Biorrefinería basada en el isobutanol como molécula plataforma

El isobutanol es una molécula orgánica con fórmula (CH₃)₂CHCH₂OH que se caracteriza por ser un líquido incoloro e inflamable a temperatura ambiente. Sus isómeros son el n-butanol, el sec-butanol y el tert-butanol. A nivel industrial, se suele producir por carbonilación de propileno seguida de un proceso de hidrogenación. Pero también se genera de manera natural como producto de rutas de fermentación y se puede encontrar, por ejemplo, en el pan o en el whisky escocés. Recientemente, se han desarrollado levaduras modificadas que permiten fermentar hidratos de carbono obteniendo casi exclusivamente isobutanol en vez de etanol. ^1,2

Materias primas ²

Entre las materias primas candidatas para obtener isobutanol mediante fermentación se encuentran las siguientes:

• Cultivos energéticos: hierba, cultivos ricos en almidón y cultivos ricos en azúcares (caña de azúcar, remolacha azucarera y sorgo).
• Residuos: residuos de cultivos, residuos orgánicos urbanos, astillas de madera y residuos forestales.
• Algas y juncos.

El isobutanol como molécula plataforma ^1,2,3,4,5

Este compuesto posee múltiples aplicaciones industriales y el potencial para convertirse en una plataforma renovable más versátil y flexible que los actuales biocombustibles:

• Aditivo para la gasolina y posible sustituto de la misma.
  La primera generación de biocombustibles ha supuesto un buen comienzo para reducir las emisiones de GHGs e incrementar la independencia energética de fuentes de origen fósil pero no proveen una solución económica óptima a través de toda la cadena de valor. En este sentido, el isobutanol aporta varias ventajas adicionales respecto al bioetanol:

1. Un contenido energético más próximo al de la gasolina. Aproximadamente, el isobutanol tiene el 82% del valor energético de la gasolina y esto significa un 30% más de energía que el etanol.
2. Una presión de vapor más baja. Este hecho permite que su adición a la gasolina convencional sea más sencilla.
3. Se puede usar en concentraciones de mezcla con la gasolina más altas sin requerir adaptaciones especiales de los vehículos.
4. Menor separación de fase en presencia de agua de la mezcla con gasolina y menor poder corrosivo. Esta ventaja tiene suma importancia pues facilita el uso de infraestructuras existentes como instalaciones de mezcla, tanques de almacenamiento o estaciones de bombeo.

• Precursor de varios bloques modulares sostenibles.
  El isobutanol se puede utilizar como materia prima para la producción de olefinas C4 a través de un proceso de deshidratación. Dicho proceso permite generar isobutileno que es una plataforma muy versátil que puede ser procesada en otros productos de alto valor añadido a través de tecnologías catalíticas convencionales (véase Figura 1):

1. Mediante dimerización y aromatización se puede obtener p-xileno (precursor del PET).
2. Mediante oligomerización e hidrogenación se puede obtener keroseno isoparafínico (jet fuel).
3. Mediante esterificación se puede obtener GTBE.

Otros productos que se pueden obtener son el isobutil acetato (barnices y agentes potenciadores del sabor) o el dibutilftalato (aditivo de adhesivos y productos cosméticos).

Figura 1. Compuestos obtenidos a través de la deshidratación del isobutanol. Extraido de la Referencia 1.

Conclusiones y proyectos ^1,2,3,4,5

El concepto de biorrefinería basada en isobutanol como molécula plataforma es técnicamente viable. En los últimos años, se han venido desarrollando grandes avances en el campo de la fermentación que están sentando las bases para que se pueda hacer realidad pero es necesario seguir investigando para que sea económicamente viable.

Dos empresas destacan en el panorama internacional como pioneras en los procesos de obtención de isobutanol de origen renovable: Butamax Advanced Biofuels ("joint venture" de BP y Dupont) y Gevo. De hecho, ambas están actualmente litigando por varias patentes. También merece la pena mencionar el IBPR (Iso Butanol Platform Rotterdam), consorcio enfocado en conseguir la conversión de materias primas lignocelulósicas en isobutanol y otros productos de alto valor añadido. En futuras entradas, se podrá tratar con un poco más de detenimiento aspectos más concretos de estos proyectos.

¹ J.A. Posada Duque, H. Zirkzee, E.W. van Hellemond, A. Lopez-Contreras, J.W. van Hal, A.J.J. Straathof: "A Biorefinery in Rotterdam with Isobutanol as Platform?". May 2014, ECN-V—14-004.

² "Exploratory study on an isobutanol biorefinery in Rotterdam sugar and beet pulp". Rotterdam Climate Initiative. February 2014.

³ "Isobutanol – A Renewable Solution for the Transportation Fuels Value Chain". Gevo White Paper. May 2011.

⁴ http://www.butamax.com/

⁵ http://www.gevo.com/