Memoria preparada a solicitud de la FAO en relación con la labor del Cuadro Técnico sobre Química de la Madera
por J. A. HALL, Director, J. F. SAEMAN, Químico, y J. F. HARRIS, Ingeniero Químico del Laboratorio de Productos Forestales ¹, Servicio Forestal de la Secretaría de Agricultura de los Estados Unidos
(¹Emplazado en Madison (Wisconsin), donde funciona en cooperación con la Universidad de Wisconsin.)
Pocos procesos de química industrial cuentan con una historia que pueda compararse a la de la sacarificación de la madera. Desde los albores de la química orgánica, los hombres de ciencia quedaron intrigados por el hecho de que la mayor parte de los residuos celulósicos está compuesta en sus dos terceras partes por hidratos de carbono, que, sometidos a un adecuado tratamiento, pueden convertirse en azúcares útiles como alimento o para la preparación de productos químicos.
No obstante las esperanzas de un tiempo y la profusión de investigaciones y de trabajos de perfeccionamiento, la sacarificación de la madera no condujo a los resultados que se esperaban. En realidad, su historia es más bien desalentadora, con una serie de fracasos económicos de importancia, pero en nuestros días se abrigan esperanzas de éxito no menores que las de otros tiempos, considerándose cancelados los errores pasados dada su escasa trascendencia para el futuro. Tanto los hombres de ciencia como los industriales admiten que en los residuos celulósicos se encuentra una vasta fuente potencial de alimentos y de productos químicos. Moyer (39)², en una reciente monografía sobre el futuro de la celulosa, aventura las predicciones siguientes:
(² Los números entre paréntesis se refieren a las obras citadas al final de esta memoria.)
«La hidrólisis de la celulosa para obtener glucosa y oligosacáridos simples se convertirá en un factor económico predominante... Los subproductos ceulósicos tendrán cada vez un mayor campo de aplicación como materias primas para obtener productos alifáticos simples mediante procedimientos químicos y biológicos... Si se dirige una mirada al futuro podrá verse que la celulosa, que es el más abundante de todos los productos fotosintéticos, llegará a ser una de las materias primas más útiles para el hombre. La provisión de ésta va renovándose por medios naturales, mientras que otros materiales almacenados a lo largo de siglos se agotan de continuo».
No parece descaminado suponer que, dados los medios tecnológicos con que hoy se cuenta y gracias a una adecuada labor de investigación, podrá llegarse a procesos de elaboración que permitan un eficaz aprovechamiento de los residuos celulósicos. La importancia de hallar tales procesos de elaboración puede juzgarse considerando sus consecuencias posibles.
Probablemente, el efecto de mayor importancia y alcance de un proceso económico de sacarificación sería su repercusión sobre la ordenación y aprovechamiento de los montes. Podrían entonces talarse los montes improductivos y repoblarlos con árboles de buen rendimiento para la obtención de madera, pasta y residuos celulósicos para la conversión química. Este aspecto por sí solo tiene consecuencias de gran alcance y justifica la dedicación al mismo de una intensa labor de investigación.
Otro efecto que no puede evaluarse directamente en términos económicos es el aspecto político de la autosuficiencia y de la balanza de divisas extranjeras. Todo país que cuente con abundancia de residuos celulósicos podrá convertir estos materiales en combustible o en alimentos, en caso de guerra, sin tener que recurrir a sus tierras agrícolas productivas. Sin embargo, un proceso de sacarificación con vistas a la producción de azúcar para alcohol combustible no justifica lo bastante las necesarias investigaciones. Cederquist (52), en una memoria leída en Lucknow, hace observar que si lo que se precisa es combustible, resulta mucho más conveniente utilizar el material celulósico como tal combustible, en lugar de intentar convertirlo en alcohol. El criterio definitivo que ha de servir para juzgar la importancia de un proceso de sacarificación debe basarse en la economía del momento. El panorama variará grandemente según las circunstancias del caso. Sin embargo, pueden extraerse algunas conclusiones generales.
Al considerar el empleo del azúcar como alimento, bueno será observar que la sacarosa cristalizada de pureza próxima al 100 por ciento puede adquirirse fácilmente en los mercados mundiales (f.o.b. Cuba) a un precio ligeramente superior a 3 centavos de dólar por libra, y el azúcar en forma de terceras melazas para la alimentación del ganado, a un precio aproximado a la mitad de este último (22). El factor decisivo en este caso es el coste de transporte al punto de consumo, lo que en muchas comarcas hace llegar el precio a un nivel con el que ya puede competir el precio que resultaría de la fabricación de azúcar a partir de los residuos celulósicos disponibles. Entre otras facetas de esta cuestión se encuentra la perspectiva a largo plazo, según la cual para alimentar a la población mundial quizás se precisen provisiones de alimentos mucho mayores. Hass y Lamborn (22) manifiestan que la producción mundial de azúcar de caña podría duplicarse fácilmente, y que, por tanto, el problema de la fabricación de azúcar es de fácil solución. Los países enfrentados con una escasez de alimentos tendrían también que comparar los beneficios que reportasen las sumas invertidas en la conversión de celulosa, con aquellos obtenidos de las empleadas en fertilizar las tierras disponibles.
Los residuos celulósicos, considerados como materia prima químico, son una fuente de azúcares hexosos y pentosos. La porción principal, las hexosas, son equivalentes al azúcar obtenido de las fuentes ordinarias. Las pentosas, en cambio, son únicas, ya que, a partir de ellas, puede obtenerse el furfurol, producto químico que no se obtiene de otras fuentes. Los pentosanos contenidos en las mazorcas de maíz desgranadas (zuros) y en el bagazo constituyen ahora la fuente principal de furfurol. No obstante, el contenido de pentosanos en la madera es demasiado bajo para justificar una inversión económica basada en este solo producto.
Las breves consideraciones que anteceden nos llevan a la conclusión de que, si bien pueden conseguirse beneficios indirectos ideando un proceso de sacarificación técnicamente posible, el factor decisivo será siempre de tipo económico. Para que pueda considerarse de valor, el proceso industrial debe permitir la producción de azúcar a un precio que compita con el del azúcar o el de las melazas de cofia en el lugar en que se aplique.
Finalidad y alcance
Esta memoria ha sido preparada a solicitud de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación para servir de base a un informe destinado a ser distribuido entre los Gobiernos Miembros. Su finalidad es describir los perfeccionamientos alcanzados en el terreno de la sacarificación de la madera discutir las posibilidades y las dificultades de orden económico y técnico del proceso, e indicar la dirección en que deben orientarse las investigaciones para obtener de ellas los mejores resultados.
