Embed Size (px)
Citation preview
/*-
MEMORIAS 2017
ÍNDICE
ESTUDIO DE LA REGULACIÓN DE LA β-GLUCOSIDASA DE Clavispora lusitaniae 8 Estandarización de las condiciones de operación del proceso de producción de etanol a partir de celobiosa por Saccharomyces cerevisiae RP2-BGL
9
CUANTIFICACIÓN DE PRODUCTOS INHIBIDORES DE LA FERMENTACIÓN DURANTE EL PRETRATAMIENTO ÁCIDO DE BAGAZO DE CAÑA DESTOXIFICADO
10
ESTUDIO QUÍMICO DE SEMILLAS DE ESPECIES DE JATROPHA ADAPTADAS A LAS CONDICIONES ÁRIDAS Y SEMI-ÁRIDAS DEL NOROESTE DE MÉXICO.
11
PROPUESTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE LIRIO ACUATICO PROVENIENTE DEL LAGO DE YURIRIA EN GUANAJUATO.
12
PRETRATAMIENTO ÁCIDO-ENZIMATICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS DE UNA RECICLADORA DE PAPEL CON FINES DE OBTENCIÓN DE CARBOHIDRATOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN
13
EFECTO DE LA INHIBICIÓN DE LA RESPIRACIÓN SOBRE EL CRECIMIENTO DE Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE AIREACIÓN
14
VALORIZACIÓN DEL GLICEROL CRUDO OBTENIDO DE LA REACCIÓN DE BIODIESEL A TRAVÉS DE LA REACCIÓN DE HIDROGENÓLISIS
15
ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD ECONÓMICA DENTRO DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA BIORREFINERÍA SUSTENTABLE PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOPRODUCTOS
16
EVALUACIÓN AGRONÓMICA DE CLONES DE PIÑÓN MEXICANO (Jatropha curcas L.) PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
17
NUEVOS CLONES DE PIÑÓN MEXICANO (Jatropha curcas L.) PARA EL TRÓPICO DE MÉXICO 18 PROPUESTA METODOLÓGICA PARA ESTIMAR VOLUMEN DE BIOMASA DE RASTROJOS Y SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES PARA GENERAR BIOETANOL 2G EN MÉXICO
19
BIOGAS DE RESIDUOS ORGÁNICOS: INTERACCION DE MEZCLAS EN CODIGESTIÓN 20 INTEGRACIÓN DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA CON LIQUEFACCION HIDROTERMAL COMO HERRAMIENTAS PARA LA VALORACIÓN DE RESIDUOS ÓRGANICOS Y PLÁSTICOS
21
ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA DE UNA BIORREFINERÍA DE BIOMASA MICROALGAL 22
EVALUACIÓN DEL ACEITE DE Crescentia spp. ESPECIE CON POTENCIAL AGROENERGÉTICO 23 CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE COYOL (Acrocomia mexicana Karw. ex Mart.) PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN MÉXICO
24
USO DE MICROORGANISMOS NATIVOS DE Agave tequilana CON POTENCIAL BIOTECNOLÓGICO 25 BIORREFINERÍA LIGNOCELULÓSICA: ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE Trametes versicolor SOBRE LIGNINA RESIDUAL
26
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL DE PRIMERA, SEGUNDA Y TERCERA GENERACIÓN EN MÉXICO
27
EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA Y AGITACIÓN EN LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DEL BAGAZO DE AGAVE TEQUILANA.
28
SIMULACIÓN DE UNA BIORREFINERÍA BASADA EN MELAZAS DE CAÑA DE AZÚCAR PARA LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS ORGÁNICOS Y ETANOL
29
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN FERMENTATIVA DE HIDRÓGENO A PARTIR DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE BAGAZO DE AGAVE TEQUILANA CON Y SIN DETOXIFICAR
30
CRECIMIENTO Y RENDIMIENTO DE BIOMASA AÉREA EN REBROTES DE TRES CULTIVOS DENDROENERGÉTICOS
31
PRODUCCIÓN DE MISCANTHUS GIGANTEUS PARA GENERACIÓN DE BIOENERGÉTICOS 32 ANÁLISIS TECNOECONÓMICO DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE Zymomonas Mobilis Y E. Coli MS04
33
METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE LA SUSTENTABILIDAD (MES) DE BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS: UNA REVISIÓN
34
Construcción y evaluación de un biofiltro con un sistema químico-biológico para la eliminación de CO2 y H2S del biogás
35
GENERACIÓN DE METANO CON LODOS PROVENIENTES DE UN SISTEMA ACUÍCOLA POR CODIGESTIÓN CON HECES PORCINAS
36
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA EN UNA Y DOS ETAPAS DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE BAGAZO DE Agave tequilana.
37
ACLIMATACIÓN DE LODO ANAEROBIO A TEMPERATURA TERMÓFILA UTILIZANDO COMO 38
SUSTRATO UN EFLUENTE ACIDOGÉNICO DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS
INMOVILIZACIÓN DE β-GLUCOSIDASA RECOMBINANTE ENRIQUECIDA EN RESIDUOS DE LISINA E HISTIDINA EN UN NANOSOPORTE DE FERRITA-COBALTO
39
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DEL GLICEROL BRUTO Y EXCRETAS PORCINAS EN FERMENTACIÓN OSCURA
40
ESTIMACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE LA PRODUCCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO Y POTENCIAL REDOX
41
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN LOTE A PARTIR DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS: EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO
42
IMPLEMENTACIÓN DE UN BIORREACTOR PARA INDUCIR LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL
43
ESTUDIO PRELIMINAR DE LA PRODUCCIÓN Y PURIFICACIÓN DE BIOGÁS EMPLEANDO COMO SUSTRATO CÁSCARA DE PLÁTANO Y MERMAS DE MANGO.
44
IDENTIFICACIÓN DE ASPECTOS CRÍTICOS EN LA EVALUACIÓN DE HUELLA DE CARBONO PARA SU APLICACIÓN EN OPCIONES DE BIOENERGÍA
45
EVALUACIÓN DE Pt/Al2O3/C COMO CATALIZADOR PARA LA FUTURA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA POR MEDIO DE UNA CELDAS DE COMBUSTIBLE DE BIO-ETANOL DIRECTO
46
PRODUCCIÓN Y CERTIFICACIÓN DEL BIODIESEL: UNA PROPUESTA PARA LA DESCONTAMINACIÓN AMBIENTAL
47
AHORRO DE AGUA Y ENERGÍA EN EL PROCESO DE GENERACIÓN DE BIOGÁS 48 Pretratamiento de bagazo de agave con microorganismos ruminal para incrementar la recuperación de biogás
49
BIOELECTRICIDAD COMO OPCIÓN DE MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO DENTRO DE UN OBJETIVO DE 2°C – DESAFIOS E INCERTIDUMBRES
50
POTENCIAL BIOENERGÉTICO DE BIOMASA RESIDUAL EN LA INDUSTRIA DEL ASERRÍO DE LA UNIDAD DE MANEJO FORESTAL (UMAFOR) 2108 REGIÓN CHIGNAHUAPAN-ZACATLÁN, PUEBLA, MÉXICO
51
Producción de metano a partir de vinazas tequileras: mesofília vs termofília 52 OPTIMIZACION DE LA CADENA DE SUMINISTRO PARA OBTENER BIOTURBOSINA A PARTIR DE LA SALICORNIA BIGELOVII
53
INFLUENCIA DE LOS EXTRACTIVOS EN EL PODER CALORÍFICO DE ALGUNOS RESIDUOS AGRÍCOLAS CON FINES ENERGÉTICOS
54
ANÁLISIS DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE BIOMASA DE ALGAS ROJAS DE LA REGIÓN DE MAZATLÁN
55
MODELOS ESPECTOFOTOMÉTRICOS PARA LA MEDICIÓN DEL CRECIMIENTO CELULAR DE 3 ESPECIES DE MICROALGAS MARINAS
56
APROVECHAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS DE LOMBRICOMPOSTA COMO REQUERIMIENTO NUTRICIONAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
57
PRODUCCIÓN DE METANO MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE PULPA DE CAFÉ Y LODO DE AGUAS RESIDUALES.
58
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE H2 Y CH4 A PARTIR DE VINAZAS TEQUILERAS. 59 POTENCIAL DE GENERACIÓN DE BIOGÁS DEL SUERO LÁCTEO DE LA INDUSTRIA LECHERA EN EL ESTADO DE HIDALGO, MÉXICO
60
PROTOTIPO PARA EL MANEJO DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS. 61 APROVECHAMIENTO DE LIXIVIADOS DEL PRETRATAMIENTO HIDROTÉRMICO DEL BAGAZO DE AGAVE EN CELDAS DE ELECTRÓLISIS MICROBIANAS PARA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO
62
OBTENCIÓN DE VARIABLES ESTADÍSTICAMENTE SIGNIFICATIVAS EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN CELDAS DE ELECTRÓLISIS MICROBIANA
63
MODELADO DE LA CONVERSIÓN FOTOCATALÍTICA DE DIÓXIDO DE CARBONO A METANO 64 COMPARACIÓN DEL RESIDUO SÓLIDO DE OLOTE EN LA HIDRÓLISIS TRADICIONAL Y SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS
65
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DEL BAGAZO DE MALTA 66
CARACTERIZACIÓN DE UNA MICROALGA ACIDÓFILA EN DIFERENTES MEDIOS Y pH’s 67
XILINAT: UN “START-UP” DERIVADO DE UNA BIORREFINERIA 68 INFLUENCIA DEL FURFURAL EN EL POTENCIAL METANOGÉNICO DE UN LODO GRANULAR ANAEROBIO
69
PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ABONO ORGÁNICO PELETIZADO 70 INFLUENCIA DE INÓCULOS EN LA DIGESTIÓN ANAERÓBIA DE BIOMASA DE NOPAL (OPUNTIA FICUS-INDICA) PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
71
PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PELLETS DE CASCARILLA DE ARROZ Y PAJA DE TRIGO 72 PRODUCCIÓN DE BUTANOL USANDO UN CULTIVO MIXTO DE Clostridium acetobutylicum Y Bacillus subtilis EN MEDIO DEFINIDO
73
PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE BIOMASA DE LA PODA DE HIGUERILLA 74 POTENCIAL DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICO DE PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DERIVADOS DE LOS RESIDUOS FORESTALES DESPUÉS DE SU PRETRATAMIENTO FISICOQUÍMICO
75
APLICACIÓN DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL 76
Cu-ZrO2 PREPARADO POR SOL-GEL PARA LA METANÓLISIS DE ACEITE DE Jatropha Curcas L 77 SUPERCAPACITORES ELECTROQUÍMICOS A PATIR DE CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO DEL ENDOCARPIO SECO DEL CAFÉ
78
CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE AGRORESIDUOS DE CAFÉ Y MAÍZ PARA BIOCOMBUSTIBLE SÓLIDO.
