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LA BIORREFINERÍA
COMO EJEMPLO DE PRODUCCIÓN
SUSTENTABLE EN LOS SECTORES
ARROCERO Y FORESTAL
Dra. María Cristina Area
Instituto de Materiales de Misiones (IMAM) UNaM-CONICET
Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales
Universidad Nacional de Misiones (UNaM)
Biorrefinería
• Estructura que integra procesos de producción
de combustibles y productos químicos a partir de
biomasa
• polímeros, plásticos, otros, etanol, biogás, otros
combustibles, etc.
• Concepto análogo al de refinerías de petróleo
• usando recursos renovables
Materias primas para la biorrefinería
• Cualquier biomasa lignocelulósica
• Cultivos energéticos
• Residuos de actividades agrícolas y forestales
• Combinación de ambos
Biorrefinería forestal
• Parte de una producción forestal sustentable
• Aprovecha todo el árbol (inclusive residuos)
• Genera:
• productos tradicionales
• +
• gama de productos químicos de alto valor agregado
• Valoriza la materia prima forestal
Biomasa celulósica
Biorrefinería de plataforma química:
Procesos
TRADICIONALES
Kraft
Sulfito
NaOH-AQ
QUÍMICA VERDE
Hidrotérmico
Solventes
Fluidos
supercríticos
Líquidos iónicos
Biorrefinería de plataforma química:
Productos
Una refinería para cada materia prima
Residuos agroforestales de la región NEA
%, g/100 de materia prima en base seca
Una refinería para cada materia prima
Composición química de las hemicelulosas
%, g/100 de materia prima en base seca - n.d.: no detectado
Bioproductos y biomateriales con mayor potencial
a partir de residuos de la agro- y foresto-industria
Proyectos
• Tecnologías de
fraccionamiento y
separación -
purificación de
subproductos en
biorrefinerías de
residuos agro y
forestoindustriales
• Bio-productos y bio-
materiales a partir de
la biorrefinería de
residuos agro y
forestoindustriales
Ejemplo de
fraccionamiento
• Stoffel, R.B., Felissia, F.E., Vallejos, M.E., Area, M.C., “Aplicación de la Biorrefinería”, Capítulo 5 del
libro: "Biorrefinería a partir de residuos lignocelulósicos. Conversión de residuos a productos de alto
valor". Area, M.C., Vallejos, M.E. (Eds.). Editorial Académica Española. Saarbrücken, Alemania. pp.
171-182. 2012. ISBN 978-3-659-05295-8.
Building blocks
Ácido láctico Ácido levulínico
Bioproductos y biomateriales
BIOREFINERIA DE PINO
Optimización del proceso H.A.D.
• Stoffel, R.B., Felissia, F.E., Silva Curvelo, A.A., Gassa L.M., Area, M.C. (2014)
Optimization of sequential alkaline-acid fractionation of pine sawdust for a biorefinery.
Industrial Crops and Products. 61, 160–168.
Optimización del proceso E.V.
• Stoffel, R.B., Felissia, F.E., Pereira Ramos, L., Gassa L.M., Area, M.C. Hemicellulose
extraction from pine sawdust by steam explosion with sulfuric acid (Enviado JBB oct 2016)
• Domínguez, Juan M.; Vallejos, María E.; Felissia, Fernando E. “Ácidos carboxílicos a partir de aserrín
de pino”. Seminario sobre ciencia y tecnología de materiales lignocelulósicos. IX Jornadas Científico
Tecnológicas de la FCEQYN, UNaM. 2015.
• Imlauer, C., Vergara, P., Area, M.C., Revilla, E.,
Felissia, F., Villar, J.C., Fractionation of Pinus
radiata wood by combination of steam explosion
and solvent delignification. 1st International
Workshop on Biorefinery of Lignocellulosic Materials
(IWBLCM). Córdoba, Spain, June 9-12, 2015
Fraccionamiento Pinus radiata
Relación entre las características del
material y la H.E.
• Kruyeniski, J., Ferreira, P.J., V.S. Carvalho M.G., Felissia, F.E., Area, M.C., Physical and
chemical characteristics of pretreated pine sawdust and its enzymatic hydrolysis.
CIADICYP 2016, Helsinki, Finland, 5-8 September 2016.
