TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
3
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22). Edición continua
https://revistas.utm.edu.ec/index.php/Basedelaciencia/index
revista.bdlaciencia@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
DOI: https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i3.4243
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN
BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL
ARTE DEL PRETRATAMIENTO
Binnie Luzardo Gorozabel
1*
, Enrique Ruíz Reyes
2
, Jean Carlos Pérez Parra
2
1
Maestría en Química mención Química Ambiental. Instituto de Postgrado. Universidad Técnica de Manabí. E-mail:
binnie.luzardo@utm.edu.ec
2
Departamento de Química. Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. E-mail:
enrique.ruiz@utm.edu.ec, jean.perez@utm.edu.ec
*Autor para la correspondencia: binnie.luzardo@utm.edu.ec
Recibido: 20-12-2021 / Aceptado: 25-06-2022 / Publicación: 1-12-2022
Editor Académico: Gretty Ettiene
RESUMEN
El aumento en la emisión de gases contaminantes causado por las actividades antropogénicas derivadas de la
utilización de combustibles fósiles, es una de los principales problemas ambientales al que se le está buscando
solución mediante la implementación de energías alternativas, con el fin de minimizar los efectos del calentamiento
global y brindar seguridad energética. El aprovechamiento de residuos es uno de estos enfoques, este propone la
utilización de materiales de desecho para la creación de nuevos productos sin afectar los cultivos destinados a la
alimentación u otros servicios de primera necesidad. Es por ello que en varias investigaciones se ha analizado la
utilización de diferentes tipos de biomasas como fuente de energía renovable, debido a que son de fácil adquisición
y pueden ser convertidas en combustibles. El objetivo del presente estudio fue analizar el estado del arte del uso de
la biomasa lignocelulósica como materia prima para la obtención de biocombustibles de segunda generación a través
de una revisión de la literatura de los últimos diez años. Se realizó la búsqueda del empleo de la misma como materia
prima para su bioconversión a combustible de segunda generación, desde la identificación de la estructura y
composición de la matriz lignocelulósica, pretratamientos y parámetros que influyen en su conversión, posible
formación de subproductos de carácter inhibidor, producción de biocombustible en Latinoamérica y Ecuador, hasta
las perspectivas futuras de su viabilidad. La revisión de la literatura destacó que la generación de biocombustible a
partir de biomasa lignocelulósica es considerada como una alternativa a la demanda energética, siendo así una
solución al aumento de la emisión de gases de efecto invernadero y a la generación de residuos.
Palabras clave: biomasa lignocelulósica, biocombustible, bioenergía, pretratamiento.
TRANSFORMATION OF LIGNOCELLULOSIC BIOMASS INTO
SECOND GENERATION BIOFUEL: STATE OF THE ART IN
PRETREATMENT
Artículo de Investigación
Ciencias Químicas
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
4
ABSTRACT
The increase in the emission of polluting gases caused by anthropogenic activities derived from the use of fossil fuels
is one of the main environmental problems to which a solution is being sought through the implementation of
alternative energies, in order to minimize the effects of global warming and provide energy security. Waste utilization
is one of these approaches, which proposes the use of waste materials for the creation of new products without
affecting food crops or other essential services. For this reason, several studies have analyzed the use of different
types of biomasses as a source of renewable energy, since they are easy to acquire and can be converted into fuels.
The objective of the present study was to analyze the state of the art of the use of lignocellulosic biomass as a raw
material for obtaining second generation biofuels through a review of the literature of the last ten years. The use of
lignocellulosic biomass as a raw material for bioconversion to second generation fuel was studied, from the
identification of the structure and composition of the lignocellulosic matrix, pretreatments and parameters that
influence its conversion, possible formation of inhibitory by-products, biofuel production in Latin America and
Ecuador, to the future perspectives of its viability. The literature review highlighted that the generation of biofuel
from lignocellulosic biomass is considered as an alternative to the energy demand, thus being a solution to the
increase in greenhouse gas emissions and the generation of waste.
Keywords: lignocellulosic biomass, biofuel, bioenergy, pretreatment.
TRANSFORMAÇÃO DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA EM
BIOCOMBUSTÍVEL DE SEGUNDA GERAÇÃO: ESTADO DA ARTE EM
PRÉ-TRATAMENTO
RESUMO
O aumento da emissão de gases poluentes causados por actividades antropogénicas derivadas da utilização de
combustíveis fósseis é um dos principais problemas ambientais para o qual se procura uma solução através da
implementação de energias alternativas, a fim de minimizar os efeitos do aquecimento global e proporcionar
segurança energética. A recuperação de resíduos é uma destas abordagens, que propõe a utilização de materiais
residuais para a criação de novos produtos sem afectar as culturas alimentares ou outros serviços essenciais. Por esta
razão, vários estudos analisaram a utilização de diferentes tipos de biomassas como fonte de energia renovável, uma
vez que são fáceis de adquirir e podem ser convertidas em combustíveis. O objectivo do presente estudo era analisar
o estado da arte da utilização da biomassa lignocelulósica como matéria-prima para a obtenção de biocombustíveis
de segunda geração através de uma revisão da literatura dos últimos dez anos. A utilização de biomassa
lignocelulósica como matéria-prima para a bioconversão para combustível de segunda geração foi investigada, desde
a identificação da estrutura e composição da matriz lignocelulósica, pré-tratamentos e parâmetros que influenciam a
sua conversão, possível formação de subprodutos inibidores, produção de biocombustíveis na América Latina e
Equador, até às perspectivas futuras da sua viabilidade. A revisão da literatura destacou que a geração de
biocombustível a partir de biomassa lignocelulósica é considerada como uma alternativa à procura de energia, sendo
assim uma solução para o aumento das emissões de gases com efeito de estufa e para a geração de resíduos.
Palavras-chave: biomassa ligno-celulósica, biocombustível, bioenergia, pré-tratamento
Citación sugerida: Luzardo Gorozabel, B., Ruiz Reyes, E., Pérez Parra, J. (2022). Transformación de biomasa
lignocelulósica en biocombustible de segunda generación: estado del arte del pretratamiento. Revista Bases de la
Ciencia, 7 (Nro Especial), Diciembre, 3-22. DOI: https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i3.4243
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
5
1. INTRODUCCIÓN
Hasta hace unos años los combustibles fósiles han sido el único recurso energético utilizado por
el hombre, representando el 80 % de la energía primaria consumida en el mundo (Raud et al.,
2019), sin embargo, su producción y utilización presenta desafíos, siendo el incremento en las
emisiones de gases de efecto invernadero uno de ellos (Bach et al., 2021; Muñoz et al., 2018);
además, debido a la naturaleza no renovable de los mismos se provoca un agotamiento de
recursos, dando como resultado una desestabilización en el mercado energético (Sharma et al.,
2020; Soltanian et al., 2020).
La emisión antropogénica de gases contaminantes a la atmósfera crea un aumento en los
problemas ambientales, de modo que la búsqueda de alternativas se ve constituida como un
aspecto de relevancia para el cumplimiento de los objetivos del desarrollo sostenible, mediante
avances científicos y tecnológicos que realicen previsiones energéticas futuras (Gómez, 2016;
Naciones Unidas, 2015).
Por ello, la bioenergía ha sido planteada como una alternativa a los combustibles fósiles brindando
seguridad energética mediante la minimización en la emisión de gases de efecto invernadero
(Groves et al., 2018; Toogood & Scrutton, 2018; Vega-Quezada et al., 2017), a su vez, es
económica en comparación a otras fuentes energéticas (Randhawa et al., 2017). Esta es obtenida
de manera renovable a partir de materia orgánica (Gómez, 2016), y puede ser utilizada para la
generación de energía térmica por combustión o con otra tecnología.
Años atrás se debatía sobre la producción de los biocombustibles debido a que prioritariamente
eran obtenidos mediante cultivos destinados a la alimentación, ocasionando un incremento en el
precio de los alimentos y otras desventajas como el consumo elevado de agua, uso de
agroquímicos y deforestación. Debido a esto es que las recientes investigaciones se enfocan en
una producción más verde de los biocombustibles, mediante la utilización de residuos, algas o
aplicando nuevas herramientas de biología sintética (Kumari & Singh, 2018).