Este informe procede en parte de las actividades del Cuadro Técnico sobre Química de la Madera y de la reunión celebrada por el mismo en Estocolmo, en 1954 (8), en la que el objeto de los debates fué la sacarificación de la madera. En el seminario celebrado bajo los auspicios de las Naciones Unidas en Lucknow (India), en 1952 (52), sobre la elaboración de alcohol como combustible, se presentaron otros datos relativos a este tema. La información se ha tomado de estas y otras fuentes.
Cae fuera de la finalidad de esta memoria ofrecer una cabal visión de los aspectos científico y tecnológico de la sacarificación de la madera, pero sí se discutirán lo suficiente los aspectos técnicos que se refieren a los procedimientos estudiados.
La sacarificación de la madera es sólo uno de los aspectos de un problema mucho más amplio: el aprovechamiento químico de los residuos celulósicos. A su vez, el azúcar no es más que uno de los muchos productos que pueden obtenerse de estos residuos, y la madera una sola de entre la gran variedad de materias básicas potenciales. A pesar de esto, la mayor parte de la literatura publicada sobre el aprovechamiento químico de los residuos celulósicos trata de la madera. Siempre que ello es posible, la presente memoria abarca productos en los cuales el azúcar constituye sólo una materia intermedia.
Fuentes de información
Existe abundancia de información en las obras publicadas sobre producción de azúcar y de alcohol con materiales celulósicos, pero relativamente poca sobre los aspectos industrial y económico del problema. Los libros de Hägglund (20) y de Wise y Jahn (56) contienen secciones dedicadas a este tema, en las que se ofrece una nutrida bibliografía. Los primeros trabajos de tipo industrial fueron descritos por Foth (10) y Demuth (6). La evolución del proceso Scholler puede seguirse en obras alemanas (13, 14, 35, 46, 49). La historia de los primitivos procesos de sacarificación en los Estados Unidos figura en trabajos de Sherrard y Kressman (51).
En la revista «Industrial and Engineering Chemistry» (23) se ha publicado una serie de trabajos presentados en un simposio sobre el azúcar de madera y de residuos agrícolas. Saeman, Locke y Dickerman, después de terminada la segunda guerra mundial, han publicado informes sobre la producción de azúcar de madera en Alemania y su conversión en levadura y alcohol (45). Harris (21) examinó en 1949 la situación de la sacarificación de la madera en la publicación anual «Advances in Carbohydrate Chemestry». La fábrica de alcohol de azúcar de madera de Ems (Suiza), de funcionamiento y dotación ejemplares, aparece descrita en otros trabajos (42, 54).
Gilbert y otros colaboradores de la Autoridad del Valle de Tennessee han dado a conocer detalles de su estudio en una instalación experimental para hidrolizar la madera siguiendo un procedimiento de percolación (15). En otro lugar se ha publicado una discusión general sobre el tema de la hidrólisis de la madera y una descripción de la fábrica de Springfield, en Oregón (44).
Wenzel (55) dió a conocer en 1954 un completo estudio de la química y la tecnología de la hidrólisis ácida de la madera. Estas varias fuentes ofrecen amplia información básica sobre el tema que nos ocupa.
La producción y empleo del alcohol como combustible fué el tema de un seminario patrocinado por las Naciones Unidas y celebrado en Lucknow (India) en 1952 (52). En este seminario se discutió también el tema de la producción de azúcar de madera. La sacarificación de la madera fué el tema de la sexta reunión del Cuadro Técnico de la FAO sobre Química de la Madera, celebrada en Estocolmo en 1953 (8). En el presente trabajo se concede una atención particular a los informes presentados en tales reuniones.
El volumen y naturaleza de los azúcares que puedan obtenerse de la madera, así como los procesos que exige la necesaria hidrólisis, vienen determinados por los polisacáridos de la madera.
El principal polisacárido en todos los materiales de plantas leñosas es la celulosa, análoga desde el punto de vista químico y físico al algodón hidrófilo en el sentido de que es fibrosa, posee una alta resistencia a los álcalis y es muy difícil de hidrolizar con producción de glucosa.
Las hemicelulosas se hallan presentes en la madera y en otros materiales celulósicos en una proporción aproximada de un tercio de los hidratos de carbono totales. La hemicelulosa es amorfa y, por carecer de una organización cristalina, se hidroliza con mucha mayor facilidad que la celulosa. Si el total de hidratos de carbono de la madera pudiera hidrolizarse con la misma facilidad que la hemicelulosa, no habría lugar a dudas en cuanto a la inmediata y amplia utilidad industrial de la sacarificación de la madera.
Los azúcares componentes del producto final de la degradación hidrolítica de 20 especies diferentes de madera fueron determinados por Gustafsson y sus colaboradores (19), según los cuales, todas las especies de madera investigadas contienen glucosano, galactano, manano, arabano y xileno. La proporción de galactano, basada en el azúcar total producido por hidrólisis de especies coníferas, varía entre un 6,0 y un 17,5 por ciento, y la de manano entre un 7,5 y un 16,0 por ciento. Los valores correspondientes para especies frondosas son de 1,0 a 4,0 por ciento y de 0,5 a 4,0 por ciento, respectivamente. El contenido de xileno de las especies coníferas varía entre un 9,0 y un 13,0 por ciento, y el de las especies frondosas entre un 19,5 y un 39,0 por ciento. El contenido de arabano es bajo en todos los casos, y solamente excede del 3 por ciento para tres de las especies coníferas. La composición de los hidratos de carbono de una especie determinada no se mantiene estrictamente constante, pero las variaciones presentes no bastan a borrar las diferencias características observadas entre las coníferas y las frondosas.
La lignina es el principal elemento constitutivo de la madera y de otras plantas, distinto de los hidratos de carbono. En esencia es un material aromático de alta polimería, y la mayor parte del mismo se obtiene por procedimientos hidrolíticos como residuo insoluble, en la proporción del 20 al 30 por ciento de la madera tratada. La química de la lignina ha sido estudiada recientemente con todo detalle por Brauns (5). A pesar de que la lignina no ha tenido mucha aplicación hasta ahora, podría muy bien resultar la clave de algún futuro y satisfactorio proceso de elaboración para el aprovechamiento combinado de residuos celulósicos.
La conversión de materiales celulósicos en azúcar parece a primera vista constituir una simple disociación hidrolítica de los enlaces de los glucósidos. Según esto debería esperarse una reacción simple, con reducido gasto para la fábrica que a ello se dedique. En la realidad, sin embargo, la celulosa es un polisacárido único entre todos los conocidos y posee una extremada resistencia a la hidrólisis. Los enlaces de los glucósidos se disocian fácilmente, pero la estructura cristalina de la celulosa da por resultado una baja accesibilidad para el ácido diluido que de ordinario se emplea como catalizador. En consecuencia, la temperatura y concentración del ácido necesarias para conseguir la reacción en un tiempo razonable ocasiona una grave descomposición de los azúcares resultantes. Enfrentados con esta realidad, solamente se presentan unas cuantas soluciones alternativas para una hidrólisis práctica.
