IngenieríadeProcesosaPresiónDepartamentodeIngenieríaQuímicayTecnologíadelMedioAmbiente

UniversidaddeValladolidhttp://www.iq.uva.es/hpp/

Instituto de Investigación

RadiaciónInfrarroja

RadiaciónSolar

SostenibilidaddelEco‐sistema

FotosintesisCiclodevidayalimentos

95billones 109 tonC/yH2OCO2

Orgánicos

Elhombrees partedeleco‐sistema

Laúnica respuesta para una sociedad sostenible es

establecer Reciclado demateriales utilizando energía solarenarmonía coneleco‐sistema.

La tierra puede considerarse como un sistema cerrado

Petróleo fuel

Materias primas

Compuestosclave

Moléculassencillas

ComoEtanoPropanoBenceno

Química OrgánicaAdición degruposfuncionales

Procesos QuímicosEtapas múltiplesDisolventes,Catalizadores IncopatibilidadMedio ambiental Excesivo consumo deenergía

Productospetro‐químicos

Energíasolar

H2O

CO2

Compuestos claveMoléculas complejas

congruposfuncionales

Comola

D‐glucosa Productosquímicos debiomasa

Refinería Petroleo

Uso deenergía térmica

Química OrgánicaEliminación yredistribucióndegrupos funcionales Una nuevasistematización delaquímica orgánica

Procesos QuímicosSencillos &Compactos Procesos decentralizados.Producir sololosuficiente

CO2Agotamiento

Lasostenibilidadsepuedeconseguirconprocesosconbalancedecarbonneutro

IndustriaQuímicabasadaenlabiomasa

Industriapetroquímica

Enverde:principalesmateriasprimas.amarillo:principalesproductos.rosa:principalesmétodosdeproducción

Enverde:principalesmateriasprimas.amarillo:principalesproductos.rosa:principalesmétodosdeproducción

Alimentos

Biomasa

componentes nocomestibles

Celulosa

Lignina

Hemicelulosa

Energíatérmica

H2,CH4

Nuevos Materiales

Oligosacáridos

Glucosa

Productosquímicos

Compuestosquímicosbase

Fueleslíquidos

Compuestos

químicafina

Solubilización

Reacciones

transformación

Separacion

Incineración/SCWO

Gasificación

Hidrólisis

Diagramadebloquesdeunarefineríadebiomasa

Objetivos Correspondencia Fenomenos implicados

Reducción delcoste delos equipos

Equipos compactos

Etapas más sencillas

Una etapa oreacciones todo en uno

Procesos ultrarápidos

AltorendimientoAltaselectividad

Materias primasalternativas

Compatibleconelmedioambiente

Utilización dedisolventeslimpios

H2O

CO2

Eficienciaenergética Mejorartecnologías Ingeniería Química

Cantero et al. , Reaction engineering for process intensification of supercritical water biomass refining, J. Supercrit Fluids 96 (2015) 21-35.

SCW as solvent and reaction media

Cellulose Hydrolysis at 300 C and 20 MPa

Condicionesdeoperación

Temperatura:327– 387ºC

Presión:30MPa

tdereacción:0.35– 0.5s

separaciónsólidolíquido

Efluenteinicial

EfluenteAlas24h

Celulosasólida

SeparacióndeCelulosa,Lignina,Hemicelulosayproductoslíquidosdedegradación.

24h

celulosadealtapureza

89.8‐ 100%celulosa

Alta selectividad de la hidrólisis de la celulosaAl operar con tiempos menores a 1 segundo

Rendimientos de la hidrólisis en agua presurizada frente al tiempo

¿Por que?, por el diferente comportamientocinetico de la hidrolisis de la celulosa y glucose…

-5-4-3-2-1012345

0,0014 0,0016 0,0018

ln k

T-1, K-1

CelluloseCelluloseGlucose

Cantero et al. Kinetic analysis of cellulose depolymerization reactions in near critical water. The Journal of Supercritical Fluids. 75, 48-57, 2013.

Kinetic Constant

Ea(kJ/mol)

T<374ºC 154.4±9.5T>374ºC 430.3±6.3

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Yiel

d, (w

/w)

tR, (s)

400-27 400-25 400-23 350-27350-23 350-18 300-27 300-23

Temperature (ºC) – Pressure (bar)

Cantero, et al. Governing chemistry of cellulose hydrolysis in supercritical water, ChemSusChem. 8 (2015) 1026–1033.

-2

-1

0

1

2

0,0014 0,0016 0,0018

Ln k

hmf, (

s-1)

T-1 (K-1)

Biomass Concentration (BC)

-5

-4

-3

-2

-1

0

0,0014 0,0016 0,0018

Ln k

hmf, (

L·mol

-1·s-1

)

T-1 (K-1)

BC + Water Concentration

B

0

5

10

15

20

25

0,0014 0,0016 0,0018

Ln k

hmf, (

L·mol

-1·s-1

)

T-1 (K-1)

BC + Ions ConcentrationC

Deviation of the Arrhenius law would suggest a bad reaction

model evaluation

Governing chemistry of cellulose hydrolysis in supercritical water, ChemSusChem. 8 (2015) 1026–1033.

Reacciónenunaetapa

Rutadesíntesisindustrial

G

Rutadesíntesisapartirbiomasa

Reaccionesdetransformación

Equipment: needs and opportunities

17

NEW

NEW

BIOMASS PUMP

VALVE STEM

Aire

2061

Separacióndegases

UnidadesKg/h

ProducciónenergíaOASC

Producción dealimentosY

Refineria debiomasa

Fotosíntesis 3%eff

Granjade100ha

Nitrógeno1587

Oxygeno474

Aguaderefrigeración

2800Luzsolar

240MW

Dióxido deCarbono 1467Agua 500

Oxígeno 1067

Biomasa900

Residuo deBiomasa400

Conagua2240

Alimentos500

Químicos

1760kW120kWCO2 652Agua5261Fertilizantesinorgánicos

KAraietal,JSupercritFluids2009

• Modelodeproduccióndescentralizada.Producirsololosuficiente basándoseenlascaracterísticasdellugar

• Localizacióndelasmateriasprimasydelaenergía

• Sociedadsostenible:comunidadauto‐suficienteytecnológicamentedesarrollada.