La biomasa lignocelulósica es una de las fuentes de energía más abundante y representa
aproximadamente el 70 % de la producción de energía renovable (Khuenkaeo & Tippayawong,
2020; Raud et al., 2019). Es una alternativa al ser un material atractivo debido a su fácil
adquisición y múltiples aplicaciones, por ejemplo, la producción de biocombustible (Srivastava
et al., 2019).
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
6
Según Amiri y Karimi (2018), el contenido energético de la biomasa lignocelulósica es de fácil
conversión en calor o electricidad mediante la combustión, sin embargo, requiere de un
tratamiento adecuado, puesto que la separación de sus componentes no es eficiente. La biomasa
lignocelulósica está compuesta principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina, estos tres
componentes tienen interacciones muy cercanas entre sí en la pared celular (Karimi, 2015;
Susheel, 2018).
La lignina actúa como pegamento entre las fibras de modo que limita la degradación de la celulosa
y hemicelulosa para la obtención de productos (Kikas et al., 2016). A pesar que el porcentaje total
del contenido de lignina varía dependiendo del origen de la biomasa, este es un parámetro crucial
que afecta la eficiencia en la descomposición de los polisacáridos (Srivastava et al., 2019), por
ello varios estudios exploran diferentes tratamientos para remover la lignina del material
lignocelulósico (P. V. Kumar & Sulaiman, 2016; Kumari & Singh, 2018; Salinas & Gasca, 2009).
Es una realidad que las tecnologías para el procesamiento de biomasa lignocelulósica se
encuentran en desarrollo, sin embargo, bajo la perspectiva de cambio a una sociedad moderna y
sostenible, es necesario realizar progresos que sean significativos en términos de
perfeccionamiento del proceso de producción (Mahmood et al., 2019; Raud et al., 2019). En este
artículo se hace una revisión sobre el uso de la biomasa lignocelulósica como materia prima para
la obtención de biocombustibles de segunda generación, haciendo énfasis en el estado del arte de
la etapa del pretratamiento de la biomasa, a través de una consulta de la literatura de los últimos
diez años.
2 MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo de la investigación se realizó mediante una revisión de la literatura, estableciendo
palabras claves como biomasa lignocelulósica, biocombustibles, bioenergía y lignocelulosa, con
la finalidad de delimitar la búsqueda bibliográfica en las diferentes bases de datos (Scopus,
Sciencedirect, Taylor&Francis, Scielo, Redalyc). La investigación se enfocó desde la
identificación de la estructura y composición de la matriz lignocelulósica, pretratamientos y
parámetros que influyen en su conversión, posible formación de subproductos de carácter
inhibidor, producción de biocombustible en Latinoamérica y Ecuador, y las perspectivas futuras
de su viabilidad. Los documentos revisados fueron de carácter experimental, artículos científicos,
capítulos de libros y tesis doctorales.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Biomasa lignocelulósica
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
7
3.1.1. Estructura y composición
Se define la biomasa como todo material orgánico que es derivado de animales y vegetales como
resultado del proceso de conversión fotosintético (Salinas Callejas & Gasca Quezada, 2009), es
así que varios estudios han demostrado la efectividad de su uso como sustituto a los combustibles
fósiles (Behera et al., 2014; Costa et al., 2020; Raud et al., 2019).
La biomasa lignocelulósica es una de las fuentes orgánicas renovables más abundantes con un
rendimiento anual en aumento de 200 mil millones de toneladas (N. Xu et al., 2019) producida
a gran escala a partir de los residuos: industriales, agroindustriales, domésticos, entre otros (Bilal
et al., 2020; Srivastava et al., 2019). La composición de la biomasa varía dependiendo de la
fuente de obtención (Tabla 1), no obstante, se distinguen tres componentes principales: celulosa
(13-48 %), hemicelulosa (14,8-60 %) y lignina (8,2-30 %), estos componentes tienen
interacciones cercanas entre ellos en la pared celular, de modo que el resultado es una estructura
tridimensional única (Bilal et al., 2020; Karimi, 2015).
Tabla 1. Contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina de algunos residuos agrícolas.
Residuo
Composición porcentual
Hemicelulosa
Lignina
Bagazo de caña
25
20
Cascara de arroz
11,96 – 29,3
15,4 – 20
Fibra de coco
35 – 60
15 – 28
Mazorca de
maíz
39,8
6,7 – 13,9
Paja de arroz
24 – 22,3
18- 13,3
Paja de maíz
21,3
8,2
Pasto
35 – 50
10 – 30
Residuos de
banano
15 – 14,8
14
Fuente: Bilal et al., 2020; Haghighi Mood et al., 2013; Kumari & Singh, 2018; Menon & Rao,
2012; Raud et al., 2019
En la pared celular, la lignina se relaciona con la celulosa y hemicelulosa mediante enlaces
covalentes protegiéndolos de ataques de patógenos o degradación por microorganismos y
enzimas (Figura 1) (Magalhães et al., 2019; Wu et al., 2020). Las estructuras tridimensionales
formadas por los polisacáridos y la lignina crean sustancias recalcitrantes que inhiben procesos
como la hidrólisis en la digestión anaerobia (Yao, 2016).
La celulosa es el compuesto orgánico más abundante en la tierra y el principal componente
estructural de la pared celular de las plantas (Kikas et al., 2016; Srivastava et al., 2019), es un
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
8
polisacárido lineal no ramificado que está constituido por varias unidades de glucosa unidas por
enlaces β-1,4 glucosídicos (Bilal et al., 2020). Al unirse, las cadenas de celulosa forman una
estructura cristalina a través de enlaces de hidrógeno e interacciones de Van der Waals que
forman microfibrillas y estas pueden alcanzar varios miles de unidades de glucosa (Kumari &
Singh, 2018; Magalhães et al., 2019).
Figura 1. Representación de la estructura de la biomasa lignocelulósica.
Fuente: Adaptado de Yao (2016).
La hemicelulosa es un heteropolisacárido, variable y amorfo que se encuentra situado entre la
lignina y fibras de celulosa (Qian, 2013; Yousuf et al., 2019), es un polímero de menor masa
molecular en comparación a la celulosa, y consta de diferentes tipos de azúcares, en los cuales
se incluyen pentosas, hexosas y ácidos acetilados, los mismos pueden estar lineales o ramificados
(Magalhães et al., 2019; Yousuf et al., 2019). Detrás de la diferencia en la composición química,
la hemicelulosa difiere de la estructura de la celulosa por otros aspectos como el tamaño de la
cadena, la cual es mucho menor, y su poca resistencia a los productos químicos (Kumari & Singh,
2018).
La lignina es el tercer componente de la biomasa lignocelulósica, es un heteropolímero amorfo
(no cristalino) que consta de tres unidades diferentes de fenilpropano (alcohol p-cumarílico,
coniferílico y sinapílico) (Ge et al., 2018; A. Kumar & Chandra, 2020), formando un sello
protector que proporciona rigidez y cohesión al material de la pared celular. Es un polímero
recalcitrante debido a sus cualidades bioquímicas y de naturaleza hidrofóbica unido fuertemente
a polímeros de celulosa y hemicelulosa (Bilal et al., 2020; Kumari & Singh, 2018).
Además de la composición principal, se encuentran involucradas en la recalcitrancia de la
biomasa también las proteínas, lípidos, pectina, minerales y otros compuestos (N. Xu et al.,
2019).
3.1.2. Pretratamiento
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
9
La conversión de biomasa lignocelulósica permite la producción de combustibles y productos de
valor agregado de materia prima de bajo costo (Qian, 2013), no obstante, debido a la composición
de la misma su procesamiento presenta dificultades a menos que se desarrollen procedimientos
económicamente viables y efectivos para eliminar o modificar la lignina (Menon & Rao, 2012;
Srivastava et al., 2019).
