Reducción del contenido de lignina en la cáscara de arroz mediante pretratamiento explosión de vapor para producción de Etanol-2G

Abstract

La generación de residuos y emisión de gases de efecto invernadero (GEI) están ocasionando serios problemas ambientales relacionados a la contaminación de ecosistemas y el calentamiento global. Ante esta problemática, el etanol de segunda generación (2G) resulta una alternativa prometedora por promover una economía circular y sustituir los combustibles fósiles; sin embargo, la eficiencia en su producción aun no alcanza niveles rentables en el mercado, por lo que la investigación en esta materia es imprescindible. Bajo este contexto, la presente investigación se enmarcó en la primera etapa del proceso productivo de este biocombustible, el pretratamiento; cuyo fin es descomponer la matriz lignocelulósica de la biomasa. El objetivo principal fue determinar el efecto que produce el pretratamiento explosión de vapor sobre el contenido de lignina en la cáscara de arroz, al aplicar presiones de 4, 6, 8 y 10 bar con tiempos de residencia de 6, 8, 10 y 12 minutos. Para esto se analizó la cáscara de arroz mediante el método lignina Klason, FTIR y SEM. Los resultados mostraron que el pretratamiento explosión de vapor reduce el contenido de lignina en la cáscara de arroz, siendo la presión el factor que más influye en este efecto y alcanzando una reducción máxima del 36 por ciento. No obstante, se encontró que el contenido de lignina promedio puede aumentar a determinadas condiciones de presión y tiempo, debido a reacciones de repolimerización y despolimerización que se dan en simultáneo como consecuencia del pH ácido del medio. Del análisis por FTIR se encontró diferencias entre la cáscara sin tratar y tratada, principalmente en las bandas del espectro 3340 cm-1 y 1060 cm-1 asociadas a la lignina, mientras que del análisis por SEM, se verificó que la cáscara de arroz sometida al pretratamiento se vio afectada con fracturas y disrupciones en su estructura.

The generation of waste and the emission of greenhouse gases (GHG) are causing serious environmental problems related to ecosystem pollution and global warming. Second generation ethanol (2G) is a promising alternative to promote a circular economy and replace fossil fuels; however, the efficiency in its production does not reach profitable levels in the market yet, which is the reason why it is important the development research in this topic. In this context, the present investigation was focus in the first stage of the production process of this biofuel, pretreatment; whose purpose is to break down the lignocellulosic matrix of biomass. The main objective was to determine the effect produced by the steam explosion pretreatment on the lignin content in the rice husk when applying pressures of 4, 6, 8 and 10 bar with residence times of 6, 8, 10 and 12 minutes . For this, the rice husk was analyzed using the lignin Klason method, FTIR and SEM. The results showed that the steam explosion pretreatment reduces the lignin content in the rice husk and the pressure was the factor that most influences this effect, reaching a maximum reduction of 36 percent. Nevertheless, it was found that the average lignin content may increase at certain pressure and time conditions due to repolimerization and depolymerization reactions that occur simultaneously as a result of the acidic pH of the medium. From the FTIR analysis, differences were found between the untreated and treated husk, mainly in the 3340 cm-1 and 1060 cm-1 spectrum bands associated with lignin, while from the SEM analysis it was verified that the pretreatment affected the rice husk producing fractures and disruptions in its structure.