Modelos de biorrefinería - La biorrefinería verde

Fecha de publicación: 05/04/2016

Última actualización: 05/04/2016

SOBRE LA SERIE DE ENTRADAS “MODELOS DE BIORREFINERÍA”

Esta entrada pertenece a una serie llamada “Modelos de biorrefinería”. Dicha serie está dedicada a describir brevemente los modelos o conceptos de biorrefinerías avanzadas que han surgido en los últimos años o que están apareciendo actualmente. Estos modelos son representaciones simplificadas que permiten comprender de una manera sencilla la estructura y las características de un tipo general de biorrefinería. Algunos de estos modelos se refieren al tipo de materia prima mientras que otros se centran en las tecnologías involucradas. Una biorrefinería puede asimilarse a un modelo o ser el resultado de variaciones y combinaciones de varios de ellos.

Se debe tener en cuenta que, aunque son muy útiles e instructivos, estos paradigmas muestran limitaciones en la descripción y clasificación de sistemas complejos con gran nivel de integración. Para definir y describir un caso complejo, el blog recomienda el uso de la clasificación propuesta por la IEA Bionergy Task 42 (Materias primas / Productos / Plataformas / Tecnologías). Para aprender más sobre la noción general de biorrefinería y las diferentes clasificaciones de las biorrefinerías en esta sección del blog: BIOREFINERY CONCEPT.

MODELO DE BIORREFINERÍA VERDE ^1,2,3,4,5,6

La biomasa verde se ha convertido en una materia prima excedentaria en muchas regiones de la EU debido a los cambios tan significativos que han tenido lugar en las granjas lácteas y el sector de producción de carne. Por tanto, el interés por el uso de biomasa húmeda es, actualmente, un tema relevante para el sector agrícola. En este sentido, el concepto tecnológico de biorrefinería verde representa un enfoque innovador que ofrece nuevas vías de aprovechamiento de este tipo de biomasa.

Uno de los grupos que ha estado trabajando más activamente en el desarrollo del concepto, ha propuesto la siguiente definición (Referencia 2): “Las biorrefinerías verdes son sistemas complejos basados en tecnología ecológica para un uso holístico de la materia y energía de los recursos renovables y materiales naturales contenidos en la biomasa verde y de residuos, enfocándose en un uso sostenible de los terrenos regionales”. 

Las principales características que definen el modelo de biorrefinería verde se muestran en la siguiente ficha:

Ficha de la biorrefinería verde
Materia prima	Biomasa húmeda fresca (biomasa verde) Biomasa verde es: •  Hierba procedente del cultivo permanente de terrenos de pastos, campos cerrados y espacios naturales protegidos. •  Cultivos verdes: alfalfa, trébol, hojas de remolacha azucarera, hojas de patata, cereales inmaduros de tierras de cultivo extensivo. Las cosechas verdes generan más biomasa y proteínas por hectárea y año que las cosechas maduras o de grano. La pérdida de recursos por el transporte se minimiza si los cultivos son recolectados antes de la época de floración.
Fraccionamiento primario	El procesado directo de la biomasa verde mediante procesos termoquímicos y biológicos es complicado por su alto contenido en agua y concentración de fibra. Su fraccionamiento inicial constituye una operación esencial para el concepto de biorrefinería verde. De manera habitual, se lleva a cabo por prensado. También se han estudiado otros medios de preprocesado como la deshidratación termoquímica o el acondicionamiento hidrotérmico.
Corrientes principales	La biomasa húmeda se fracciona aplicando presión para obtener dos corrientes (Plataforma de Soluciones Orgánicas): 1. Jugo verde rico en nutrientes (“press juice”): contiene compuestos valiosos como proteínas, aminoácidos libres, ácidos orgánicos, minerales, hormonas y enzimas. 2. Torta lignocelulósica rica en fibra (“press cake”). Además de celulosa y almidón, la torta contiene pigmentos y tintes valiosos, farmacéuticos crudos y otros compuestos orgánicos.
Rutas de valorización y productos del jugo	•  Tecnologías de separación (centrifugación, tecnología de aglomeración de membranas, decantación, purificación, secado, nanofiltración, electrodiálisis, cromatografía…): proteínas, mezclas de aminoácidos, enzimas, hidratos de carbono, potenciadores de sabor, colorantes… •   Fermentación: etanol, ácido láctico y sus derivados, ácidos orgánicos… Después de separar las proteínas y otros productos de alto valor añadido del jugo, el sobrenadante puede ser usado como medio de fermentación.
Rutas de valorización y productos de la torta	•   Uso directo: pellets para alimentación animal y combustibles sólidos. •  Fabricación de productos de fibra: materiales aislantes, tableros de fibra, sustratos para horticultura, biocomposites, pulpa y papel… •   Materia prima para biorrefinerías lignocelulósicas: hidrólisis y fermentación para obtener biocombustibles, ácidos orgánicos y biopolímeros. •  Conversión termoquímica (gasificación, licuefacción hidrotérmica, pirolisis…): biocombustibles. Los procesos de conversión termoquímica son métodos prometedores para aprovechar la torta con propósitos energéticos.
Rutas de valorización y productos de los residuos	•   Digestión anaerobia: biogás (CHP o biocombustible para la red de gas). Los residuos generados después de procesar las principales corrientes de la biorrefinería verde son aptos para la producción de biogás.

