La obtención de productos químicos a partir de fuentes renovables es un tema de gran actualidad. La industria química busca disminuir su alta dependencia del petróleo e impactos ambientales, desarrollando más productos “verdes” de origen natural, productos que también son preferidos por los consumidores. En la búsqueda de fuentes alternativas de productos químicos, el sector forestal en Chile ofrece grandes oportunidades, al poseer ventajas comparativas de producción, centros de procesamiento e infraestructura logística. Tanto en la cosecha del bosque, como en las diversas plantas de procesamiento, se generan importantes volúmenes de residuos, que aunque son aprovechados en su mayor parte en los mismos procesos, pueden ser transformados en productos de mayor valor agregado.

En este contexto, el proyecto aborda el desafío de transformar residuos lignocelulósicos forestales en productos químicos de valor agregado e impacto en la industria nacional. La solución propuesta considera convertir estos residuos sólidos en un producto líquido llamado bio-oil, mediante una tecnología de pirólisis rápida, desarrollada en el país. A partir del bio-oil se obtienen dos productos comercializables por fraccionamiento simple: lignina pirolítica y humo líquido. El primero se utiliza en la formulación de resinas naturales, para la industria de paneles; mientras que el segundo es aplicado en el ahumado controlado de carnes y pescados. Más específicamente, este proyecto propone escalar el proceso de fraccionamiento de bio-oil, y desarrollar una tecnología que permite obtener ácidos orgánicos a partir del humo líquido.

Los ácidos orgánicos y sus sales son de uso creciente en la industria agropecuaria y acuicultura. Se emplean como preservantes de alimentos para animales y aditivo de ensillaje, tanto de forraje como mortandad de pescado. También se utilizan como promotores de crecimiento reemplazando a agentes antimicrobianos, cuyo uso no terapéutico está siendo prohibido en muchos países, por el desarrollo de resistencias de patógenos con efecto sobre la salud humana.

Este proyecto está siendo financiado por Fondef y cuenta con el aporte de las empresas: EST Ltda., Resinas del Bio Bio S.A, y Quipasur Ltda.

Los principales resultados obtenidos a la fecha incluyen la producción demostrativa de bio-oil a partir de aserrín de pino; el desarrollo de un proceso, a escala de laboratorio, de fraccionamiento del bio-oil en lignina pirolítica y una fase acuosa; el desarrollo de una tecnología para la obtención de ácidos orgánicos a partir de la fase acuosa refinada de bio-oil; y la síntesis de resinas adhesivas y manufactura de paneles contrachapados a escala piloto.

La producción demostrativa de bio-oil se realizó en una planta piloto continua de pirolisis rápida de biomasa, con capacidad para procesar 20kg/h de biomasa seca. El rendimiento promedio de bio-oil obtenido fue de 55% respecto a la biomasa alimentada. En cada ensayo se produjo entre 40 a 50 litros de bio-oil.

Referente al proceso de fraccionamiento de bio-oil, se desarrolló un método a nivel de laboratorio, el que consiste en una extracción líquido-líquido utilizando mezclas de agua y solvente orgánico. Se encontró que las cantidades óptimas de solvente y agua a utilizar dependen del contenido de agua y lignina, y del envejecimiento del bio-oil. La recuperación del solvente de la fase orgánica se realiza por evaporación en condiciones azeotrópicas sin mayores dificultades a escala de laboratorio. Para fines del escalamiento del proceso, se rediseño y puso en operación una planta piloto de extracción líquido-líquido tipo mixer-settler que cuenta con un sistema de recuperación de solvente integrado.

En el contexto de la tecnología de producción de ácidos orgánicos a partir de la fase acuosa del bio-oil, se ha avanzado en definir las condiciones de oxidación de los principales carbohidratos presentes en la fase acuosa (glicolaldehido y acetol, y glucosa, producto de la hidrólisis de los anhidro azúcares presentes) y en seleccionar agentes oxidantes de bajo costo.
En cuanto a la formulación de resina natural para paneles, se realizaron ensayos de formulación y evaluación de resinas a nivel laboratorio. Se efectuaron pruebas de resistencia al corte con pequeñas probetas, para determinar el comportamiento del curado de las resinas. Se encontraron formulaciones que, considerando las inherentes limitaciones de reactividad de ligninas, presentan un esfuerzo de corte igual o superior al de una resina de control, con porcentajes de sustitución de fenol entre 26 y 38%. Los ensayos de resinas en tableros contrachapados indican que las resinas formuladas tienen un desempeño adecuado. Los tableros cumplen con la norma EN314 para la calidad de producto de uso exterior. Sin embargo, la duración del prensado es al menos 2 veces la utilizada industrialmente.

Se tiene planificado realizar ensayos a escala piloto de fraccionamiento de bio-oil, con el fin de validar los resultados de laboratorio y evaluar potenciales problemas de precipitado de lignina y formación de emulsiones, los que no son fáciles de visualizar, debido al color oscuro de las fases.

En relación a la tecnología para producción de ácidos orgánicos, si bien los resultados son auspiciosos, aún se deben investigar sistemas de oxidación que minimicen el tiempo de reacción y eleven la selectividad de formación de ácido fórmico, para aumentar el atractivo económico de la tecnología. De igual manera, falta evaluar la formulación de aditivos comerciales en base a los productos ácidos obtenidos en el proceso.