El pretratamiento es un paso crucial para el proceso de conversión de biomasa a biocombustible,
para ello se requiere alterar la estructura y composición química de la biomasa lignocelulósica
de modo que se convierta en componentes más simples, se remueva la lignina, se preserve la
hemicelulosa y se reduzca la cristalinidad de la celulosa, así los ácidos o enzimas pueden
fácilmente tener acceso a la misma e hidrolizarla en monómeros, estos pretratamientos permiten
aumentar el área de superficie y la porosidad de la biomasa (Behera et al., 2014; Kumari & Singh,
2018).
La estructura nativa de la lignocelulosa juega un papel importante en la hidrólisis de la biomasa
durante el pretratamiento (P. V. Kumar & Sulaiman, 2016). La elección del pretratamiento debe
ser compatible con la materia prima, enzimas y organismos a utilizar. Los pretratamientos pueden
ser divididos en: físicos, fisicoquímicos, químicos, biológicos o combinación de los anteriores
(Behera et al., 2014; Menon & Rao, 2012). En la Tabla 2 se muestran los diferentes tipos de
pretratamiento para la biomasa lignocelulósica.
3.1.2.1. Métodos físicos
Generalmente, los métodos físicos son el primer paso para el procesamiento de la biomasa
lignocelulósica. Dentro de los métodos se encuentra la trituración, congelación, irradiación y
extrusión (Tabla 2). Es así que estos son utilizados para mejorar la hidrólisis enzimática o
biodegradabilidad de la biomasa (Menon & Rao, 2012; N. Xu et al., 2019). Mediante la
utilización de los mismos se incrementa el área de superficie de los materiales lignocelulósicos,
disminuye el tamaño de partícula, la cristalinidad y el grado de polimerización de la celulosa
(Behera et al., 2014; Kumari & Singh, 2018).
La trituración es el método principalmente utilizado en las investigaciones, sin embargo, no
existe suficiente información sobre el consumo de energía durante el proceso; y teniendo en
cuenta el alto requerimiento energético de la trituración a escala industrial y el aumento de la
demanda de energía, se puede asumir que es poco probable la viabilidad económica de este
proceso (Behera et al., 2014). Es importante destacar que varios de estos métodos de
pretratamiento no son efectivos al ser utilizados solos, sino que se usan en combinación con otros.
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
10
Tabla 2. Pretratamientos para biomasa lignocelulósica.
Método
Efecto
Referencia
Físico
Trituración
Disminución del tamaño de
partícula, grado de polimerización y
cristalinidad.
(Haghighi Mood et al.,
2013; Kumari & Singh,
2018)
Congelación
Destrucción de la estructura celular.
(Kumari & Singh, 2018)
Irradiación
Remoción de lignina y
hemicelulosa.
(Hoang et al., 2021;
Mankar et al., 2021)
Extrusión
Disminución del tamaño de
partícula, grado de polimerización y
cristalinidad (tratamiento
termofísico).
(Khan et al., 2022;
Mankar et al., 2021)
Químico
Ácido (ácido
sulfúrico, ácido
clorhídrico, ácido
nítrico)
Disolución de hemicelulosa,
disminución de la polimerización de
celulosa.
(Vasaki et al., 2022; Yiin
et al., 2021)
Alcalino
(hidróxido de
sodio, óxido de
calcio)
Disolución de lignina y una parte de
hemicelulosa, disminución del
grado de polimerización,
incremento del área superficial.
(Khan et al., 2022)
Oxidación
Remoción de lignina y
hemicelulosa.
(Sarker et al., 2021)
Ozonolisis
Descomposición de lignina y
hemicelulosa, aumento de la
biodegradabilidad de celulosa
mediante ozono.
(Mulakhudair et al., 2017)
Líquidos iónicos
Disolución selectiva de
componentes de la biomasa.
(Azizan et al., 2022)
Organosolvolisis
Fraccionamiento y disolución de
componentes de biomasa
especialmente lignina.
(Khan et al., 2022)
Fisicoquímicos
Explosión de
vapor
Destrucción de biomasa durante la
descompresión y disolución de
hemicelulosa.
(Sarker et al., 2021)
Fisicoquímicos
Agua caliente
(LHW)
Solubilización de hemicelulosa.
(Gundupalli et al., 2022)
Oxidación húmeda
Fraccionamiento de materiales
lignocelulósicos por solubilización
e hidrólisis de hemicelulosas y
deslignificación.
(Kumari & Singh, 2018)
Explosión con CO
2
Destrucción de biomasa durante la
descompresión y disolución de
hemicelulosa.
(Mussatto et al., 2021)
Explosión de
fibras de amoniaco
Fraccionamiento del complejo
lignina-carbohidrato, incremental
la digestibilidad de la biomasa.
(Li et al., 2022; Rojas-
Sossa et al., 2019)
Biológicos
Enzimáticos
Degradación de lignina a través de
ruptura oxidativa.
(Li et al., 2022; Yoon et
al., 2022)
Hongos
Degradación de lignina.
(Raud et al., 2019)
Consorcio de
microorganismos
Degradación de celulosa y
hemicelulosa.
(Haghighi Mood et al.,
2013; Kumari & Singh,
2018; Raud et al., 2019)
Fuente: Elaboración propia.
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
11
3.1.2.2. Métodos químicos
Se utilizan productos químicos como ácidos, bases, solventes orgánicos, líquidos iónicos, agentes
oxidantes, entre otros, para descomponer la biomasa lignocelulósica. (Behera et al., 2014; N. Xu
et al., 2019). Las características más relevantes de estos métodos es la poca selectividad y
eficiencia de los diferentes componentes de la lignocelulosa y su objetivo es mejorar la
biodegradabilidad de la celulosa mediante la eliminación de lignina y/o hemicelulosa (Amiri &
Karimi, 2018; Menon & Rao, 2012).
Los pretratamientos alcalinos son uno de los métodos más usados y presenta múltiples ventajas
como la solubilización de la lignina, prevención de la disminución del pH durante el proceso de
acidogénesis, bajo costo de operación, baja degradación de holocelulosa y baja formación de
inhibidores (Yao, 2016).
Por otro lado, en el caso de los pretratamientos ácidos Mahmood et al. (2019) mencionan que, en
el pretratamiento con ácidos, se puede obtener mejores resultados si se utiliza un ácido diluido a
altas temperaturas.
A pesar de presentar ventajas, estos métodos de pretratamiento presentan desventajas como la
formación de compuestos tóxicos, pérdida de carbohidratos, generación de residuos e incremento
en los costos debido a los productos químicos usados en el proceso (Raud et al., 2019).
3.1.2.3. Métodos fisicoquímicos
En los métodos fisicoquímicos se combinan técnicas de los métodos anteriormente mencionados,
de modo que se destruya la estructura de la biomasa, separando la lignina y hemicelulosa
mediante condiciones establecidas (presión y temperatura), permitiendo una mejor accesibilidad
a la celulosa por parte de las enzimas hidrolíticas (Behera et al., 2014).
La eficiencia de estos procedimientos depende de los disolventes usados y las condiciones en las
que estos afectan a las propiedades de la biomasa, sin embargo, son aplicados en diferentes tipos
de biomasa, ya que poseen la capacidad de mejorar la eficiencia de la biomasa lignocelulósica
hacia la producción de azúcares (Haldar & Purkait, 2021). Según Kumari & Singh (2018) el
método con agua caliente (LHW) es un método que presenta mayor eficiencia en el tratamiento
de biomasa con bajo contenido de lignina. En la Tabla 2 se encuentran los métodos
fisicoquímicos en detalle.
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
12
3.1.2.4. Métodos biológicos
Como métodos alternativos a los usuales, los métodos biológicos aparecen como prometedores
con muchas ventajas pues no requieren de la utilización de químicos, necesitan poca energía y
condiciones ambientales normales. Estos métodos utilizan microorganismos y sistemas
enzimáticos para modificar la estructura de la biomasa lignocelulósica; se clasifican en tres
categorías: hongos, enzimas y consorcio microbiano (Baramee et al., 2020; N. Xu et al., 2019).