1. Efectuar una simple hidrólisis por ácido diluido sin separar el producto a medida que éste se forma.2. Seguir un procedimiento de percolación en el que se aumente el rendimiento mediante una extracción continua del producto a medida que se forma.
3. Seguir, en fin, un procedimiento por ácido concentrado por el que se destruya la estructura cristalina de la celulosa y se solubilicen los hidratos de carbono, hidrolizándolos por último totalmente por ácido diluido.
Todos los procedimientos comerciales entran dentro de una de estas tres categorías.
Hidrólisis simple de la madera por ácido diluído
El procedimiento de hidrólisis de la madera monofásico y por cargas sucesivas fué el primer método comercial para obtener azúcar de la madera. Tiene la ventaja de su gran simplicidad y, convenientemente mejorado, podría aún constituir el método ideal en determinadas condiciones.
En Georgetown, N.C., y Fullerton, La., existían fábricas en que se seguía este simple proceso en la época inmediatamente anterior a la primera guerra mundial. Según Sherrard y Kressman (51) estas fábricas producían de 5.000 a 7.000 galones de alcohol por día. La fábrica de Georgetown la describen Foth (10) y Demuth (6). Kressman (32) dió a conocer los trabajos experimentales en la misma. En 1921, Sherrard presentó un estudio tecnológico de este procedimiento (50).
En la fábrica de Georgetown, la madera se trataba en ciclos de una hora en cuatro lixiviadores esféricos cada uno de los cuales admitía 4.700 libras de madera seca. El azúcar se extraía en una batería de ocho elementos de 150 pies cúbicos cada uno, dispuestos para una extracción por contracorriente. Alrededor del 96 por ciento del azúcar se extraía con una solución que contuviera un 12 por ciento aproximadamente de elementos sólidos totales, y casi un 9. por ciento de azúcar reductor y un 6 por ciento de azúcar fermentable.
Giertz (8) describió un proceso de elaboración seguido en Suecia durante la segunda guerra mundial para la hidrólisis continua de los residuos de madera. La madera desmenuzada se impregnaba en una cámara de torre con anhídrido sulfuroso. La parte inferior de la cámara de impregnación estaba unida al mecanismo de alimentación de un desfibrador Asplund. La madera desmenuzada se sometía a una temperatura de 180° C durante 2 a 3 minutos en un precalentador, se trituraba en el desfibrador y la pasta resultante se extraía por presión continua a través de una válvula de expansión. Se utilizaban siete de estas unidades en paralelo. La pasta se lavaba en centrifugadoras y la materia soluble se reacidificaba y se hidrolizaba. La solución azucarada con una concentración del 8 por ciento se fermentaba con la lejía de bisulfito ya antes usada en la fábrica. Se trazaron planes para sacarificar la celulosa contenida en los residuos, si bien nunca se llevaron a la práctica. La lignocelulosa residual se utilizó como combustible. Los intentos de usarla como mezcla para baquelitas no dieron resultados positivos.
El funcionamiento de la fábrica dependía de los altos precios autorizados por el gobierno para el alcohol. Los trabajos se interrumpieron después de acabada la guerra, y la fábrica se desmontó en 1946.
Se ha descrito otro procedimiento de hidrólisis de la madera, en el cual una pasta clara formada por 8 a 10 partes de ácido diluido y una de serrín se introduce por medio de una bomba en un permutador de calor (24, 25, 40, 41). Este procedimiento no se ha utilizado comercialmente. Su objeto era la producción de una materia plástica lignocelulósica. Como medio para la producción de azúcar tiene el inconveniente de dar soluciones diluidas, por su elevada relación líquido-sólido.
La hidrólisis de la celulosa por cargas simples presenta características atrayentes, pero con este sistema se ha registrado una gran limitación del rendimiento. Nuevas investigaciones sobre la cinética de la reacción permiten abrigar la esperanza de que tales rendimientos pueden elevarse.
Después de que la hidrólisis por cargas se practicó en volumen comercial durante la primera guerra mundial, Meunier (37, 38) y Desparmet (7) publicaron sus investigaciones sobre este aspecto, indicando la conveniencia de servirse de fases hidrolíticas sucesivas.
En 1945, Plow y sus colaboradores describieron experimentos en los que se aplicaban diversas fases hidrolíticas (43).
En un seminario sobre la producción y empleo de alcohol como combustible en el Asia y en el Lejano Oriente, Cederquist (52) describió un proceso ideado en Suecia durante la guerra. Se llevaron a cabo estudios en una instalación experimental en aparatos por carga de volumen normal, pero el procedimiento no se explotó comercialmente.
El resumen de tal procedimiento está tomado del informe presentado por Cederquist:
«Una minuciosa investigación de todos los procesos conocidos indica que la hidrolización con ácidos diluidos, cuando se lleva a cabo de manera adecuada, supone gastos considerablemente menores que la hidrolización con ácidos concentrados, pero caben todavía nuevos perfeccionamientos que mejoren el proceso. El autor y sus colaboradores estudiaron con todo detalle el problema de la hidrolización durante la guerra, y nuestras investigaciones nos llevaron a proponer que el proceso se efectuase con madera subdividida e impregnada con ácido, en dos fases y en una atmósfera de vapor. Aproximadamente el 50 por ciento de la madera (seca) queda convertido en azúcar, y las soluciones azucaradas obtenidas tienen una concentración del 10 al 12 por ciento.
«Las conclusiones de nuestras investigaciones pueden resumirse de la manera siguiente:
1. Aceptable rendimiento de azúcar (48-50 %).2. Alta concentración de azúcar (10-12 %).
3. Todas las pentosas se enriquecen en la solución de la primera fase, con lo que facilita su aprovechamiento. El azúcar formado en la segunda fase consiste totalmente en glucosa.
4. El consumo total de ácido sulfúrico es bajo, y asciende a 2025 Kg. por tonelada de madera.
5. El consumo de vapor sin recuperación de calor asciende a 1,3 toneladas por tonelada de madera.
6. Los lejiadores o autoclaves para la hidrolización son de pequeño tamaño, debido al corto tiempo de la hidrolización. Pueden convertirse en azúcar 50 toneladas por día, utilizando dos lejiadores de 3 metros cúbicos cada uno, y dos de 2 metros cúbicos.
«La hidrolización se lleva a cabo en las condiciones siguientes:
1. La madera se utiliza en forma de virutas delgadas, astillas menudas y serrín.2. La madera se impregna de un ácido débil, suprimiéndose todo exceso del líquido antes de la hidrolización.
3. La hidrolización se efectúa en una atmósfera de vapor:
4. Primera fase:
(a) Impregnación con una solución que contenga un 0,5 % de ácido sulfúrico.Temperatura: 190° C.
Presión del vapor: 12 Kg./cm².
