Química verda, un futur per a la gestió forestal?

Sostenible.cat
31/10/2011
La preocupació per les qüestions ambientals ha fet que en els últims anys sorgeixi tot un enfocament dins de la química, en general, i de la química orgànica, en particular que té entre els seus principis el disseny de productes i processos químics que redueixen o eliminen l'ús i producció de substàncies perilloses, minimitzen la contaminació i generen productes a partir de matèries primeres renovables. En aquesta línia trobem les biorefineries, estructures que integren processos de conversió de biomassa per produir combustibles, energia i productes químics, com plàstics compostables o excipients. Les biorefineries industrials han estat identificades com un camí prometedor per a la creació d'una nova indústria basada en la biomassa. Quin paper poden tenir a Catalunya, un territori eminentment forestal, que explora noves possibilitats en la gestió dels seus boscos?

A Catalunya tenim gairebé un 60% de superfície arbrada, és a dir, biomassa llenyosa que és una matèria primera renovable que estem utilitzant molt poc, i que genera perill d'incendi si s'acumula sense una bona gestió. Si aquesta quantitat de biomassa forestal és abundant seria molt interessant destinar-ne una part a la química verda", exposa Jordi Bartrolí, degà de la facultat de Ciències de la UAB i doctor en Química Analítica i Orgànica. "Retirar les plantes seques, la fusta caiguda i matèria llenyosa que s'acumula pel bosc és car. L'Administració atorga ajudes als silvicultors per tal que facin un mínim manteniment del bosc, netejant alguns camins, però l'aprofitament d'aquest recurs encara és molt baix, aprofitem només entre un 20 i un 30% de la matèria forestal sobrant", destaca Bartrolí. La densitat dels boscos és una característica important de Catalunya i la química verda podria ser una via interessant per gestionar els residus forestals.

"Cada zona o regió té les seves particularitats i Catalunya és una zona molt boscosa, a diferència d'Espanya o d'Europa. El que tenim no ho acabem d'apreciar ni ho acabem de gestionar del tot bé, perquè aquesta densitat de boscos si no s'administra bé, es neteja i es retira la fusta sobrant, genera perill d'incendi", ens diu Bartrolí. I precisa "no es tracta d'arrasar els boscos, sinó de treure les 3 o 4 tones/anuals que hi ha d'excés de bosc (en forma de fusta, branquillons, herbes) i no permetre que s'acumulin dins del bosc de manera poc ordenada". Actualment, el silvicultor ha de pagar entre 35 i 40 euros com a mínim per tona/any de biomassa que fa retirar del bosc.

Biorefineries: energia i materials a partir de biomassa
Una de les maneres per transformar la biomassa en productes diversos és la piròlisi, tot i que no és l'única. La gasificació, la torrefacció o el refredament, entre altres procediments, són també metodologies que s'apliquen durant la transformació que genera la biorefineria. "La piròlisi, però, és la via que permet arribar a obtenir un biocombustible en estat líquid, que pot resultar molt útil a mig i llarg termini, perquè és el més semblant que trobem al petroli. Permet emmagatzemar-se i es pot transportar bé, a diferència de combustibles en estat gasós", explica Bartrolí.

 "Les biorefineries transformen la biomassa forestal en diversos productes: hi ha una fracció líquida, una de sòlida i una de gasosa. Depenent del procediment que utilitzem, obtindrem més quantitat de fracció sòlida, com en el cas de la torrefacció, o bé fracció líquida, com és el cas de la piròlisi", afegeix Bartrolí. "La fracció líquida seria la que es podrà utilitzar com a biocombustibles (biooil), la sòlida és el que entenem com a biochar (carbó vegetal, que pot servir com a abonament per als camps) i la fracció gasosa-en forma de gas metà- serveix com a energia per tornar a engegar el mecanisme que a partir de biomassa generarà -de nou- biooil (majoritàriament) i biochar i gas. A partir de la fracció sòlida i líquida se'n poden extreure, també, altres subproductes per generar substàncies químiques i materials" recorda Jordi Bartrolí.

"La fracció gasosa, però, es pot aprofitar per tancar el cicle energètic i evitem que el gas surti a l'exterior". Bartrolí apunta que "la piròlisi permet -a partir de biomassa forestal- generar allò que Jorge Wagensberg ha anomenat petroli beaujolais, és a dir, un petroli jove produït a partir d'un procés de laboratori".

Neus Puy, investigadora de l'Institut de Carboquímica de Saragossa-CSIC, explica que a partir de biomassa forestal i mitjançant la piròlisi busquen "obtenir un combustible pirolític i productes químics". D'una primera matèria renovable sobrant, n'extreuen un producte de valor afegit, que és "l'oli de piròlisi o biooil, aquest petroli beaujolais que serveix per produir gasolina, gasoil i productes químics, com sucres, fenols, àcids acètics, entre d'altres". Es tracta d'un biocombustible, perquè està creat a partir de fusta.