Figura 1. Esquema de una biorrefinería verde (extraído de la Referencia 4)

BIORREFINERÍAS A ESCALA COMERCIAL, DE DEMOSTRACIÓN Y PILOTO ^{3,6,7,8,9,10,11,12}

La tabla inferior resume la información clave sobre los principales proyectos relacionados con el modelo de biorrefinería verde. Como se puede apreciar en la tabla, los esfuerzos industriales para el desarrollo del modelo se han localizado en Europa.

Planta o tecnología	Localización	Descripción	Estado
Biowert – The grass factory	Brensbach (Alemania)	Biorrefinería verde rural basada en el uso de hierba. Las fibras de hierba se procesan para obtener material de aislamiento o composites reforzados. El jugo gastado se usa para la generación de biomás.	Biorrefinería a escala comercial
Green Biorefinery – Tipo Havelland	Havelland (Alemania)	Fraccionamiento primario de biomasa verde y producción de proteínas, medio de fermentación, piensos y biogás.	Planta de demostración. Capacidad annual de 20.000 toneladas de alfalfa y hierba.
Green Biorefinery Upper Austria	Utzenaich (Austria)	Procesado de hierba de ensilado para obtener ácido láctico, aminoácidos y biogás.	Planta piloto. Puesta en marcha: 2008.
GRASSA!	Unidad móvil (Holanda)	Proteínas de alto valor y productos basados en fibra a partir de hierba y residuos agrícolas ricos en proteínas (hojas de remolacha).	Instalación móvil y modular a pequeña escala. Capacidad de 1-5 toneladas de biomasa fresca por hora.
Gramitherm® process	Austria	El proceso Gramitherm® extrae fibras de celulosa y jugo a partir de hierba fresca. Las fibras son usadas para producir Gramitherm® (tableros de aislamiento térmico) y el jugo para obtener biogás o concentrado nutritivo para alimentación animal.	Planta piloto

Figura 2. Fábrica Biowert (extraído de la Referencia 8)

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REFERENCIAS

1 B. Kamm, M. Kamm: “Principles of biorefineries”. Appl Microbiol Biotechnol (2004) 64: 137–145.

2 B. Kamm, P. Schönicke, M. Kamm: “Biorefining of green biomass – technical and energetic considerations”. CLEAN 37 (1), (2009) 27-30.

3 M. Mandl: “Green Biorefinery - An overview” (Presentation). Danish Crop Production Conference, Herning, 11/01/2012.

4 “Biorrefinerías. Situación Actual y Perspectivas de Futuro”. Genoma España /CIEMAT.

5 “The European Biorefinery 2030 Vision”. Star-COLI BRI -Strategic Targets for 2020 – Collaboration Initiative on Biorefineries.

6 S. Xiu, A. Shahbazi: “Development of Green Biorefinery for Biomass Utilization: A Review”. Tr Ren Energy, 2015, Vol.1, No.1, 4-15.

7 IEA Bioenergy Task 42 Biorefining. Sustainable and synergetic processing of biomass into marketable food & feed ingredients, products (chemicals, materials) and energy (fuels, power, heat).  Wageningen, the Netherlands, August 2014.

8 www.biowert.de (accessed on 3rd April 2016).

9 B. Kamm, Ch. Hille, P. Schönicke, G. Dautzenberg: “Green Biorefinery Demonstration in Havelland/Germany”. Biofuels Bioprod. Bioref., Special Issue Biorefinery 4 (2010) 253-262.

10 M. Schaffenberger, J. Ecker, R. Essl, W. Koschuh, M. Mandl, H. Schnitzer: “Green biorefinery - Production of amino acids from grass silage juice”, CHISA 2012 - 20th International Congress of Chemical and Process Engineering and PRES 2012 - 15th Conference PRES (Prague, Czech Republic 25-29/8/2012).

11 grassa.nl (consultado a 3 de abril de 2016).

12 gramitherm.ch (consultado a 4 de abril de 2016).