79
TRANSFORMACIÓN DE LODOS DE PURGA POR PROCESOS TÉRMICOS 80
SOLVATACIÓN PARA MEJORAR LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE DIGESTATOS 81
VALORIZACIÓN DE LOS RESIDUOS DE LA INDUSTRIA FORESTAL PARA GENERACIÓN DE ENERGÍA 82 PRODUCCIÓN DE SUCCINATO EN BIORREACTOR EN CONDICIONES DE BAJA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
83
ESCALAMIENTO DEL PROCESO DE FERMENTACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE PRECURSORES DE BIOPLÁSTICOS
84
TENDENCIAS INTERNACIONALES DE ARTÍCULOS Y PATENTES SOBRE BIOENERGÉTICOS: ¿SEÑALES DE CAMBIO?
85
CRECIMIENTO DE UN CONSORCIO MICROALGAL Y Scenedesmus Sp. EMPLEANDO CUATRO MEDIOS DE CULTIVO DE BAJO COSTO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
86
MÉXICO: ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DEL USO DE LA BIOENERGÍA EN EL SISTEMA ELÉCTRICO AL 2050 87 EVALUACIÓN ECONÓMICO-AMBIENTAL DE UNA BIORREFINERÍA PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS DE LA CADENA AGAVE-TEQUILA
88
POTENCIAL DE GENERACIÓN DE METANO DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS PROVENIENTES DE SUPERMERCADOS
89
PRODUCCIÓN BACTERIANA DE LÍPIDOS CON ACINETOBACTER 90
ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO A PROFUNDIDAD SOBRE EL BIOGÁS EN MÉXICO 91
TENDENCIAS CIENTÍFICAS Y TECNOLÓGICAS DE LOS BIOENERGÉTICOS EN MÉXICO 92
ESTUFA ECOLÓGICA DE HIDRÓGENO 93 PRE-SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEA DE BIOMASA PRETRATADA DE Agave salmiana
94
EFECTO DEL CONTENIDO DE SÓLIDOS TOTALES Y LA TEMPERATURA SOBRE LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE PAJA DE TRIGO
95
AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN MORFOLÓGICA DE MICROALGAS DEL ESTADO DE CHIAPAS CON POTENCIAL BIOENERGÉTICO
96
PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO DE PAJA DE TRIGO CON Penicillium sp. PARA AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE METANO
97
EFECTO DE LA RELACIÓN SUSTRATO-INOCULO SOBRE LA GENERACIÓN DE METANO EMPLEANDO RESIDUOS PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA MEZCALERA
98
PRETRATAMIENTO ÁCIDO DE BAGAZO DE AGAVE TEQUILERO Y RASTROJO DE MAÍZ 99 POTENCIAL DE ENZIMAS COMERCIALES PRODUCIDAS EN MÉXICO PARA LA SACARIFICACIÓN DEL BAGAZO DE AGAVE
100
GENERACIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES DE UN PROCESO ALIMENTARIO 101 DISEÑO Y ANÁLISIS DE SISTEMAS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN PARA LA MEZCLA ACETONA-BUTANOL-ETANOL
102
RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS DEL FRUTO DE LA YACA COMO INSUMO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES.
103
PRODUCCIÓN CONTINÚA DE BIOHIDROGENO UTILIZANDO CULTIVOS BACTERIANOS MIXTOS A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES
104
DISEÑO DE UN SISTEMA DE SENSADO Y MONITOREO EN TIEMPO REAL DE TEMPERATURA, OXIGENACIÓN, POTENCIAL DE HIDROGENO, HUMEDAD Y PRODUCCIÓN DE METANO EN UN PROCESO DE BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA, APLICADO A LAS CONDICIONES AMBIENTALES DE HERMOSILLO SONORA.
105
PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES A PARTIR DE PAJA DE TRIGO UTILIZANDO CEPAS DE Clostridium
106
PRODUCCION DE HIDROGENO Y COMBUSTIBLES LIQUIDOS EN REFINERIAS DE PETROLEO A PARTIR DE BIOMASA LIGNOCELULOSICA
107
VALORIZACIÓN DE PORCINAZA COMO SUSTRATO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL MICROALGAL EN RACEWAY DE 200L
108
EFECTO DEL PRETRATAMIENTO HIDROTÉRMICO SOBRE BAGAZO DE AGAVE 109 PRETRATAMIENTO HIDROTERMICO EN PENCAS DE AGAVE AMERICANA TIPO L DE LA REGIÓN SURESTE DE COAHUILA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
110
USO DEL BAGAZO DEL AGAVE EN TERMINOS DE UNA BIOREFINERIA 111
DESARROLLO Y EVALUACIÓN DE UN BIODIGESTOR RÍGIDO MODELO DM1 112 OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGRAGADO MEDIANTE LA OXIDACIÓN CATALITICA DEL GLICEROL
113
EVALUACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO PARA LA MEZCLA ACETONABUTANOL-ETANOL UTILIZANDO ACETATO DE HEPTILO COMO AGENTE DE SEPARACIÓN
114
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN UN SISTEMA EN CODIGESTIÓN ANAEROBIA EN FASES A PARTIR DE BIOMASA GENERADA EN UNA PLAZA COMERCIAL
115
CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA, FENOLÓGICA Y BIOQUÍMICA DE GENOTIPOS DE COYOL Acrocomia aculeata (JACQ), PARA DETERMINAR SU POTENCIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN MÉXICO
116
EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE GENOTIPOS DE MORINGA Moringa oleífera Lam., PARA LA PRODUCCIÓN DE SEMILLA, COMO INSUMO PARA PRODUCIR BIODIESEL EN MEXICO.
117
MEJORA SOBRE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS DE LA INDUSTRIA PROCESADORA DE MANGO
118
EXTRACCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOS DE ASERRÍN DE MADERA DE Pinus patula POR EXPLOSIÓN SÚBITA DE VAPOR Y HPLC
119
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES DIVERSOS
120
EVALUACIÓN DE LOS CRITERIOS E INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD NECESARIOS PARA LA PRODUCCIÓN Y USO DE BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS: EL CASO DE LA LEÑA
121
CUANTIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES (PLÁTANO, PAPAYA Y MANGO)
122
COMPOSICION QUIMICA Y PROPIEDADES TERMICAS DE BIOMASA LEÑOSA DE LA SELVA BAJA DEL ESTADO DE YUCATAN.
123
DISEÑO, DIMENSIONAMIENTO, FABRICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE ESTUFA Y HORNO DE LEÑA DE SEGUNDA GENERACIÓN
124
LA REFORMA ENERGÉTICA Y LOS COMBUSTIBLES FORESTALES 125
ADECUACIÓN Y APROVECHAMIENTO TÉRMICO SEMICONTINUO DE SEMILLA DE TEJOCOTE 126 PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Y ABONO ORGÁNICO MEDIANTE CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS Y ESTIÉRCOL PORCINO
127
PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE CELULOSA DE RASTROJO DE MAÍZ 128 USO DE CÁSCARA DE MANGO Y DE UNA LEVADURA NATIVA DEL ESTADO DE SINALOA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN.
129
IDENTIFICACIÓN DE MICROALGAS PARA USOS BIOENERGÉTICOS. 130 POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES EN BIOMASA DE OPUNTIA HIDROLIZADA CON ÁCIDO DILUIDO
131
ESTUFA ECOLÓGICA INTEGRAL 132 CARACTERIZACION DE LOS PRODUCTOS LIQUIDOS Y SOLIDOS OBTENIDOS DE LA PIROLISIS DE LA BIOMASA LEÑOSA .
133
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE Agave tequilana Weber EN LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN UN REACTOR ANAEROBIO EN LOTE SECUENCIAL
134
PRODUCCION DE ENZIMAS CELULASAS Y XILANASAS CON Pleurotus ostreatus Y CEPA TSO46 135
CULTIVADOS SOBRE PAJA DE TRIGO
Análisis Energético en la Planeación Óptima de la Producción de Biobutanol. 136 RODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BAGAZO DE AGAVE DESLIGNIFICADO CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO ALCALINO Y SACARIFICADO CON MEZCLAS ENZIMÁTICAS
137
Sistema piloto de digestión anaerobia en dos etapas: Operación del reactor de hidrólisis/acidogénesis
138
Determinación de emisiones fugitivas provenientes de estufas de leña usadas en México y Centro América; contribución a los protocolos internacionales (ISO).
