La biomasa vegetal como sustituto del petróleo

Si pregunto por las sustancias más abundantes en la corteza de este planeta, seguramente me responderán con una serie de nombres de compuestos inorgánicos: dióxido de silicio, óxidos de hierro y de aluminio, agua, cloruro de sodio, óxidos y sales de calcio…

Los compuestos inorgánicos tienen aplicaciones esenciales para nuestra vida; qué duda cabe. No podríamos vivir sin agua o sin iones fundamentales como el ion sodio y el ion potasio. Y, además de nuestras necesidades fisiológicas, el mundo actual no sería lo mismo sin el amoniaco o sin el ácido sulfúrico, compuestos de producción masiva, fundamentales en el desarrollo técnico, económico y demográfico en la Edad Contemporánea. Son inorgánicos el vidrio, el cemento, el yeso, el acero y otros de los materiales más comúnmente utilizados.

Evidentemente, los compuestos inorgánicos no valen para todo. No conozco ningún ser vivo que pueda alimentarse exclusivamente de sales minerales. He oído hablar de microorganismos anaerobios que no necesitan O₂ (bacterias metanogénicas, por ejemplo), pero no he tenido el placer de conocer a alguno que pueda vivir sin una fuente de carbono. Y estoy hablando de los compuestos orgánicos.

Usamos compuestos orgánicos para alimentarnos, para alimentar al ganado, para abonar las plantas. Con ellos obtenemos energía internamente (fosforilación oxidativa y tal) y construimos nuestras estructuras. Pero también obtenemos energía externamente: el hombre que descubrió el fuego seguramente usaría troncos o ramas como combustible, y seguimos quemando cosas con una composición elemental no muy distinta. Los combustibles fósiles, como su propio nombre indica, resultan de la fosilización de biomasa. El petróleo y sus derivados, como las gasolinas y gasóleos, están constituidos fundamentalmente por cadenas hidrocarbonadas (carbono e hidrógeno).

Refinería de petróleo en Anacortes, Washington.

Y la cosa no termina en la energía. El petróleo es la materia prima para la confección de muchos de los materiales más utilizados. Plásticos como el polietileno, el polipropileno y el PVC se obtienen polimerizando sustancias resultantes del craqueo del petróleo de una u otra manera. Los asfaltos se derivan de los compuestos más pesados del crudo. Muchos compuestos aromáticos, como el benceno y el tolueno, se obtienen a partir de la fracción que se le quita al crudo de petróleo antes de destilarlo. Los llamados aceites minerales (parafinas) parten, por supuesto, del petróleo. El oro negro nos ha dado cosas maravillosas… y nos hemos hecho muy dependientes de él.

Pero el petróleo se acaba. Tarde o temprano, la menor disponibilidad resultará en un precio del barril de crudo alarmantemente alto. Huelga decir que, como consecuencia, la gasolina y demás derivados se encarecen.

Y me temo que el “peak oil”, como lo llaman muchos, no es el único problema de seguir utilizando petróleo. Al quemar (oxidar) los derivados del petróleo, producimos CO₂, CH₄, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y otros gases de efecto invernadero. Muchos son contaminantes independientemente de su contribución al cambio climático. Además, al abandonar los plásticos, tardan miles de años en degradarse.

El petróleo, por otro lado, no está presente en todos los países del mundo ni mucho menos. Al menos, no en una cantidad significativa. Esto crea una fuerte dependencia energética en los países no productores.

Así pues, vendría muy bien una materia prima alternativa al petróleo, que fuera tremendamente abundante, renovable, que no contribuyera significativamente al cambio climático. Que tomarlo de la naturaleza, más que implicar una contaminación, supusiera una acción de protección del medio ambiente.

Pues bien: el compuesto orgánico más abundante, el polímero más abundante y el más abundante constituyente de la materia viva no es otro que la celulosa. Está en la madera, en los tallos de las plantas, en prácticamente cualquier parte de la planta excepto frutos y flores, en la pared celular de algas y células vegetales, etc. Y allí donde se encuentra más abundantemente, se encuentra junto con hemicelulosas y lignina.