Tiempo de hidrolización: 3 minutos.(b) Lavado del azúcar en un lecho percolador de contracorriente continua.
5. Segunda fase:
(a) El residuo de la primera fase se impregna de una solución que contenga un 0,75 % de ácido sulfúrico.Temperatura: 215° C.
Presión del vapor: 20 Kg./cm².
Tiempo de hidrolización: 3 minutos.(b) Lavado del azúcar en un lecho percolador de contracorriente continua.»
Proceso de percolación
En la sacarificación por procedimientos de percolación la madera se sitúa en un recipiente de presión resistente a los ácidos y se hidroliza por medio de un ácido diluido que se inyecta desde la parte superior del recipiente y se extrae a través de un filtro por su parte inferior. De esta suerte, la producción y la extracción de azúcar se realizan simultáneamente y éste se separa y enfría tan pronto como es posible, para evitar su descomposición.
Schaal (46), Fritzweiler y Rockstroh (14), Lüers (35) Scholler (48, 49) y Fritzweiler y Karsch (13) describen la evolución industrial del proceso Scholler, que se sirve de la técnica de la percolación. En estos trabajos no se da una información detallada sobre el proceso, pero en 1945 se obtuvieron detalles de funcionamiento de las fábricas Tornesch y Holzminden (45, 17).
En la actualidad existen tres fábricas Scholler en Alemania, la Tornesch y Holzminden, en la zona occidental, y la Dessau en la zona oriental. En Suiza y en Corea respectivamente existen otras dos fábricas Scholler.
En esencia, una fábrica Scholler cuenta con seis u ocho lejiadores de 50 metros cúbicas, construidos de acero y forrados con placas de gres resistentes a los ácidos. El diámetro de los lejiadores o percoladores es de 2,4 metros, y su altura total de unos 13 metros. La parte superior cuenta con sistemas para la conducción de vapor y de aire, y con otro para la introducción del ácido diluido caliente. En su parte inferior se encuentra un cono de filtro y una válvula de purga de apertura rápida, para extraer los residuos de lignina. El lejiador se carga con 9 a 10 toneladas métricas de serrín y madera desmenuzada, con una densidad de 180 a 200 kilos de substancia seca por metro cúbico. Se inyecta entonces una carga de ácido diluido a una temperatura inferior a la del contenido del lejiador, y el ácido así inyectado se calienta por vapor desde la parte inferior hasta llegar a la temperatura deseada. La solución se extrae entonces por presión, aplicando vapor a la parte superior de la carga. Esta operación se repite durante un total de 20 ciclos completos, con ácido sulfúrico al 0,8 por ciento a temperaturas en aumento hasta un máximo de 184° C. De 10 toneladas métricas de madera se obtienen aproximadamente 120 toneladas métricas de solución con una concentración del 5 al 6 por ciento de azúcar.
La fábrica Scholler de Ems (Suiza) (42, 54) ha resultado muy satisfactoria. Al parecer, su funcionamiento ha sobrepujado la capacidad para la cual había sido construida, produciendo alrededor de 52 galones de alcohol absoluto por tonelada de madera. La fábrica de Ems es igual a las fábricas alemanas, a excepción de que el tiempo de percolación es menor y de que el sulfato cálcico se extrae de la solución azucarada neutralizada por centrifugación. El sedimento se lava en un secador de tambor.
Los datos de producción obtenidos en las fábricas alemanas después de la segunda guerra mundial reflejaban un insatisfactorio funcionamiento, pero ciertamente las dificultades motivadas por la campaña bélica tuvieron un efecto adverso. La fábrica suizo de Ems tropezó con menos dificultades de este tipo, y su funcionamiento se estabilizó y normalizó. La información más completa con que ahora se cuenta indica que con el procedimiento Scholler pueden alcanzarse los resultados para que ideado, con una producción de alcohol de 50 galones, o ano más, por tonelada de madera seca. El informe de Rockstroh presentado en Estocolmo (8) demuestra que los problemas tecnológicos no se pierden de vista.
Recientemente se han descrito los últimos trabajos sobre producción de azúcar de madera por un procedimiento de percolación en los Estados Unidos (44). En 1935, la Cliffs Dow Chemical Co., de Marquette (Michigán), consiguió los derechos para explotar el procedimiento Scholler en los Estados Unidos. Se estudió en una fábrica experimental un procedimiento modificado, pero no llegó a utilizarse comercialmente. En 1943, la Junta de Producción Bélica recomendó que el Laboratorio de Productos Forestales de los Estados Unidos estudiara el proceso Scholler en la fábrica experimental de Marquette. Se solicitó de la Vulcan Copper and Supply Co. que siguiera el funcionamiento de esta fábrica y preparara un informe técnico que pudiera servir de base para el proyecto de una fábrica de volumen comercial. Como resultado de estas investigaciones, la Junta de Producción Bélica recomendó la construcción de una fábrica de volumen comercial que siguiera el procedimiento Scholler modificado, que habría de funcionar como garantía contra posibles escaseces de cereales en el futuro. En 1944 se comenzó su construcción en Springfield (Oregón).
La preparación y fermentación del producto resultante de la hidrólisis de la madera en la fábrica de Springfield pudo llevarse a cabo con buenos resultados. Sin embargo, la producción de azúcar presentaba algunos problemas, ninguno de los cuales se consideraba fundamental para el proceso. Parte de las dificultades podían atribuirse a la historia de la fábrica. Al terminar la guerra, el gobierno rescindió el contrato para la fábrica que no estaba terminada todavía. Posteriormente se reanudó su construcción, y después de algunas concesiones de orden técnico, impuestas por razones de economía, la fábrica se terminó de instalar en febrero de 1947, pudiendo comenzar a funcionar parcialmente.
Era preciso introducir grandes cambios en el proceso Scholler, sobre todo en la velocidad de funcionamiento, antes de que pudiera considerarse aceptable en las condiciones económicas de los Estados Unidos. Estas modificaciones se estudiaron en una fábrica experimental de reducido volumen, sin paso intermedio entre aquél y el de una fábrica comercial. Durante limitados períodos de tiempo en las labores de ensayo, el rendimiento de azúcar a base de madera descortezada se ajustó al proyectado. No obstante, no llegó a conseguirse una producción suficientemente estable.
Después de la guerra, la Autoridad del Valle de Tennessee se interesó por la sacarificación de la madera debido al gran volumen de madera de categoría no comercial y de residuos de madera con que se contaba en esta zona. En 1952, Gilbert y sus colaboradores (15) informaron sobre los estudios efectuados en cooperación con el Laboratorio de Productos Forestales en una fábrica experimental. La finalidad de este trabajo era preparar melazas en cantidad para ensayos de alimentación del ganado, y mejorar y simplificar el proceso hidrolítico. De un análisis económico practicado resultó que, en localidades favorables de los Estados Unidos, la producción de melazas de azúcar de madera como pienso hubiera sido provechosa durante algunos años de la postguerra. Los peligros que entraña y lo reducido de los beneficios que se obtienen equilibran casi las ventajas e inconvenientes de este procedimiento. Hárris y Lloyd (33) ofrecen una evaluación económica mas reciente del procedimiento, en la forma practicada en el Laboratorio de Productos Forestales.
