Mejora de la extracción en procesos de biorrefinerías: disolventes sostenibles y técnicas de extracción asistida

• Autores: Blanca Sáenz de Miera Aparicio
• Directores de la Tesis: Emilio José González Gómez (dir. tes.), María González Miquel (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Ambiental, Química y de los Materiales por la Universidad Politécnica de Madrid
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • La dependencia del sistema industrial hacia recursos no renovables preocupa por su sostenibilidad e impacto ambiental. En este contexto, surgen las biorrefinerías, donde se transforma la biomasa en diversos productos y energía. Sin embargo, enfrentan desafíos en el uso eficiente de la biomasa y la optimización de procesos como el pretratamiento, la fermentación y la separación de productos.

    Esta Tesis Doctoral se enfoca en la optimización de dos procesos de separación en biorrefinerías: i) la extracción selectiva de inhibidores de la fermentación presentes en corrientes ricas en azúcares, utilizando técnicas de extracción líquido-líquido para mejorar los rendimientos de la fermentación, y ii) la extracción de compuestos fenólicos de alto valor añadido a partir de residuos sólidos de naranja, mediante extracción sólido-líquido. Siguiendo los principios de la Química Verde, se propone el uso de disolventes eutécticos y biodisolventes, destacando por su origen renovable y bajo impacto ambiental. Además, se sugiere el uso de técnicas de extracción asistida por ultrasonidos y microondas para mejorar los rendimientos de extracción, reduciendo el tiempo y el gasto energético.

    Primero, se propone un método de detoxificación de corrientes acuosas con contenido en azúcares e inhibidores de la fermentación mediante la extracción líquido-líquido con disolventes eutécticos hidrófobos formados a partir de ácidos carboxílicos y biodisolventes (2-metiltetrahidrofurano, ciclopentil metil éter y limoneno). Primero, se evaluó el efecto de la concentración inicial y la temperatura en la extracción de compuestos fenólicos, encontrando que ninguno de estos factores afecta significativamente la eficiencia de extracción. Después, se estudió la selectividad de los disolventes en una mezcla sintética formada por los compuestos fenólicos y glucosa. Los resultados obtenidos son muy prometedores, pues los disolventes probados pueden extraer fácilmente compuestos fenólicos, pero no glucosa. En particular, el biodisolvente ciclopentil metil éter mostró los mejores resultados, siendo seleccionado para estudiar mezclas más complejas que incluyen diferentes tipos de inhibidores (compuestos fenólicos y furanos) y tres tipos de azúcares. Esta misma mezcla se utilizó para estudiar la relación disolvente-muestra y el tiempo de agitación, encontrando un volumen óptimo de disolvente y un tiempo máximo de agitación que maximiza la eficiencia de extracción.

    En la segunda parte, se propone la valorización del residuo sólido de naranja a través de la extracción sólido-líquido de compuestos fenólicos de alto valor añadido. El estudio se inició con la recuperación de compuestos fenólicos empleando disolventes convencionales (agua, disolución de 80% etanol en agua y acetato de etilo) para optimizar las técnicas de extracción asistida (baño de ultrasonidos, sonda de ultrasonidos y microondas). Los resultados muestran que los disolventes hidrófobos tienen baja capacidad de extracción, y las técnicas de extracción asistida reducen el tiempo de extracción xii manteniendo la eficiencia. Después, se examinó la extracción con disolventes sostenibles, evaluando su rendimiento con las mismas técnicas de extracción asistida. Los disolventes eutécticos mejoran la eficiencia de extracción, en concreto, el disolvente formado a partir de betaína y 1,2-butanodiol. Por último, se cuantificó la extracción de compuestos fenólicos y azúcares empleando biodisolventes. Donde se propone una recuperación en cascada de los compuestos de interés, primero extrayendo antioxidantes con valerolactona y luego azúcares con lactato de etilo.

    Los resultados de esta Tesis Doctoral destacan el potencial de los disolventes eutécticos y los biodisolventes en los procesos de extracción en biorrefinerías. Además, se observan mejoras significativas en el tiempo y eficiencia de extracción al emplear técnicas de extracción asistidas.