Estudio de la valorización de residuos de maíz mediante la obtención de bioetanol

El rastrojo de maíz es un residuo agrícola muy abundante y con alto contenido en carbohidratos; lo que hace que la valorización de este subproducto lignocelulósico sea una opción industrialmente interesante para el desarrollo de la economía circular y la reducción del uso de combustibles fósiles. Investigaciones anteriores en el grupo de investigación han estudiado la posibilidad de producción de furfural a partir de esta biomasa mediante el uso de agua en condiciones subcríticas (subW). Con el fin de llevar a cabo un aprovechamiento integral, en este trabajo se estudió la producción de bioetanol a partir del residuo sólido del rastrojo de maíz tratado con subW y su recuperación mediante pervaporación. Para ello, se realizó una hidrólisis enzimática del rastrojo de maíz sin tratar, así como tratado previamente con subW mediante el cóctel enzimático Celluclast 1.5 L. La concentración de glucosa liberada al hidrolizado fue muy superior en la biomasa tras subW, debido a la eliminación de las hemicelulosas y a la mayor accesibilidad de la celulosa. El hidrolizado se empleó como sustrato para la fermentación alcohólica catalizada por Ethanol Red®, obteniendo unos rendimientos industrialmente atractivos. Con el fin de recuperar el etanol producido, se recurrió a dos membranas organotilicas (POMS -polioctimetil siloxano- y silicona) para optimizar los parámetros del proceso tales como el tipo de membranas, la temperatura de trabajo y la concentración de etanol en la alimentación. En este conjunto de experimentos se determinó que las condiciones óptimas eran el empleo de la membrana de silicona a 54 °C. Por último, con el objetivo de reducir el tiempo de operación, se llevó a cabo una fermentación y pervaporación simultánea (SFP). En este experimento se determinó que esta estrategia presentaba un rendimiento similar a la fermentación y pervaporación secuencial. Por tanto, los resultados de este trabajo parecen indicar que se puede alcanzar un aprovechamiento integral del rastrojo de maíz dando lugar a productos de valor como el furfural y el etanol en unos valores industrialmente competitivos.

Corn stover is a very abundant agricultural waste with a high carbohydrate content, which makes the valorisation of this lignocellulosic biomass an industrially interesting option for the development of the circular economy and the reduction of the use of fossil fuels. Previous works in the research group have studied the furfural production from this biomass using water in its subcritical state (subW). In order to carry out an integral valorization, in this work, it was studied the production of bioethanol from the solid residue of corn stover treated with subW and its recovery by pervaporation. For this purpose, enzymatic hydrolysis of untreated corn stover as well as pretreated with subW corn stover was performed using Celluclast 1.5 L enzyme cocktail. The concentration of glucose released into the hydrolysate was much higher in the biomass atier subW, due to the removal of hemicelluloses and the increased accessibility of cellulose. The hydrolysate was used as a substrate for alcoholic fermentation catalysed by Ethanol Red®, obtaining industrially atractive yields. In order to recover the bioethanol produced, two organophilic membranes (POMS -polyoctimethyl siloxane- and silicone) were used to optimise process parameters such as membrane type, working temperature and ethanol concentration in the feed. In this set of experiments, the optimal conditions were determined to be the use of the silicone membrane at 54 °C. Finally, in order to reduce the operation time, a simultaneous fermentation and pervaporation (SFP) was carried out. In this experiment, it was determined that this strategy presented a similar yield to the sequential fermentation and pervaporation. Therefore, the results of this work seem to indicate that an integral valorization of corn stover can be achieved resulting in valuable products such as furfural and ethanol at industrially competitive values.

Este Trabajo Fin de Máster ha sido realizado en el marco de los siguientes proyectos de investigación del grupo Biotecnología Industria y Medioambiental (BIOIND) de la Universidad de Burgos. TED2021-129311B-I00 - Tecnologías verdes basadas en el empleo de fluidos presurizados para valorizar biomasa lignocelulósica mediante la producción de furfural, financiado por la Agencia Estatal de Investigación. PDC2022-133443-I00 – Diseño de un prototipo para la extracción de bioproductos con agua subcrítica, financiado por la Agencia Estatal de Investigación. PID2022-136385OB-I00 Nuevas estrategias para la producción de ácido láctico de segunda generación empleando tecnologías emergentes basadas en fluidos presurizados, financiado por la Agencia Estatal de Investigación.