139
ANÁLISIS DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES DEL APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS COMO BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS: ESTUDIO DE CASO DE UNA EMPRESA FORESTAL EN JALISCO
140
FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES FORESTALES: ESTUDIOS DE CASO EN MÉXICO
141
Utilización de la hemicelulosa para la obtención de prebióticos en una biorrefinería 142
POTENCIAL BIOENERGÉTICO DE RESIDUOS AGRÍCOLAS EN EL ESTADO DE CHIAPAS 143 BIODEGRADACIÓN DE BENCENO, TOLUENO Y XILENO MEDIANTE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA
144
SACARIFICACIÓN ENZIMÁTICA DE PERICARPIO DE MAÍZ PRETRATADO CON H2SO4 DILUIDO Y SIN PRETRATAR PARA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
145
Estudio de viabilidad técnica y sustentabilidad de dos combustibles de transporte alternativos 146 COMPARACIÓNDE DIVERSAS TÉCNICAS DE AUTOFLOCULACIÓN PARA LAS MICROALGAS Nannochloropsis oc Y Dunaliella tertiolecta IMPORTANTES EN LA FABRICACIÓN DE BIODESEL.
147
INHIBICIÓN DE CEPAS PRODUCTORAS DE XILITOL EN PRESENCIA DE PRETRATADO DE RASTROJO DE MAÍZ
148
Separación de ABE mediante columnas de pared dividida asistida por extracción líquidalíquida 149 EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO CELULAR DE LA MICROALGA DUNALIELLA TERTIOLECTA EN DIFERENTES MEDIOS DE CULTIVO PARA PRODUCCIÓN MASIVA
150
EFECTO DEL PRETRATADO DE BAGAZO DE AGAVE SOBRE EL CRECIMIENTO DE LEVADURAS PRODUCTORAS DE XILITOL
151
USO DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN LA PRODUCCIÓN DE ENDOGLUCANASAS POR LA CEPA NATIVA Cladosporium sp.
152
ELABORACIÓN DE BRIQUETAS A PARTIR DE BAGAZO DE Agave cupreata 153
SCENEDESMUS ACUMINATUS, FUENTE DE ENERGÍA ALTERNATIVA. 154
PRODUCCIÓN SUSTENTABLE DE Jatropha curcas L, FUENTE DE INSUMOS ENERGÉTICOS 155 Evaluación del consumo de energía por molienda de diferentes fracciones de residuos orgánicos y determinación de su potencial de producción de metano
156
OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÓLISIS DE LA FRACCIÓN HEMICELULÓSICA DE OLOTE DE MAÍZ PARA SU BIOCONVERSIÓN A XILITOL
157
DESARROLLO DE UN METODO DE ESTIMACION DE PARAMETROS CINETICOS DE MODELOS CON INHIBICION POR PRODUCTO, VARIOS SUSTRATOS LIMITANTES MEDIANTE REGRESION NO LINEAL
158
INTENSIFICACIÓN DEL PROCESO DE BIODIESEL MEDIANTE LA INTEGRACIÓN DE MASA Y ENERGÍA 159 DETERMINACIÓN DE HUELLA DE CARBONO EN LA FASE AGRÍCOLA DE TRIGO Y MAÍZ PARA PRODUCCIÓN DE ETANOL 2G
160
CARACTERIZACIÓN FÍSICA, MECÁNICA Y ENERGÉTICA DE PELLETS DE ESPECIES COMUNES TROPICALES
161
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL CARBÓN DE MEZQUITE (Prosopis spp.) PRODUCIDO EN FORMA ARTESANAL MEDIANTE LA TÉCNICA DE PARVAS EN COMUNIDADES INDÍGENAS DEL SUR DE SONORA
162
CARACTERIZACIÓN DE ASTILLAS DE MADERA EN EL ESTADO DE CHIHUAHUA, MÉXICO 163
Biomasa residual de la producción de biodiesel como substrato para la generación de bio H2 164
PRODUCCIÓN DE POLIHIDROXIBUTIRATO POR FERMENTACIÓN: BIOPLÁSTICO BIODEGRADABLE 165 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS PRELIMINARES DEL SUBPRODUCTOS FORESTALES PREVENIENTE DE TRES EMPRESAS DEL ESTADO DE MICHOACÁN.
166
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS PRELIMINARES DE LA BIOMASA FORESTAL PREVENIENTE DE CUATRO EMPRESAS DEL ESTADO DE CHIHUAHUA
167
ESTUDIO PRELIMINAR SOBRE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE RESIDUOS MADERABLES 168
PREVENIENTES DE TRES EJIDOS DE QUINTANA ROO.
EFECTO DE LA RELACIÓN C:N EN LA PRODUCCIÓN DE H2 Y POLIHIDROXIALCANOATOS UTILIZANDO UN CONSORCIO DE BACTERIAS FOTOTRÓFICAS
169
SISTEMA FOTOBIOTECNOLÓGICO A LA INTEMPERIE PARA LA OBTENCIÓN DE BIOMETANO CON BAJO CONTENIDO DE O2
170
Obtención de xilitol a partir de hemicelulosas de olote de maíz 171 NFLUENCIA DE NANOPARTÍCULAS DE Fe0 SOBRE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE LODOS ESIDUALES
172
DILUCIDACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS EN EL PROCESO DE HIDRODESOXIGENACIÓN DE ACEITES VEGETALES.
173
ENERGÍA A PARTIR DE BIOGÁS EN GRANJAS PORCINAS: CASO DE ESTUDIO EN MÉXICO 174 PRODUCCIÓN CONTINUA DE BIOHIDRÓGENO A PARTIR DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS EN REACTORES DE BIOPELÍCULA CON LECHO ESTRUCTURADO
175
SÚPER SORGO: CARACTERIZACIÓN LIGNOCELULOSICA PARA EVALUAR EL RENDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
176
IV REUNION NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUDIO DE LA ACTIVIDAD DE LA β-GLUCOSIDASA DE Clavispora
lusitaniae
Erika Alfayuset Ochoa Chacón, Ana C. Ramos Valdivia, Alfredo Martínez*, Teresa Ponce Noyola.
Departamento de Biotecnología y Bioingeniería – CINVESTAV Unidad Zacatenco, Ciudad de
México 07360, *IBT-UNAM, [email protected]
Palabras clave: celobiosa, represión, actividad.
Introducción: La celobiosa es uno de los principales
azúcares resultantes de la degradación de la celulosa.
Se han buscado microorganismos capaces de
asimilar y fermentar celobiosa a etanol. Los géneros
más utilizados son recombinantes de Kluyveromyces
y Saccharomyces (Rani et al, 2014). Para la
producción de etanol a partir de celobiosa, la β-
glucosidasa es una enzima clave en levaduras ya que
es capaz de escindir este disacárido (Rani et al, 2014). Clavispora lusitaniae, levadura aislada de mostos de
mezcal, tiene la capacidad de asimilar la celobiosa,
sin embargo no se han determinado las condiciones
de regulación de su β-glucosidasa.
Metodología: C. lusitaniae se creció en celobiosa y/o
glucosa para determinar condiciones de inducción o
represión de la β-glucosidasa. Se determinaron las
mejores condiciones de pH y T para la actividad de la
enzima. La actividad fue estimada midiendo la
liberación de ρ-nitrofenol (pNP) mediante la hidrólisis
de ρ-nitrofenil-β-D-glucopiranósido (pNPG), la
medición de azúcares reductores se realizó utilizando
el método de DNS (Miller, 1959) y HPLC, la proteína
total se cuantificó por el método de Lowry (1951).
Resultados: Se probaron diferentes pH‘s y diferentes
reguladores para determinar la actividad de la β-
glucosidasa, observando la actividad más alta en
regulador citratos-fostatos pH 6.0 (Figura 1). Así
mismo se determinó que 45°C es la mejor
temperatura para la actividad de la enzima (Tabla 1).
En ensayos previos se observó que la actividad de la
β-glucosidasa cuando C. lusitaniae se creció en
celobiosa fue de 70 U/mg aproximadamente. Al crecer
en glucosa y celobiosa al mismo tiempo se observó
que la actividad de la enzima se redujo en un 28%,
indicando que la glucosa está actuando como un
represor de la misma (Figura 2).
Figura 1. Actividad específica de la β-glucosidasa de C. lusitaniae en diferentes pH y soluciones amortiguadoras.
Tabla 1. Actividad específica de la β-glucosidasa de C. lusitaniae
a diferentes temperaturas en regulador citrato-fosfato.
Temperatura (°C) Actividad específica (U/mg)
40 35.1
45 65.1
50 16.5
55 11.6
Figura 2. Actividad de la B-glucosidasa de C. lusitaniae en MM y
0.5% de glucosa y 0.5% de celobiosa.
Conclusiones: La actividad de la β-glucosidasa de C.
lusitaniae disminuye en presencia de glucosa, esto
apunta a una posible represión de la enzima por parte
de este azúcar.
Agradecimientos: CONACyT proyecto CB-
14/236895.
Bibliografía: Rani V, Mohanram S, Tiwari R. (2014). J
Bioprocess Biotech. Vol (5): 1-8.
Saini J, Tewari L. (2014). 3 Biotech. Vol (5): 337-353.
Fosfato Citrato fosfato Citrato
6.5 pH 5.5
150
100
50
Celobiosa Actividad
Tiempo (h) 24 12 10
Biomasa Glucosa
40
20
60
(g/L
) A
ct esp (
U/m
g)
Act.
en
z (
U/m
g p
rot)
IV REUNION NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Estandarización de las condiciones de operación del proceso de producción de etanol a partir de celobiosa por Saccharomyces cerevisiae RP2-BGL
Castro-Eddy Luis1, Poggi-Varaldo Hector1, Cristiani-Urbina Eliseo2, Ponce-Noyola Teresa1
1Departamento de Biotecnología y Bioingeniería – CINVESTAV Unidad Zacatenco, Ciudad de México 07360 2 Departamento de Ingeniería Bioquímica – ENCB, IPN Unidad Zacatenco, Ciudad
de México 07738 [email protected]
Palabras clave: Superficie de respuesta, bioetanol de segunda generación, bioprocesos
Introducción: La producción de bioetanol a partir
de biomasa lignocelulósica es una alternativa para
solucionar la actual crisis ambiental y energética.
