Perfil: Proyecto WALEVA – Demostrando la producción de ácido levulínico a partir de paja de arroz
Tipo de entrada: PERFIL DE PROYECTO.
Técnicas Reunidas (TR) es una
multinacional española conocida a nivel mundial por ser un contratista general
que se dedica a la ingeniería, diseño y construcción de todo tipo de
instalaciones industriales para un amplio espectro de clientes, principalmente,
empresas del sector del petróleo y del gas. Lo que no es tan sabido, incluso en
España, es que TR cuenta con unas instalaciones en las que desarrolla nuevas
tecnologías para diferentes campos: el Centro Tecnológico José Lladó. Allí, sin
lugar a dudas, la estrella es la hidrometalurgia. A lo largo de más de 40 años,
la División de Desarrollo de Tecnologías Propias (DDTP) ha consolidado un
conjunto de tecnologías propias para la recuperación de metales.
Figura 1. Centro Tecnológico José
Lladó (cortesía de TR)
También hay espacio para procesos
de biorrefino: la obtención de ácido levulínico a partir de residuos, la
valorización de la lignina o la producción de biobutanol. En relación con la
primera de ellas, TR ha coordinado el proyecto WALEVA que ha sido financiado
por el Programa LIFE de la Comisión Europea. A finales del año pasado, el Dr. Vicente
López (Responsable del proyecto) tuvo la gentileza de explicarme los detalles
de esta interesante iniciativa y de enseñarme la planta piloto que fue
instalada para demostrar el proceso en continuo. En esta entrada, vamos a
conocer a fondo el proyecto.
El reto y la solución planteada
España es el segundo país de la
Unión Europea en producción de arroz. Según podemos leer en la página web del
proyecto WALEVA, España cuenta con, aproximadamente, 105.000 hectáreas de
terreno destinado al cultivo de arroz, lo que supone cada año 577.000 toneladas
de paja de arroz. Si ampliamos el alcance, la producción de arroz en Europa
superó los 3 millones de toneladas en 2012. Teniendo en cuenta una media de 0,8
toneladas de paja por cada tonelada de arroz, ese año se generaron 2,4 millones
de toneladas de residuos. Las dos principales técnicas que se emplean para
gestionar este residuo (la quema y el fangueado) suponen un verdadero problema
ambiental. Por ejemplo, la quema de la cantidad íntegra generada en 2012,
equivaldría a 4,1 millones de toneladas de CO2 emitidas a la
atmósfera (1,7 kg de CO2 por cada kilo de paja). En la entrada que
dediqué al proyecto SostRice (Proyecto
SostRice – Buscando un modelo sostenible para la gestión de la paja de arroz,
2/3/2016) trato este tema con mayor profusión así que no me voy a extender más aquí.
El consorcio del proyecto WALEVA
propuso una solución para este problema soportada sobre los principios de la
bioeconomía circular. Su estrategia pasaba por allanar el camino para el
desarrollo de una nueva cadena de valor basada en un producto de alto valor
añadido: el ácido levulínico (LEVA). Esta molécula es una plataforma muy
versátil cuyos derivados tienen potencial en múltiples aplicaciones: aditivos
de combustibles, disolventes, polímeros y plastificantes, resinas y
recubrimientos… (véase más información sobre este compuesto en “Biorrefinerías
de ácido levulínico”). Así, mediante la transformación de la paja de arroz
en ácido levulínico, se reduciría el uso de materias primas y recursos
energéticos para producir bienes al tiempo que se conseguiría una solución
sostenible para la gestión del residuo.
El proyecto
Los datos generales del proyecto
se resumen en la siguiente tabla:
Nombre
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WALEVA - From Whatever Residue into Levulinic
Acid: an innovative way to turn waste into resource.
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Objetivo
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Demostrar la viabilidad del proceso de producción
desarrollado por TR para generar ácido levulínico, procedente de diferentes
tipos de residuos lignocelulósicos o de materias primas con un contenido de,
al menos, el 30-40% de celulosa.
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Convocatoria
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LIFE
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Referencia
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LIFE13 ENV/ES/001165
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Consorcio
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Coordinador: Técnicas Reunidas.
Socios:
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Duración
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Desde 6/2014 hasta 9/2017.
