Estudio de sistemas catalíticos estructurados para la obtención de compuestos de alto valor a partir de residuos agroindustriales

Abstract

La economía circular pretende disociar la actividad económica del consumo de recursos finitos y eliminar los residuos del sistema. Respaldada por una transición a fuentes renovables de energía, el modelo circular crea capital económico, natural y social y se basa en 3 principios: (i) eliminar residuos y contaminación desde el diseño, (ii) mantener productos y materiales en uso y (iii) regenerar sistemas naturales. El alcance satisfactorio de una economía circular real requiere el desarrollo de nuevos enfoques para cambiar el modelo de producción actual basado en refinerías convencionales de recursos fósiles a la implementación de biorrefinerías de materias primas renovables, es decir biomasa de segunda generación. En este contexto, los biocombustibles obtenidos a partir de biomasa renovable atraen la atención. Por lo tanto, el Objetivo General de este Proyecto es la obtención de combustible para el sector aeronáutico a partir de residuos biomásicos, como el salvado de cereales y el bagazo de la cerveza, materia prima disponible en la región. Este proyecto contempla tareas experimentales para la ejecución del fraccionamiento seguido por la hidrodesoxigenación catalítica (HDO) de las fracciones obtenidas con la finalidad de obtener combustibles para avión de origen renovable. Para ello, es necesario el estudio y optimización del sistema catalítico como así también de las variables de operación con el fin de obtener un combustible que cumpla con los requisitos establecidos por las normas ASTM para el sector aeronáutico. De este modo, se promueve también la minimización de desechos y contaminantes al medioambiente, contribuyendo con ello a la economía circular y a la consecuente reducción de la huella de carbono. Se propone el diseño y la caracterización de catalizadores estructurados para la hidrodesoxigenación catalítica de fracciones de lignina y furanos en un reactor batch. Como estructuras se emplearán monolitos de carbón y esponjas de CSi, silicato de Al y Zr. El fraccionamiento de la materia prima se realizará mediante extracción hidrotermal y métodos mecanoquímicos. Tanto las fracciones líquidas como sólidas obtenidas serán caracterizados, de manera de determinar los contenidos de orgánicos, inorgánicos, proteínas, lignina, furanos, etc. En la evaluación catalítica se emplearán sistemas en discontinuo, empleando las fracciones reales obtenidas y además, se utilizarán compuestos modelos de furanos y lignina como furfural, tetra-hidrofurano, xilosa, fenol, guayacol, ácido ferúlico, ácido acético, 2-hidroxi-benzaldehído e hidroxi-acetona. Para llevar adelante esta propuesta el equipo de trabajo cuenta con una amplia experiencia y producción científica referida a la síntesis, caracterización fisicoquímica de materiales empleando técnicas avanzadas y en la evaluación catalítica, contando con el equipamiento y la infraestructura necesaria para llevar adelante las tareas propuestas. La metodología general de trabajo, basada en un método científico, supone un enfoque multidisciplinar que involucra la colaboración de los investigadores expertos en las diferentes áreas, del grupo responsable y colaborador.

The circular economy aims to dissociate economic activity from the consumption of finite resources and eliminate waste from the system. Supported by a transition to renewable energy sources, the circular model creates economic, natural and social capital and is based on 3 principles: (i) eliminate waste and pollution by design, (ii) keep products and materials in use and (iii) regenerate natural systems. The satisfactory achievement of a real circular economy requires the development of new approaches to change the current production model based on conventional refineries of fossil resources to the implementation of biorefineries of renewable raw materials, i.e. second generation biomass. In this context, biofuels obtained from renewable biomass attract attention. Therefore, the goal of this Project is to obtain fuel for the aeronautical sector from biomass waste, such as cereal bran and beer bagasse, a raw material available in the region. This project contemplates experimental tasks for the execution of fractionation followed by catalytic hydrodeoxygenation (HDO) of the fractions obtained with the purpose of obtaining airplane fuels of renewable origin. To do this, it is necessary to study and optimize the catalytic system as well as the operating variables in order to obtain a fuel that meets the requirements established by ASTM standards for the aeronautical sector. In this way, the minimization of waste and pollutants in the environment is also promoted, thereby contributing to the circular economy and the consequent reduction of the carbon footprint. The design and characterization of structured catalysts for the catalytic hydrodeoxygenation of lignin and furan fractions in a batch reactor is proposed. Carbon monoliths and CSi, Al silicate and Zr foams will be used as structures. The fractionation of the raw material will be carried out through hydrothermal extraction and mechanochemical methods. Both, the liquid and solid fractions obtained will be characterized, in order to determine the contents of organic, inorganic, proteins, lignin, furans, etc. In the catalytic evaluation, batch systems will be used, using the real fractions obtained and in addition, model compounds of furans and lignin such as furfural, tetra-hydrofuran, xylose, phenol, guaiacol, ferulic acid, acetic acid, 2-hydroxy-benzaldehyde will be used. and hydroxy-acetone. To carry out this proposal, the work group has extensive experience and production in terms of synthesis, physicochemical characterization of materials using advanced techniques and catalytic evaluation, having the equipment and infrastructure necessary to carry out the proposed tasks. The general work methodology, based on a scientific method, involves a multidisciplinary approach that involves the collaboration of expert researchers in the different areas, the responsible and collaborating group.