Los residuos vegetales, como restos de poda, hojas o paja, pueden transformarse en valiosos productos químicos gracias a la pirólisis catalítica, un proceso que descompone la biomasa a alta temperatura en ausencia de oxígeno y utiliza catalizadores como las zeolitas para convertirla en hidrocarburos aromáticos, esenciales para fabricar plásticos, medicamentos y combustibles. Investigadores del Instituto IMDEA Energía han logrado mejorar este proceso, aumentando la cantidad obtenida de hidrocarburos y prolongando la vida del catalizador, lo que acerca la posibilidad de producir estos productos químicos de forma más sostenible y reducir nuestra dependencia del petróleo.
Los residuos de biomasa lignocelulósica, como restos de poda, hojas, cáscaras, serrín o paja, han despertado un gran interés como materia prima sostenible, alternativa al petróleo, para la producción de compuestos químicos de interés industrial. Su elevado contenido en carbono, hidrógeno y oxígeno hace que esta biomasa residual pueda utilizarse para la producción de moléculas esenciales para la industria química. Entre ellas, destacan los hidrocarburos aromáticos, compuestos que son fundamentales para la fabricación de plásticos, detergentes, medicamentos, colorantes, disolventes y combustibles.
Pirólisis catalítica para producir hidrocarburos aromáticos
Una de las rutas más directas para producir hidrocarburos aromáticos a partir de biomasa lignocelulósica es la pirólisis catalítica. Durante este proceso, la biomasa se somete a temperaturas entre 350 ºC y 600 ºC en ausencia de oxígeno, transformándose en vapores y gases no condensables y en un residuo sólido carbonoso. Estos vapores y gases se hacen pasar a través de un catalizador sólido, que promueve la ruptura y reorganización controlada de las moléculas en función de sus propiedades. Posteriormente, estos vapores se condensan, dando lugar a un producto líquido denominado bio-aceite, que puede ser utilizado como precursor de biocombustibles o productos químicos de interés comercial. Entre los catalizadores empleados, destacan las zeolitas, materiales con una estructura cristalina microporosa y ordenada, las cuales facilitan la producción de compuestos aromáticos y a la vez que reducen la formación de productos no deseados.
En la Unidad de Procesos Termoquímicos del Instituto IMDEA Energía trabajamos activamente en la optimización de la pirólisis catalítica de biomasa, con el fin de desarrollar procesos que sean eficientes, versátiles y económicamente competitivos.
Entre las actividades de investigación más relevantes, se encuentra el diseño de reactores que operen de forma continua, lo que permite obtener resultados más realistas y escalables a nivel industrial. También se estudian aspectos clave, como el efecto de la temperatura del reactor y el tipo de biomasa utilizada como materia prima, que influyen directamente en la cantidad y el tipo de los hidrocarburos aromáticos producidos.
Uno de los principales desafíos de la pirólisis catalítica es la desactivación del catalizador. En el caso de las zeolitas, este problema se debe a la acumulación de materia carbonosa en sus poros, lo que impide el acceso de los vapores procedentes de la pirólisis térmica de lignocelulosa, limitando su conversión en compuestos aromáticos. Para afrontar este reto, es fundamental investigar cómo influyen la temperatura y el tipo de catalizador y encontrar una combinación que maximice tanto la producción de hidrocarburos aromáticos como la vida útil del catalizador. Por ello, otra de las principales líneas de investigación de la Unidad de Procesos Termoquímicos de IMDEA Energía es el desarrollo de catalizadores zeolíticos ‘a medida’, diseñados específicamente para mejorar la estabilidad, la actividad y la selectividad del proceso.
Hacia un proceso autosostenible
Gracias a estos esfuerzos, en los últimos años se ha mejorado notablemente la eficiencia de la pirólisis catalítica, pasando de un rendimiento en hidrocarburos aromáticos del 8 % en peso, con una duración de la vida del catalizador de 3 horas, a un 23 % con una vida útil del catalizador de hasta 7 horas, operando a temperaturas de entre 350°C y 450 °C. Esto equivale a producir 23 kg de hidrocarburos aromáticos por cada 100 kg de biomasa. El resto de subproductos, como los gases y el residuo sólido carbonoso, pueden aprovecharse para cubrir la demanda energética del reactor, lo que permitiría alcanzar la autosostenibilidad del proceso, según nuestros estudios técnico-económicos.
Estos avances reflejan el gran potencial de la pirolisis catalítica como una vía sostenible y eficiente para producir compuestos de valor a partir de residuos de renovables, acercándonos a un modelo industrial más limpio y respetuoso con el medio ambiente.
Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España bajo la subvención PID2020-114740RB-C21 (Proyecto AdBioCaP).
Referencia
Maurizio Pagano, Héctor Hernando, Jennifer Cueto, David P. Serrano, Inés Moreno, Maximizing aromatic hydrocarbon production through catalytic pyrolysis of lignocellulosic residues over ZSM-5 zeolite using both batch and continuous reaction systems, Bioresource Technology, 423,2025,132212. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132212
Autores del artículo divulgativo:
Ines Moreno García, Maurizio Pagano, Héctor Hernando, Jennifer Cueto y David P. Serrano
Unidad de Procesos Termoquímicos
Instituto IMDEA Energía
Fuente: Scientias
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