Para la obtención de este etanol celulósico se
requiere descomponer la celulosa y hemicelulosa
que conforman este material en azúcares
fermentables, el cual es un paso económicamente
limitante (1). Un acercamiento es la implementación
de procesos de fermentación y sacarificación
simultánea, sin embargo, aún es necesario mejorar
los rendimientos para que estos procesos sean
llevados a gran escala. En el presente trabajo se
realizó la estandarización de las condiciones de
operación en el proceso de obtención de etanol a
partir de celobiosa usando la recombinante
Saccharomyces cerevisiae RP2-BGL productora de
una β-glucosidasa.
Metodología: Se utilizó el medio YPC (Peptona
2%, extracto de levadura 1%, celobiosa como fuente
de carbono). El microorganismo utilizado fue
Saccharomyces cerevisiae RP2-BGL. Las
fermentaciones se llevaron a cabo en frascos
serológicos de 25 conteniendo 20 mL de medio y en
reactores my-control (Applikon®) con 400 mL de
medio. Las determinaciones analíticas de celobiosa
y etanol se realizaron mediante cromatografía de
alta resolución HPLC. El análisis estadístico se
realizó con el software Design Expert X®.
Resultados: Se evaluó el impacto de 3 factores
(agitación, concentración de inóculo y concentración
inicial de celobiosa) sobre el proceso de producción
de etanol siguiendo 3 variables de respuesta (VR)
(concentración final de etanol, sustrato residual y
rendimiento producto-sustrato) mediante un diseño
compuesto central con puntos axiales (Tabla 1).
Tabla 1.Factores evaluados en valores reales.
Se realizó un ANDEVA para cada una de las
variables de respuesta de las cuales el modelo
generado para el rendimiento es no significativo
debido a su valor p- (Tabla 2). De los factores
evaluados se determinó que la agitación no es
significativa en ninguna de las VR por lo que se
excluyó de los modelos para la optimización
numérica. Esto se debe posiblemente a que los
fenómenos difusivos son suficientes para llevar a
cabo el mezclado y evitar posibles inhibiciones por
producto o sustrato.
Tabla 2. Estadígrafos obtenidos mediante ANDEVA (α=0.05).
VR Valor p- R2
Etanol Final <0.001 0.92
Celobiosa Residual <0.001 0.74 Rendimiento 0.22 ND
Las condiciones determinadas por el algoritmo de
optimización numérica del software Design Expert®
son las siguientes: Inóculo 1.2 gL-1, celobiosa inicial
26.6 gL-1, sin agitación. Con base en el modelo
obtenido se predijo obtener 10.64 gL-1 de etanol y
3.31 gL-1 de celobiosa residual al término del
proceso. La validación del modelo se realizó en los
reactores de mesa, obteniéndose mejores
resultados que los previstos con una concentración
final de etanol de 12.71 ± 0.80 gL-1, 0.75 ± 0.36 gL-1
de celobiosa residual y un rendimiento promedio de
0.50 gEtOHgcelobiosa-1 siendo éste 20% mayor que el
reportado por Ríos-Franquez (2017) con el mismo
microorganismo, el cual a es el 93% del máximo.
Conclusión: La estandarización de las condiciones
de operación mediante técnicas de optimización
permite mejorar los rendimientos finales del proceso
de obtención de etanol a partir de celobiosa
Bibliografía 1.-Lynd LR., Weimer PJ, vanZyl WH, Pretorius IS
(2002) Microbiol Mol Biol Rev 66:506-577. 2.-Rios-Franquez FJ, Gonzalez-Bautista E, Ponce-Noyola T, Ramos-Valdivia A, Poggi- Varaldo H, García-Mena J, Martínez A (2017) Arch Microbiol 4:605-611.
Factor Unidad -1
Agitación rpm 0 50
Celobiosa gL-1 10 25 40
Inóculo gL-1 0.5 0.75
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CUANTIFICACIÓN DE PRODUCTOS INHIBIDORES DE LA FERMENTACIÓN
DURANTE EL PRETRATAMIENTO ÁCIDO DE BAGAZO DE CAÑA DESTOXIFICADO.
José Miguel Valladares Tovar, Odilia Pérez Ávalos, Teresa Ponce Noyola. Centro de Investigación
y de Estudios Avanzados del IPN. Departamento de Biotecnología y Bioingeniería. Ciudad de
México. Código Postal 07360. [email protected].
Palabras clave: Compuestos fenólicos, Furfural, 5-hidroximetil furfural,
Introducción. El bagazo de caña es un
recurso importante para su uso en la
producción de biocombustibles como el
etanol (1). Debido a su complejidad es
necesario realizar un pretratamiento físico,
químico o biológico para hidrolizar la
estructura de lignina-hemicelulosa y mejorar
la degradación enzimática de la celulosa (2).
Se ha reportado que el pretratamiento ácido
forma productos como furanos, ácidos
orgánicos y compuestos fenólicos, que son
inhibidores de la fermentación y la disminución de azúcares simples. Existen
varios procesos que implican la detoxificación
con hidróxido de calcio (CaOH) de este
material pretratado para disminuir la
concentración de estos productos inhibidores
(3).
Metodología. Los hidrolizados ácidos del
bagazo de caña (BC) antes y después de
destoxificar, fueron analizadas por HPLC
para la cuantificación de los distintos
compuestos, utilizando una columna Zorbax
y un detector de diodos (DAD). Fase móvil
400mL metanol, agua 1:1 y 200μL de ácido
fosfórico al 85% con λ=280 y flujo de 0.8
mL/min.
Resultados. Se identificaron algunos de los
productos inhibidores dentro de los
hidrolizados, antes y después de la
destoxificación como ácido clorogénico,
protocatequínico, vainillínico, cumárico y
ferúlico principalmente (Fig 1). La totalidad
de los compuestos fenólicos disminuyeron de
17.70 a 9.11 μg/mL en el hidrolizado ácido de
BC cuando se destoxificó. Sin embargo, el
cumárico no disminuyó (Fig 1).
El furfural y 5-hidroximetil furfural (HMF)
también disminuyeron después de la
destoxificación de 9.14 a 5.25 μg/mL y de
54.03 a 34.80 μg/mL respectivamente (Fig 2).
Figura 1. Compuestos fenólicos en hidrolizados ácidos de BC antes (Negro) y después (Blanco) de la
destoxificación con CaOH.
Figura 2. Furanos en hidrolizados ácidos de BC antes
(Negro) y después (Blanco) de la destoxificación con CaOH.
Conclusiones. La destoxificación de los
hidrolizados ácidos de bagazo de caña con
CaOH disminuye los compuestos inhibitorios
formados durante el pretratamiento.
Agradecimientos. Proyecto CB-14/236895
Bibliografía
1.- Alonso, W., Garzone, P., & Cornacchia, G. 2007. Waste Management, 27 (7), 869-885. 2.- Jönson, L., & Martín C. 2016. Bioresour. Technol. 199. 103-112.
3.- Kim,Y., Ximenes, E., Mosier, N., Ladisch M. 2011. Enzyme Microbial Technol 48 (4–5).408–415.
8 7 6 5 4 3 2 1 0
50
40
30
20
10
0
HMF Furfural
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUDIO QUÍMICO DE SEMILLAS DE ESPECIES DE JATROPHA ADAPTADAS A LAS
CONDICIONES ÁRIDAS Y SEMI-ÁRIDAS DEL NOROESTE DE MÉXICO.
Luis Angel Medina-Juárez, Nohemí Gámez-Meza, Corina Hayano-Kanashiro y Claudia C. Molina-Domínguez,
Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad de Sonora, Rosales y Blvd. Luis
Encinas, CP 83000, Hermosillo, Sonora, México.
Correo electrónico: [email protected].
Palabras clave: Aceite, compuestos fenólicos, biodiésel.
Introducción. Entre los cultivos prometedores para
la producción de biocombustibles se encuentran las
plantas del género Jatropha. Estas plantas
pertenecen a la familia de las Euphorbiaceae, que
incluye al menos 186 especies distribuidas en
América, África e India, de las cuales
aproximadamente 39 se encuentran en México (1).
En el Noroeste del país, las más representativas son
Jatropha cordata (JCo), Jatropha cadiophylla (JCp) y
Jatropha cinerea (JCi), las cuales están adaptadas a
las condiciones de las zonas áridas y semiáridas (2).
Las semillas de Jatropha tienen un contenido
importante de aceite y se consideran una fuente
potencial para la obtención de biodiésel de calidad
alta por su contenido alto de ácido graso oleico y
linoleico (3). Sin embargo, un contenido alto de
ácidos grasos poliinsaturados puede afectar
negativamente la estabilidad oxidativa del biodiésel.
Por tal razón, es importante evaluar la presencia de
compuestos antioxidantes en esas semillas, como
una alternativa de protección como antioxidante al
agregarlos al aceite y biodiésel. El objetivo de este
trabajo fue el estudio de las semillas de JCo, JCp y
JCi como fuente de aceites para su posible utilización
en la obtención de biodiésel y de sus pastas como
fuente de compuestos fenólicos.
