Los reactores de Anellotech llevan a cabo un proceso llamado “pirolisis catalítica,” que convierte tres de las moléculas estructurales encontradas en las plantas—dos formas de celulosa y la molécula lignina—en combustibles. La biomasa se coloca en un reactor de alta temperatura y se mezcla con el catalizador. El calor hace que la celulosa, la lignigna y otras moléculas en la biomasa se descompongan químicamente a través de un proceso conocido como pirolisis; un catalizador ayuda a controlar las reacciones químicas, convirtiendo la celulosa y la lignina en una mezcla de moléculas con base de anillo de carbono: benceno, tolueno y xilenos
El mercado global para este grupo de componentes químicos es de 80 mil millones de dolares al año, y crece a un ritmo de un 4 por ciento anual, afirma el director general de Anellotech David Sudolsky. “Queremos llegar a competir con el petróleo de 60 dólares por barril, sin asumir créditos fiscales ni subsidios,” afirma. El fundador de la compañía, George Huber, afirma que el proceso de pirolisis catalítico es capaz de crear 50 galones de componentes químicos por tonelada métrica de madera y otros tipos de biomasa, con una producción del 40 por ciento. Los otros productos de la reacción incluyen el coque, que se usa como combustible en el reactor.
“La ventaja de la pirolisis es que usa la biomasa al completo,” señala John Regalbuto, consejero del Programa de Catálisis y Biocatálisis en la Fundación Nacional para la Ciencia. De media, la lignina supone el 40 por ciento de la energía almacenada en toda la biomasa. Sin embargo, puesto que no puede ser convertida en azúcares del mismo modo que la celulosa, la lignina no puede usarse como materia prima para los procesos de fermentación del tipo que algunas compañías de biocombustibles utilizan para convertir el azúcar de caña en combustibles.
La pirolisis también es distinta de la gasificación, otro proceso que también utiliza la biomasa completa. La gasificación da como resultado una mezcla de carbono e hidrógeno llamada syngas, que después puede utilizarse para fabricar combustible. La pirolisis, por el contrario, convierte la biomasa en combustibles líquidos en un solo paso. Y mientras que la gasificación sólo se puede realizar de forma económica a escalas muy grandes, afirma Regalbuto, la pirolisis catalítica se puede efectuar en refinerías más pequeñas distribuidas cerca de la fuente de biomasa.
La pirolisis es una forma eficiente de utilizar la biomasa, pero es difícil controlar los productos de la reacción, y es difícil conseguir grandes niveles de producción. Los puntos principales del proceso de Anellotech, afirma Huber, son un catalizador y un reactor especialmente diseñados y que permiten un buen control sobre las condiciones de la reacción. El grupo de Huber en UMass, donde trabaja como profesor de ingeniería química, fue el primero en desarrollar un proceso catalítico para convertir la biomasa directamente en gasolina, y los procesos de Anellotech están basados en este trabajo.
Hasta ahora, Huber ha desarrollado dos generaciones de su reactor en el laboratorio. Durante los tests, el grupo comienza con residuos de serrín de un aserradero local. La biomasa molida se coloca en una cama de reactor fluidizada. Dentro de ella, un catalizador en polvo sólido se mueve por una mezcla de gas calentado a alrededor de 600 ºC. Cuando la madera entra en la cámara, rápidamente se descompone, o piroliza, en moléculas de hidrocarburo pequeñas e inestables que de difuminan por los poros de las partículas del catalizador. Dentro del catalizador, las moléculas son reformadas para crear una mezcla de componentes químicos aromáticos. El proceso de reacción lleva menos de dos minutos.
La compañía no ha querido hacer públicos los detalles del catalizador, aunque Huber señala que una de sus propiedades más importantes reside en el tamaño de los poros. “Si los poros son demasiado grandes, se atascan con el coque, y si son demasiado pequeños, los reactantes no caben dentro,” señala Huber. El catalizador de la compañía es una estructura de silicio poroso y aluminio basada en el ZSM-5, un catalizador zeolito desarrollado por Mobil Oil en 1975, y ampliamente utilizado en la industria del refinado de petróleo. Sudolsky afirma que se puede fabricar de forma barata por contratistas. Los reactores de Anellotech son muy similares a aquellos utilizados para refinar petróleo. No obstante los reactores de la compañía están diseñados para asegurar transferencias de calor rápidas y dinámicas de fluidos que aseguren que los reactantes entran en el catalizador antes de convertirse en coque.
Stefan Cze ik, científico senior en el Centro Nacional de Bioenergía del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado, advierte que el proceso hasta ahora sólo ha podido demostrarse a pequeña escala, y que la complejidad de estos reactores podría significar que aún queda mucho camino por delante hasta poder crearlos a gran escala. “No es fácil duplicar a gran escala la relación entre la reacción química y la transferencia de calor del mismo modo que se realiza en el laboratorio,” afirma.
Después de demostrar el proceso en una planta piloto el año próximo, Anellotech espera poder asociarse con una compañía de componentes químicos para construir unas instalaciones a escala comercial en 2014. Sudolsky señala que la compañía entregará la licencia de su proceso de pirolisis catalítica a otras compañías o que construirá plantas distribuidas cerca de fuentes de biomasa, puesto que el transporte de la biomasa no es económicamente viable.