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Presupuesto total
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1.633.680 €
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Contribución de la UE
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816.839 €
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Las seis acciones principales que
se llevaron a cabo para conseguir el objetivo general son las siguientes:
1. Recogida y tratamiento del
residuo de paja de arroz.
2. Diseño y construcción de un
módulo de almacenaje.
3. Diseño de la planta piloto.
4. Construcción de la planta
piloto.
5. Demostración en la planta
piloto.
6. Estudios de viabilidad
económica, energética y medioambiental.
Durante los primeros meses del
proyecto, se llevó a cabo la primera actividad centrada en la optimización de
las tareas de recogida de la paja de arroz. Para ello, se contó con el respaldo
de la Asociación de agricultores de Don Benito y Comarca, principal zona de
producción de arroz en Extremadura. Las posteriores acciones ya se enfocaron en
el núcleo del proyecto: la demostración
de la tecnología desarrollada por TR para producir LEVA a partir de materiales
lignocelulósicos en una planta piloto construida en el Centro Tecnológico José
Lladó.
El proceso WALEVA y la planta piloto
El proceso de producción consta
de las siguientes etapas:
1. Pretratamiento
Un pretratamiento físico
(mecánico) y químico (ataque ácido) del residuo de la paja de arroz lo prepara
para su posterior hidrólisis ácida asegurando que los rendimientos alcanzan los
valores deseados. La selección de un tamaño de partícula adecuado es
fundamental. Por ello, durante el desarrollo del proyecto, se probaron
diferentes tipos de molinos. En esta etapa, se persigue, además, reducir la
cantidad de posibles impurezas.
2. Producción y purificación
de LEVA
2.1 El sólido generado en la
etapa anterior se trata mediante hidrólisis ácida con controles exhaustivos de
presión y temperatura. La hidrólisis busca la ruptura selectiva de la fracción
celulósica para generar unidades aisladas de glucosa. Así, por conversión posterior
en el mismo medio acuoso y gracias a un proceso de deshidratación y posterior
rehidratación, se obtiene una mezcla de LEVA y ácido fórmico (FA). Al filtrar
la mezcla final, se generan una solución líquida rica en ácido levulínico y un
“biochar” que puede ser utilizado en varias aplicaciones.
2.2 El LEVA obtenido durante la
hidrólisis ácida se enfría y se purifica en varias etapas para alcanzar un
producto final de entre 90% y 95% de pureza.
Figura 2. Esquema básico del
proceso WALEVA (cortesía de TR)
La planta piloto se construyó
durante los años 2015 y 2016 y las pruebas de demostración con paja de arroz se
llevaron a cabo en el año 2017. Los resultados obtenidos se muestran debajo:
Capacidad de procesado
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500 kg de paja de arroz por mes (700 g de paja arroz por
hora).
370 kg de paja de arroz durante la campaña de ensayos.
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Capacidad de producción
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150 g de LEVA por hora.
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Caudales de trabajo
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3 – 4 l/h.
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Tiempo de operación
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600 horas (5 semanas, 5 días a la semana, 24 horas al día).
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Rendimiento
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16% – 18%.
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Figura 3. Izquierda: LEVA /
Derecha: Paja de arroz, paja de arroz molida, sólido pretratado y biochar
(cortesía de TR)
Estudio de viabilidad y planes de futuro
Con los datos obtenidos en la
fase de demostración, se procedió a estudiar la viabilidad energética, ambiental
y económica del proceso. Considerando Valencia como posible ubicación y la paja
generada por las industrias arroceras de Valencia y Andalucía (624.000
toneladas), se podrían obtener alrededor de 83.000 kg de LEVA y se conseguiría
una reducción de la huella de carbono del 80% respecto a la quema del residuo. Teniendo
en cuenta un precio de entre 1,5 €/kg – 2 €/kg de LEVA, el tiempo de retorno de
la inversión rondaría los 4 – 5 años.
Por tanto, este análisis
preliminar arroja unos resultados que permiten ser optimistas. En este punto,
TR está estudiando la manera de escalar el proceso hasta un nivel precomercial
y buscando colaboradores que puedan desarrollar aplicaciones para su LEVA.