Proceso de obtención de vainillina a partir de la lignina
de pino
Obtención de vainillina a partir de la lignina de pino
• Dos Santos, R.J., Vallejos, M.E., Area, M.C., Felissia, F.E., Vainillina a partir de
licor negro Kraft industrial de pino en un reactor con recirculación. VIII
Congreso Iberoamericano de Investigación en Celulosa y Papel, CIADICYP
2014. Medellín, Colombia, 26 al 28 de noviembre de 2014.
Nanocelulosa a partir de aserrín de pino
• Ehman, N.V., Tarrés, Q., Delgado-Aguilar, M., Vallejos, M.E., Felissia, F.E., Area, M.C.,
Mutjé, P. (2016). From pine sawdust to cellulose nanofibers. Cellulose Chemistry and
Technology. 50 (3-4) 361-367
Nanocelulosa a partir de aserrín de pino
aplicada en papeles
• Ehman, N.V., Tarrés, Q., Delgado-Aguilar, M., Vallejos, M.E., Felissia, F.E., Area, M.C.,
Mutjé, P. (2016). From pine sawdust to cellulose nanofibers. Cellulose Chemistry and
Technology. 50 (3-4) 361-367.
BIOREFINERIA DE
EUCALYPTUS
Fraccionamiento de aserrín de eucalyptus
Autohidrólisis de aserrín de eucalyptus
• Rangel M., J., Hornus, M., Felissia, F.E., Area M.C. Hydrothermal treatment of
eucalyptus sawdust for a forest biorefinery, Cellulose Chemistry and Technology,
Anniversary issue 50 (5-6) 521-528 (2016).
Pulpas de disolución
• Ehman, N.V., Rodriguez Rivero, Area, M.C., Felissia, F.E. Dissolving pulps by
oxidation of the cellulosic fraction of lignocellulosic waste (Enviado CChT jul 2016).
• Vallejos, M.E., Felissia, F.E., Area, M.C., Ehman, N.V., Tarrés, Q., Mutjé, P., Nanofibrillated
cellulose (CNF) from eucalyptus sawdust as a dry strength agent of unrefined eucalyptus
handsheets. Carbohydrate Polymers 139 (2016) 99–105.
Celulosa nanofibrilada como aditivo en papeles
BIORREFINERÍA DE CASCARILLA DE
ARROZ Y ASERRÍN DE ALGARROBO
Pretratamiento de aserrín de algarrobo para
producir azúcares fermentables
• Dagnino, E. P., Chamorro, E. R., Romano, S. D., Felissia, F. E., Area, M.C. (2013).
"Optimization of the pretreatment of Prosopis nigra sawdust for the production of
fermentable sugars," BioResources 8(1), 499-514
Pretratamiento de cascarilla de arroz para
producir azúcares fermentables
• Dagnino E. P., Chamorro R. E., Romano S. D., Felissia F. E., Area M.C., Optimization of
the acid pretreatment of rice hulls to obtain fermentable sugars for bioethanol production.
Industrial Crops and Products 42 363– 368 (2013).
PRETRATAMIENTO HIDRÓLISIS
FERMENTACIÓN
100% de conversión
Bioetanol
41,5% de
conversión
9,6% de
conversión
52,8%
glucanos
20% cenizas
27,2% lignina
Levaduras
saccharomices
serevisiae,
anaeróbico, 25°C,
72h
16% del peso seco
de cascarilla de
arroz se convertiría
en bioetanol
Pretratado
Sin pretratar
Deslignificación de cascarilla de arroz
• Dagnino, E. P., Chamorro, E. R., Felissia, F. E., Area, M.C. Optimization of the soda-ethanol
delignification stage for a rice husk biorefinery (Enviado a INDCRO, sep 2016).
Sacarificación y fermentación simultáneas
• Arismendy, A.M., Sequeira, M., Area, M.C., Chamorro, E., Evaluation of fermentative power
of adapted strains in the process of simultaneous hydrolysis and fermentation of rice husks.
CIADICYP 2016, Helsinki, Finland, 5-8 Sept. 2016
BIOREFINERIA DE BAGAZO
DE CAÑA DE AZÚCAR
Producción de cartones y poliuretanos
• Area, María C.; Felissia, Fernando E.; Vallejos, María E. “Products from the delignification of sugarcane
bagasse.” In: ''Sugarcane: Production, Cultivation and Uses'' (366pp.). Goncalves, J.F., Correia, K.D. (Eds.).
Nova Science Publishers, Inc. Hauppauge NY.323- 339. ISBN: 978-1-61942-213-1. 2012
Producción de materiales compuestos, resinas
fenol-formaldehido y xilitol
• Area, María C.; Felissia, Fernando E.; Vallejos, María E. “Products from the delignification of sugarcane
bagasse.” In: ''Sugarcane: Production, Cultivation and Uses'' (366pp.). Goncalves, J.F., Correia, K.D.
