Estrategia efectiva para hacer circular la energía con la mínima generación de residuos
Revisado por Laura Thomson
El equipo de investigación de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio (TUAT) creó y desarrolló un proceso de reciclaje único para generar productos químicos derivados de la biomasa mediante la reutilización de los subproductos del producto objetivo. Utilizando simulaciones numéricas, el equipo de investigación desarrolló un mecanismo autosuficiente que minimiza el uso de servicios públicos externos en el proceso químico de este estudio.
Este logro ha contribuido considerablemente a la conservación de energía mediante la utilización de subproductos del proceso tradicional en un proceso químico para asegurar la rentabilidad. Si bien los procedimientos anteriores se planificaron a gran escala, este estudio se diseñó con un suministro de biomasa viable en todas las regiones. Este es un enfoque completamente diferente a las técnicas tradicionales.
Con este éxito, los investigadores pueden reducir considerablemente el uso futuro de petróleo en procesos químicos, allanando el camino para una sociedad orientada al reciclaje. Se proyecta establecer una industria química para la fabricación y el consumo local utilizando desechos agrícolas y forestales en las regiones montañosas para la revitalización regional.
Libro electrónico de agrotecnología
Recopilación de las mejores entrevistas, artículos y noticias del último año.
Los hallazgos fueron publicados en Investigación y Diseño de Ingeniería Química .
La biomasa es un recurso de carbono renovable que puede reemplazar a los combustibles fósiles en la fabricación de productos químicos. Entre los productos químicos derivados de la biomasa, el ácido levulínico (LA) está ganando popularidad como producto químico de plataforma, ya que se puede sintetizar a partir de la celulosa, que representa aproximadamente el 50 % de la biomasa leñosa, y es un precursor de una amplia gama de sustancias que van desde productos farmacéuticos a los biocombustibles.
Los sistemas de producción de AL basados en biomasa convencionales son a gran escala, con un suministro anual de biomasa de más de 120 000 toneladas, y han enfrentado dificultades para utilizar de manera efectiva todos los recursos de biomasa.
Como resultado, el equipo de investigación ha creado una técnica que reduce el suministro de servicios externos mediante la reutilización de tantos subproductos producidos durante la síntesis de LA a partir de biomasa como sea posible, al tiempo que sigue suministrando toda la energía necesaria de la combustión de subproductos. .
En particular, toda la energía del proceso se redujo y se suministró por sí misma reciclando el subproducto ácido fórmico como catalizador, usando un químico llamado furfural generado a partir de biomasa como solvente de extracción para purificar LA y quemando los subproductos sólidos. También se descubrió que los subproductos extrasólidos podrían usarse con éxito para materiales de construcción y otros fines.
Los investigadores también descubrieron que el uso de agua de río podría proporcionar el enfriamiento necesario. La cantidad de agua del río en el tramo medio del río Naka en la prefectura de Tochigi, zona rural de Japón, es inferior al 0,12 % del caudal mínimo anual.
En términos económicos, el precio mínimo de venta del LA de este proceso fue de $9,59 por kg, superior al precio de mercado de $7,17 por kg. La razón es que esta técnica permite márgenes de ganancia reducidos, una ventaja de los procesos a gran escala y sin separación ni purificación de subproductos.
De acuerdo con los puntos anteriores, los hallazgos de este estudio indican que este procedimiento puede implementarse en su totalidad en la sociedad para una industria química localmente producida y consumida en regiones montañosas que emplean residuos agrícolas y forestales.
Esta investigación fue financiada por el Programa de Doctorado para la Educación Inteligente e Innovadora líder en el mundo (Programa WISE de TUAT) de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio: «Excelente desarrollo de líderes para una sociedad súper inteligente mediante la creación de nuevas industrias y la diversidad» otorgado por el Ministerio de Educación. , Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT), Japón.
Referencia de la revista
Ukawa-Sato, R., et al . (2023). Diseño y análisis técnico-económico del proceso de producción de ácido levulínico a partir de biomasa utilizando como coproducto ácido fórmico como catalizador con mínima generación de residuos. Investigación y Diseño en Ingeniería Química . doi.org/10.1016/j.cherd.2023.02.046 .
Fuente: https://www.tuat.ac.jp/en/