Assessment of non-conventional pretreatments for agriculture wastes utilization

Abstract

Los pretratamientos convencionales de biomasa lignocelulósica involucran el uso intensivo de altas temperaturas, presiones, largos tiempos de residencia sumado a los requerimientos de productos químicos y los elevados consumos energéticos pueden llevar a promover la producción de compuestos inhibitorios así como la degradación de azúcares. Como una alternativa a su uso, dos pretratamientos no convencionales (Pretratamiento asistido con ultrasonido y pretratamiento con fluidos supercríticos) fueron empleados para evaluar los rendimientos de este etapa y la digestibilidad enzimática de materias primas de origen agrícola como la cascarilla de arroz, el tallo de plátano y el pseudotallo de plátano. Algunas variables operacionales como temperatura, amplitud y tiempos de pretratamiento fueron evaluados durante el Pretratamiento asistido con ultrasonido, mientras que el contenido de humedad, presión y temperatura fueron las variables analizadas en el pretratamiento con dióxido de carbono supercrítico. La materia prima que ofreció un mejor comportamiento al ser pretratada con ultrasonido fue el pseudotallo de plátano incrementando la producción de azúcares reductores en ordenes de 2-3 veces comparado con el pretratamiento con ácido diluido (0.78 g azúcares reductores/ g biomasa pretratada recuperada). Este rendimiento fue alcanzado a una temperature de 60°C y 100% de amplitud. Por otro lado, la materia prima que presentó el mejor comportamiento en reducción de índice de cristalinidad y una adecuada redistribución en la matriz lignocelulósica. Finalmente, logró establecerse que diferentes efectos pueden ser alcanzados de acuerdo con las características de las materias primas, estos a su vez pueden generar diferentes impactos a nivel técnico, económico y ambiental

Abstract : The current pretreatments of lignocellulosic biomass conventional involve the intensive use of high temperatures, pressures, long times of residence, added to high chemical inputs requirements and elevated energy consumption which sometimes producing inhibitory compounds and sugars degradation. As an alternative to their use two non-conventional pretreatments such as ultrasound assisted pretreatment and supercritical carbon dioxide pretreatments were used to evaluate pretreatment yields and enzymatic digestibility of rice husk, cassava stem and plantain pseudostem. Some operational conditions such as temperature, amplitude, pretreatment time were evaluated during the ultrasound assisted pretreatment whereas the moisture content, pressure and temperature of the pretreatment were evaluated for supercritical carbon dioxide pretreatment. The best performance of ultrasound assisted pretreatment was presented by plantain pseudostem improving the reducing sugars production to 2-3 folds compared the dilute pretreatment (0.78 g total reducing sugars/g of biomass recovered from pretreatment stage). This yield was reached at 60°C and 100% of ultrasound amplitude. By the other hand, for supercritical pretreatment the best performance was presented using rice husk as raw material obtaining reductions in crystallinity index and redistribution of the lignocellulosic matrix. It could be established that different effects according to the raw material specifications can be reached. Finally it was concluded as a first approach that through these pretreatments would be significantly impacted the technological, economic and environmental performance of scales