El laboratorio de Biocarburantes Avanzados y Bioproductos del CIEMAT se centra en la Investigación, Desarrollo e Innovación de los procesos relativos a la conversión de la biomasa para la obtención eficiente de biocarburantes líquidos y otros bioproductos de interés industrial. Entre las funciones que se llevan a cabo en el laboratorio se encuentran:
- El fraccionamiento de la biomasa mediante tratamientos termoquímicos y mecánicos para el aprovechamiento óptimo de sus componentes.
- El análisis integral de la composición biomásica y caracterización de los productos obtenidos durante los procesos de transformación
- La transformación de la biomasa mediante procesos biotecnológicos: hidrólisis enzimática, fermentación microbiana y digestión anaerobia.
Asimismo, la Unidad de Biocarburantes cuenta con las siguientes infraestructuras:
Planta Piloto de Explosión a Vapor
Esta planta permite el pretratamiento de la biomasa a través de un procesado hidrotérmico. El equipo está compuesto por una caldera de alimentación de agua, dos reactores de distintos tamaños (2 L y 10 L) y un ciclón para la recogida de la muestra. El equipo se completa con sondas de medida y el sistema de control de operación que controla la presión y la temperatura.
Planta Piloto de Extrusión
Esta planta permite un pretratamiento mecánico, térmico y químico de la biomasa. Consiste en un equipo de extrusión de doble husillo co-rotativo con seis módulos. Además, permite el control de la temperatura (hasta 300 °C) y presenta diferentes puertos para la adición de catalizadores dentro del propio extrusor. Sobre los husillos se montan unas piezas (tornillos) con los que se consiguen diferentes efectos sobre la biomasa según su forma y disposición. El equipo cuenta su vez con una tolva para la alimentación de la biomasa y tres bombas para la adición de reactivos.
Reactores Agua Líquida Caliente con Agitación
La Unidad de Biocarburantes cuenta además con dos reactores de agua líquida caliente con agitación, de 0,5 L y 2 L de capacidad, utilizados para el tratamiento hidrotérmico de la biomasa. Ambos reactores cuentan con una camisa eléctrica que permite alcanzar temperaturas de hasta 350 °C.
Laboratorio de Fermentación
En este laboratorio se estudian y optimizan los diferentes parámetros de fermentación, así como las condiciones óptimas de operación durante las fases de hidrólisis, sacarificación y fermentación necesarias para la obtención de biocarburantes avanzados y otros bioproductos. Para ello, se llevan a cabo estudios de crecimiento microbiano (levaduras y bacterias) en condiciones aerobias y anaerobias y se investigan diferentes preparaciones enzimáticas para mejorar el proceso de fermentación y/o sacarificación aumentando su efectividad y disminuyendo gastos.
Además del instrumental de laboratorio, la Unidad de Biocarburantes cuenta con varios fermentadores de tamaños entre 1 y 30 L, así como con dos reactores diseñados especialmente para trabajar con hidrólisis y fermentación a altas cargas de sólidos de 7 y 50 L. Este último, además, presenta una entrada que le permite acoplarse directamente a la salida de la planta piloto de extrusión.
Laboratorio de Biogás
En este laboratorio se lleva a cabo estudios de optimización de la digestión anaeróbica usando diferentes sustratos (biomasa de algas, residuos agrícolas y ganaderos). Asimismo, también se lleva a cabo procesos de upgrading biológico y power-to-gas, el estudio de las poblaciones microbianas y la funcionalidad biológica del proceso de biometanización in situ con codigestión, y la valorización del digestato como tecnología de limpieza de biogás. Para ello, este laboratorio cuanta con el siguiente equipamiento: incubadora y equipo de análisis de DBO y DQO, analizador de FOS/TAC, analizador de NTK y proteínas, generador de hidrógeno PEM, reactores BATCH (15 reactores acoplados a un analizador automático de medición de metano (AMPTS II), 3 reactores semicontinuos de 3 L con análisis en continuo del biogás y rectores semicontinuos de 20 L para el estudio del upgrading biológico del biogás.
Laboratorio de Análisis
El laboratorio de análisis está equipado para evaluar las distintas etapas involucradas en el proceso de transformación de la biomasa, permitiendo: 1) la caracterización física y química de la materia prima original, 2) la caracterización del residuo líquido obtenido tras la separación de la parte sólida, 3) el análisis de muestras obtenidas durante el seguimiento de los procesos de hidrólisis y fermentación y 4) el análisis de los productos derivados de la fermentación. El laboratorio se centra principalmente en la determinación del contenido en glucano (almidón y/o celulosa), hemicelulosa (xilanos, arabinanos, mananos, etc.), lignina, extractivos y cenizas de las muestras, así como en realizar diversos análisis para la evaluación de la disponibilidad de los azúcares fermentables y la identificación y cuantificación de diversos compuestos inhibidores de los microorganismos (como por ejemplo ciertos ácidos orgánicos y/o el furfural) y los productos obtenidos durante los procesos de fermentación (bioetanol, xilitol, etc.) a través de análisis cromatográficos (tanto líquidos como gaseosos).