Cultivos en Inglaterra. Fotografía de David Harper.

Pese a todas las dificultades que entrañan las muchas y muy diversas tecnologías para obtener productos derivados de la biomasa lignocelulósica, su aprovechamiento supone ventajas enormes desde un punto de vista de la sostenibilidad y la protección del medio ambiente:

• la posibilidad de valorizar residuos, en vez de quemarlos en campo abierto;
• la fotosíntesis de la planta viva, que reduce la cantidad de CO₂ en la atmósfera;
• la disminución de la dependencia energética y un estímulo económico en zonas rurales;
• el descubrimiento de nuevos materiales o productos químicos con propiedades interesantes.

Pero… ¿qué se puede hacer con la biomasa lignocelulósica? Haciendo caso a la investigación al respecto, prácticamente todo. Comienzo, no obstante, citando los usos más evidentes.

Sin apenas un procesamiento químico, podemos emplearla directamente como material de construcción, como lleva haciendo el hombre miles de años. Debemos incluir también la confección de mobiliario, cortinas o manteles de lino, entre otros.

Otros usos tradicionales son la manufactura de tejidos, de papel y cartón, de pañuelos de celulosa, etc. La fuente de biomasa más habitual para todos estos propósitos es la madera obtenida en los llamados cultivos de madera. Pero, remitiéndonos a la primera ventaja listada, también podemos usar residuos agrícolas y de jardinería.

La alimentación animal es otra posibilidad. La paja no necesita un tratamiento químico para ser ingerida por animales, pero muchos otros residuos serían aprovechables con un proceso adecuado.

Los biocombustibles son una aplicación de la que ya he hablado en este blog. Además del etanol, con la biomasa vegetal y algal podemos obtener biodiésel, biogás y unos cuantos biocombustibles que, aunque no se producen actualmente, son alternativas a considerar.

Podemos incorporar fragmentos de materiales lignocelulósicos como fibras de refuerzo en materiales compuestos o composites –hablamos, pues, de biocomposites. Escribí una revisión sobre estos materiales; algún día aparecerá publicada en algún lado.

Pero la fase continua o matriz de los composites también puede ser bio. Enlazamos así con el tema de los bioplásticos, con mucho descubierto, bastante aplicado pero, aún, con todo un mundo por descubrir. Un buen ejemplo de bioplástico que puede obtenerse a partir de celulosa es el ácido poliláctico.

La biomasa lignocelulósica se puede someter a pirolisis, gasificación, procesos integrados de pirolisis y gasificación, procesos integrados de gasificación y fabricación de papel, etc. Al igual que desde el carbón, se puede obtener gas de síntesis (fundamentalmente CO, H₂) desde materiales lignocelulósicos.

Si echamos de menos las parafinas que obtenemos del petróleo, podemos aplicar al gas de CO y H₂ el proceso Fischer-Tropsch. O podemos quemar directamente la biomasa, preferiblemente con combustión catalítica y (esto ya es imprescindible) un filtro eficaz para partículas.

Si separamos adecuadamente la lignina, las aplicaciones postuladas para este heteropolímero se cuentan por decenas, aunque muy pocas se realizan. Como ashesivo, como dispersante, como refuerzo en composites, como fuente de aromáticos (sustituyendo en esto también al petróleo), como sustituto del almidón en fábricas de papel, en la confección de sensores para metales pesados… En el congreso EWLP 2014, no pocas comunicaciones fueron dedicadas a los posibles usos de la lignina, y con buenos motivos. Ciertamente, investigar en este campo es tan necesario como interesante.

También desde la biomasa vegetal, de una forma u otra, podemos obtener metanol, furfural, hidrógeno de alta pureza, ácido levulínico, otros ácidos y aldehídos…

Las aplicaciones mencionadas son simplemente una muestra de lo más representativo que se puede hacer con los residuos lignocelulósicos; algo, hay que recordar, prácticamente gratuito. Muchos años tendrán que pasar para ver la sustitución del petróleo como principal materia prima para la elaboración de combustibles, plásticos y compuestos aromáticos. Pero esta sustitución no es una elección. Y, si lo es, estoy seguro de que es una buena elección.