Resumen

La biomasa aparece como una alternativa promisoria para la producción amigable de compuestos con importantes ventajas competitivas sobre componentes no renovables. El bio-furfural es uno de estos compuestos y actualmente se ha convertido en uno de los componentes más importantes y comúnmente utilizados en el mundo. Alternativamente, el bio-furfural ha sido utilizado como base para el desarrollo de plataformas químicas con el fin de producir otros componentes de interés industrial. Este trabajo implementa el análisis termodinámico de la producción de furfural en una biorefinería a partir de biomasa lignocelulósica. Para determinar la viabilidad económica y energética de este proceso se realizaron evaluaciones tecno-económicas de las diferentes tecnologías utilizadas en la biorefineria, además de diferentes análisis energéticos y exergéticos. Como resultado, la producción de furfural a partir de bagazo de caña de azúcar bajo el concepto de biorefinería tiene una alta viabilidad económica, además de obtener otros productos que pueden ser utilizados para incrementar el rendimiento económico de la biorefinería.

Adicionalmente, se determinaron las plantas o secciones del proceso con mayores requerimientos energéticos e irreversibilidades, entre las cuales se encuentran los procesos de hidrólisis alcalina y enzimática con las más altas irreversibilidades, sin embargo, las plantas de producción de furfural y etanol tienen los más alto consumos energéticos relacionados con la etapa de reacción y separación, respectivamente.

1. Introducción 

La incertidumbre de las reservas y precio del petróleo así como el cambio climático se han convertido en las principales razones para buscar nuevas alternativas para la producción de combustibles y productos químicos de alto valor [1]. En este sentido, la biomasa aparece como una fuente promisoria para la producción amigable de biocombustibles y materiales de base biológica. Los residuos lignocelulósicos (compuestos principalmente de celulosa (30-45%), hemicelulosa (20-35%) y lignina (10-20%)) son considerados como una materia prima promisoria para obtener una amplia gama de productos debido a su alta disponibilidad y bajo valor económico. El desarrollo de esquemas de biorefinerías a partir de esta biomasa lignocelulósica puede realizarse en muchas direcciones y enfocándose, especialmente, en los azúcares derivados que pueden ser utilizados como una plataforma de productos químicos [2]. Este es el caso del furfural, que se puede obtener a partir de la hidrólisis ácida de estos residuos ligniocelulosicos y cuya principal aplicación es en la producción de alcohol furfurílico, el cual representa un 88% de su aplicación final. Entre otros de los usos del furfural se encuentran la extracción de butadieno (5%) y el remanente (7%) es utilizado en la producción de intermediarios químicos, farmacéuticos y saborizantes [3]. El furfural ofrece una importante y rica fuente de derivados que tienen un uso potencial como componentes de biocombustibles. 

Varios autores han estudiado la producción de furfural bajo el concepto de biorefinerías. Gnansounou [4] evaluaron la optimización del proceso de producción de furfural a partir de los racimos vacíos de la palma de aceite (EFB, por sus siglas en inglés) utilizando un pretratamiento con ácido sulfúrico diluido seguido por un proceso de deshidratación sin utilizar un catalizador adicional. A partir de las condiciones óptimas del proceso de deshidratación (198°C y 11 minutos de tiempo de residencia), se obtuvo un rendimiento de furfural de 57.6 g/kg de EFB seco. Aristizábal et al., [5] evaluaron desde el punto de vista económico y ambiental la producción de etanol, octano, nonano, furfural e hidroximetilfurfural (HMF) a partir de bagazo de caña y zoca de café bajo el concepto de biorefinería. De la evaluación económica se obtuvieron costos de producción entre 0.38 – 0.91 USD/kg para el caso del furfural y entre 0.41 y 1.83 USD/kg para el caso del etanol.

• Materias:Termodinámica Procesos químicos Biotecnología
• Subjects:Thermodynamics Chemical processes Biotechnology
• Palabras claves:Biorefinería, Energía, Exergía
• Keywords:Biorefinery, Energy, Exergy