La bioconversión de la biomasa a combustibles mezclados con alcohol se puede lograr utilizando el proceso MixAlco. A través de la bioconversión de la biomasa en un combustible mixto de alcohol, más energía de la biomasa terminará como combustibles líquidos que en la conversión de la biomasa en etanol por fermentación de levadura.

El proceso involucra un método biológico / químico para convertir cualquier material biodegradable (por ejemplo, desechos urbanos, como desechos sólidos municipales, desechos biodegradables y lodos de alcantarillado, residuos agrícolas tales como restos de maíz, bagazo de caña de azúcar, basura de algodón, estiércol). sustancias químicas, como los ácidos carboxílicos (por ejemplo, ácido acético, propiónico, butírico), cetonas (por ejemplo, acetona, metil etil cetona, dietilcetona) y biocombustibles, como una mezcla de alcoholes primarios (por ejemplo, etanol, propanol, n-butanol). ) y / o una mezcla de alcoholes secundarios (por ejemplo, isopropanol, 2-butanol, 3-pentanol). Debido a los muchos productos que se pueden producir económicamente, este proceso es una verdadera biorrefinería.

El proceso utiliza un cultivo mixto de microorganismos naturales que se encuentran en hábitats naturales como el rumen del ganado, las termitas y los pantanos marinos y terrestres para digerir anaeróbicamente la biomasa en una mezcla de ácidos carboxílicos producidos durante las etapas acidogénicas y acetogénicas de la digestión anaeróbica. Sin embargo, con la inhibición de la etapa final metanogénica. Los métodos más populares para la producción de etanol y etanol celulósico utilizan enzimas que deben aislarse primero para agregarse a la biomasa y, por lo tanto, convertir el almidón o la celulosa en azúcares simples, y luego la fermentación de levadura en etanol. Este proceso no necesita la adición de enzimas tales como estos microorganismos hacen suyos.

A medida que los microoganismos digieren anaeróbicamente la biomasa y la convierten en una mezcla de ácidos carboxílicos, el pH debe ser controlado. Esto se hace mediante la adición de un agente de tamponamiento (por ejemplo, bicarbonato de amonio, carbonato de calcio), produciendo así una mezcla de sales de carboxilato. La metanogénesis, que es la etapa final natural de la digestión anaeróbica, se inhibe por la presencia de iones de amonio o por la adición de un inhibidor (por ejemplo, yodoformo). El caldo de fermentación resultante contiene las sales de carboxilato producidas que deben ser deshidratadas. Esto se logra de manera eficiente por evaporación por compresión de vapor. Luego se puede realizar un refinado químico adicional del caldo de fermentación deshidratado, dependiendo del producto químico final o del producto de biocombustible deseado.

El agua destilada condensada del sistema de evaporación por compresión de vapor se recicla de nuevo a la fermentación. Por otro lado, si se utilizan aguas residuales sin tratar u otras aguas residuales con una alta DBO que necesita tratamiento como agua para la fermentación, el agua condensada de la evaporación se puede reciclar a la ciudad o a la fuente original de la alta -BODA aguas residuales. Por lo tanto, este proceso también puede servir como una instalación de tratamiento de agua, mientras produce productos químicos valiosos o biocombustibles.

Debido a que el sistema utiliza un cultivo mixto de microorganismos, además de no necesitar ninguna adición de enzimas, la fermentación no requiere esterilidad ni condiciones asépticas, lo que hace que este paso frontal en el proceso sea más económico que en los métodos más populares para la producción de etanol celulósico. Estos ahorros en la parte frontal del proceso, donde los volúmenes son grandes, permiten flexibilidad para más transformaciones químicas después de la deshidratación, donde los volúmenes son pequeños.

Ácidos carboxílicos
Los ácidos carboxílicos pueden regenerarse a partir de las sales de carboxilato mediante un proceso conocido como «saltos ácidos». Este proceso hace uso de una amina terciaria de alto peso molecular (por ejemplo, trioctilamina), que se cambia con el catión (por ejemplo, amonio o calcio). El carboxilato de amina resultante puede entonces descomponerse térmicamente en la propia amina, que se recicla, y el correspondiente ácido carboxílico. De esta manera, en teoría, no se consumen productos químicos ni se producen desechos durante este paso.