Los microorganismos utilizados son hongos de podredumbre blanda, hongos de degradación de
madera (blancos y café) y bacterias, estos modifican la estructura de la biomasa lignocelulósica
para que esta sea más susceptible a la digestión enzimática. Durante el pretratamiento biológico
las enzimas ligninolíticas actúan para desbloquear la estructura compleja de la lignina en la pared
celular para que así la celulosa sea convertida en celulasa (Menon & Rao, 2012; Raud et al.,
2019; Yao, 2016).
La degradación del sustrato por los microorganismos dura semanas para lograr resultados
deseados, de modo que este método es considerado un proceso lento que requiere de gran espacio
y mucho control, no obstante, a pesar de que es un tratamiento poco viable comercialmente es
amigable con el medio ambiente, selectivo y eficiente, con base en ello se incrementa el interés
para el desarrollo de esta tecnología (Behera et al., 2014; Muthukumarappan & Swamy, 2020).
3.1.3. Inhibidores
Es inevitable que durante el pretratamiento de la biomasa se generen diferentes subproductos que
tienen efecto inhibidor en la fermentación. Compuestos como furanos, ácidos débiles, o
derivados fenólicos pueden obstaculizar la actividad de los microorganismos, en consecuencia,
cesan la fermentación del hidrolizado pretratado (Soltanian et al., 2020).
En la Tabla 3 se mencionan algunos de los efectos de la generación de inhibidores en el proceso
de la fermentación los cuales se mencionan.
Para reducir los efectos producidos por los inhibidores es necesario desintoxicar el hidrolizado o
adaptar los microorganismos a estos compuestos inhibidores.
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
13
Tabla 3. Efectos de inhibidores sobre el crecimiento microbiano y la fermentación.
Inhibidor
Efectos
Ácidos débiles
- El ácido débil en forma no disociada penetra a través y dentro de las células para liberar
el anión y protón que altera el pH intracelular.
- El ácido fórmico tiene una mayor permeabilidad y toxicidad que el ácido acético.
- Los aniones de los ácidos débiles afectan a la presión de turgencia celular e inhiben el
crecimiento.
- Los ácidos fórmico y propiónico ralentizan la síntesis de macromoléculas (ADN, ARN
y proteínas).
Derivados
fenólicos
- Los compuestos fenólicos son más tóxicos que los alifáticos o los furanos con los
mismos grupos funcionales.
- La vainillina causa una interrupción parcial del gradiente de K
+
en los microbios.
- Son capaces de inhibir la actividad de varias hidrolasas lignocelulósicas.
- Muestra un efecto antiincrustante sobre la formación de biopelículas en bacterias Gram
negativas.
Furanos
- Furfural es un inhibidor clave del hidrolizado lignocelulósico, además actúa como
mutágeno y causa roturas del ADN de doble hebra.
- El ácido 2-furoico y el alcohol furfurílico provocan fugas en la membrana.
- Tienen efectos negativos sobre las enzimas fermentativas y glucolíticas.
Fuente: Bhatia et al., 2020.
3.1.4. Parámetros del pretratamiento
Además de las características que cada pretratamiento presenta sobre la eficiencia en la
degradación de la lignina, existen diferentes parámetros que influyen en el mismo. Factores como
la cristalinidad de la biomasa, el grado de polimerización, accesibilidad de la superficie y el
contenido de lignina y hemicelulosa se desarrollan a continuación:
3.1.4.1. Cristalinidad de la biomasa
La celulosa es un polímero que se encuentra en diferentes proporciones entre biomasas, debido
a ello esta puede estar en dos formas: amorfa y cristalina. La cristalinidad de la celulosa se refiere
a la proporción de la región cristalina de la celulosa, que generalmente varía entre el 30 y el 80
%. Los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals son las principales fuerzas que
actúan para formar la estructura cristalina (N. Xu et al., 2019). La cristalinidad de la celulosa
hace que la biomasa sea altamente resistente al ataque enzimático y químico y, por tanto, reduce
la hidrólisis de la biomasa (Arora et al., 2019).
En la hidrolisis ácida la resistencia se da debido al lado hidrofóbico de las fibrillas de la celulosa
cristalina, mientras que la resistencia a la hidrolisis enzimática se da por la fuerza que ejerce la
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
14
red de enlaces de hidrógeno entre cadenas (Behera et al., 2014), además, la disminución de la
cristalinidad aumenta la digestibilidad de las lignocelulosas (Islam et al., 2020).
3.1.4.2. Grado de polimerización
El grado de polimerización de la celulosa se refiere al número de unidades de monómeros
presentes en la cadena (Arora et al., 2019; Karimi & Taherzadeh, 2016). Este es un factor
importante que afecta a la hidrólisis enzimática, además se conoce que existe relación entre la
longitud de la cadena de monómeros y la reducción del grado de polimerización tras el
pretratamiento (Behera et al., 2014; N. Xu et al., 2019).
Largas cadenas de celulosa contienen muchos enlaces de hidrógeno y esto dificulta la hidrólisis,
mientras que las cadenas cortas de celulosas son más reactivas a las enzimas y contienen menos
enlaces de hidrógeno, por ende, es fácil para las enzimas acceder. Es de esperar que, al
incrementar la susceptibilidad de la celulosa a la hidrólisis, se disminuya el grado de
polimerización (Karimi & Taherzadeh, 2016).
3.1.4.3. Accesibilidad al área de superficie
Una eficiente hidrólisis enzimática toma lugar debido al contacto físico entre las fibrillas de
celulosa y las subunidades enzimáticas. El área de superficie en materiales lignocelulósicos se
clasifica en superficie externa e interna. El área de la superficie externa está relacionada con el
tamaño y la forma de las partículas, mientras que el área de la superficie interna depende de la
estructura capilar de las fibras celulósicas (Arora et al., 2019; Behera et al., 2014).
Existen también factores limitantes en la hidrólisis enzimática de la biomasa, uno de ellos es el
tamaño de los poros. La accesibilidad de las enzimas al área de superficie da muestra a un
crecimiento en el tamaño del poro de la celulosa. Al eliminar la hemicelulosa aumenta el tamaño
medio de los poros y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de que la celulosa se hidrolice, no
obstante, el secado de la lignocelulosa en el pretratamiento puede causar un colapso en la
estructura de los poros, lo que resulta en una disminución de la tasa de hidrólisis enzimática (N.
Xu et al., 2019).
3.1.4.4. Contenido de lignina y hemicelulosa
La recalcitrancia es una de las principales características de la biomasa lignocelulósica, esto es
causado por la compleja estructura que posee la misma (Choi et al., 2019). De manera general,
la biomasa lignocelulósica contiene 40 – 50 % de celulosa, 20 – 40 % hemicelulosa, y 20 – 30 %
de lignina; la presencia de lignina y hemicelulosa hace que el acceso de las enzimas a la celulosa
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
15
sea dificultoso de modo que se reduce la eficiencia de la hidrólisis enzimática (Behera et al.,
2014; Huang et al., 2019; Takada et al., 2020).
La hemicelulosa obstaculiza la hidrólisis enzimática de la celulosa ya que posee enlaces
covalentes con la lignina, de modo que forma complejos lignina-carbohidrato. La lignina en las
paredes celulares lignocelulósicas restringe el acceso de la enzima celulasa a la celulosa ya que
bloquea la progresión de la escisión de las cadenas de celulosa por las celulasas (Gill et al., 2021).
Trabajando en condiciones normales, la lignina disminuye la tasa de hidrólisis lo que reduce el
contacto entre el catalizador y los polímeros de hemicelulosa. Por otro lado, si las condiciones
de reacción son lo suficientemente fuertes como para alterar la estructura de la lignina, su
descomposición podría generar productos no deseados (Rapado et al., 2021)
3.2. De biomasa a combustible de segunda generación
La energía renovable se refiere a la energía que puede ser reciclada de la naturaleza (H. Xu et al.,
2020). La biomasa es una alternativa energética frente al uso de los recursos no renovables,
principalmente la conversión de esta, la cual se da en tres pasos: pretratamientos para la
destrucción de la pared celular, hidrólisis enzimática para la liberación de azúcares solubles y
fermentación para la producción de biocombustible (Huang et al., 2019; Jin et al., 2019).