"El biooil serveix per a la fabricació de benzina i dièsel convencional i també per a la producció de combustibles de segona generació. És a dir, mentre que el bioetanol i el biodiesel són carburants de primera generació, derivats de plantacions per al consum humà com és la canya de sucre; els combustibles de segona generació es creen a partir de biomassa llenyosa o de biomassa de residus agrícoles o forestals", destaca Bartrolí.

I quins altres productes i aplicacions es poden generar a partir de la biomassa forestal en biorefineries? "Levoglucosan, acetones, furans, àcid acètic, formaldehid, bona part dels compostos químics que es poden obtenir a partir de la petroquímica, els podem aconseguir a partir de les biorefineries", subratlla Bartrolí. Així doncs, a més dels biocarburants, obtenim "bioplàstics, és a dir, polímers biodegradables i materials compostables". Al Canadà, aprofiten les biorefineries per exteure "aromes per al salmó fumat i també se n'extreuen excipients per a la fabricació de productes cosmètics", en paraules de Jordi Bartrolí.

Josep Castells, president de l'Institut Univ. de Ciència i Tecnologia de Barcelona (IUCT) remarca que "les innovacions en química verda s'estan enfocant en la correcció de les ineficiències que tenim en el sistema de plàstics actual. La química verda, a més, també està ajudant a que no es generin tants residus en el procés de fabricació de productes, i consegüentment està abaratint els preus de producció, perquè eliminem fases en el sistema de producció. A més, les biorefineries minimitzen l'ús de components tòxics sobre la salut humana. Es generen productes més eficients i amb un nivell toxicològic menor".

Piròlisi: dos sistemes, dues visions
"Existeixen dues filosofies pel que fa a la piròlisi", diu Bartrolí. "La tecnologia és relativament senzilla, però la piròlisi es pot fer o bé a gran escala, o bé a través d'unitats mòbils". Per exemple, a Suècia s'utilitza el primer sistema. "Si tenim una central de piròlisi a gran escala, tota la biomassa s'ha de transportar a la unitat de producció i això consumeix energia i genera contaminació. A més, hem de pensar que quan transportem biomassa estem transportant aire i aigua, a més de branques i llenya, és a dir, molt volum i molt poc pes", exposa Bartrolí.

"Aquesta primera opció és vàlida si parlem de boscos plans, de fàcil accés, però en el cas de Catalunya, on els boscos tenen més aviat pendents pronunciades i un relleu marcat, les unitats de piròlisi mòbils són una bona opció". Es tracta de sistemes amb remolcs, que circulen pels llocs on hi ha biomassa forestal sobrera i la recullen, la trossegen, la processen i n'extreuen els productes derivats resultants", explica Bartrolí.  Si bé en la primera de les opcions el desavantatge era el consum d'energia pel que fa a transport, en aquesta segona opció el punt negre és que "no hi ha una gran capacitat per emmagatzemar els productes derivats de la biomassa forestal processada. De cada hectàrea es poden arribar a generar entre 600 i 700 litres de biooil i una part de biochar (carbó vegetal), que serveix com a adob per als camps", resumeix Bartrolí.

Convé recordar que aquest carbó vegetal es pot utilitzar com a "filtre en processos de depuració d'aigua i en el filtratge d'aigua de piscines", comenta Jordi Bartrolí, que afegeix que "aquest carbó vegetal és on es concentra la major part de lignina i, per tant, seria molt convenient per als boscos que se'ls retornés aquest biochar per fer-los més porosos".

Dificultats i oportunitats
Quines dificultats hi ha, per tirar en marxa aquests processos?
"Agafar aquesta fusta sobrant dels nostres boscos per fer-ne mobles-com fan en altres països- a Catalunya surt molt car, ja que importar fusta és molt més econòmic" ens diu Bartrolí. "D'altra banda, treure aquesta biomassa del bosc, transportar-la fins a laboratoris i utilitzar-la per a processos de química verda tampoc és molt més barat, perquè cal contractar personal qualificat i surt molt més econòmic deixar que els boscos s'autoregulin i s'aclareixin sols, encara que això ens resti eficiència energètica", opina Jordi Bartrolí.

Un altre dels obstacles importants és la dificultat per trobar finançament. "Les persones hauríem de ser conscients de la necessitat d'un canvi emergent en el camp energètic i caldria facilitar la investigació en energies renovables i alternatives al petroli. Trobar projectes en aquesta línia amb la crisi econòmica costa molt i el finançament és molt important de cara a avançar en recerca", destaca Puy. Castells hi coincideix: " En els moments actuals aconseguir fons per invertir en investigació no és gens fàcil. El repte és, doncs, aconseguir un fons de capital risc on es pugui invertir en accions innovadores en el camp de la química verda. Existeixen iniciatives així en el terreny de la biomedicina però no pas en el sector de la química verda".

