Sustainable and emerging approaches for lignocellulosic biomass valorization", "nuevas estrategias sostenibles para la revalorización de biomasa lignocelulosica

El trabajo descrito en esta tesis doctoral para optar al título de Doctor en Química se centra en el aprovechamiento de fuentes de energía renovables para la obtención de productos de interés mediante diferentes técnicas y metodologías sostenibles con el medio ambiente. El consumo abusivo de las reservas de combustibles fósiles ha derivado en los últimos años en un aumento considerable de las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. De este modo, y con el objetivo de paliar o reducir los efectos derivados del cambio climático, los retos que se plantean son claros: sustituir las reservas fósiles, de naturaleza finita, por recursos renovables que permitan la obtención de productos de interés demandados por la población, cambiando a su vez los procesos de producción tradicionales por otros con menor impacto ambiental. En este ámbito, la biomasa lignocelulósica se postula como una materia prima alternativa en contraposición a las fuentes de petróleo. Dicha biomasa se compone fundamentalmente de tres polímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina, siendo por tanto una fuente importante de carbono. Además, el empleo de técnicas no convencionales y sostenibles como la radiación microondas (MW), entre otras, puede favorecer la sostenibilidad en dichos procesos. Considerando estos antecedentes, el capítulo 1 de esta memoria se enfoca en la obtención de un compuesto químico plataforma como el furfural (FF) a partir del residuo del hueso de la aceituna. Para ello, se ha desarrollado por primera vez en nuestro grupo de investigación un proceso catalítico para la obtención de este precursor. Diferentes variables experimentales fueron optimizadas para la obtención de FF de forma selectiva y con buenos rendimientos a partir de xilosa comercial, empleando para ello ácido sulfúrico (H2SO4) y AlCl3 6H2O como catalizadores. Las condiciones óptimas fueron aplicadas en la biomasa objeto de estudio, con rendimientos prometedores con ambos catalizadores y selectividades bastante altas. Los capítulos 2,3 y 4, por su parte, tienen como objetivo la revalorización de residuos procedentes de la industria vitivinícola, en concreto los residuos del raspón de uva, orujo de uva y orujo agotado de uva. Tras una profunda caracterización en términos de fibras y extraíbles, el capítulo 2 se centra en la revalorización energética de estos residuos mencionados: por un lado, su posible aprovechamiento directo para la obtención de bioenergía, siendo todos ellos susceptibles de ser revalorizados mediante esta vía; por otro lado, su transformación en bioproductos (revalorización química), principalmente FF, ácido levulínico (LA) y 5- hidroximetilfurfural (5-HMF), considerados todos ellos como precursores de biocombustibles (revalorización energética). Para estos dos últimos, se aplicaron las condiciones de reacción ya optimizadas en nuestro grupo de investigación, obteniendo rendimientos destacados a partir del raspón de uva por encima de los otros dos residuos. Para el FF, se aplicaron las condiciones optimizadas en el capítulo 1, destacando nuevamente los resultados obtenidos a partir del raspón de uva. El capítulo 3 se centra en el aprovechamiento de estos tres residuos como fuente de compuestos antioxidantes. Para ello, diferentes técnicas no convencionales y sostenibles fueron aplicadas para la extracción de compuestos fenólicos bioactivos a partir de los mismos: extracción mediante MW, extracción mediante pulsos eléctricos (PEF) y extracción mediante fluidos supercríticos (SFE). En este caso destacan, para los tres residuos, los resultados obtenidos mediante MW, tanto en términos de antioxidantes (ensayos ABTS y ORAC) como de polifenoles totales (ensayo TPC). No obstante, también es digno de mención la combinación de manera secuencial de las técnicas PEF y SFE en el residuo del orujo agotado de uva, con la casi total extracción de estos compuestos bioactivos. Continuando con los residuos vitivinícolas, el capítulo 4 se centra en el aprovechamiento de la fracción de lignina presente en el residuo del raspón de uva mediante tres rutas de revalorización diferentes: como fuente de compuestos antioxidantes, para la obtención de bioproductos con aplicación industrial (vainillina y siringaldehído) y, finalmente, revalorización energética hacia la obtención de precursores de biocombustibles, en concreto ácidos grasos de cadena larga. En esta ocasión, las técnicas empleadas fueron MW y ultrasonidos, conduciendo ambas a rendimientos considerables en términos de oxidación y deslignificación. Todas las rutas de revalorización mostradas en estos cuatro capítulos fueron aplicadas al residuo de la cáscara de almendra en el capítulo 5. Al igual que para los residuos vitivinícolas, la caracterización en términos de fibras tuvo lugar, así como el estudio de las propiedades energéticas, siendo algunos derivados de dicho residuo susceptibles de ser aprovechados con fines bioenergéticos. Por su parte, la revalorización como fuente de antioxidantes también se llevó a cabo, destacando nuevamente los resultados mediante MW y PEF + SFE. Finalmente, la obtención de precursores de biocombustibles, principalmente LA y FF, tuvo lugar a partir de las condiciones empleadas en capítulos anteriores, obteniendo también unos resultados bastante prometedores. Cabe destacar que las técnicas utilizadas para la caracterización y análisis de la biomasa y sus productos derivados a lo largo de esta memoria han sido la resonancia magnética nuclear (RMN), espectroscopía infrarroja (IR), análisis termogravimétrico (TGA), cromatografía de gases acoplada a espectroscopía de masas (GC-MS), cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectroscopía de masas (HPLC-MS) y microscopía electrónica de barrido (SEM). En resumen, y considerando los resultados obtenidos en cada uno de estos capítulos, se ha desarrollado un sistema sostenible, limpio e innovador para la obtención de productos de interés a partir de fuentes de energía renovables como la biomasa, reduciendo de este modo las emisiones y el impacto ambiental