El desarrollo de los biocombustibles se analiza bajo el estudio de “generaciones” basados en la
materia prima y la metodología de conversión (Tabla 4) (Sharma et al., 2020). Los combustibles
de segunda generación se producen usando tecnologías para convertir la biomasa lignocelulósica
(residuos agrícolas, domésticos, entre otros.) en biocombustibles evitando así la problemática del
reemplazo de cultivos para alimentos por cultivos para combustible (Groves et al., 2018;
Randhawa et al., 2017).
Tabla 4. Clasificación de generaciones de biocombustibles basados en su materia prima o
metodología de conversión.
Generación
Materia prima/metodología de conversión
Primera
Biomasa comestible (caña de azúcar, maíz o granos de soya, harina, aceite vegetal, entre
otros.)
Segunda
Biomasa residual/lignocelulósica (materia prima forestal o agrícola, residuos
municipales, entre otros.)
Tercera
Materia prima acuática cultivada (algas)
Cuarta
Microorganismos de bioingeniería, cultivos modificados.
Fuente: Groves et al., 2018; Randhawa et al., 2017; Sharma et al., 2020.
La ventaja en la producción de este tipo de energía es la reducción en las emisiones de gases de
efecto invernadero debido al ciclo cerrado de CO
2
, la transformación a bioproductos sólidos,
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
16
líquidos y gaseosos, bajo costos en adquisición de materia prima, maximiza beneficios
económicos y medio ambientales, disminuye residuos, entre otros. (Brazil et al., 2019; Yu et al.,
2020).
3.3. Producción de biocombustibles en Latinoamérica y Ecuador
Mundialmente la producción de biocombustibles se ha incrementado; se prevé que alcance un
aumento de 140 miles de millones de litros (MmL) de etanol y para el caso del biodiesel, alcance
casi 46 MmL para el 2029 (Rey-Porras et al., 2021). La utilización de estos bioproductos no solo
mitiga los efectos producidos por los gases de efecto invernadero, sino que responde a la
problemática de la demanda energética.
En Latinoamérica, la producción de biocombustibles es liderada por Brasil, Argentina y
Colombia, (Gómez, 2016; Rey-Porras et al., 2021). Brasil ha estado apuntando a la mejora
tecnológica y productiva mediante la creación de programas y leyes (Álvarez, 2009) al igual que
Argentina y Colombia, con la finalidad de alcanzar las metas propuestas por los objetivos de
desarrollo sostenible.
En el año 2004, el gobierno brasileño crea el Plan Nacional de Producción y uso de
biocombustibles con la finalidad de dar uso al exceso de aceite de soya que se producía en el país,
además de crear oportunidades para los agricultores vulnerables (Santana, 2021). En el caso de
Argentina, con los programas RenovaBio y Rota 2030 se pretende descarbonizar el transporte a
partir del uso de biocombustibles, de esta manera se impulsa la investigación, desarrollo e
innovación en la mejora de la eficiencia energética de los vehículos (Hilbert & Caratori, 2021).
En Ecuador, la utilización de biocombustibles se da a partir de la emisión del Decreto Ejecutivo
Nº 1303, en el cual se declara de interés nacional el desarrollo de biocombustibles para el impulso
del fomento agrícola (Presidencia del Ecuador, 2012). De este modo, Ecuador se ha encontrado
en una etapa de transición en cuanto a energía se refiere, teniendo como objetivo el reemplazo de
gasolina regular a gasolina mezclada hasta un máximo de 10 % de etanol anhidro (E10) y 90 %
de gasolina regular (Guerrero & Muñoz, 2018).
Las autoridades gubernamentales del país buscan favorecer el desarrollo económico mediante
diversas formas para mejorar la economía local, como la implementación de molinos rurales
artesanales para la producción de combustible a partir de etanol anhidro (Velazquez-Marti et al.,
2016) además de proyectos como “Cero combustibles fósiles en Galápagos” con el objetivo de
erradicar la utilización de combustibles fósiles en la isla (Ministerio de Electricidad y Energía
Renovable, 2016).
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
17
También se ha implementado el proyecto "Jatropha Curcas para las Islas Galápagos" el cual se
centra en la recolección de frutos de J.Curcas de cercas vivas a lo largo de las áreas rurales de la
provincia de Manabí (Ecuador) para la extracción de aceite a pequeña escala (Narváez C. et al.,
2015); mediante la utilización del aceite extraído se reemplaza progresivamente el diésel,
disminuyendo así el uso de combustibles fósiles en el archipiélago en aproximadamente un 50 %
(Cañadas-López et al., 2017).
El caso de estudio para el proyecto en el Archipiélago es la Isla Floreana en la que la demanda de
electricidad no está cubierta por el Sistema Nacional Interconectado del Ecuador, pero sí por
sistemas renovables donde destaca la electricidad generada a partir de aceite de J. Curcas (Muñoz
Mayorga et al., 2018). A pesar de que en el país actualmente se utiliza biocombustibles de primera
generación para ser mezclados con gasolina regular, son varios los estudios que se encuentran
buscando alternativas en la biomasa residual.
La Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación junto a la Pontificia
Universidad Católica del Ecuador (PUCE) ejecutaron la primera biorrefinería piloto como parte
del cambio de la matriz energética y productiva. La refinería obtiene bioetanol a partir de desechos
agrícolas como bagazo de banano, papa, palma africana, tagua, café, cacao, entre otros (Ortiz-
Ulloa et al., 2021; SENECYT, 2014).
3.4. Viabilidad de uso de biomasa lignocelulósica
La bioconversión de materiales lignocelulósicos tiene el potencial de convertirse en la principal
fuente de energía alternativa debido a la abundancia de biomasa lignocelulósica en el planeta. No
obstante, el principal problema es el alto costo de inversión y procesamiento, se requieren
tecnologías e instalaciones avanzadas para el proceso de conversión.
A pesar de que en el tercer mundo, el desarrollo de tecnologías para la conversión aún no entra
en auge, en Europa existen aproximadamente 803 biorrefinerías, las mismas tratan diferentes
materias primas de carácter residual para la obtención de bioproductos, de los cuales el 45 % se
dedica a la producción de biocombustibles (Parisi, 2018). Las mismas no consideran un solo
método de pretratamiento para el procesamiento de la biomasa lignocelulósica puesto que es un
ideal poco alcanzable, no obstante, los avances en la comprensión de la composición de las
plantas, en relación a la estructura de la pared celular y sus características bioquímicas, ofrecen
nuevas vías para el desarrollo de nuevos procesos de base biológica para la conversión de biomasa
en biocombustible (Haghighi et al., 2013).
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
18
Adicionalmente la selección y optimización del pretratamiento adecuado depende principalmente
de la aplicación posterior que se le dé a la biomasa, es decir, si el pretratamiento es para la
conversión del material lignocelulósico en biocombustibles o para biocompositos o químicos. De
hecho, todos los pretratamientos exhiben sus propias imperfecciones o inconvenientes, y un
método no se puede aplicar a todas las clases de biomasa (Mahmood et al., 2019).
Con respecto a la utilización de biomasa lignocelulósica, según Pérez-Arévalo & Velázquez-
Martí (2018) en Ecuador los residuos de poda de áreas verdes pueden ser una gran fuente de
materiales de biomasa; en su estudio evalúan la capacidad de propagación y el rápido crecimiento
de la especie Ficus Benjamina y concluyen que, en base al bajo contenido de nitrógeno, el material
es apropiado para el uso como materia prima para la producción de biocombustible.
Así mismo, Pazmiño-Hernandez et al. (2019) evalúan la viabilidad del pedúnculo de banano
residual como materia prima para la producción de bioetanol, concluyendo que el jugo del mismo
produce un extracto concentrado para la obtención de biocombustible, que puede ser fermentado
usando una levadura comercial sin necesidad de nutrientes adicionales.
Por otra parte, Guerrero & Muñoz (2018) evalúan la utilización de residuos agrícolas bananeros
para la producción de biocombustibles de segunda generación; con base en el balance energético
del bioetanol se demuestra la capacidad que tiene este para desplazar a los combustibles fósiles.