Metodología. JCo y JCp fueron colectadas en
Hermosillo Sonora mientras que JCi fue colectada en
Bahía de Kino, Sonora. Estas semillas fueron
molidas y el aceite se extrajo con hexano (1:6 p/v)
por 4 h. La cuantificación de ácidos grasos se realizó
por el método de cromatografía de gases (método
AOCS Ce 1h-05), a través de la cuantificación de sus
metil esteres (método AOCS Ce 2-66) (4). Se
determinó el número de cetano a partir del perfil de
los ácidos grasos de los aceites. La cuantificación e
identificación de compuestos fenólicos se realizó en
un equipo HPLC, con una columna SupercosilTM
LC18 y detector UV-VIS (5). Por último, se determinó
la capacidad antioxidante de estos compuestos por
los métodos ABTS y DPPH (6).
Resultados. Los resultados mostraron en las
semillas de JCo, JCp y JCi, un contenido alto de
aceite 51.7, 53.7 y 50.6%, respectivamente. Además,
los ácidos grasos presentes en los aceites de JCo,
JCp y JCi fueron el ácido linoléico (49.88, 50.72 y
46.92 %), el ácido oléico (36.60, 34.36 y 34.03%), el
ácido palmítico (7.66, 8.03 y 10.8%) y el ácido
esteárico (4.16, 5.41 y 6.71%), respectivamente. De
acuerdo al perfil de ácidos grasos de los aceites de
JCo, JCp y JCi se puede predecir que estos aceites
producirán un biodiésel con un número de cetano
alrededor de 50. Los principales ácidos fenólicos
identificados en los extractos alcohólicos de las
pastas de JCo, JCp y JCi fueron gálico, caféico,
clorogénico, sinápico y ferúlico y los flavonoides
miricetina, quercetina y epicatequina. Estos extractos
mostraron además capacidad antioxidante.
Conclusiones. En base a los resultados de estos
estudios se puede concluir que las semillas de JCo,
JCp y PCi, resultaron ser una fuente importante de
aceites con un perfil de ácidos grasos adecuado para
ser utilizados en la producción de biodiésel. Además,
sus pastas son una fuente importante de compuestos
fenólicos con actividad antioxidante.
Bibliografía. 1.Steinmann V. (2002). Acta Botanica Mexicana. 61:61-93. 2.Fresnedo-Ramírez J., Orozco-Ramírez Q. (2013). Genet.
Resour. Crop Evol. 60(3):1087-1104. 3. Gubitz G.M., Mittelbach M., Trabi M. (1999). Bioresour. Technol.
67(1):73-82. 4. AOCS, (2009). Official Methods and Recommended Practices of
the AOCS, 6th edn. AOCS Press, Urbana, IL. 5. Cantos E., García-Viguera C., Pascual-Teresa S., Tomás- Barberán F.A. (2000). J. Agric. Food Chem. 48(10):4606–4612. 6.Molina-Quijada D.M.A., Medina-Juárez L.A., González-Aguilar
G.A., Robles-Sánchez M., Gámez-Meza N. (2010). CyTA- Journal of Food. 8(1):57-63.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PROPUESTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE LIRIO ACUATICO PROVENIENTE DEL LAGO DE YURIRIA EN GUANAJUATO.
1Alan Paulus Landeros Mejía, 2Alma Hortensia Serafín Muñoz, 3Miriam Olivia Patlán González, 4Michelle Farfán Gutiérrez, 5Berenice Noriega Luna, 6Alejandro Zaleta Aguilar.
1 ap.landeromejí[email protected], 2 [email protected], 3 [email protected], 4
[email protected], 5 [email protected], 6 [email protected]. División de Ingenierías, Universidad de Guanajuato. En Guanajuato cp. 36000.
Palabras clave: Lignina, celulosa, hemicelulosa. INTRODUCCIÓN. El lirio acuático (Eichhornia crassipes) es una planta macrofita, originaria de Brasil y Ecuador, pero geográficamente puede desarrollarse en latitudes tropicales o subtropicales1. Esta planta se reproduce sexual y asexualmente y se caracteriza por su tolerancia a diferentes tipos de climas. Esta macrofíta invade los cuerpos de agua con facilidad2, debido al tipo de dispersión (a través de propágulos) que desarrolla, y es capaz de alcanzar una tasa de crecimiento de 17. 5 ton/Ha dependiendo de las condiciones ambientales1–3, lo cual la ubica como una de las malezas acuáticas más nocivas, debido al impacto ambiental que genera por eutrofización de aguas. 3. Debido a la dificultad y los altos costos implicados en la remoción del lirio acuático (E. crassipes) de los cuerpos de agua y su composición estructural (celulosa 35.84 % hemicelulosa 19.42% lignina 13.27%)4 se han planteado diversos proyectos para su aprovechamiento sustentable2 enfocándose en la conversión de residuos celulósicos para obtener productos de valor agregado.
Se plantea la obtención de pellets a partir de la materia seca y bioetanol partiendo de azucares fermentables contenidas en la biomasa del4. METODOLOGÍA. De acuerdo con Patlán, M. & Serafín, 2016; Villalba, 2012; y Das, et al, 2016 Previo a la fermentación es necesario pretratar la biomasa seca (figura 1).
Figura1.- Diagrama de flujo para la obtención de Bioetanol y pellet.
La deslignificación se realiza con ácido H2SO4 al 2%V/V combinado con presión y parámetros de calor/vapor3 teniendo un tiempo de contacto de 40 a 60 minutos2, para aumentar la disponibilidad de azucares posterior a la deslignificación se realiza la sacarificación (hidrolisis) posteriormente, se recuperan y separan ambas partes por filtración o centrifugado2–4. La fermentación de la fracción liquida se inocula con el hongo Sacharomyces
cerevisiae y la fracción solida se somete a proceso de pelletizado2 el cual consiste en prensado de la biomasa y el desecado de la misma en estufa a una temperatura de 40 a 50°C2. RESULTADOS. La producción de bioetanol a partir de la glucosa se lleva a cabo por medio de la fermentación a través de S. cerevisiae. La cual se encarga de obtener 2 moléculas de etanol por cada molécula de glucosa disponible (figura 2).
Figura 2.- ruta catabólica de la glucolisis para la obtención de etanol5.
Se presentan rendimientos del 49% ±1% de bioetanol en la mezcla de sobrenadante y biomasa
previamente deslignificada de lirio acuático (E. crassipes). CONCLUSIONES. El aprovechamiento potencial de la biomasa proveniente del lirio acuático (E. crassipes) ofrece un nuevo campo de oportunidad para obtención de bioenergía en base al marco de la agenda estatal de innovación de Guanajuato. AGRADECIMIENTOS. Se desea agradecer a la Universidad de Guanajuato y la División de Ingenierías del Campus Guanajuato por la infraestructura prestada, así como a la Secretaria de Innovación, Ciencia y Educación Superior (SICES) por el financiamiento otorgado para este trabajo.
BIBLIOGRAFÍA. 1. Conabio. Lirio acuático (Eichhornia. conabio I, 6
(2012). 2. Patlán, M. & Serafín, A. Universidad de guanajuato.
Universidad de Guanajuato I, (Universidad de guanajuato, 2016).
3. Villalba, K. O. & Ríos, L. A. Producción de bioetanol a partir de jacinto de agua ( Eichhornia crassipes ) respecto a otros materiales lignocelulósicos. 2, 42–62 (2012).
4. Das, A., Ghosh, P., Paul, T. & Ghosh, U. Production of bioethanol as useful biofuel through the bioconversion of water hyacinth ( Eichhornia crassipes ). 3 Biotech 6, 1–9 (2016).
5. Catalina, S. No Title. Univ. Tecnol. Pereira N/A, 132 (2009).
III REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRETRATAMIENTO ÁCIDO-ENZIMATICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS DE UNA RECICLADORA DE PAPEL CON FINES DE OBTENCIÓN DE CARBOHIDRATOS PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN.
Juan Carlos Farías-Sánchez
a, María Guadalupe Pineda-Pimentel
a, Alfonso Vargas-Santillán
a, José Guadalupe
Rutiaga-Quiñonesb, Ulises Velázquez Valadez
a,Agustin Jaime Castro-Montoya
a.
aFacultad de Ingeniería Química,
bFacultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de
San Nicolas de Hidalgo, Avenida Francisco J. Mújica S/N Ciudad Universitaria, Morelia, Michoacán, C.P. 58030, MÉXICO.
Palabras clave: hidrólisis ácida, azúcares, residuos papelera
Introducción. La industria del reciclado de papel y cartón genera una gran cantidad de residuos celulósicos que no tienen un uso definido por lo que, de no ser confinados adecuadamente en un relleno sanitario, provocarán un problema ambiental considerable. Su posible utilización como materia prima para la producción de bioproductos como bioetanol, coadyuvará en la reducción de esta problemática y además permitirá obtener un producto con un valor agregado (Yamashita y col., 2010).
Este tipo de residuos contienen una alta cantidad de residuos inorgánicos como carbonatos, los cuales dificultan su uso en cualquier otro proceso.
En este trabajo se estudia el proceso de reutilización de los residuos de la industria del papel para su posible conversión a para su posterior fermentación hacia bioetanol.
Metodología. El proceso considera inicialmente una etapa de molienda del residuo celulósico para reducir el tamaño de partícula y hacer más accesible la hidrólisis ácida y enzimática. Posteriormente se realiza la caracterización química para cuantificar los minerales y el contenido de celulosa. El residuo molido se somete a una primera etapa de pretratamiento por medio de hidrólisis ácida, variando la concentración de ácido sulfúrico, la temperatura y la relación sólido/líquido. Al término de esta etapa, se ajusta el pH a un valor de 5 por medio de una solución de hidróxido de sodio y se separa el sólido residual del líquido hidrolizado. Este sólido residual húmedo es sometido a una etapa de hidrólisis enzimática usando enzimas comerciales de Novozyme Cellic Ctec3 y Cellic HTec3 en una proporción del 6%. Además e agrega buffer de citratos 0.1 M para un mantener el pH a un valor de 5.0 hasta llegar a una proporción S/L de 1:7.5, se coloca en un shaker orbital por 96 horas a 50°C y 300 revoluciones por minuto. Al terminar esta etapa del proceso se cuantifica una muestra del hidrolizado en HPLC para la cuantificación de azúcares.
