Diseño técnico-económico de biorefinería para la recuperación de cáñamo de la industria de cannabis utilizando conceptos de supraciclaje

Abstract

Este proyecto de grado se fundamentó en el desarrollo de un diseño detallado de un proceso con conceptos de supraciclaje, enfocado en la obtención y recuperación de celulosa de alto grado de pureza y alto grado de calidad, que permitan dar aprovechamiento a la generación de bio-compuestos de alto interés actual de nano-partículas, a partir de residuos lignocelulósicos de la industria de cannabis medicinal. De hecho, la refinación de biomasa en la actualidad se enfoca en la obtención de azucares fermentables para su posterior transformación en biocombustible, que involucran en su mayoría tratamientos físicos, biológicos, alcalinos, ácidos, entre otros. Teniendo en cuenta que el proceso debe involucrar tratamientos de bajo impacto en la degradación de las nanoestructuras de celulosa, se definió un proceso de refinamiento por medio de la simulación en Aspen Plus con el fin de obtener celulosa a partir de residuos de biomasa. La refinación de biomasa planteada se divide en dos etapas: pretratamiento alcalino y el de purificación de la celulosa por medio de una técnica de conocida como organosolv. En la primera etapa, se logra la extracción de la hemicelulosa, debido a la solubilización de los monómeros de xilosa y arabinosa en el medio alcalino acuoso. Mientras que, en la segunda etapa, se remueve la lignina por medio de la solubilización de la misma, al emplearse la sinergia entre un solvente y un catalizador acido como un aditivo novedoso sostenible. Los resultados del diseño asistido por computadora muestran un resultado de obtención de celulosa que corresponde al 91% del peso inicial de la misma presente en la materia prima, obteniéndose en su refinamiento una pureza del 87% de celulosa de alta calidad, que la habilita para ser una materia prima de alto interés para la obtención de nanoestructuras de alto valor en el mercado. De hecho, un factor a tener en cuenta es la evaluación económica del proceso de refinamiento y que este sea viable y atractiva para los diferentes actores. Por tal motivo se realizó una evaluación de prefactibilidad financiera que genera una TIR equivalente a un 22,98% que se considera interesante para los inversionistas iniciales, con un valor premoney de $353.888.889 y un valor presente neto de $377.620.618, dejando una oportunidad de inversión posterior al año 0 durante el desarrollo y maduración de la empresa de tan solo $35.000.000 COP por un 9% de las acciones de la empresa.

This degree project was based on the development of a detailed process design applying concepts of circular upcycling. It is focus to obtain and recover cellulose with high purity and high quality that allow. It gives the advantage of generation of bio-compounds made by nano-particles that came from lignocellulosic waste like medical cannabis industry. In fact, biomass refining currently focuses on obtaining fermentable sugars for their subsequent transformation into biofuel, which mostly involve physical, biological, alkaline, and acidic treatments, others. Taking into account that the process must involve low-impact treatments in the degradation of cellulose nanostructures. For that reason, refinement process was defined through simulation in Aspen Plus in order to obtain cellulose from biomass residues. The proposed biomass refining is divided into two stages: alkaline pretreatment and cellulose purification applying the technique known as organosolv. In the first stage, the extraction of the hemicellulose is achieved, due to the solubilization of the xylose and arabinose monomers in the aqueous alkaline medium. While, in the second stage, the lignin is removed through lignin solubilization, by using the synergy between a solvent and acid catalyst as a novel sustainable additive. The results of the computer-aided design show a result of obtaining cellulose that corresponds to 91% of the initial weight of the same present in the raw material, and purity of 87% of high quality cellulose. In fact, a factor to take into account is the economic evaluation of the refinement process and that it is viable and attractive for the different actors. For this reason, a financial evaluation was carried out that generates an IRR equivalent to 22.98% with a NVP $377.620.618 that is considered interesting for initial investors and leaving a posthumous investment opportunity during the development and maturation of the company of only $ 35,000,000 COP per 9% of the company's shares.