e incendios forestales devastadores:dos Desafíos a gran escala que podrían abordarse mediante un avance científico.
Los equipos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y los Laboratorios Nacionales Sandia han colaborado para desarrollar un proceso simplificado y eficiente para convertir la materia vegetal leñosa como el crecimiento forestal excesivo y los desechos agrícolas (material que actualmente se quema intencionalmente o no) en biocombustible líquido. Su investigación fue publicada recientemente en la revista Química e ingeniería sostenibles de ACS .
"Según un informe reciente, para 2050 habrá 38 millones de toneladas métricas de biomasa leñosa seca disponibles cada año, convirtiéndola en una fuente de carbono excepcionalmente abundante para la producción de biocombustibles, "dijo Carolina Barcelos, ingeniero de procesos senior en la Unidad de Desarrollo de Procesos de Biocombustibles y Bioproductos Avanzados de Berkeley Lab (ABPDU).
Sin embargo, Los esfuerzos para convertir la biomasa leñosa en biocombustible suelen verse obstaculizados por las propiedades intrínsecas de la madera que hacen que sea muy difícil de degradar químicamente. añadió el científico investigador de ABPDU Eric Sundstrom. "Nuestros dos estudios detallan una vía de conversión de bajo costo para fuentes de biomasa que de otra manera se quemarían en el campo o en pilas de tala". o aumentar el riesgo y la gravedad de los incendios forestales estacionales. Tenemos la capacidad de transformar estas fuentes de carbono renovables de la contaminación del aire y los peligros de incendio en un combustible sostenible ".
Fotos entre bastidores. Jipeng Yan, se ve a un coautor del artículo de Sundstrom y Barcelos y ex ingeniero de procesos senior en ABPDU recolectando astillas de madera. Crédito:Berkeley Lab
En un estudio dirigido por Barcelos y Sundstrom, los científicos utilizaron productos químicos no tóxicos, enzimas disponibles comercialmente, y una cepa de levadura especialmente diseñada para convertir la madera en etanol en un solo reactor, o "olla". Es más, un análisis tecnológico y económico posterior ayudó al equipo a identificar las mejoras necesarias requeridas para alcanzar la producción de etanol a $ 3 por galón de gasolina equivalente (GGE) a través de esta vía de conversión. El trabajo es el primer proceso integral para la producción de etanol a partir de biomasa leñosa que presenta una alta eficiencia de conversión y una configuración simple de un solo recipiente. (Como sabe cualquier cocinero, Las recetas de una olla siempre son más fáciles que las que requieren varias ollas, y en este caso, también significa un menor uso de agua y energía).
En un estudio complementario, dirigido por John Gladden y Lalitendu Das en el Joint BioEnergy Institute (JBEI), un equipo afinó el proceso de un solo recipiente para que pudiera convertir la biomasa leñosa de California, como el pino, almendra, nuez, y restos de abetos, con el mismo nivel de eficiencia que los métodos existentes utilizados para convertir la biomasa herbácea, incluso cuando la entrada es una mezcla de diferentes tipos de madera.
"Eliminar la biomasa leñosa de los bosques, como los pinos descuidados de la Sierra, y de áreas agrícolas como los huertos de almendros del Valle Central de California, podemos abordar varios problemas a la vez:incendios forestales desastrosos en estados propensos a incendios, peligros de contaminación del aire por la quema controlada de residuos de cultivos, y nuestra dependencia de los combustibles fósiles, "dijo Das, becario postdoctoral en JBEI y Sandia. "Además de eso, reduciríamos significativamente la cantidad de carbono añadido a la atmósfera y crearíamos nuevos puestos de trabajo en la industria de la bioenergía ".
Una instantánea del proceso de conversión, desde la madera hasta el etanol purificado. Crédito:Eric Sundstrom y Carolina Araujo Barcelos / Berkeley Lab
El etanol ya se utiliza como aditivo reductor de emisiones en la gasolina convencional, normalmente constituye alrededor del 10% de la gasolina que inyectamos en nuestros automóviles y camiones. Algunos vehículos especiales están diseñados para funcionar con combustible con una mayor composición de etanol de hasta un 83%. Además, el etanol generado a partir de la biomasa vegetal se puede utilizar como ingrediente para fabricar combustibles diésel y para aviones más complejos, que están ayudando a descarbonizar los sectores de la aviación y el transporte de mercancías difíciles de electrificar. En la actualidad, la fuente más común de etanol de base biológica son los granos de maíz, un material con almidón que es mucho más fácil de descomponer químicamente. pero requiere tierra, agua, y otros recursos para producir.
Estos estudios indican que la biomasa leñosa se puede descomponer de manera eficiente y convertir en biocombustibles avanzados en un proceso integrado que es competitivo en costos con el etanol de maíz a base de almidón. Estas tecnologías también se pueden utilizar para producir biocombustibles "directos" que son químicamente idénticos a los compuestos que ya están presentes en la gasolina y el diesel.
Los próximos pasos en este esfuerzo son desarrollar, diseño, e implementar la tecnología a escala piloto, que se define como un proceso que convierte una tonelada de biomasa por día. Los equipos de Berkeley Lab están trabajando con Aemetis, una empresa avanzada de combustibles renovables y bioquímicos con sede en el Área de la Bahía, comercializar la tecnología y lanzarla a mayor escala una vez finalizada la fase piloto.