Resultados. La composición de la materia prima seca se
muestra en la Tabla 1. Puede observarse un alto
contenido de cenizas provenientes de los compuestos minerales presentes en el residuo original. El contenido de holocelulosa lo hace un residuo viable a ser utilizado como materia prima para la producción de bioproductos.
Tabla 1. Composición del material de la materia prima inicial.
Componente Cantidad (% w/w)
Extraíbles 9.39 ± 0.22
Lignina 13.15 ± 0.04
Cenizas 33.84 ± 0.87
Holocelulosa 43.61 ± 0.99
Los mejores resultados, en cuanto a la producción de azúcares fermentables se obtuvieron a las siguientes condiciones: 5% de ácido sulfúrico en proporción 1:10 sólido-líquido (S/L), 1 hora de reacción a 120°C. A estas condiciones se obtuvieron 30.47 g/l de azúcares fermentables. Cuantificando por separado los rendimientos de las etapas estudiadas se obtuvo lo siguiente: 70.66% para el pretratamiento y 52.4% para la hidrólisis enzimática. Con estos resultados se logra un rendimiento global del 37.03% o en su defecto por cada tonelada de materia prima seca se obtienen 161.47 kg de azúcares fermentables.
Conclusiones. La baja conversión global del proceso se le atribuye a que el ácido sulfúrico reacciona de manera preferencial con las sales minerales presentes en el residuo formando sulfato de calcio y reduciendo su impacto en la hidrólisis ácida y consecuentemente en la hidrólisis enzimática.
Bibliografía.
Yamashita, Y., C. Sasaki yY. Nakamura (2010). "Development of efficient system for ethanol production from paper sludge pretreated by ball milling and phosphoric acid." Carbohydrate polymers 79(2): 250-254.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DE LA INHIBICIÓN DE LA RESPIRACIÓN SOBRE EL CRECIMIENTO DE
Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE AIREACIÓN
1José Ángel Granados-Arvizu,
1Blanca Estela García-Almendárez,
1Aldo Amaro-Reyes,
2Juan Carlos González-
Hernández, 3Rubén Salcedo-Hernández,
1Carlos Regalado-González. DIPA, PROPAC. Facultad de Química,
Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las campanas S/N Querétaro, 76010. México. 2Laboratorio de
bioquímica, Instituto Tecnológico de Morelia, Ave. Tecnológico 1500, Col. Lomas de Santiaguito, Morelia, 58120.
México. 3DICIVA, Campus Irapuato-Salamanca, Universidad de Guanajuato, Ex Hacienda el Copal km 9, Carretera
Irapuato-Salamanca, Irapuato, Guanajuato. México. 1E-mail:[email protected]
Palabras clave: Bioetanol, xilosa,arabinosa
Introducción. S. stipitis ha despertado gran interés en el aprovechamiento de las pentosas provenientes de la biomasa lignocelulósica, debido a rendimientos de fermentación cercanos al teórico y una baja producción de xilitol (1). El estudio de las bases fisiológicas del metabolismo fermentativo permitiría su optimización y con ello, el incrementar los rendimientos de etanol a partir de pentosas (2). El paso crítico en el metabolismo de la xilosa es la conversión a xilitol por la D-XR, la cual emplea NADH como agente reductor. Posteriormente, el xilitol puede ser transformado a xilulosa vía D-XDH (NAD+) dependiendo del nivel de O2 en el medio. Esto resulta en un metabolismo dependiente del nivel de NADH/NAD+. Como consecuencia, la ausencia de O2 puede afectar la relación de los cofactores y con esto, el rendimiento final de etanol. Por lo que, el uso de inhibidores de la cadena respiratoria puede ayudar a dilucidar el efecto del O2 sobre el crecimiento y fermentación de S. stipitis
Metodología. El crecimiento de S. stipitis se evaluó en un medio de cultivo con la siguiente composición (g·L
-
1): extracto de levadura, 10; y peptona, 20; a pH 5.0.
Se probaron 3 fuentes de carbono; glucosa, xilosa y arabinosa al 0.1, 1.0 y 10% evaluando 3 niveles de aireación; alta (250 rpm), media (125 rpm) y nula (0 rpm) con y sin Antimicina A (AA) (100 μL/mL) a 30 ºC por 24 h en un lector Bioscreen C MBR tomando lecturas de DO a 600 nm y 30 min por 24 h. Se calcularon tiempos de duplicación (td) y cinéticas de crecimiento (3), consumo de fuente de carbono y velocidad de consumo por tasa de acidificación. Se evaluó la significancia de los factores mediante JMP v.8.0 (SAS Inc, Cary, NC, USA).
Resultados. El efecto de la inhibición de la respiración con AA en S. stipitis se observa en la Figura 1.0. Se
pudo diferenciar el crecimiento por una vía no respiratoria en glucosa a 0.5 y 0.05 M en las tres agitaciones y en xilosa al 0.5 y 0.05 M a 250 y 125 rpm.
Fig. 1. A. Cinéticas de crecimiento en las diferentes fuentes de carbono probadas. B % de consumo final de glucosa y C. Tasa de
acidificación extracelular de S. stipitis en Glucosa.
Conclusiones. La inhibición del complejo bc1 de la cadena respiratoria de S. stipitis, permitió inducir el crecimiento respiro-fermentativo en glucosa y xilosa, y se inhibió en arabinosa, descartándola como una fuente de carbono potencial para producir etanol.
Agradecimiento. Al CONACYT por la beca de doctorado No. 427087 y al Dr. Luis Alberto Pérez Madrigal por las aportaciones al proyecto.
Bibliografía.
1. Lighthelm, M, Prior, B, du Preez, J. (1988). Appl Microbiol Biotechnol. 29: 67 – 71. 2. Jeffries, T.W., Jin, D.W. (2007) Appl Microbiol Biotechnol. 63: 495- 509. 3. Madrigal, LA, Canizal, JC, Reynoso, R, Nava, G, Ramos, M. (2016). Yeast. 33: 227 – 234.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
VALORIZACIÓN DEL GLICEROL CRUDO OBTENIDO DE LA REACCIÓN DE BIODIESEL A TRAVÉS DE LA REACCIÓN DE HIDROGENÓLISIS
A. López, J. A. Aragón, S. Castillo, Myriam-Adela Amezcua-Allieri, Jorge Aburto, Rafael Mtz-Palou Gerencia de Transformación de Biomasa, Instituto Mexicano del Petróleo, Eje Central Lázaro
Cárdenas Norte 152, 07730, CDMX. E-mail: [email protected]; [email protected] Palabras claves: hidrógeno, 1,2-propanodiol, etilénglicol
Introducción. El glicerol crudo es un subproducto obtenido en el proceso de producción de biodiesel. Su precio comercial ha disminuido debido a la sobreproducción a nivel mundial y a que los mercados convencionales como el farmaceútico y de cosméticos se encuentran saturados. Dada la estructura química del glicerol (triol), puede ser transformado a otros productos con mayor valor agregado en otros mercados emergentes. Por ejemplo, los dioles (1,2- y 1,3-propanodiol (PDO)) y etilénglicol (ETG) son de gran interés como materia prima en la obtención de polímeros comerciales. En este trabajo, se describe el estudio de transformación del glicerol crudo (pureza: 65%) a propanodioles a través de la reacción de hidrogenólisis,1 para lo cual se sintetizaron y evaluaron diferentes catalizadores de tipo hidrotalcitas (Hdt),2 siendo la hidrotacita dopada con cobre la que permitió una mejor conversión y rendimiento.
Metodología. Las Hdt se sintetizaron por el método de coprecipitación a pH = 10 a partir de una solución metálica a 60°C, 24 h. Los cationes divalentes empleados para la sustitución del Mg2+ en los materiales tipo Hdt fueron: Fe2+, Ni2+, Cu2+ y Zn2+ (15% peso) Los catalizadores se caracterizaron por Difracción de Rayos X (DRX), propiedades texturales y microscopía SEM. La hidrogenólisis se llevó a cabo en un reactor Paar (100 mL) con agitación (250 rpm), en un intervalo de presión de hidrógeno entre 0-500 psi, a 180 y 200°
durante 24 h (Figura 1).
Fig. 1. Hidrogenólisis del glicerol
Resultados. En la Tabla 1 se resume la caracterización de los catalizadores usados.
Tabla 1. Área superficial y DRX de los catalizadores. Muestra M2+/M3+ SBET*
(m2/g)
d003 (Å)
d110 (Å)
a (Å)
c (Å)
Fe-Hdt 2.5 289 164 288 3.10 23.0
Ni-Hdt 2.5 214 146 331 3.04 22.8
Cu-Hdt 3.1 259 108 243 3.07 23.0
Zn-Hdt 2.5 238 91 245 3.06 23.2
Los óxidos mixtos obtenidos del tipo Hdt presentaron isotermas del tipo IV, sólidos mesoporosos, con lazos de histéresis tipo H. Estos catalizadores fueron evaluados en la reacción de hidrogenólisis en las condiciones de trabajo que dieron lugar a las mayores conversiones y selectividad del glicerol crudo a 180°C, 24h, glicerol/catalizador de 1:12.