A este respecto, Gómez (2016) enfatiza en que la eficiencia en la producción de biocombustibles
no solo se debe al aumento de insumos sino también a los medios de producción y las tecnologías
aplicadas.
4 CONCLUSIONES
Contrario a los combustibles fósiles, la biomasa lignocelulósica es una fuente de energía
renovable cuya utilización disminuye las emisiones de contaminantes atmosféricos, posee una
compleja estructura compuesta por celulosa, hemicelulosa, lignina y otros compuestos, debido a
la estructura que presenta se dificulta su degradación, por ende, para poder hacer uso de este
recurso de manera eficiente se debe realizar el pretratamiento de la biomasa a utilizar, ya sea por
métodos físicos, químicos, fisicoquímicos, biológicos o la combinación de ellos.
La generación de biocombustible a partir de biomasa lignocelulósica es vista como una alternativa
a la demanda energética, el aprovechamiento de recursos y la reducción de gases de efecto
invernadero; su producción va adquiriendo fuerza, sin embargo, requiere de la mejora de las
tecnologías de pretratamiento y una producción más eficiente.
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
19
En los países del primer mundo, existen biorrefinerías capaces de transformar material
lignocelulósico a biocombustibles, y actualmente hacen uso de los bioproductos obtenidos,
inclusive se ha logrado eliminar los métodos convencionales para el tratamiento de residuos. Por
el contrario, hasta la fecha de publicación de este trabajo, en Ecuador la producción de
biocombustibles de segunda generación se encuentra aún en etapa de desarrollo, ya que
mayoritariamente los biocombustibles producidos y utilizados en el país corresponden a
biocombustibles de primera generación, no obstante, se espera en un futuro cercano poder aplicar
estas tecnologías limpias con la finalidad de implantar sistemas sostenibles que no representen
amenazas a la seguridad alimentaria.
5 DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS DE LOS AUTORES
Los autores declaran no tener conflicto de intereses
6 REFERENCIAS
Apóstol Tom M. (2
da
edición). (2001). Aplicaciones del cálculo diferencial, Cálculo Volumen II Cálculo de funciones de
Varias Variables y Algebra Lineal, con aplicaciones a las Ecuaciones Diferenciales y Probabilidades, 384-388.
México, México: Editorial Reverte.
Álvarez, C. (2009). Biocombustibles: desarrollo histórico-tecnológico, mercados actuales y comercio internacional. Economía
Informa, 359, 63–89.
Amiri, H., & Karimi, K. (2018). Pretreatment and hydrolysis of lignocellulosic wastes for butanol production: Challenges and
perspectives. In Bioresource Technology (Vol. 270). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.08.117
Arora, R., Sharma, N. K., Kumar, S., & Sani, R. K. (2019). Lignocellulosic Ethanol: Feedstocks and Bioprocessing. In
Bioethanol Production from Food Crops. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-813766-6.00009-6
Azizan, A., Jusri, N. A. A., Azmi, I. S., Abd Rahman, M. F., Ibrahim, N., & Jalil, R. (2022). Emerging lignocellulosic ionic
liquid biomass pretreatment criteria/strategy of optimization and recycling short review with infrared spectroscopy
analytical know-how. Materials Today: Proceedings, xxxx. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.548
Bach, H., Mäkitie, T., Hansen, T., & Steen, M. (2021). Blending new and old in sustainability transitions: Technological
alignment between fossil fuels and biofuels in Norwegian coastal shipping. Energy Research and Social Science,
74(March). https://doi.org/10.1016/j.erss.2021.101957
Baramee, S., Siriatcharanon, A. kavitch, Ketbot, P., Teeravivattanakit, T., Waeonukul, R., Pason, P., Tachaapaikoon, C.,
Ratanakhanokchai, K., & Phitsuwan, P. (2020). Biological pretreatment of rice straw with cellulase-free xylanolytic
enzyme-producing Bacillus firmus K-1: Structural modification and biomass digestibility. Renewable Energy, 160,
555–563. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.06.061
Behera, S., Arora, R., Nandhagopal, N., & Kumar, S. (2014). Importance of chemical pretreatment for bioconversion of
lignocellulosic biomass. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 36, 91–106.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.04.047
Bilal, M., Wang, Z., Cui, J., Ferreira, L. F. R., Bharagava, R. N., & Iqbal, H. M. N. (2020). Environmental impact of
lignocellulosic wastes and their effective exploitation as smart carriers – A drive towards greener and eco-friendlier
biocatalytic systems. Science of the Total Environment, 722. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137903
Brazil, O. A. V., Vilanova-Neta, J. L., Silva, N. O., Vieira, I. M. M., Lima, Á. S., Ruzene, D. S., Silva, D. P., & Figueiredo,
R. T. (2019). Integral use of lignocellulosic residues from different sunflower accessions: Analysis of the production
potential for biofuels. Journal of Cleaner Production, 221, 430–438. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.274
Cañadas-López, Á., Rade-Loor, D., Domínguez-Andrade, J. M., Vargas-Hernández, J. J., Molina-Hidrovo, C., Macías-Loor,
C., & Wehenkel, C. (2017). Variation in seed production of Jatropha curcas L. accessions under tropical dry forest
conditions in Ecuador. New Forests, 48(6), 785–799. https://doi.org/10.1007/s11056-017-9597-1
Choi, J. H., Jang, S. K., Kim, J. H., Park, S. Y., Kim, J. C., Jeong, H., Kim, H. Y., & Choi, I. G. (2019). Simultaneous
production of glucose, furfural, and ethanol organosolv lignin for total utilization of high recalcitrant biomass by
organosolv pretreatment. Renewable Energy, 130, 952–960. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.05.052
Costa, F. F., Oliveira, D. T. de, Brito, Y. P., Rocha Filho, G. N. da, Alvarado, C. G., Balu, A. M., Luque, R., & Nascimento,
L. A. S. do. (2020). Lignocellulosics to biofuels: An overview of recent and relevant advances. Current Opinion in
Green and Sustainable Chemistry, 24, 21–25. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.01.001
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
20
Ge, X., Chang, C., Zhang, L., Cui, S., Luo, X., Hu, S., Qin, Y., & Li, Y. (2018). Conversion of Lignocellulosic Biomass Into
Platform Chemicals for Biobased Polyurethane Application. In Advances in Bioenergy (1st ed., Vol. 3). Elsevier Inc.
https://doi.org/10.1016/bs.aibe.2018.03.002
Gill, M. K., Kocher, G. S., & Panesar, A. S. (2021). Optimization of acid-mediated delignification of corn stover, an
agriculture residue carbohydrate polymer for improved ethanol production. Carbohydrate Polymer Technologies and
Applications, 2(August 2020), 100029. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2020.100029
Gómez, J. M. (2016). Analysis of the variation in the efficiency in the production of biofuels in Latin America. Estudios
Gerenciales, 32(139), 120–126. https://doi.org/10.1016/j.estger.2016.01.001
Groves, C., Sankar, M., & Thomas, P. J. (2018). Second-generation biofuels: exploring imaginaries via deliberative workshops
with farmers. Journal of Responsible Innovation, 5(2), 149–169. https://doi.org/10.1080/23299460.2017.1422926
Guerrero, A. B., & Muñoz, E. (2018). Life cycle assessment of second generation ethanol derived from banana agricultural
waste: Environmental impacts and energy balance. Journal of Cleaner Production, 174, 710–717.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.298
Gundupalli, M. P., Anne Sahithi, S. T., Jayex, E. P., Asavasanti, S., Yasurin, P., Cheng, Y. S., & Sriariyanun, M. (2022).
Combined effect of hot water and deep eutectic solvent (DES) pretreatment on a lignocellulosic biomass mixture for
improved saccharification efficiency. Bioresource Technology Reports, 17(February), 100986.
https://doi.org/10.1016/j.biteb.2022.100986
Haghighi Mood, S., Hossein Golfeshan, A., Tabatabaei, M., Salehi Jouzani, G., Najafi, G. H., Gholami, M., & Ardjmand, M.
