Mejora del conocimiento del biorrefinado sostenible
La lignina es un polímero natural presente en tejidos vegetales y uno de los principales componentes de la lignocelulosa o biomasa. Cada año, la industria de la pasta y el papel genera aproximadamente ciento treinta millones de toneladas de ligninas. Con todo, a pesar de que la lignina representa el 30 % de la biomasa vegetal y el 40 % de su contenido energético, está infrautilizada y sirve principalmente como fuente de combustible sólido de bajo poder energético. El biorrefinado «lignina primero» es una técnica que emplea catálisis química y considera la valorización de la lignina en la fase de diseño de la deconstrucción de la biomasa. El proyecto financiado por el Consejo Europeo de Investigación LIGNINFIRST (The Lignin-First Approach for the Full Valorisation of Lignocellulosic Biomass), auspiciado por el Imperial College de Londres, se puso en marcha a fin de investigar los complejos procesos de deconstrucción de la biomasa y desarrollar nuevas estrategias para mejorar el rendimiento individual de compuestos valiosos liberados durante el biorrefinado de lignina primero. «Nuestro grupo de investigación ha sido pionero en el método de biorrefinado de lignina primero, que emplea moléculas orgánicas como fuente de hidrógeno para controlar la reactividad de los fragmentos de lignina —explica Roberto Rinaldi, investigador principal del proyecto—. En este sentido, una mayor comprensión de los complejos procesos químicos involucrados mejorará nuestro proceso patentado».
Estabilización de productos de lignina
La lignina tiene una estructura química compleja y no existen dos moléculas iguales. Durante los primeros días del biorrefinado de lignina, los investigadores descubrieron que, independientemente de lo buenos que fueran los catalizadores, los métodos convencionales daban lugar a mezclas muy complejas de compuestos, lo que dificultaba su uso. Los catalizadores, que descomponen la lignocelulosa, funcionan mediante la despolimerización, que descompone moléculas grandes en fracciones de celulosa, hemicelulosa y lignina. El trabajo pionero de Rinaldi permitió comprender que el problema no eran los catalizadores, sino la degradación de la lignina durante su proceso de extracción, y cómo esto afecta a su receptividad al procesamiento químico. Los fragmentos de lignina son reactivos, por lo que el proceso de biorrefinado suele favorecer su recombinación, que da lugar a estructuras poliméricas menos reactivas pero más complejas denominadas ligninas «técnicas». El proyecto LIGNINFIRST permitió a su equipo desarrollar aún más su estrategia de procesamiento de lignina en su forma «nativa». «Descubrimos que emplear un catalizador en la etapa de extracción de lignina —de ahí el nombre de “lignina primero”— en vez de procesar la lignina extraída en presencia de un catalizador permitía controlar la recombinación de los fragmentos de lignina. Esto generó algunos compuestos de alto valor en lugar de una mezcla compleja con muchos compuestos», comenta Rinaldi. El equipo también demostró que la relación entre la catálisis y la valorización de la lignina ya no se limita al procesamiento posterior: el procesamiento de residuos técnicos de lignina generados por la industria de la pasta y el papel. El uso de catalizadores en el procedimiento de reducción a pasta de papel permitió desarrollar métodos para la degradación de la lignocelulosa denominados en conjunto «biorrefinado catalítico ascendente». Además, se logró desarrollar una prueba de concepto de filtración por membrana para refinar la lignina. «Diseñar procesos para separar los compuestos en el licor de lignina primero es fundamental para reciclar los disolventes del licor y transformar los productos de lignina en biocarburantes avanzados», señala Rinaldi.
Beneficios para la bioeconomía
La industria de la pasta y el papel crea más de ciento ochenta mil puestos de trabajo directos en Europa y un millón y medio de puestos indirectos y, con un volumen de negocios de noventa mil millones de euros, aporta veinte mil millones de euros al PIB de la Unión Europea. La investigación fundamental de LIGNINFIRST es beneficiosa para los esfuerzos por aumentar el valor de la lignocelulosa de la madera y los residuos de cultivos. Rinaldi concluye: «Un barril de petróleo crudo no es considerado un desperdicio porque se dispone de la tecnología para transformarlo en compuestos útiles, algo que sí sucede con los sacos de astillas de madera a pesar de su potencial. Al comprender mejor la interacción de los procesos químicos en el biorrefinado de lignina primero, LIGNINFIRST ha contribuido tanto a los esfuerzos de valorización de la lignina como a maximizar la biomasa en tanto que materia prima renovable para la fabricación sostenible».
Palabras clave
LIGNINFIRST, lignina, biorrefinado, biomasa, bioeconomía, lignocelulosa, catálisis, despolimerización, industria de la pasta y el papel, residuos, compuesto
