ALIMENTACIÓN CON LÍQUIDO IÓNICO CLAVE PARA ABRIR EL AZÚCAR DE LA BIOMASA.

Alexis Bell, Ingeniro químico, una autoridad destacada en catalísis, esta conduciendo un estudio en la aplicación iónica a la producción de biocombustibles.

TRANSFORMANDO LA LUZ SOLAR EN COMBUSTIBLE: ALIMENTACIÓN CON LÍQUIDO IÓNICO CLAVE PARA ABRIR EL AZÚCAR DE LA BIOMASA.

Se espera que los líquidos iónicos -sales que son líquidos más que cristales a temperatura ambiente- jueguen un papel protagonico en la transformación de la biomasa en combustibles verdes limpios para el transporte.

El término "líquido iónico" puede ser en gran parte desconocido hoy al público en general pero estas sales que son líquidos más que cristales a temperatura ambiente al parecer llegaran a ser de lejos más familiares en el futuro mientras tanto se espera que desempeñen un papel protagonico en la transformación de la biomasa en combustible sostenible y carbón neutro para el transporte. Los líquidos iónicos poseen una capacidad única para la disolución de la biomasa lignocelulósica y la ayuda a hidrolizar el licor resultante en azúcares, pero poco se ha sabido más allá de este hecho. Investigadores y el Laboratorio Berkeley son parte de un esfuerzo a escala nacional para aprender más sobre líquidos iónicos y biomasa. Su investigación esta comenzando a proporcionar algunas respuestas valiosas.

"Nuestro desafío ha sido entender qué características se requieren de los líquidos iónicos para que disuelvan eficientemente la lignocelulosa", afirma Alexis Bell, un ingeniero químico con citas comunes en el Laboratorio Berkeley y la Universidad de California (UC) en Berkeley, y una autoridad en catálisis. Bell y su grupo han estado estudiando los líquidos iónicos bajo concesión del Instituto de Biociencias de la Energía (EBI), una sociedad llevada por la UC Berkeley que incluye el laboratorio Berkeley y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El EBI es financiado por BP.

En una charla reciente en la reunión nacional en la primavera del 2009 de la Sociedad Química Americana en Salt Lake City, Bell describió un estudio llevado por él y su grupo en cómo los líquidos iónicos disuelven la lignocelulosa y después la despolimeriza en azúcares fermentables. Mientras que este estudio esta en su fase inicial, los investigadores han identificado ya la forma potencial de hacer el proceso de deconstrucción más eficiente.

"Si usted mira una pared celular de un vegetal bajo el microscopio usted puede ver que esta compuesta por tres componentes -celulosa, hemicelulosa y lignina", afrimó Bell. "La celulosa esta unida a las fibrillas cristalinas que son rodeadas por hemicelulosa y envueltas en una envoltura de lignina que hace la estructura entera naturalmente recalcitrante (resistente a la degradación).

Entre otros objetivos, Bell y su grupo están mirando como determinar la composición del líquido iónico afecta la solubilidad de la celulosa y la lignina, cómo la temperatura afecta la solubilidad de los azúcares derivados de la despolimerización de la celulosa, y cómo la composición, la temperatura y las adiciones del co-solvente pueden afectar la viscosidad de las soluciones líquidas de la celulosa/iónica.

"La viscosidad es tremendamente importante porque mientras que los líquidos iónicos son grandes solventes, el material disuelto en estos fluidos como las melazas y peores", afirmó Bell.

Trabajando con el líquido iónico 1-butil-3-cloruro de metilimidazolio o [BMIM][Cl] disolverá los azucarse de la celulosa sin inducir algún cambio cambio estructural a los azúcarse. Bell y su equipo también encontró que las temperaturas podrían llegar tan alto como los 120º C antes de que ocurra la degradación seria de la estructura de la celulosa, reduciendo significativamente el valor del producto disuelto.

"Cuando usted disuelve la celulosa, la pone en una forma que los chinches (tales como la levadura) puedan acceder a los propositos de la fermentación", afirmó Bell. "A temperaturas por encima de los 120º C, los líquidos iónicos que estudiamos eran bastante ácidos para formar los compuestos insolubles marrón oscuros que son técnicamente llamados apestosos pero que la mayoría de los químicos podrían llamar porqería".

En la prueba de los efectos de la composición de los líquidos iónicos sobre la solubilidad, Bell y su grupo alteraron los tipos de cationes y aniones en su líquido iónico. Encontraron que la solubilidad de la celulosa depende del anión y del catión, y que el cloruro es el mejor anión mientras que el piridinio parece ser el mejor catión.

En las pruebas de viscosidad, Bell y sus colegas encontraron que la disolución de los azúcares en [BMIM][Cl] aumenta enormemente la viscosidad del líquido iónico, y que la adición de los co-solventes tales como el acetonitrilo o el butironitrilo reduce la viscosidad sin que los azúcarse se precipiten -una buena cosa.

"Para hacer química con estos azúcares disueltos que necesitamos poder revolver, que los medios que necesitamos viscosidad, pero no demasiada viscosidad", afirmó Bell. "Necesitamos reducir la viscosidad sin precipitar la celulosa. El acetonitrilo y el butironitrilo son los co-solventes que pueden hacer el truco".

Una vez los componentes de la celulosa y la hemicelulosa son disueltos, ellos deben ser despolimerizados a azúcares. Para esto Bell y sus colegas han probado varios catalizadores que promueven la reorganización del azúcar y la extracción de oxigeno de esta vía la hidrogenación. Entre otros resultados, encontraron que los ácidos catalizan la isomerización de la glucosa a fructosa a furfurales. También demostraron que los efectos combinados de un ácido y un catalizador de la hidrogenación pueden llevar a un espectro amplio de productos y que las distribuciones de estos productos es governada por las concentraciones del ácido y la presión del hidrógeno.

Afirmó Bell, "la hidrólisis de la celulosa disuelta ocurre fácilmente en presencia de un catalizador ácido, y la hidrógenolisis de la glucosa es promovida por un metal apoyado en carbón.

Fuente: lbl.gov