(2013). Lignocellulosic biomass to bioethanol, a comprehensive review with a focus on pretreatment. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 27, 77–93. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.033
Haldar, D., & Purkait, M. K. (2021). A review on the environment-friendly emerging techniques for pretreatment of
lignocellulosic biomass: Mechanistic insight and advancements. Chemosphere, 264, 128523.
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128523
Hilbert, J. A., & Caratori, L. (2021). El potencial de los biocombustibles argentinos para contribuir al cumplimiento de las
contribuciones de Argentina en el marco del Acuerdo de París. Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca.
Presidencia de La Nación, July.
Hoang, A. T., Nižetić, S., Ong, H. C., Mofijur, M., Ahmed, S. F., Ashok, B., Bui, V. T. V., & Chau, M. Q. (2021). Insight
into the recent advances of microwave pretreatment technologies for the conversion of lignocellulosic biomass into
sustainable biofuel. Chemosphere, 281(May). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130878
Huang, C., Lin, W., Lai, C., Li, X., Jin, Y., & Yong, Q. (2019). Coupling the post-extraction process to remove residual lignin
and alter the recalcitrant structures for improving the enzymatic digestibility of acid-pretreated bamboo residues.
Bioresource Technology, 285(March), 121355. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121355
Islam, M. K., Wang, H., Rehman, S., Dong, C., Hsu, H. Y., Lin, C. S. K., & Leu, S. Y. (2020). Sustainability metrics of
pretreatment processes in a waste derived lignocellulosic biomass biorefinery. Bioresource Technology, 298, 122558.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122558
Jin, K., Liu, X., Jiang, Z., Tian, G., Yang, S., Shang, L., & Ma, J. (2019). Delignification kinetics and selectivity in poplar
cell wall with acidified sodium chlorite. Industrial Crops and Products, 136(January), 87–92.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.04.067
Karimi, K. (2015). Lignocellulose-Based Bioproducts (Vol. 1). https://doi.org/10.1007/978-3-319-14033-9
Karimi, K., & Taherzadeh, M. J. (2016). A critical review on analysis in pretreatment of lignocelluloses: Degree of
polymerization, adsorption/desorption, and accessibility. Bioresource Technology, 203, 348–356.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.12.035
Khan, M. U., Usman, M., Ashraf, M. A., Dutta, N., Luo, G., & Zhang, S. (2022). A review of recent advancements in
pretreatment techniques of lignocellulosic materials for biogas production: Opportunities and Limitations. Chemical
Engineering Journal Advances, 10(November 2021), 100263. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2022.100263
Khuenkaeo, N., & Tippayawong, N. (2020). Production and characterization of bio-oil and biochar from ablative pyrolysis of
lignocellulosic biomass residues. Chemical Engineering Communications, 207(2), 153–160.
https://doi.org/10.1080/00986445.2019.1574769
Kikas, T., Tutt, M., Raud, M., Alaru, M., Lauk, R., & Olt, J. (2016). Basis of energy crop selection for biofuel production:
Cellulose vs. lignin. International Journal of Green Energy, 13(1), 49–54.
https://doi.org/10.1080/15435075.2014.909359
Kumar, A., & Chandra, R. (2020). Ligninolytic enzymes and its mechanisms for degradation of lignocellulosic waste in
environment. Heliyon, 6(2), e03170. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03170
Kumar, P. V., & Sulaiman, Z. (2016). Use of synthetic fusion gene to produce biodiesel from lignocellulosic biomass.
Biofuels, 7(2), 191–200. https://doi.org/10.1080/17597269.2015.1123984
Kumari, D., & Singh, R. (2018). Pretreatment of lignocellulosic wastes for biofuel production: A critical review. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 90(May 2017), 877–891. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.111
Li, X., Shi, Y., Kong, W., Wei, J., Song, W., & Wang, S. (2022). Improving enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass
by bio-coordinated physicochemical pretreatment—A review. Energy Reports, 8, 696–709.
https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.12.015
Magalhães, A. I., de Carvalho, J. C., de Melo Pereira, G. V., Karp, S. G., Câmara, M. C., Medina, J. D. C., & Soccol, C. R.
(2019). Lignocellulosic biomass from agro-industrial residues in South America: current developments and
perspectives. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 13(6), 1505–1519. https://doi.org/10.1002/bbb.2048
TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN: ESTADO DEL ARTE
DEL PRETRATAMIENTO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No Especial, Diciembre, 2022, Ecuador (p. 3-22)
21
Mahmood, H., Moniruzzaman, M., Iqbal, T., & Khan, M. J. (2019). Recent advances in the pretreatment of lignocellulosic
biomass for biofuels and value-added products. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 20, 18–24.
https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2019.08.001
Mankar, A. R., Pandey, A., Modak, A., & Pant, K. K. (2021). Pretreatment of lignocellulosic biomass: A review on recent
advances. Bioresource Technology, 334(March), 125235. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125235
Menon, V., & Rao, M. (2012). Trends in bioconversion of lignocellulose: Biofuels, platform chemicals & biorefinery concept.
Progress in Energy and Combustion Science, 38(4), 522–550. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2012.02.002
Ministerio de Electricidad y Energía Renovable. (2016). Energía Verde para Galápagos Inagotable, Limpia y Segura. 22.
https://www.undp.org/content/dam/ecuador/docs/documentos proyectos ambiente/pnud_ec REVISTA ENERGIA
VERDE PARA GALAPAGOS-ilovepdf-compressed.pdf
Mulakhudair, A. R., Hanotu, J., & Zimmerman, W. (2017). Exploiting ozonolysis-microbe synergy for biomass processing:
Application in lignocellulosic biomass pretreatment. Biomass and Bioenergy, 105, 147–154.
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.06.018
Muñoz Mayorga, M., Herrera Orozco, I., Lechón Pérez, Y., Caldés Gomez, N., & Iglesias Martínez, E. (2018). Environmental
Assessment of Electricity Based on Straight Jatropha Oil on Floreana Island, Ecuador. Bioenergy Research, 11(1),
123–138. https://doi.org/10.1007/s12155-017-9883-y
Mussatto, S. I., Yamakawa, C. K., van der Maas, L., & Dragone, G. (2021). New trends in bioprocesses for lignocellulosic
biomass and CO2 utilization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 152(June), 111620.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111620
Muthukumarappan, K., & Swamy, G. J. (2020). Bioconversions in extrusion cooking. In Extrusion Cooking. Elsevier Inc.
https://doi.org/10.1016/b978-0-12-815360-4.00014-6
Naciones Unidas. (2015). Memoria del Secretario General sobre la labor de la Organización. Naciones Unidas, 1(1), 1–88.
https://undocs.org/es/A/70/1
Narváez C., R. A., Ramírez, V., Chulde, D., Espinoza, S., & López-Villada, J. (2015). Microwave Pyrolysis Process Potential
of Waste Jatropha Curcas Seed Cake. Renewable Energy in the Service of Mankind, 1, 91–100.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17777-9
Ortiz-Ulloa, J. A., Abril-González, M. F., Pelaez-Samaniego, M. R., & Zalamea-Piedra, T. S. (2021). Biomass yield and
carbon abatement potential of banana crops (Musa spp.) in Ecuador. Environmental Science and Pollution Research,
28(15), 18741–18753. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09755-4
Parisi, C. (2018). Biorefineries distribution in the EU. Publications Office of the European Union, JRC113216, 1–8.
https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC113216
Pazmiño-Hernandez, M., Moreira, C. M., & Pullammanappallil, P. (2019). Feasibility assessment of waste banana peduncle
as feedstock for biofuel production. Biofuels, 10(4), 473–484. https://doi.org/10.1080/17597269.2017.1323321
Pérez-Arévalo, J. J., & Velázquez-Martí, B. (2018). Evaluation of pruning residues of Ficus benjamina as a primary biofuel
material. Biomass and Bioenergy, 108(November 2017), 217–223. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.11.017
Presidencia del Ecuador. (2012). Decreto Ejecutivo No1303. 1831.
