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lunes, 16 de noviembre de 2015

Biorrefinerías de ácido levulínico





Fecha de publicación: 16/11/2015
Última actualización: 20/02/2016

Descripción 1,2

El ácido levulínico (también conocido como ácido 4-oxopentanoico o ácido γ-cetovalérico) es un compuesto orgánico con fórmula química C5H8O3. Es un sólido cristalino soluble en agua y en disolventes orgánicos polares. Contiene un grupo cetona y un grupo carboxilo cuya presencia posibilita patrones reactivos interesantes. Es uno de los “Biobased Chemical Building Blocks” más reconocidos, precursor de un amplio número de compuestos (véase el apartado Aplicaciones más abajo). De hecho, fue reconocido por el DoE como una de las principales moléculas plataforma del futuro y puede cubrir de manera eficaz muchas de las atribuciones de productos químicos y materiales procedentes del petróleo.

Tecnologías de proceso 1,3,4,5

La degradación controlada de azúcares C6 mediante ácidos es el proceso más usado para preparar ácido levulínico a partir de biomasa lignocelulósica. Se han estudiado otros métodos, por ejemplo, la hidrólisis de ésteres de acetilsuccinato, hidrólisis ácida de alcohol furfurílico o la oxidación de cetonas. Sin embargo, dichos métodos requieren materias primas con precios elevados y dan lugar a cantidades relativamente altas de subproductos.

La hidrólisis ácida de la lignocelulosa (un proceso termoquímico simple) provoca la conversión de los polisacáridos en azúcares C5 y C6. El producto de la degradación de los azúcares C6 es el hidroximetilfurfural (HMF), un compuesto furánico que puede ser transformado (mediante hidratación) en ácido levulínico y ácido fórmico en cantidades equimolares. La deshidratación de los azúcares C5 (fracción hemicelulósica) permite obtener furfural,  que puede ser utilizado directamente como producto o convertido en ácido levulínico. La lignina junto con algo de celulosas y hemicelulosas degradadas y algunos inertes, salen del proceso como una mezcla rica en carbono. La mayoría de los conceptos para producción comercial de ácido levulínico se basan en esta tipo de tecnología fuertemente ácida. Las siguientes empresas han desarrollado su tecnología basándose en este modelo: Biofine, DSM, GFBiochemicals y Segetis (adquirida por la anterior).

Figura 1. Producción continua de ácido levulínico mediante la Tecnología Biofine (extraído de la Referencia 1)

Aplicaciones 6,7,8

El ácido levulínico es una plataforma muy versátil para la obtención de productos químicos y materiales derivados directamente de biomasa. Se usa como precursor para:
  • Aditivos de combustibles. Los ésteres de levulinato son aditivos para diésel y gasolina. Por ejemplo, puede reemplazar los actuales potenciadores del índice de cetano y de los productos para incrementar las propiedades de flujo frío del diésel. También pueden sustituir a los productos que mejoran la lubricación. El metiltetrahidrofurano (MeTHF), un derivado del ácido levulínico, puede ser mezclado hasta con un 50% de gasolina para incrementar el rendimiento del vehículo y reducir las emisiones de gases contaminantes.
  • Disolventes. Los ésteres del ácido levulínico, la gamma-valerolactona (GVL) y el MeTHF son disolventes adecuados para muchas aplicaciones. La GVL puede reemplazar al acetato de etilo y MeTHF puede ser utilizado como sustituto del tetrahidrofurano (THF) en la química fina y en la industria farmacéutica.
  • Polímeros y plastificantes. Los ésteres de cetales derivados del ácido levulínico pueden reemplazar a la mayor parte de los plastificantes basados en ftalatos. El metilbutanodiol (MeBDO) tiene potencial como monómero para poliuretanos. GVL puede ser un monómero para poliésteres y precursor de los isómeros de la pirrolidona.
  • Resinas y recubrimientos. El ácido levulínico puede ser usado en resinas de poliéster y polioles de poliéster para incrementar la resistencia al rayado de recubrimientos para exteriores e interiores. El ácido difenólico (DPA) en acabados para protección y decoración.
  • Agroquímicos. El ácido delta-aminolevulínico (DALA) se usa como herbicida para pastos y ciertos cultivos.
  • Productos farmacéuticos. El ácido levulínico se usa en medicamentos antiinflamatorios, agentes antialergénicos, suplementos minerales y parches transdérmicos. El DALA se usa en diagnosis y tratamiento de cáncer.
  • Cuidado personal. El ácido levulínico y sus derivados se usan en cosméticos orgánicos y naturales para perfumes, acondicionadores de la piel y reguladores de pH.
  • Sabores y fragancias. Los ésteres del ácido levulínico se usan a menudo como ingredientes para potenciadores de sabor y fragancias afrutadas.