Bartrolí també destaca que cal un canvi de mentalitat per part de la societat. "En el context que cada vegada serà més car el petroli, tot canviarà. El cotxe va cap a l'electricitat, però tot sovint caldran també combustibles líquids i el cas més clar és el dels avions. Un avió no podrà portar una bateria elèctrica de grans dimensions i pes que el mantingui en l'aire i, per tant, necessitarà un combustible líquid com podria ser un biocarburant", remarca Bartrolí. "Ara bé-afegeix- el low-cost potser desapareixerà".

"Tècnicament i tecnològicament és possible la hidrogenació de la biomassa forestal. El principal obstacle és el canvi de mentalitat. Els reptes que té avui la societat no són tecnològics, sinó que són socials. Hem de pensar que en un món finit, l'energia infinita no existeix. La solució ve de les ciències socials: la tecnologia té un sentit sempre i quan tingui un límit, el consum d'energia haurà de ser més petit d'ara endavant", vaticina Jordi Bartrolí.

Reptes tècnics
"El nostre repte és millorar el procés de producció de biooil, perquè encara té un ph molt àcid, té bastant d'aigua i és una barreja d'una gran multitud de productes químics en baixes proporcions", explica Bartrolí. "Volem eliminar el màxim d'aigua que puguem, aconseguir un ph més neutre i fer que les cadenes de mol·lècules siguin més llargues", afegeix Bartrolí. I com es fa això? "Es pot fer de dues maneres: la primera, a través de processos catalítics en la direcció de reduir l'acidesa, en el moment de producció del biooil. I la segona, fent un tractament a posteriori del biooil, a través de la nanoquímica. Estem investigant quines nanopartícules caldria afegir al biooil per reduir l'acidesa i eliminar l'aigua sobrant". En aquesta segona línia d'investigació estan treballant els departaments de química de la UAB, explica Jordi Bartrolí.

Paral·lelament,  l'Institut de Carboquímica de Saragossa-CSIC investiga en la fase prèvia a la producció de biooil. "A través de reactors de catàlisi riolítica, estem dissenyant uns processos de refinament específics per intentar millorar les propietats del biocombustible i fer que pugui ser utlilitzat en motors convencionals, rebaixant el nivell d'oxigen i l'acidesa", ens diu Neus Puy.

"La biotecnologia industrial és un camp punter. Durant el procés químic de transformació d'una matèria en una altra, s'utilitzen microorganismes per  aconseguir la síntesi i això té força avantatges: la tipologia de residus de producció disminueix i també disminueix el consum energètic en tots els processos", comenta Josep Castells. Quin és el desafiament, doncs? "Fer un canvi d'enginyeria, passar de les tecnologies habituals a la nanotecnologia. Utilitzar microreactors o nanoreactors i deixar de necessitar grans instal·lacions amb tots els perills (si s'utilitzen components perillosos, inflamables) que això comporta", opina Castells.

Algunes empreses destacades en la producció energètica amb biomassa forestal:

-ETIA (França)
-BIOGREEN (França)
-BTGBTL (Països Baixos)
-KIOR (EUA)
-DYNAMOTIVE (Canadà) 

 

 

 

(P)

Els quatre tipus de biomassa existents


  1. BIOMASSA FORESTAL:  Engloba els boscos, la llenya, les branques caigudes, herbes que creixen descontroladament i tot allò que conforma el bosc. Si se n'extreu una part petita es podria dedicar a la química verda i les biorefineries. És important, però, que enginyers forestals i especialistes ambientals determinin la proporció de biomassa forestal que és sobrera i que cal retirar per fer una bona gestió i conservació dels boscos, de cara a evitar incendis i aprofitar els residus forestals.
  2. BIOMASSA DE RESIDUS AGRÍCOLES: Tots aquells conreus i plantacions que no es poden aprofitar de cara a l'alimentació humana. D'aquests residus agrícoles se'n poden obtenir productes com bioplàstics, biocarburants o excipients per a la farmàcia, la cosmètica o l'alimentació.
  3. BIOMASSA PROCEDENT DE RESIDUS INDUSTRIALS: Entren dins aquest grup totes aquelles deixalles industrials, producte dels diferents processos de manufactura.
  4. BIOMASSA PROCEDENT DE CULTIUS ENERGÈTICS: Aquest últim tipus de biomassa ha rebut moltes crítiques, perquè utilitza com a biomassa plantacions de cultius en zones abans destinades a plantacions alimentàries. Les veus més crítiques argumenten que aquesta mena de plantacions fan encarir el preu dels aliments i no ajuden a pal·liar la fam al món.

La biomassa més abundant de totes pel que fa a tonatge és la biomassa de producció agrícola.

 

Relacionats

Butlletí