Producción de biobutanol bajo el esquema de biorrefinería utilizando residuos de brócoli para un desarrollo sustentable

Abstract

La economía energética global se encuentra impulsada primordialmente por los combustibles fósiles, con un 81% para el año 2019. Mientras tanto, en todos los sectores la participación de los biocombustibles derivados de recursos renovables se mantiene incipiente. El concepto de biorrefinería propone la síntesis de energías renovables como alternativa a los carburantes fósiles. Como biocombustible de segunda generación, el biobutanol tiene características sobresalientes sobre otros combustibles y puede obtenerse a partir de residuos agrícolas y desechos orgánicos; sin embargo, su procesamiento en la biorrefinería no es económicamente factible utilizando las metodologías actuales. En 2021, la producción mundial de brócoli (Brassica oleracea var. Italica) fue de 25.5 millones de toneladas; siendo el quinto productor, México generó 687,000 toneladas de esta hortaliza. Este trabajo propone un diseño de producción para la síntesis de biobutanol y la recuperación de subproductos valiosos, como compuestos polifenólicos de alto valor, a partir de residuos agrícolas de brócoli, abundantes en el estado de Guanajuato, México. Para la transformación del sustrato se propuso una matriz bioquímica para definir su composición, así como una ruta biotecnológica que sigue una vía general con el pretratamiento ácido de la biomasa, hidrólisis enzimática y la fermentación de acetona-biobutanol-etanol (ABE) convencional utilizando bacterias anaerobias. La biorrefinería descrita integra métodos convencionales con tres vías metodológicas y un modelo híbrido para el proceso posterior de purificación. Con el objetivo de visualizar el desempeño económico global y evaluar una posible reducción en los costos de producción, se realizó un análisis tecnoeconómico de la biorrefinería de segunda generación diseñada. La evaluación económica se realizó utilizando SuperPro Designer® V 12.0. Los resultados confirman la enorme dependencia que este tipo de biorrefinerías sufre de las demandas energéticas. Y se encontró que, al implementar adaptaciones estratégicas en las etapas finales de separación, los costos operativos pueden reducirse considerablemente. Sin embargo, para lograr la plena eficiencia financiera en la producción de biobutanol a partir de residuos de brócoli, es necesario profundizar en la investigación y el desarrollo de métodos innovadores para purificar eficientemente los productos finales, así como metodologías novedosas para la biotransformación de la biomasa lignocelulósica estudiada a lo largo de toda la ruta de producción. También se encontró que existe una gran oportunidad en la valorización de los abundantes residuos de brócoli generados en la región de Guanajuato, y además de los subproductos y metabolitos generados en el enfoque de biorrefinería diseñada, que demás recupera las emisiones de dióxido de carbono para su aprovechamiento como un agente químico en las industrias.