Figura 2. Ácido levulínico como molécula plataforma (extraído de la Referencia 8)

Plantas comerciales – En operación 9,10

Caserta Biorefinery
Propietario
GFBiochemicals  (www.gfbiochemicals.com)
Localización
Caserta (Italy)
Materias primas
Cellulosic feedstock.
Tecnología
Proprietary technology platform. Thermochemical conversion: acidic hydrolysis of lignocellulose. Recovery and purification of levulinic acid. Formic acid and char are recovered.
Capacidad
10,000 tons per year (scale up to full capacity by 2017).
Puesta en marcha
July 2015.

Nota
Existe un mercado poco organizado en China. No fue posible encontrar información sobre las plantas de los suministradores: Hebei Langfang Triple Well Chemicals, Hebei Shijiazhuang Worldwide Furfural & Furfuryl Alcohol Funan Resin, Jiangsu Yancheng China Flavor Chemicals, Shijiazhuang Pharmaceutical Group Ouyi Pharmaceutical, Shanghai Apple Flavor & Fragrance y Shandong Zibo Shuangyu Chemical.

Plantas comerciales – En construcción o en planificación 11

Localización
Empresas
Capacidad
Estado
A ser determinado
Segetis (www.segetis.bio).
Tecnología JavelinTM.
Nota: Segetis ha sido adquirida por GFBiochemicals.
15 ktons/a
Planificada para 2017.

Plantas piloto y de demostración
3,11


Localización
Empresas
Capacidad
Estado
Golden Valley (MN, USA)
Segetis (www.segetis.bio).
Nota: Segetis ha sido adquirida por GFBiochemicals.
+3 millones lb/a
Planta de demostración. En operación desde 2012.
Gorham (ME, USA)
Biofine Technology (www.biofinetechnology.com)
-
Planta de demostración. En operación desde 2014.
Limerick (Irlanda)
Proyecto: DIBANET (www.dibanet.org).
6 kg/h de biomasa (procesada)
Planta piloto. Ya no está operativa.
San Fernando de Henares (Madrid, España)
Proyecto: LIFE + WALEVA (www.waleva.eu).
Consorcio: Técnicas Reunidas, CICYTEX y FEIQUE.
1 ton/mes de paja de arroz seco (procesada).
Planta piloto. Se espera que esté operativa en Q4 2016.


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REFERENCIAS
1 B. Girisuta: “Levulinic Acid from Lignocellulosic Biomass”. PhD Thesis. November 2007.
2 T. Werpy, G.R. Petersen: “Top Value Added Chemicals from Biomass. Volume 1: Results of Screening for Potential Candidates from Sugar and Systhesis Gas”. US DoE, August 2004.
4 “Bio-Based Chemicals: Value Added Products from Biorefineries”. IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery.
5  P. Harmsen, M. Hackmann: “Green Building Blocks for Biobased Plastics”. Wageningen UR Food & Biobased Research, March 2013.

1 comentario :

  1. excelente para trabajar las biomasas residuales del arroz en Colombia y seguramente las de Caá de azucar

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