Tabla 2. Resultados de la reacción de hidrogenólisis. Catalizador Conversión
(%)
Selectividad (%) 1,2-PDO ETG 1,3-PDO
Fe-Hdt 50.6 50.6 0 0
Ni-Hdt 47.8 100 0 0
Cu-Hdt 97.8 74.1 3.7 22.3
Zn-Hdt 0 0 0 0
Los trabajos descritos previamente sobre valorización del glicerol emplean glicerol puro y catalizadores que contienen metales caros como Pd o Pt y condiciones de reacción más drásticas.4 Como se muestra en Tabla 2, el catalizador de Cu-Hdt resulta una excelente alternativa para valorizar al glicerol crudo (65%) ya que permiten obtener elevados rendimientos y selectividad a 1,2-PDO en condiciones ―suaves‖. Conclusiones. Es posible valorizar al glicerol crudo a través de la hidrogenólisis a 1,2-PDO. El catalizador Cu-DTH es barato y eficiente, una alternativa interesante para llevar a cabo esta reacción a escala industrial.5
Agradecimientos. Se agradece el apoyo a través del proyecto D.61036 ―Ruta de alternativas tecnológicas para la producción de químicos de alto valor a partir de residuos de base biológica‖ Bibliografía 1. Lee S (2015) J. Nanosci. Nanotech. 15: 8783-8789. 2. Yan K, Liu Y (2017) Catal. Sci. Technol. 7: 1622-1645. 3. Durán D, Ojeda M (2013) Catal. Today 210: 98-105. 4. Xia L, Yuan S (2011) Appl. Catal. 403:173-182. 5. Patente en trámite.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD ECONÓMICA DENTRO DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA
BIORREFINERÍA SUSTENTABLE PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOPRODUCTOS
Magdalena Yurixhi González Cervantes, Alma Hortensia Serafín Muñoz,
Universidad de Guanajuato, División de Ingenierías, Departamento Ingeniería Civil, Guanajuato, Gto., C.P.36000,
[email protected], [email protected]
Palabras clave: Bioenergía, Indicadores de la Sustentabilidad, Residuo Lignocelulósico.
Introducción. Debido a la necesidad de satisfacer la demanda energética nace el concepto de Biorrefinería para iniciar una nueva economía basada en el aprovechamiento de biomasa (1). Para su desarrollo debe evaluarse con herramientas de factibilidad económica e indicadores de sustentabilidad. Se estudió la factibilidad de implementar una Biorrefinería en el Estado de Guanajuato basándose en la producción de biocombustibles a partir de residuos lignocelulósicos. Se reprodujo los procesos de pretratamiento y deslignificación y se analizó su factibilidad económica con las herramientas FODA e indicadores de sustentabilidad. Como resultado se obtuvo un costo de $182 US en los procesos mencionados para 1Kg de paja de maíz, indicando que se deben optimizar para bajar los costos. El análisis FODA e Indicadores de Sustentabilidad, demuestran que el proyecto es factible para implementar.
El objetivo es analizar el estudio de la factibilidad económica para implementar una Biorrefinería a través del balance de costos unitarios de los procesos que involucran el aprovechamiento de los residuos lignocelulósicos.
Metodología. Etapa 1. Reproducibilidad de los procesos
de pretratamiento y deslignificación: se recolectó el
residuo Lignocelulósico (paja de maíz) en Acámbaro, Gto.
Pretratamiento; se lavó y trituró la paja de maíz para
disminuir su tamaño de partícula. Se tamizó en las mallas
No 0.375in, 0.187in, 0.0331in. Caracterización
fisicoquímica; se determinó la densidad, %ceniza,
%humedad (Norma Europea sobre la calidad de los
residuos agrícolas, 2012). El Análisis de metales se realizó
siguiendo la metodología del espectrofotómetro UV-vis
HACH DR900. La cuantificación de As total se realizó por
espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer
Pinnacle con generador de hidruros. La curva de
calibración se generó con un estándar de As de 1000ppb
(SigmaAldrich). Deslignificación alcalina oxidativa; se
realizó con H2O2 2% y NaOH 50%(Serafín, Medina, Vido &
Noriega, 2016).
Etapa 2. Análisis de la Factibilidad de los procesos reproducidos: el estudio de costos de la etapa 1, se realizó en base a cotizaciones promedio de 5 proveedores de los insumos requeridos. La captura de datos y los cálculos contables se realizaron en una platilla Excel para la cuantificación unitaria de los insumos y % rendimiento de la celulosa obtenida. Los indicadores de la sustentabilidad se desarrollaron en base a la literatura (Naciones Unidas, 2007), el análisis FODA se realizó en base a la plantilla comercial PNESINSO/modelo planeación estrategia, Innova Soluciones, (2003).
Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas de la paja de maíz Parámetros Resultados
Longitud (cm) 6.071 ± 0.9 Humedad (%) 5.9105 ± 0.9 Cenizas (%) 3.4747 ± 0.9 Densidad (gr/ml) 0.200 ± 0.01 Arsénico (ppm) n.d. Cromo (ppm) 0.004 ± 0.0001 Cobre (ppm) 1.01 ± 0.08 Hierro Ferroso (ppm) 0.012 ± 0.001 Molibdeno (ppm) 0.016 ± 0.001 Zinc (ppm) n.d.
*n.d. No detectado o por debajo del LD
La tabla 1 muestra valores muy cercanos en comparación con resultados de otros trabajos que siguieron la misma metodología. Observando que en la muestra no se detectó niveles de arsénico y zinc.
Tabla 2. Costo unitario de los insumos utilizados en base al
procesamiento de 1KG de paja de maíz Proceso Productivo Costo Unitario
Pretratamiento Materia prima $1.16 Kg/$ Lavado $23.5 l//$ Tratamiento Físico $0.5 l/$
Análisis de Calidad Costo Unitario Caracterización $2,534.6 l/$- Kg/$ Proceso de Deslignificación $774.28 l/$ Total= $3,308.8 $181.9 US
En la tabla 2, se presentan los costos unitarios de los insumos que se requieren para transformar 1kg de paja de maíz en cada proceso. En el proceso de deslignificación se observa que el promedio del gasto de insumos requeridos es cerca de $44 US.
Conclusiones. Se logró la reproducibilidad de los procesos de pretratamiento y deslignificación, resultando que la paja de maíz era de buena calidad según la normativa. En base al análisis de costos de los insumos para deslignificar 1kg de paja de maíz representa un costo de casi $182 US, indicando que se requiere optimizar los procesos para bajar los costos de los insumos. De acuerdo al análisis FODA e indicadores de la Sustentabilidad, se concluye que el proyecto es viable y factible para realizar, presentando grandes oportunidades ya que el aprovechamiento de los residuos agrícolas representa un alto potencial para la obtención de nuevos biocombustibles.
Agradecimiento. A la Secretaria de Innovación, Ciencia
y Educación Superior del Estado de Guanajuato
(SICES), así como a la Universidad de Guanajuato.
Bibliografía. 1. Sacramento J.C., Romero G., Corté Rodríguez, Pech E.& Blanco
Rosete S. (2010). Diagnóstico del desarrollo de Biorrefinería en México, Revista Mexicana de Ingeniería Química, volumen (9), 262
Resultados. ,261-283
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
NUEVOS CLONES DE PIÑÓN MEXICANO (Jatropha curcas L.) PARA EL
TRÓPICO DE MÉXICO
José Luis Solís Bonilla1, Alberto González Jiménez2, Héctor Rómulo Rico Ponce3, Jorge Alberto Basulto Graniel4,
Alfredo Zamarripa Colmenero5 y Biaani Beeu Martínez Valencia1. 1INIFAP-Campo Experimental Rosario Izapa, Km. 18 Carretera Tapachula-Cacahoatán. C.P. 30870. Tuxtla Chico, Chiapas. 2INIFAP-C.E. Las Huastecas, Carretera
Tampico - Mante km 55, C.P. 89610, Villa Cuauhtémoc, Tamaulipas. 3 INIFAP-C.E. Valle de Apatzingán, Km. 17.5 Carretera Apatzingán Uruapan Cuatro Caminos, Antúnez, 60781 Michoacán. 4INIFAP-C.E. Mocochá, km 25 antigua carretera Mérida–Motul, Mocochá, Yucatán. 5RD2 Visión, Camino a Calance S/N C.P. 30870, Tuxtla Chico, Chiapas.
Palabras clave: Biocombustibles, producción, cultivos bioenergéticos
Introducción. México tiene una alta demanda de biodiesel para su uso en la industria del petróleo, en el transporte aéreo y en el terrestre. Actualmente la demanda anual supera los 50 millones de litros y se estima que para el 2020 sea alrededor de los 1000 millones de litros (1). El piñón ha sido considerado una de las alternativas viables para la producción de biodiesel en México. Sin embargo, la falta de variedades mejoradas de alto rendimiento de grano y de aceite, constituye entre otras, una de las principales limitantes de dicho cultivo. En el contexto de dicha problemática, por parte del INIFAP se ha trabajado en la búsqueda y desarrollo de variedades con características deseables (2).
Metodología. Durante más de ocho años, el INIFAP ha llevado a cabo trabajos de investigación enfocados a los insumos para la producción de biocombustibles entre ellos Jatropha curcas; se han establecido programas de mejoramiento genético que incluye la selección de materiales, con base en el comportamiento agronómico y bioquímico de diversos genotipos. Estos trabajos se han efectuado a lo largo de varios años y en diversos agros ambientes. En varios sitios experimentales se evaluaron entre otras variables, la estabilidad productiva de los materiales, su condición floral y sus características generales de crecimiento. Producto de estas evaluaciones y mediante el método genotécnico de selección individual, en el año 2013 se seleccionaron tres variedades Doña Aurelia y Gran Victoria, que sobresalen por ser plantas con flores femeninas y Don Rafael que presenta mayor proporción de flores masculinas.