La hidrólisis de la madera en un proceso de percolación que se sirva de dióxido de azufre como catalizador fué discutida no hace mucho por Ant-Wuorinen (1, 2, 4). Este proceso difiere del de Scholler en su mayor rapidez y en que causa una menor descomposición del azúcar, y se ha sometido a amplios ensayos en fábricas experimentales.
Fouque (11) ha patentado un procedimiento para la hidrólisis de la madera con ácidos diluidos, en que utiliza los lejiadores a la manera de una batería de extracción.
De los procesos- de percolación con ácido diluido que se han propuesto, solamente el Scholler, tal como se aplica en Alemania y en Suiza, ha superado la prueba de su aplicación industrial en gran escala.
Procesos con ácidos fuertes para la sacarificación de la madera
Varias de las modalidades de hidrólisis de la madera propuestas entran en el grupo de métodos con ácidos fuertes. Tales métodos se caracterizan por el empleo de grandes cantidades de ácido concentrado que producen una extrema dilatación o solución de la celulosa. Esto sirve para destruir los enlaces que mantienen la celulosa en estado cristalizado y que la confieren una gran resistencia a la hidrólisis ordinaria con ácidos diluidos. Después de una extrema dilatación o solución, y de una hidrólisis parcial, debe completarse el proceso en una solución de ácido diluido.
Los primeros trabajos de sacarificación de la celulosa se servían del ácido sulfúrico. Mejorado convenientemente, como en el método de Giordani-Leone, este procedimiento cuenta con muchas ventajas a su favor. El procedimiento Giordani-Leone (16) y la fábrica construída en Italia durante la segunda guerra mundial, fueron descritos por Centola en la reunión del Cuadro Técnico sobre Química de la Madera, celebrada en Estocolmo (8).
La madera se somete a una hidrólisis previa con ácido diluido para extraer la hemicelulosa. El residuo seco se trata con ácido sulfúrico a 60° Bé, en un molino de ruedas verticales. Esta mezcla se diluye entonces con el líquido de la hidrólisis previa, y se calienta hasta que finaliza la hidrólisis.
La fábrica hubo de suspender sus actividades a causa de la guerra antes de que pudieran obtenerse datos satisfactorios del funcionamiento. Sin embargo, Centola enumera como sigue las ventajas e inconvenientes del procedimiento.
«Ventajas:
1. Alto rendimiento de alcohol.2. Recuperación del fulfurol y, eventualmente, de otros productos secundarios, tales como el ácido acético y los aceites etéreos.
3. Posibilidad de utilizar el serrín, así como la madera desmenuzada.
Inconvenientes:
1. Elevado consumo de ácido.
2. Necesidad de resolver el problema que crea la colocación de grandes cantidades de sulfato cálcico.»
Se ha estudiado la conveniencia de utilizar el ácido fluorhídrico como reactor en la sacarificación de la madera (12, 36). Se creyó en un principio que el residuo de lignina resultante de este procedimiento sería una materia prima con amplias posibilidades, pero en uno de los debates de la reunión de Estocolmo del Cuadro Técnico sobre Química de la Madera se llegó a la conclusión de que este procedimiento no había dado buenos resultados.
En el procedimiento elaborado por Guinot (18), la hidrólisis de la celulosa se consigue por medio de ácido fórmico en presencia de ácido sulfúrico. A 75° u 80° la hidrólisis se efectúa en unas dos horas y, según se dice, el rendimiento es elevado.
El único método por ácido fuerte que haya tenido un cierto éxito comercial es el de Rheinau o de Bergius (4), que utiliza ácido clorhídrico fumante. En 1940 se construyó en Regensburg (Alemania) una fábrica de volumen comercial que seguía este procedimiento. La descripción de las operaciones que a continuación se da se obtuvo después de la segunda guerra mundial (45):
«La madera se desmenuza en fragmentos de longitud no superior a 1 cm. y se lleva mediante un transportador neumático a un secador Buttner giratorio. El gas de escape y la madera recorren paralelamente el secador, y el contenido de humedad se reduce al 6 %. La madera se carga entonces en lejiadores de 50 metros cúbicos, forrados con caucho y con ladrillos resistentes a los ácidos, y se trata con ácido clorhídrico al 50 % (por volumen). Existen dos baterías paralelas de 14 extractores, la mitad de las cuales emplean ácido concentrado y la otra mitad agua. El tiempo total del ciclo por cada lejiador es de 55 horas. Como resultado de la extracción por contracorriente con ácido, se obtiene un jarabe formado por agua con un 32 % de azúcar y un 28 % de ácido clorhídrico. Este líquido siruposo se lleva a un sistema de evaporación, que funciona a 30-44 mm. y a 40° C, donde la concentración de azúcar se hace subir hasta un 60-63 % y la del ácido se reduce al 2-5 %. Los evaporadores cuentan con calefactores independientes por los que circula el jarabe dentro de tubos de porcelana. La parte superior del calefactor es de acero forrado de caucho. Se inyecta entonces vapor en el jarabe para reducir la concentración del ácido. En este punto, los hidratos de carbono en solución consisten primordialmente en oligosacáridos y, con el fin de convertirlos en monosacáridos, «se invierten» por dilución y cocción. El ácido residual es suficiente para catalizar la hidrólisis. El producto se neutraliza con cal y se utiliza para la producción de levadura. Las substancias en solución están formadas por un 70 % de glucosa, un 10 % de pentosa y un 20 % de cloruro cálcico.El ácido recuperado y los residuos del lavado con ácido diluido pasan a un sistema de recuperación de ácidos donde se extrae el agua. Esto se consigue añadiendo cloruro cálcico, que aumenta la concentración de HCl en la fase gaseosa. El agua se va extrayendo continuamente del cloruro cálcico en el mismo aparato. Esta sección] del sistema de elaboración está sometida a condiciones en extremo corrosivas, y las operaciones presentan ciertas dificultades. La temperatura es de 145° C. Para que resista a tales condiciones (elevada temperatura, alta concentración del ácido y presencia de cloruro cálcico) el aparato se forra con caucho y con una doble capa de ladrillos.
Los tubos calefactores son de cobre con baño de oro o de platino.
