Modelado, simulación y potencial de sostenibilidad de procesos que involucran solventes verdes en la extracción de celulosa

Abstract

RESUMEN : Los solventes verdes representan una de las opciones más atractivas en un sinnúmero de aplicaciones que van desde la catálisis homogénea y heterogénea hasta los procesos de separación avanzados. En este sentido, alternativas como los líquidos iónicos y los líquidos iónicos reversibles se han posicionado como tecnologías de gran interés en ciertos sectores de la química y de la síntesis de procesos donde se pretende revaluar el uso intensivo de solventes tradicionales. Este trabajo está encaminado a dilucidar el verdadero potencial de los líquidos iónicos como solventes en la síntesis de celulosa a partir de diversas biomasas. Para tal efecto, se realizó la selección de biomasas lignocelulósicas disponibles a nivel local con potencial para ser implementadas en proceso de obtención de celulosa. Se determinaron como las biomasas más adecuadas el aserrín de madera, los residuos de flores, la cascarilla de arroz y el bagazo de caña atendiendo a criterios como la disponibilidad a nivel local, el porcentaje de celulosa disponible y los usos actuales de las mismas. En este sentido, en el presente trabajo de investigación se presenta la síntesis de procesos para la obtención de celulosa a partir de las biomasas seleccionadas y empleando como solventes alternativos los líquidos iónicos: 1-butil-3-metilimidazolium cloruro (BmimCl), el 1-etil-3-metilimidazolium acetato (EmimAoC) y el líquido iónico reversible 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene carboxylate [DBUH]+[RCO3]. Cada uno de los procesos sintetizados fueron simulados en el software ASPEN PLUS®. Una vez sintetizados los procesos, cada uno de ellos fue analizado a través de la metodología de estimación de potencial de sostenibilidad de procesos. Esta alternativa se fundamenta en la estimación del componente de rentabilidad económica, exergético y de impacto ambiental. Consecuentemente, fue posible determinar que los procesos acetosolv y residuos de flores son económicamente viables. Paralelamente, los proceso con aserrín de madera, bagazo de cala, cascarilla de arroz y líquido iónico reversible no se muestran como procesos económicamente viables. Respecto a la exergía destruida (XD), se logró determinar que el proceso con mayor exergía destruida fue el que empleó el líquido iónico reversible, mientras que el proceso con residuos de flores fue el de menor exergía destruida. Esto asociado con que cada uno de los procesos sintetizados posee diversas unidades de proceso y algunas de ellas presentan mayor consumo energético respecto a otros. La estimación de impactos ambientales permitió determinar que el proceso acetosolv presenta un considerable impacto negativo al ambiente representado en las contribuciones al calentamiento global, acidificación, toxicidad humana y oxidación fotoquímica. Los procesos sintetizados con líquidos iónicos emplearon bagazo de caña, aserrín de madera, cascarilla de arroz y residuos de flores. La comparación de los resultados de estimación de sostenibilidad permitieron determinar que el el proceso con residuos de flores en BmimCl presenta el mayor potencial de rentabilidad, una disminución notable en los impactos negativos al ambientales y energéticamente es el de menor exergía destruida