Cetonas
Hay dos métodos para hacer cetonas. El primero consiste en convertir térmicamente las sales de carboxilato de calcio en las cetonas correspondientes. Este fue un método común para fabricar acetona a partir de acetato de calcio durante la Primera Guerra Mundial. El otro método para fabricar cetonas consiste en convertir los ácidos carboxílicos vaporizados en un lecho catalítico de óxido de circonio.

Alcoholes
Alcoholes primarios
El residuo no digerido de la fermentación se puede usar en la gasificación para producir hidrógeno (H2). Este H2 se puede usar luego para hidrogenolizar los ésteres sobre un catalizador (p. Ej., Cromita de cobre), que se produce al esterificar las sales de carboxilato de amonio (p. Ej., Acetato de amonio, propionato, butirato) o los ácidos carboxílicos (p. Ej., Ácido acético, propiónico). , ácido butírico) con un alcohol de alto peso molecular (por ejemplo, hexanol, heptanol). De la hidrogenólisis, los productos finales son el alcohol de alto peso molecular, que se recicla de nuevo a la esterificación, y los alcoholes primarios correspondientes (por ejemplo, etanol, propanol, butanol).

Alcoholes secundarios
Los alcoholes secundarios (por ejemplo, isopropanol, 2-butanol, 3-pentanol) se obtienen hidrogenando sobre un catalizador (por ejemplo, níquel Raney) las cetonas correspondientes (por ejemplo, acetona, metil etil cetona, dietilcetona).

Drop-in biocombustibles
Los alcoholes primarios o secundarios obtenidos como se describió anteriormente pueden sufrir la conversión a biocombustibles de descarga, combustibles que son compatibles con la infraestructura actual de combustibles fósiles, como la biogasolina, el diesel verde y el combustible bio-jet. Esto se realiza sometiendo los alcoholes a deshidratación seguida de oligomerización utilizando catalizadores de zeolita de una manera similar al proceso de metanex, que se utiliza para producir gasolina a partir de metanol en Nueva Zelanda.

Acido acético versus etanol
Las plantas de fabricación de etanol celulósico están obligadas a ser exportadoras netas de electricidad debido a que una gran parte de la biomasa lignocelulósica, a saber, la lignina, permanece sin digerir y debe quemarse, por lo que produce electricidad para la planta y electricidad en exceso para la red. A medida que el mercado crece y esta tecnología se vuelve más generalizada, el acoplamiento del combustible líquido y los mercados eléctricos se volverá cada vez más difícil.

El ácido acético, a diferencia del etanol, se produce biológicamente a partir de azúcares simples sin la producción de dióxido de carbono:

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 2 CH ₃ CH ₂ OH + 2 CO ₂
(Producción biológica de etanol).

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 3 CH ₃ COOH
(Producción biológica de ácido acético).

Debido a esto, sobre una base de masa, los rendimientos serán más altos que en la fermentación de etanol. Si entonces, el residuo no digerido (principalmente lignina) se utiliza para producir hidrógeno mediante gasificación, se garantiza que más energía de la biomasa terminará como combustible líquido en lugar de exceso de calor / electricidad.

3 CH ₃ COOH + 6 H ₂ → 3 CH ₃ CH ₂ OH + 3 H ₂ O
(Hidrogenación del ácido acético).

C ₆ H ₁₂ O ₆ (de celulosa) + 6 H ₂ (de lignina) → 3 CH ₃ CH ₂ OH + 3 H ₂ O
(Reacción general)
Una descripción más completa de la economía de cada uno de los combustibles se encuentra en las páginas alcohol, alcohol y etanol, más información sobre la economía de varios sistemas se puede encontrar en la página central de biocombustibles.

Etapa de desarrollo
El sistema ha estado en desarrollo desde 1991, pasando de la escala de laboratorio (10 g / día) a la escala piloto (200 lb / día) en 2001. Se ha construido una pequeña planta a escala de demostración (5 ton / día) y está en operación y se espera una planta de demostración de 220 toneladas / día en 2012.