En la fábrica en cuestión se había montado una instalación para la hidrólisis previa de la madera, antes de destinarla para el proceso Bergius. Había que cargar tres calderas de cocción de 3 m³, fabricadas de acero forrado con caucho y con ladrillos resistentes a los ácidos, capaces para 10 toneladas de madera, que se hidrolizaban con 100 m³ de ácido clorhídrico al 1% y a 127-128° C durante cuatro horas. Para la circulación exterior se utilizaba una bomba. Era después preciso lavar el residuo con agua y secarlo... Esta fábrica, en el momento en que se efectuaron las investigaciones, estaba ya casi lista para la producción de glucosa cristalizada a partir del azúcar de madera. Al aplicar una hidrólisis previa con ácido diluido, la cristalización puede facilitarse notablemente extrayendo los azúcares distintos de la glucosa. El producto de la hidrólisis previa es adecuado para la producción de levadura.»
En la fábrica Rheinau se había montado una instalación de cambio (recambio) de iones con la que se obtenía jarabe con un elevado rendimiento de glucosa cristalina (45). Recientemente, Schoenemann (8) ha formulado un juicio crítico sobre estas modificaciones.
Los problemas que lleva consigo la adopción de un procedimiento económico de sacarificación para materiales celulósicos son abundantes y complejos, pero no parecen ser más difíciles que aquellos otros con que hubieron de enfrentarse muchas de las industrias químicas hoy en existencia durante su primera fase. Los procedimientos de sacarificación elaborados hasta el presente han resuelto estos problemas de forma diversa, pero en ninguno de ellos se han tenido en cuenta todas las dificultades, resultando así que ninguno ha alcanzado un éxito económico que permitiera prescindir de subvenciones. En la discusión que sigue se tratarán los puntos más sobresalientes que habrán de tenerse presentes al considerar el valor de los métodos propuestos, y se indicará la dirección general en que deberán orientarse las investigaciones.
Las materias primas celulósicos pueden agruparse, en líneas generales, en dos grandes clases: residuos agrícolas, que se recolectan cada año, y residuos de madera, que pueden irse recolectando de continuo y según se precise. Ambos constituyen excelentes materias primas, ya que su disponibilidad es ilimitada, continua y a bajo precio en los lugares en que se producen. Sin embargo, las cosechas anuales de ordinario constituyen una materia prima cara, si se considera el coste de su recogida y almacenamiento. En su mayoría, tienen además una densidad volumétrica muy baja, lo que exige medios y aparatos muy grandes durante la fase hidrolítica. Otro inconveniente de las cosechas anuales es que están sujetas a las variaciones estacionales, lo que exige ciertas modificaciones del proceso de elaboración. La madera como materia prima suele ser superior a las cosechas anuales, pero presenta, - también sus inconvenientes. Su densidad volumétrica es baja y el coste de su manipulación y preparación para la sacarificación es elevado, incluso cuando se utilizan los mejores métodos y equipos disponibles. Por ejemplo, la manipulación de trozas y el desmenuzado de éstas en el proceso Scholler supone aproximadamente medio centavo de dólar por cada libra de azúcar producida.
El proceso deberá adaptarse con todo cuidado a la naturaleza física y química de la madera disponible. El procedimiento por ácido fuerte fija ciertas limitaciones a la materia prima; el serrín, disponible con frecuencia a bajo coste (incluido el de manipulación), no es adecuado. Todo procedimiento que exija madera desmenuzada sin corteza hace aumentar grandemente el costo de la materia prima.
La densidad volumétrica de la madera es un factor de importancia al considerar los gastos de la fábrica. Quizás podría conseguirse una economía ideando una maquinaria continua.
La única forma práctica de convertir la celulosa en azúcar parece ser la hidrólisis ácida, lo que exige que todos los procedimientos utilicen ácidos, al menos durante la fase hidrolítica. Este es uno de los puntos principales que han de considerarse, ya que el tipo del ácido y su concentración influyen de manera decisiva sobre el coste de funcionamiento de la fábrica. En los procesos con ácido clorhídrico fuerte, la mayor parte de las instalaciones deben ser resistentes a los ácidos, y las estimaciones sobre el coste de las fábricas (8) muestran una depreciación que asciende al menos a medio centavo por libra de azúcar producida, tomando como base una fábrica de gran volumen. Esto asciende a más de 200 dólares de capital invertido en la fábrica por cada tonelada anual de producto, situando así a la empresa en la categoría de fábricas de productos químicos caros, comparable con una fábrica de pasta al sulfato que elabore un producto a 200 dólares por tonelada. Las fábricas que se sirven del ácido diluido exigen una instalación mucho menos resistente a la corrosión, y el capital invertido es algo inferior a la mitad de la cifra citada.
Las necesidades térmicas de la fábrica dependen, sobre todo, de la aplicación definitiva de los productos resultantes de la hidrólisis. Cuando se trata de glucosa cristalina o de melazas, las necesidades calóricos totales son enormes. En el método Bergius es preciso el calor para recuperar los ácidos fuertes utilizados en la primera hidrólisis, mientras que en el proceso por ácido diluido el consumo principal radica en la evaporación de las soluciones diluidas para obtener las melazas. Cederquist (52) se ha servido de métodos para aumentar la concentración de azúcar en los productos obtenidos por el proceso de hidrólisis por ácido diluido, con lo que se consigue una ventaja económica para este proceso. En el caso en que el azúcar haya de utilizarse en solución para la producción de levadura, alcohol u otros productos fácilmente separables de la solución diluida, las necesidades térmicas disminuyen notablemente, confiriendo a los procesos por ácido diluido una ventaja decisiva sobre los por ácido fuerte.
El costo de los productos químicos para los procesos por ácido diluido es reducido, ascendiendo a menos de--un cuarto de centavo por libra de azúcar. En el proceso por ácido fuerte tiene mayor importancia, habiendo sido estimado por Schoenemann (8) en más de medio centavo por libra de azúcar producida, aun después de aprovechar al máximo todos los métodos modernos de recuperación. El costo de los productos químicos para el proceso con ácido sulfúrico fuerte hace a éste poco aconsejable, excepto en determinadas circunstancias en que el ácido pueda utilizarse para otras aplicaciones sucesivas. Este caso se estudia más adelante en la presente memoria.
