OBTENCIÓN DE OLIGOSCÁRIDOS A PARTIR DE RESIDUOS DE LA INDUSTRIA MADERERA
El camino hacia un desarrollo sostenible pasa por la utilización de recursos renovables para la obtención de compuestos químicos o productos de consumo. La biomasa, en particular la biomasa lignocelulósica, se ha considerado como una materia prima «necesaria» por razones de disponibilidad, precio e implicaciones ambientales (en particular, la reducción de emisiones de CO2).
Tradicionalmente, la principal utilización de las maderas en el sector químico ha sido la fabricación de pastas (para papel o para disolver). Otros sectores que emplean cantidades importantes de madera incluyen a la industria del mueble, de la construcción y de combustibles sólidos. En este proyecto se va a obtener a partir de residuos de la industria maderera (serrín o astillas) oligosacáridos, que a su vez servirán como probióticos en la industria farmacéutica.
Los bosques abarcan el 31% de la superficie total de la tierra El área total de bosque en el mundo es de algo más de 4.000 millones de hectáreas, que corresponde a un promedio de 0,6 hectáreas per cápita.
La extracción de madera en rollo en España en el año 2010 fue de 15,6 millones de m3 y de 2,5 millones de m3 de leñas y carbón vegetal. Se estima que en 2009 se cortaron unos 19 millones de m3 de madera en rollo, mientras que el crecimiento corriente de la madera en los montes españoles en ese año fue de 46 millones de m3.
El 75% de las cortas de madera en rollo se realizan en el 14% de la superficie, que se sitúa en la zona atlántica. Eucalyptus globulus y Pinus pinaster fueron las dos especies más aprovechadas en España en el año 2010, con 4,8 y 3,2 millones de m respectivamente. (ISFE, 2013). Es por esto que la madera de pino es una de las más utilizadas en la industria maderera y sus hemicelulosas pueden solubilizarse mediante tratamientos hidrotérmicos. De esta forma se obtienen sacáridos solubles de naturaleza poli- u oligomérica (POHs). González-Muñoz et al. (2010 y 2013) estudiaron la obtención de POHs a partir de madera de Pinus pinaster mediante autohidrólisis, así como el fraccionamiento de los productos de reacción por un procedimiento multietapa con membranas.
El proceso para la obtención de POHs a partir de madera de pino cuenta con 4 etapas diferentes: la extracción con agua, una autohidrólisis, 1ª etapa de concentración+liofilización, 2ª etapa de concentración+liofilización.
En la etapa de extracción con agua se consiguen separar os extractos hemicelulósicos por extracción física, ya que no están unidos químicamente a la estructura de los componentes. Las astillas de Pinus Pinaster son tratadas con agua en una unidad de extracción para eliminar los compuestos solubles en agua.
A continuación se lleva a cabo la etapa de autohidrólisis se consigue separar el resto de componentes poliméricos de los materiales lignocelulósicos, esta etapa permite la ruptura selectiva de los polímeros de hemicelulosa, produciendo hemicelulosa soluble (fracción líquida), sin causar la degradación de la celulosa y la lignina (fracción sólida).
La mezcla es centrifugada para separar la fracción sólida de la líquida. La corriente sólida es rica en celulosa y lignina que se podrían fraccionar aun más para aumentar beneficios. Por otra parte la fracción liquida contiene agua, compuestos volátiles y compuestos no volátiles, incluyendo oligosacáridos y monosacáridos. Esta fracción es tratada para su purificación y concentración en una unidad de procesamiento con membranas para obtener una corriente altamente rica en oligosacáridos. La operación consiste en etapas consecutivas de diafiltración discontinua con reducción de volumen. A partir de esta etapa se obtiene dos corrientes: el concentrado rico en POHs y el permeado rico en monosacáridos y otros compuestos no sacáridos. El concentrado finalmente es liofilizado.
La corriente de permeado es de nuevo procesada en una segunda unidad de filtración. Se obtienen dos corrientes: el concentrado rico en monosacáridos y el permeado rico en componentes no sacáridos. El concentrado es liofilizado y el permeado es recirculado como refrigerante líquido y finalmente enviado para tratamiento.
En la planta de producción de oligosacáridos a partir de residuos de la industria maderera existen tres subproductos: monosacáridos, lignina y celulosa. Los monosacáridos serán comercializados para aumentar la viabilidad económica de la planta. En esta fase del proyecto no se contempla por el momento la venta de la lignina y a celulosa, aunque sería un claro objeto de estudio en fases posteriores. Por otra parte para reducir el consumo de agua por parte de la planta se instalará un equipo de osmosis inversa después de la primera etapa de filtración con membranas.
Con la realización de este proyecto a escala industrial se obtendrían unas 1000 t/año de POHs a partir de 7000 t/año de Pinus Pinaster. A la hora de realizar el análisis de viabilidad económica del proyecto se obtuvo un VAN positivo y un payback de 4 años por lo que se puede concluir que la realización de este proceso a escala industrial es rentable.
Este proyecto fue realizado por Alicia Córdoba Pérez y María Cotos Montero para obtener al título de graduadas en ingeniería química:
Córdoba Pérez A, Cotos Montero, M.,. Planta de producción de oligosacáridos a partir de la industria maderera. Trabajo Fin de Grado, Grado en Ingeniería Química, USC. Septiembre 2016
BIBLIOGRAFÍA
- ISFE (Informe ejecutivo). La situación de los bosques y el sector forestal en España (2013) Sociedad Española de Ciencias Forestales.
- M.J.González-Muñoz-Rosana Alvarez-Valentín Santos-J.C. Parajó. Fractionation of extracted hemicellulosic sacharides from Pinus pinaster Wood by multistep membrane processing. Journal of Membrane Science, Febrero 2013.
- M.J.González-Muñoz-Rosana Alvarez-Valentín Santos-J.C. Parajó. Production of hemicellulosic sugars from Pinus pinaster Wood by sequential steps of aqueous extraction and acid hydrolysis. 12 Abril 2010.
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