Qian, E. W. (2013). Pretreatment and Saccharification of Lignocellulosic Biomass. In Research Approaches to Sustainable
Biomass Systems. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404609-2.00007-6
Randhawa, K. S., Relph, L. E., Armstrong, M. C., & Rahman, P. K. S. M. (2017). Biofuel production: tapping into microalgae
despite challenges. Biofuels, 8(2), 261–271. https://doi.org/10.1080/17597269.2016.1224290
Rapado, P., Faba, L., & Ordóñez, S. (2021). Influence of delignification and reaction conditions in the aqueous phase
transformation of lignocellulosic biomass to platform molecules. Bioresource Technology, 321(December 2020).
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124500
Raud, M., Kikas, T., Sippula, O., & Shurpali, N. J. (2019). Potentials and challenges in lignocellulosic biofuel production
technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 111(May), 44–56.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.05.020
Rey-Porras, K. D., Leguizamón-Nonsoque, G. M., González-LaRotta, E. C., & Becerra-Fernández, M. (2021). Análisis de
brechas del sector de biocombustibles en Colombia. Inventum, 16(30), 61–90.
https://doi.org/10.26620/uniminuto.inventum.16.30.2021.61-90
Rojas-Sossa, J. P., Zhong, Y., Valenti, F., Blackhurst, J., Marsh, T., Kirk, D., Fang, D., Dale, B., & Liao, W. (2019). Effects
of ammonia fiber expansion (AFEX) treated corn stover on anaerobic microbes and corresponding digestion
performance. Biomass and Bioenergy, 127(June), 105263. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.105263
Salinas Callejas, E., & Gasca Quezada, V. (2009). Los biocombustibles. El Cotidiano, 16(100), 75–82.
Santana, G. C. de S. (2021). The goals of the National Biodiesel Program: between planning and implementation. Ambiente
& Sociedade, 24. https://doi.org/10.1590/1809-4422asoc20200088r2vu2021l5ao
Sarker, T. R., Pattnaik, F., Nanda, S., Dalai, A. K., Meda, V., & Naik, S. (2021). Hydrothermal pretreatment technologies for
lignocellulosic biomass: A review of steam explosion and subcritical water hydrolysis. Chemosphere, 284(June),
131372. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131372
SENECYT. (2014). Ecuador presenta su primera biorrefinería con el cambio de la matriz energética y productiva en la mira.
https://www.educacionsuperior.gob.ec/ecuador-presenta-su-primera-biorrefineria-con-el-cambio-de-la-matriz-
energetica-y-productiva-en-la-mira/#:~:text=Se trata del Proyecto RESETA,más representativos a escala nacional.
Binnie Luzardo Gorozabel, Enrique Ruíz Reyes, Jean Carlos Pérez Parra
22
Sharma, S., Kundu, A., Basu, S., Shetti, N. P., & Aminabhavi, T. M. (2020). Sustainable environmental management and
related biofuel technologies. Journal of Environmental Management, 273(July), 111096.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111096
Soltanian, S., Aghbashlo, M., Almasi, F., Hosseinzadeh-Bandbafha, H., Nizami, A. S., Ok, Y. S., Lam, S. S., & Tabatabaei,
M. (2020). A critical review of the effects of pretreatment methods on the exergetic aspects of lignocellulosic
biofuels. Energy Conversion and Management, 212(February), 112792.
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112792
Srivastava, N., Mishra, K., Srivastava, M., Srivastava, K. R., Gupta, V. K., Ramteke, P. W., & Mishra, P. K. (2019). Role of
compositional analysis of lignocellulosic biomass for efficient biofuel production. In New and Future Developments
in Microbial Biotechnology and Bioengineering: From Cellulose to Cellulase: Strategies to Improve Biofuel
Production. Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64223-3.00003-5
Susheel, K. (2018). Lignocellulosic Composite Materials. https://doi.org/10.1007/978-3-319-68696-7_6
Takada, M., Chandra, R., Wu, J., & Saddler, J. N. (2020). The influence of lignin on the effectiveness of using a
chemithermomechanical pulping based process to pretreat softwood chips and pellets prior to enzymatic hydrolysis.
Bioresource Technology, 302(January), 122895. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122895
Toogood, H. S., & Scrutton, N. S. (2018). Retooling microorganisms for the fermentative production of alcohols. Current
Opinion in Biotechnology, 50, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2017.08.010
Vasaki, M., Sithan, M., Ravindran, G., Paramasivan, B., Ekambaram, G., & Karri, R. R. (2022). Biodiesel production from
lignocellulosic biomass using Yarrowia lipolytica. Energy Conversion and Management: X, 13(August 2021),
100167. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2021.100167
Vega-Quezada, C., Blanco, M., & Romero, H. (2017). Synergies between agriculture and bioenergy in Latin American
countries: A circular economy strategy for bioenergy production in Ecuador. New Biotechnology, 39, 81–89.
https://doi.org/10.1016/j.nbt.2016.06.730
Velazquez-Marti, B., Pérez-Pacheco, S., Gaibor-Chávez, J., & Wilcaso, P. (2016). Modeling of Production and Quality of
Bioethanol Obtained from Sugarcane Fermentation Using Direct Dissolved Sugars Measurements. Energies, 9(5).
https://doi.org/10.3390/en9050319
Wu, F., Zhao, S., Yu, B., Chen, Y. M., Wang, W., Song, Z. G., Hu, Y., Tao, Z. W., Tian, J. H., Pei, Y. Y., Yuan, M. L., Zhang,
Y. L., Dai, F. H., Liu, Y., Wang, Q. M., Zheng, J. J., Xu, L., Holmes, E. C., & Zhang, Y. Z. (2020). A new coronavirus
associated with human respiratory disease in China. Nature, 579(7798), 265–269. https://doi.org/10.1038/s41586-
020-2008-3
Xu, H., Peng, J., Kong, Y., Liu, Y., Su, Z., Li, B., Song, X., Liu, S., & Tian, W. (2020). Key process parameters for deep
eutectic solvents pretreatment of lignocellulosic biomass materials: A review. Bioresource Technology, 310(March),
123416. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123416
Xu, N., Liu, S., Xin, F., Zhou, J., Jia, H., Xu, J., Jiang, M., & Dong, W. (2019). Biomethane production from lignocellulose:
Biomass recalcitrance and its impacts on anaerobic digestion. In Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (Vol.
7, Issue AUG). https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00191
Yao, Y. (2016). Leading pretreatments for enhancing the degradability of lignocellulosic wastes and the final products.
Environmental Technology Reviews, 5(1), 103–111. https://doi.org/10.1080/21622515.2016.1253791
Yiin, C. L., Yap, K. L., Ku, A. Z. E., Chin, B. L. F., Lock, S. S. M., Cheah, K. W., Loy, A. C. M., & Chan, Y. H. (2021).
Recent advances in green solvents for lignocellulosic biomass pretreatment: Potential of choline chloride (ChCl)
based solvents. Bioresource Technology, 333(March), 125195. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125195
Yoon, L. W., Rafi, I. S., & Ngoh, G. C. (2022). Feasibility of eliminating washing step in bioethanol production using deep
eutectic solvent pretreated lignocellulosic substrate. Chemical Engineering Research and Design, 179, 257–264.
https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.01.031
Yousuf, A., Pirozzi, D., & Sannino, F. (2019). Fundamentals of lignocellulosic biomass. In Lignocellulosic Biomass to Liquid
Biofuels. INC. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815936-1.00001-0
Yu, I. K. M., Chen, H., Abeln, F., Auta, H., Fan, J., Budarin, V. L., Clark, J. H., Parsons, S., Chuck, C. J., Zhang, S., Luo, G.,
& Tsang, D. C. W. (2020). Chemicals from lignocellulosic biomass: A critical comparison between biochemical,
microwave and thermochemical conversion methods. Critical Reviews in Environmental Science and Technology,
0(0), 1–54. https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1753632.
Contribución de autores
Autor
Contribución
Binnie Luzardo
Gorozabel
Análisis de los datos, búsqueda bibliográfica, redacción del artículo.
Enrique Ruíz
Reyes
Revisión
Jean Carlos Pérez
Parra
Revisión