Considerando el elevado coste de la manipulación de las materias primas, el costo de los productos químicos y las necesidades térmicas, resulta evidente que habrá de tratarse por todos los medios de aprovechar plenamente todos los productos resultantes, y éstos deberán obtenerse con la máxima calidad posible y compatible con el costo. Ninguna empresa comercial ha tenido éxito en tal aprovechamiento. En ningún caso pudo encontrarse para la lignina, que forma del 30 al 40 por ciento de la sustancia leñosa seca, un uso más ventajoso que el de combustible. Se ha visto que el algunos casos la fracción de hemicelulosa necesitaba un tratamiento mucho más moderado que la celulosa resistente, pero no se ha aprovechado la circunstancia de que, al menos un producto químico de naturaleza única, como es el fulfurol, podía obtenerse de esta fracción de pentosano. En casi todos los casos el hexosano producido se ha utilizado en forma de melazas crudas que contenían una gran proporción de impurezas desconocidas. Sin duda alguna, parte de estas impurezas podrían separarse con gran provecho en forma de productos químicos orgánicos de precio superior, lo que conduciría a una doble ganancia. Tratándose del proceso por ácido fuerte, se obtiene una fracción de azúcar de alta calidad. Recientemente (8) se ha propuesto un plan para fabricar dextrosa cristalina, que permitiría vender aproximadamente el 55 por ciento del azúcar producido como alimento, colocándose el resto como melazas. La producción de azúcares de alta calidad a partir de los productos de la hidrólisis de la madera por ácido diluido no ha llegado a conocerse debidamente, debiendo ser objeto de posteriores investigaciones. Cederquist (52) ha indicado un método para purificar el azúcar mediante la adición de cloruro sódico, que forma un cristal binario con la glucosa. El rendimiento en azúcar de todos los procesos es elevado. Sería provechoso orientar las nuevas investigaciones hacia un aumento en el rendimiento de los productos totales.
No es difícil quitar importancia al problema de colocación de residuos en un proceso eficaz de sacarificación. Sirviéndose de las melazas para la alimentación del ganado, y concentrando o quemando la mayor parte de los restantes productos orgánicos inservibles, se resolverían gran parte de los problemas con un coste moderado. Un extremo digno de mencionarse aquí es la producción de alcohol por el proceso Scholler ordinario. Las substancias orgánicas solubles y los azúcares no fermentados en el fondo de los recipientes exigen enormes proporciones de oxígeno biológico. Este es un caso en que el problema del empleo de residuos quedaría virtualmente suprimido si la fracción pentosano se aprovechara debidamente.
Investigaciones sobre la química del proceso de sacarificación
Estudiando las obras publicadas sobre la sacarificación de la madera se aprecia que la mayor parte de los esfuerzos desplegados lo han sido en estudios en fábricas experimentales, y en los aspectos tecnológicos, más que en la química básica del proceso. Es preciso investigar con mayor profundidad el aspecto químico, en especial sobre el fraccionamiento de los materiales celulósicos, la cinética de la hidrólisis de la celulosa y la descomposición del azúcar, así como en cuanto a la modificación de la celulosa antes de la hidrólisis.
Fraccionamiento del material celulósico. - La hidrólisis previa del material celulósico, con la separación de los azúcares distintos de la glucosa, se viene considerando desde largo tiempo como un paso aconsejable en los procesos de sacarificación. La concentración de la glucosa en una fracción y la separación de pentosas y de otros azúcares en otra fracción favorece un mejor aprovechamiento. Se sabe muy poco del comportamiento de las diversas especies en los procesos de hidrólisis previa, y no se cuenta con datos que permitan elegir una serie de condiciones que armonicen en la mejor forma posible el rendimiento y la pureza de la glucosa fracción principal.
Paralelamente a estos estudios, deberán investigarse los métodos de separación de la lignina en forma más útil a partir del material celulósico original, del residuo de la hidrólisis previa, o como producto último después de la hidrólisis total. Será preciso modificar la actitud actual, concediendo a la lignina una atención primordial y considerando los hidratos de carbono como producto secundario del proceso.
Cinética de la hidrólisis de la celulosa y descomposición del azúcar. - La reacción hidrolítica de la celulosa es una parte esencial de todo programa de investigaciones orientado hacia un perfeccionamiento de la sacarificación. Existen abundantes obras sobre la cinética de la hidrólisis de la celulosa, tanto respecto de la estructura de la celulosa como de los procesos de aprovechamiento. Las primeras investigaciones sobre este tema se analizan en las obras de consulta sobre química de la madera (20, 56).
Los trabajos primeros sobre cinética de la hidrólisis de la madera con ácidos diluidos se deben a Thiersch (53) y a Lüers (34), y se referían al perfeccionamiento del proceso Scholler. Resultó que el proceso de sacarificación por ácido diluido consistía en una reacción consecutiva de primer orden. Otros trabajos posteriores del Laboratorio de Productos Forestales confirmaron estas conclusiones y mostraron que las dos velocidades de reacción quedan ifluídas en modo diferente por los cambios en la concentración y en la temperatura del ácido (23). Una elevada temperatura favorece los rendimientos altos, hecho que abre la posibilidad de que un proceso bifásico rápido pueda conducir a rendimientos comparables favorablemente con los obtenidos en otros procesos más complicados. Contribuye a creerlo así un informe de Cederquist sobre un proceso bifásico ideado en Suecia durante la segunda guerra mundial (52).
Los trabajos llevados a cabo en Australia por Kurth et al. (31) y por Foster y Wardrop (9) vienen a añadir información de valor sobre este punto. Kobayashi ha efectuado una amplia labor de investigación sobre «Cinética de la sacarificación de la madera a temperaturas bajas con ácido sulfúrico fuerte y diluido» (27). En dicho trabajo se describe el efecto de una gran variedad de concentraciones y temperaturas del ácido sobre la velocidad de la hidrólisis de la celulosa y sobre la descomposición de todos los azúcares que de ordinario se encuentran en la madera. Solamente contando con la base de trabajos como éste puede esperarse justificadamente llegar a conseguir procesos nuevos y perfeccionados.
Modificación de la celulosa anterior a la hidrólisis.- Los estudios cinéticos muestran que el proceso hidrolítico simple por ácido diluido, en la forma en que ordinariamente se aplica, tiene una relación desfavorable entre la velocidad de producción y la de descomposición del azúcar.
En teoría, esta relación podría quedar ventajosamente afectada protegiendo el azúcar (lo que en efecto se consigue en el proceso Scholler alejándose de la zona de reacción), o modificando la celulosa de tal suerte que su velocidad de hidrólisis quede incrementada.
La razón primordial de la resistencia que presenta la celulosa a la hidrólisis es su estructura cristalina, de lo que se deduce que reduciendo ésta se alcanzará un mayor rendimiento azucarero. Los intentos de servirse de energía ultrasónica para este fin dieron resultados negativos. Con una trituración extremada de la celulosa se consiguió introducir grandes cambios en la velocidad de reacción y en el rendimiento. Si bien la trituración de la celulosa seca es una operación costosa, podría resultar útil un nuevo procedimiento en que se combinara la fricción llevada al límite con la hidrólisis.
La irradiación con rayos catódicos ocasiona cambios químicos en los materiales orgánicos. La superficie de cristalita de la celulosa no constituye una barrera para los rayos, y se producen cambios químicos en toda ella. El efecto de esto es un incremento de la accesibilidad de la celulosa y por consiguiente de la velocidad hidrolítica. Esto último se consigue a expensas de la conversión de parte de los hidratos de carbono en materiales distintos. El efecto último, sin embargo, es muy favorable.