(Eds.). Nova Science Publishers, Inc. Hauppauge NY.323- 339. ISBN: 978-1-61942-213-1. 2012
Materiales compuestos con fibras de bagazo
• Vallejos M.E., Curvelo A.A.S., Teixeira E.M., Mendes F.M., Carvalho A.J.F., Felissia F.E.,
Area M.C., Composite materials of thermoplastic starch and fibers from the ethanol-water
fractionation of bagasse, Industrial Crops & Products 33, 739-746 (2011)
Fraccionamiento con agua de bagazo de caña
• Vallejos, M.E., Dib Zambon, M., Area, M.C., da
Silva Curvelo, A.A., Low liquid-solid ratio (LSR) hot
water pretreatment of sugarcane bagasse. Green
Chem., 14 (7), 1982-1989, 2012
• Vallejos, M.E., Dib Zambon, M., Area, M.C., da
Silva Curvelo, A.A. Low liquid-solid ratio
fractionation of sugarcane bagasse by hot water
autohydrolysis and organosolv delignification.
Industrial Crops and Products. 65, 349-353, 2015
Estudio cinético de la autohidrólisis de bagazo
• Vallejos, M.E., Felissia, F.E., Kruyeniski, J., Area, M.C., (2015) Kinetic study of the
extraction of hemicellulosic carbohydrates from sugarcane bagasse by hot water
treatment. Industrial Crops and Products, 67, 1–6
Detoxificación y fermentación del licoresresiduales
para la producción de xilitol
• Vallejos M.E., Chade, M., Mereles E.B., Bengoechea D.I., Brizuela J.G., Felissia F.E.,
Area M.C."Strategies of detoxification and fermentation for biotechnological production of
xylitol from sugarcane bagasse". Industrial Crops and Products, 91, 161–169, 2016.
Biorrefinerías de pequeña escala
• Clauser, N. M.; Gutiérrez, S., Area, M.C., Felissia, F.E., Vallejos, M.E. Small- sized
biorefineries as strategy to add value to sugarcane bagasse. Chemical Engineering
Research and Design, 107 (2016) 137–146
Esquema 1
Biorrefinerías de pequeña escala
Esquema 2
• Clauser, N. M.; Gutiérrez, S., Area, M.C., Felissia, F.E., Vallejos, M.E. Alternatives of
small-scale biorefineries for the integrated production of xylitol from sugarcane bagasse
(En preparación para a Special Issue of Journal of Renewable Materials, 2016).
Otros recursos
• Benitez, J.B., Vallejos, M.E., Area, M.C., Felissia, F.E., Microfibrillated lignocellulose (MFLC) from soda-AQ
pulp of Moringa oleifera and Eucalyptus grandis by mechanical fibrillation. CIADICYP 2016, Helsinki, Finland,
5-8 Sept. 2016
Proyectos aprobados 2016 1. Valor agregado para residuos de materiales de base
lignocelulósica - Aplicación en polímeros para recubrimientos,
adhesivos y bioplásticos (MINCYT-BMBF) • IMAM Misiones, Argentina
• Fraunhofer Institut for Wood Research, WKI, Alemania
2. Materiales compuestos de celulosa regenerada con nanofibras de
celulosa (PICT Raíces) • IMAM Misiones, Argentina
• ITC, UNL, Santa Fe, Argentina
• Auburn University, USA
3. Valorization of residual biomass for advanced 3D materials
(Eranet-Lac) • Instituto de Materiales de Misiones, Argentina
• University of la Frontera (UFRO), Chile
• VTT Ltd., Finland
• Fraunhofer Institute for Wood Research, Germany
• PFI, Norway
• Peruvian Life Cycle Network (PLCN), Peru
• Biorefinery Santa Ana, Argentina
• ERIK HOEL AS, Norway
Programa de Celulosa y Papel (PROCYP)
http://www.imam-conicet.gob.ar/
http://procyp.unam.edu.ar/
LABORATORIO
DE
MICROSCOPÍA
LABORATORIO
QUÍMICO
LABORATORIO
DE ANÁLISIS
INSTRUMENTAL
LABORATORIO DE BIOTECNOLOGÍA Y
NANOTECNOLOGÍA
LABORATORIO DE
PREPARACIÓN DE
PULPAS
LABORATORIO DE
ENSAYOS FÍSICOS
Investigadores
Estudiantes
de doctorado
Estudiantes
de
Ingeniería
BIORREFINERÍA Y TECNOLOGÍA QUÍMICA DE
MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS
Directora
Dr Fernando
Felissia
Dr Evangelina
Vallejos
MSc Dora
Bengoechea
Romina
Stoffel
Julia
Kruyeniski
Laura
Covinich
Javier Dos
Santos Julieta
Benítez
Juan
Dominguez
Nanci
Ehman Camila
Imlauer
Nicolás
Clauser
PhD María C.
Area
Selene
Barrufaldi
Gabriela
Lezcano Martín
Simón
Becaria
posdoctoral
Contacto
• Directora PROCYP :
• PhD Maria Cristina Area
• Dirección:
• Felix de Azara 1552 - 3300 – Posadas - Misiones - Argentina
• Te/Fax:
• +54-376-4422198
• Email:
GRACIAS POR SU
ATENCIÓN!