Innovación tecnológica para valorizar el glicerol en entorno de una biorrefinería

Abstract

La alta reactividad del glicerol permite obtener gran cantidad de productos con valor agregado y/o para uso energético, por lo que integrando procesos se puede considerar al coproducto del biodiesel como materia prima para alimentar una biorrenería. Se estudiaron diversas reacciones del glicerol, como reducciones y oxidaciones selectivas y reformado con vapor, para mostrar la posible integración de procesos en un entorno de biorrefinería. La reducción selectiva de glicerol en fase gas produjo: i) propilenglicol (PG), utilizando Cu-Ce/Al O , alcanzando 99,8% de conversión de glicerol y 83,2% de selectividad a PG; y ii)etilenglicol (EG), sobre Ni/SiO , dando 100% de conversión y 90,5% de selectividad a EG en la fracción condensada. La oxidación selectiva en fase líquida produjo: i) dihidroxiacetona (DHA), empleando Pt-Bi/H-FER, alcanzando 75,9% de conversión y 93,9% de selectividad a DHA; y ii) ácido láctico, sobre CeO -CuO/γ-Al O , dando 92,9% de conversión de glicerol y 79,8% de selectividad a ácido láctico. Las reducciones selectivas a PG y a EG demandan hidrógeno (H ), que puede obtenerse por reformado con vapor de 2glicerol utilizando catalizadores de Ni/Al O , promovidos con compuestos como Ce, Co, Mg y Zr; el reformado de glicerol también produce óxidos de carbono y metano, pudiendo utilizarse el gas de síntesis (CO más H ) y el metano como compuestos energéticos, así como la corriente de gases de reformado para alimentar un prototipo SOFC para generar energía eléctrica. En consecuencia, alimentando sólo glicerol e integrando procesos es posible obtener PG, EG, acetol, DHA, ácido láctico, hidrógeno, gas de síntesis, dióxido de carbono y metano, constituyendo un ejemplo aplicado de biorrenería. Como resultado de una fuerte vinculación con el sector productivo y con el objetivo de avanzar a nivel prototipo, en la Escala de Madurez Tecnológica (TRL, Technology Readiness Levels) de las tecnologías desarrolladas, se participó y avanzó en los siguientes escalados: 1) planta piloto para producir 100 tn/año de PG, versátil para producir también acetol y/o EG; 2) planta piloto para reformado en fase gas de glicerol con capacidad para producir el H necesario para el make-up de la planta piloto de glicoles; y 3) prototipo SOFC para generar 5 kW a partir de reformado de etanol pero versátil para reformar glicerol.

The high reactivity of glycerol makes it possible to obtain a large number of products with added-value and/or for energy use, so that by integrating processes, the biodiesel coproduct can be considered as a raw material to feed a biorefinery. Several glycerol reactions, such as selective reductions and oxidations and steam reforming, were studied to show the possible integration of processes in a framework of biorefinery. The selective reduction of glycerol in gas phase produced: i) propyleneglycol (PG), using Cu-Ce/Al2O3, reaching 99.8% glycerol conversion and 83.2% PG selectivity; and ii) ethylene glycol (EG), on Ni/SiO2, giving 100% conversion and 90.5% selectivity to EG in the liquid fraction. The selective oxidation of glycerol in liquid phase produced: i) dihydroxyacetone (DHA), employing Pt-Bi/H-FER, reaching 75.9% glycerol conversion and 93.9% DHA selectivity; and ii) lactic acid, on CeO2-CuO/γ-Al2O3, having 92.9% conversion and 79.8% selectivity to lactic acid. Selective reductions to PG and EG demand hydrogen (H2), which can be obtained by steam reforming of glycerol using Ni/Al2O3 catalysts, promoted by adding compounds as Ce, Co, Mg, and Zr; the steam reforming also produces carbon oxides and methane, being possible to use syngas (CO plus H2) and methane as energetic compounds as well as to feed the reforming stream to a SOFC prototype in order to generate electric power. Consequently, feeding only glycerol and integrating processes it is possible to obtain PG, EG, acetol, DHA, lactic acid, hydrogen, syngas, carbon dioxide, and methane, being an applied example of biorefinery. As result of a strong link with the productive sector, the following scaleup were made with the aim of advancing to the prototype level in the Technology Readiness Levels (TRL) scale of the developed technologies: 1) a pilot plant to produce 100 tn/year of PG, versatile to also obtain acetol and/or EG; 2) a pilot plant for steam reforming of glycerol with a capacity to produce the H2 necessary for the make-up of the glycol pilot plant; and 3) a SOFC prototype to generate 5 kW from ethanol reforming but versatile to also reform glycerol.