Pueden también introducirse considerables cambios en la arquitectura cristalina de la celulosa tratándola con aminas. La utilidad potencial de tal procedimiento no se ha determinado respecto de la sacarificación de la madera. Debe hacerse observar aquí que existe una urgente necesidad de posteriores investigaciones que esclarezcan nuestro conocimiento del problema, con independencia de su aplicación práctica inmediata.
Perfeccionamiento de la tecnología de la hidrólisis de la celulosa
Existe un cierto número de facetas comunes a todos los procesos de hidrólisis de la madera que presentan graves obstáculos de tipo económico. Se refieren a los costes de los productos químicos y a la adquisición, almacenamiento y manipulación de la madera. Dentro de la fábrica, la corrosión y la energía térmica necesaria son problemas primordiales. Los residuos hidrolizados presentan a su vez otros problemas de manipulación. Todas estas dificultades podrán paliarse aplicando técnicas nuevas y más perfeccionadas. Schoenemann, en una publicación reciente, demostró que gran parte de los problemas tecnológicos a que ha obedecido el resultado antieconómico del proceso Bergius podrían rectificarse. Manifiesta asimismo que, en Alemania, el producto último más práctico de la sacarificación de la madera es la glucosa. Para obtener un máximo de glucosa cristalizada, la solución final debe ser de la máxima pureza posible, lo que se consigue con una hidrólisis previa de la madera en que se extraen los hidratos de carbono extraños, y por la aplicación del procedimiento de recambio de iones para purificar la solución azucarada final.
La energía térmica exigida por el proceso Bergius, así como la pérdida de ácidos, pueden quedar reducidas aprovechando plenamente las relaciones de presión del vapor en el sistema agua, glucosa, cloruro de hidrógeno. Estos y otros extremos afines han sido ampliamente discutidos por Schoenemann en un folleto artísticamente ilustrado (47) y en una ponencia presentada en Estocolmo (8). Apenas se abriga duda alguna en cuanto a la posibilidad de mejorar considerablemente el proceso Bergius aprovechando al máximo las propuestas de Schoenemann.
Los estudios de Kobayashi en el Japón en cuanto a la cinética de la hidrólisis y pro-hidrólisis de la madera se han llevado a cabo paralelamente con otros estudios sobre la tecnología de la sacarificación de la madera. El serrín se trató con ácido sulfúrico fuerte, utilizando impregnadores de tipo de expulsor, para conseguir un elevado rendimiento de azúcar. El óptimo económico pareció resultar del uso de partes iguales de madera y de ácido sulfúrico. El utilizado en el proceso se aprovechó después para producir sulfato amónico o ácido fosfórico, compensándose con ello el coste del ácido catalizador y del agente neutralizante en el proceso de sacarificación con ácido fuerte.
En los informes de Kobayashi (26, 28, 29, 30) aparecen datos profusos sobre las velocidades de descomposición del azúcar en ácido sulfúrico, en ácido fosfórico y en soluciones acuosas de amoníaco. Para los diversos procesos se dan las correspondientes listas de material. En los Estados Unidos se efectuaron estudios análogos empleando el ácido sulfúrico fuerte para la hidrólisis de las mazorcas de maíz desgranadas (15).
Producción directa de materiales distintos del azúcar por hidrólisis. - La producción de azúcares en bruto o refinados a partir de los residuos celulósicos posee la ventaja de contar con un ilimitado mercado para el producto. Presenta, no obstante, el inconveniente del bajo y variable precio, sobre todo para las melazas en bruto.
Por una simple modificación o ampliación del proceso hidrolítico, los productos primarios pueden ser el furfurol, el hidroximetil-furfurol, el ácido levulínico y el ácido fórmico. El furfurol es un producto con un mercado fijo y en creciente aumento que se obtiene exclusivamente de los pentosanos. No hay un gran mercado para el hidroximetical-furfurol, el ácido levulínico o el ácido fórmico, pero podrían crearse si se cuenta con una fuente firme de aprovisionamiento. Estos materiales pueden obtenerse como los únicos productos de una instalación para la hidrólisis de la madera, o bien sólo de los productos resultantes de la hidrólisis previa, a la vez que los azúcares de madera ricos en glucosa se utilizan para otros fines. Es preciso continuar investigando para determinar las condiciones que requiere su eficaz producción, o para reducir a un mínimo su formación durante la hidrólisis, cuando se trata de obtener azúcar.
Se ve por los párrafos anteriores que la sacarificación de la madera presenta múltiples facetas y muchas combinaciones posibles de los procesos y productos. No es posible comparar unos procesos con otros sin especificar el lugar en que se halla enclavada la fábrica y la finalidad para que se destina.
Por ejemplo, en algunos lugares, la producción de glucosa refinada a partir de la madera podría ser interesante. En los Estados Unidos, tal proceso industrial serviría simplemente para reducir el consumo de maíz producto del que ya existen excedentes y que se vende a un precio regulado por el Gobierno. De modo análogo, los productos químicos obtenidos de residuos celulósicos podrían encontrar un mercado fácil en los Estados Unidos, pero en comarcas insuficientemente desarrolladas serían de valor nulo.
Otro ejemplo que habla de lo arriesgado de generalizar sobre procesos de sacarificación es que, si bien el coste del ácido en el procedimiento con ácido sulfúrico fuerte parece ser excesivo, cuando este ácido se utiliza para la doble finalidad de la sacarificación y de la producción de fertilizantes de sulfato amónico y de fosfato amónico, el procedimiento merece una más detenida consideración (26, 28, 29).
Al dirigir un programa de investigaciones sobre la sacarificación y el aprovechamiento químico de los residuos de madera, los siguientes puntos exigen una atención especial:
Los hechos que nos rodean indican que en el futuro previsible no puede esperarse ningún proceso de sacarificación verdaderamente simple. Para que una instalación sea eficaz, ha de ser grande y relativamente complicada, y exigir un alto grado de pericia técnica en su dirección y funcionamiento. En este aspecto, las instalaciones de sacarificación de la madera se asemejarán a las modernas fábricas de productos químicos bien dirigidas.
Todo parece indicar que los procesos de hidrólisis de la madera no pueden asumir gran importancia hasta tanto que se consiga un aprovechamiento más completo de las materias primas. Ningún producto aislado es de valor suficiente para compensar el coste de la recogida, manipulación y elaboración de las materias primas.
El panorama inmediato de la sacarificación de la madera no es precisamente muy alentador. Los procesos hoy en uso se adaptan en general a situaciones especiales. Debería tratarse de llegar a otros procesos de mayor utilidad general, para lo cual se requiere una amplia y bien ordenada labor de investigación.
La tecnología de los procesos existentes admite mayores perfeccionamientos, pero es importante estimular los trabajos orientados hacia nuevas técnicas y nuevas formas de dar solución a este problema, desde largo tiempo pendiente.
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