Plataformas de biorrefinería – Azúcares

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Concepto

- La plataforma de azúcar se define como cualquier combinación de azúcares C5 (5 átomos de carbono; xilosa, pentosa y ribosa son las pentosas más comunes), azúcares C6 (6 átomos de carbono; glucosa, fructosa y galactosa son las hexosas más comunes) y/o azúcares C12 (moléculas que contienen dos unidades de hexosas) que existen dentro de una ruta de proceso desde la materia prima biomásica hasta los productos biobasados finales.
- Estos azúcares simples son moléculas reactivas que se pueden convertir biológica o químicamente en combustibles, productos químicos, materiales, alimentos y piensos.
- Moléculas más grandes, como los oligosacáridos y polisacáridos, no están incluidas dentro de la plataforma del azúcar.
- Los procesos tradicionales se basan en la utilización de sacarosa (compuesta por glucosa y fructosa) derivada de cultivos azucareros (remolacha azucarera o caña de azúcar) o glucosa obtenida tras la hidrólisis del almidón (que se puede encontrar en el trigo, el maíz, la cebada, el centeno…).
- En las biorrefinerías avanzadas, que utilizan biomasa lignocelulósica como materia prima, la biomasa se someterá típicamente a un primer pretratamiento seguido de hidrólisis enzimática para liberar los azúcares. La glucosa se producirá a partir de la celulosa, mientras que la hidrólisis de la hemicelulosa dará como resultado una mezcla de azúcares C5/C6. La composición de la fracción de hemicelulosa depende en gran medida de la materia prima.

Figura 1. Plataforma de azúcares

Rutas de procesado y aplicaciones

- Fermentación. La glucosa sirve como sustrato principal para muchos procesos de fermentación biológica, proporcionando acceso a una variedad de bloques químicos importantes (alcoholes, ácidos orgánicos, lípidos e hidrocarburos), pero también productos químicos finos de muy alto valor (aminoácidos, vitaminas, antibióticos, enzimas...). La plataforma de azúcar mixta en una biorrefinería lignocelulósica puede, en teoría, producir los mismos productos que la glucosa. La conversión puede tener lugar usando bacterias, hongos o levaduras, modificadas genéticamente o no, en una variedad de condiciones de proceso. El producto de interés también se puede producir de manera intracelular o extracelular.
- Procesos químicos. Los azúcares también se pueden convertir mediante procesos catalíticos en útiles bloques químicos. Los azúcares pueden sufrir reacciones selectivas de deshidratación, hidrogenación y oxidación para generar productos útiles. Algunos ejemplos: sorbitol, furfural, ácido glucárico, hidroximetilfurfural (HMF) y ácido levulínico.
- Procesos termoquímicos. El reformado en fase acuosa (Aqueous Phase Reforming, APR) permite la transformación de azúcares en mezclas de hidrocarburos. El proceso APR convierte catalíticamente los azúcares en solución acuosa en hidrógeno, CO2 y una mezcla de alcanos, ácidos, cetonas y aromáticos. Posteriormente, una serie de reacciones de condensación alargan las cadenas de carbono en la mezcla de hidrocarburos. Esta mezcla se somete luego a hidroprocesado, isomerización y destilación.

Referencias

- E4tech, RE-CORD and WUR (2015) “From the Sugar Platform to biofuels and biochemicals”. Final report for the European Commission, contract No. ENER/C2/423-2012/SI2.673791. 
- IEA Bioenergy Task 42 (2020). “Biobased chemicals. A 2020 update”.

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