Resultados. Se cuenta con el clon ―Don Rafael‖ de alta capacidad polinizadora para uso en sistema intercalado con los clones femeninos ―Gran Victoria‖ y ―Doña Aurelia‖ también desarrollados por el INIFAP. De esta forma se incrementa hasta en 1200% el rendimiento de grano y aceite en comparación al promedio actual de las plantaciones de un año. El clon ―Don Rafael‖ es de tamaño intermedio, porte erecto y con ramificación intermedia, tiene en promedio 20 flores masculinas por cada flor femenina, presenta alto rendimiento de grano de 0.9 t ha-1 al cuarto año de producción, contenido de
aceite de 51.0 % con porcentaje de ácido oleico del 22 % y ácido linoleico del 38 %. ―Doña Aurelia‖ es de tamaño intermedio, con copa abierta y abundante ramificación con flores 100 % femeninas, con rendimiento de grano de 1.1 t ha-1 al cuarto año del cultivo, contenido de aceite de 53.44 % con porcentaje de ácido oleico del 30 % y ácido linoleico del 32 %.
―Gran Victoria‖ es de tamaño intermedio, con copa abierta y abundante ramificación, posee flores 100 % femeninas, rendimiento de grano de 1.9 t ha-1 al cuarto año de producción, contenido de aceite de 53.43 % con porcentaje de ácido oleico del 33 % y ácido linoleico del 40 %.
Figura 1. Aplicación de la tecnología generada por INIFAP
Conclusiones. El uso del clon don Rafael en sistema intercalado con los clones femeninos Doña Aurelia y Gran Victoria en marco de plantación de 3 m entre surco x 2 m entre planta permite obtener hasta 12 veces más rendimiento de grano con respecto a los obtenidos por los materiales del producto en el primer año del cultivo.
Agradecimiento. A la SAGARPA y al INIFAP por su interés y apoyo para el establecimiento y desarrollo de los trabajos de investigación en cultivos bioenergéticos.
Bibliografía. 1. Zamarripa Colmenero, Alfredo y Solís Bonilla, José Luis. 2013a. Estado del arte y novedades de la bioenergía en México. In: La bioenergía en América Latina y El Caribe. El estado de arte en países seleccionados. Oficina regional para América Latina y el Caribe. RLC. ONU. Santiago de Chile, Chile. p. 277-311. 2. Zamarripa C. A. y Solís B. J. L. 2013b. Jatropha curcas L. Alternativa bioenergética en México. Libro Científico No.1. ISBN: 978-
607-37-0108-2. Campo Experimental Rosario Izapa. Tuxtla Chico, Chiapas. México. 162 p.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN AGRONÓMICA DE CLONES DE PIÑÓN MEXICANO (Jatropha curcas L.)
PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
José Luis Solís Bonilla1, Biaani Beeu Martínez Valencia1, Alberto González Jiménez2 y Elizabeth Hernández Gómez1
1INIFAP-Campo Experimental Rosario Izapa, Km. 18 Carretera Tapachula-Cacahoatán. C.P. 30870. Tuxtla Chico, Chiapas. 2INIFAP-C.E. Las Huastecas, Carretera Tampico - Mante km 55, C.P. 89610, Villa Cuauhtémoc, Tamaulipas.
Palabras clave: Biocombustibles, tecnología, mejoramiento
Introducción. Actualmente la demanda anual de biodiesel en México supera los 50 millones de litros y se estima que para el 2020 sea alrededor de los 1000
Tabla 1. Comparación de medias de los componentes del rendimiento biológico y agronómico en Tuxtla Chico, Chiapas.
millones de litros (1). El piñón mexicano (J. curcas) ha sido considerado una de las alternativas viables para la producción de biodiesel en México. Sin embargo, la falta de variedades mejoradas de alto rendimiento de grano y de aceite, constituye entre otras, una de las principales limitantes de dicho cultivo (2). El objetivo de este trabajo fue evaluar la adaptación de un grupo de clones de dicha especie bajo condiciones de clima tropical.
PFA NFA
PSA REN Índices de
Metodología. El estudio se llevó a cabo en el Campo Experimental Rosario Izapa del INIFAP, ubicado en el municipio de Tuxtla Chico, Chiapas, con coordenadas geográficas 92° 09‘ longitud oeste y 14° 58‘ latitud norte a una altitud de 435 msnm, área de selva tropical húmeda con 26 °C de temperatura media y precipitación media anual de 4,194 mm. El material genético consistió en nueve clones del INIFAP. Las plantas se sembraron a una distancia de 3 m entre surco y 2 m entre plantas, en un diseño experimental bloques completos al azar con cuatro repeticiones y seis plantas por unidad experimental. Se valoraron los tratamientos en los componentes del rendimiento. Los análisis se realizaron a través del programa estadístico SAS 9.0.
Resultados. El número de frutos por planta varió de
3.82 a 89.22. Las semillas por planta variaron de 9 a 230. El rendimiento por planta oscilo de 12 a 314 g. El índice de semilla que se define como el peso promedio de semilla seca fluctúo de 1.16 a 1.49 g. El índice de fruto, que se define como el número de frutos necesarios para obtener un kilogramo de grano seco, varió de 253 a 321. El rendimiento agronómico fluctuó de 20 a 524 kg por hectárea siendo los clones Gran Victoria y Doña Aurelia quienes obtuvieron los valores más altos. Se elaboró un índice de selección (IS) en el cual intervinieron las variables de respuesta en estudio, se asignó un ―1‖ por cada ―a‖ en el renglón de cada clon. La suma de los ―1‖ constituyó el IS (3). En el caso particular de la variable índice de frutos a los que tienen letra ―e‖ se les asignó el ―1‖. Así el índice integro el efecto adaptativo de las características en que la variedad mostró buena respuesta en el ambiente de prueba.
PFA=Peso de fruta por planta; NFA=Numero de frutos por planta; NSA=Numero de semillas por planta; IS=Índice de semilla; IR=Índice de frutos; REN=rendimiento agronómico. Promedios con la misma letra dentro de columnas son estadísticamente iguales según la prueba de Duncan (P≤0.05).
Conclusiones. De acuerdo con los mejores índices de selección los clones Doña Aurelia, Gran Victoria, RIJAT 431 y Don Rafael fueron los de mejor adaptación a las condiciones de siembra del ambiente de prueba de Tuxtla Chico, Chiapas.
Agradecimiento. A la SAGARPA y al INIFAP por su interés y apoyo para el establecimiento y desarrollo de los trabajos de investigación en cultivos bioenergéticos.
Bibliografía. 1. Zamarripa Colmenero, Alfredo y Solís Bonilla, José Luis. 2013a. Estado del arte y novedades de la bioenergía en México. In: La bioenergía en América Latina y El Caribe. El estado de arte en países seleccionados. Oficina regional para América Latina y el Caribe. RLC. ONU. Santiago de Chile, Chile. p. 277-311. 2. Zamarripa C. A. y Solís B. J. L. 2013b. Jatropha curcas L. Alternativa bioenergética en México. Libro Científico No.1. ISBN: 978- 607-37-0108-2. Campo Experimental Rosario Izapa. Tuxtla Chico, Chiapas. México. 162 p. 3. Muñoz O., A, Solís B., J. L.., Escalante E., J.A.S., Zamarripa C., A. 2015. Índice de selección para adaptación de variedades de higuerilla en una condición de Chiapas y tres del valle de México. In III Congreso Internacional y XVII Congreso Nacional de Ciencias Agronómicas. UACh. Texcoco estado de México. 22 al 24 de abril. Pág. 268.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA ESTIMAR VOLUMEN DE BIOMASA DE RASTROJOS Y
SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES PARA GENERAR BIOETANOL 2G EN MÉXICO
Luis Reyes Muro1, Agustín Jaime Castro Montoya2 y Leopoldo Javier Ríos González3
1Campo Experimental Pabellón, INIFAP; Pabellón de Arteaga, Aguascalientes.
2Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Michoacán. 3Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo, Coahuila.
Palabras clave: Agricultura, índice de cosecha, uso de esquilmos, bioenergía.
Introducción. Paralelamente a la investigación bioquímica y procesos industriales para generar bioenergía, es pertinente estudiar los sistemas de producción agropecuaria para estimar la disponibilidad de biomasa. La Ley en bioenergía(1), da prioridad al uso de biomasa para la alimentación humana, animal y el mejoramiento de suelos, por lo que los residuos agrícolas y agroindustriales, como materia prima para generar bioenergía, es competitiva, por su alto contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina. Se estima que mediante la conversión bioquímica de los rastrojos de maíz se obtienen entre 300 a 330 litros de etanol por ton; del bagazo celulósico de caña de azúcar entre 200-220 L/ton(2); sin embargo, en México no existe un método integral para determinar con precisión el volumen, geografía y estacionalidad de residuos. Aquí se presenta una metodología alternativa(3) para estimar la biomasa y la fracción potencialmente disponible para generar bioetanol. Metodología. Fases: 1) Estimación del volumen de producción del producto comerciable (granos, frutos, tallos) mediante consulta y análisis de fuentes oficiales (SIACON-SIAP) de cierres cosecha por Distrito de Desarrollo Rural, estado, municipio, cultivo (granos), variedades principales, ciclo agrícola y condición de humedad para elaborar bases de datos, gráficas y mapas con indicadores seleccionados: superficie cosechada, rendimiento unitario del producto comercial y volumen de producción, 2) Estimación del volumen de producción de rastrojos mediante Índices de Cosecha(4) grano/rastrojo. Para los residuos agroindustriales (caña de azúcar, coco, agave y piña), fuentes oficiales (p. e. CONADEZUCA), empresas y literatura. 3) Matriz de usos de los residuos, en volumen y porcentajes: forraje, incorporación al suelo en agricultura de conservación, construcción, artesanías, producción de setas, camas en establos, quemas controladas e incontroladas, papel, conglomerados, pellets, otros usos de residuos agrícolas y agroindustriales.
4) Muestro de campo para validar las estimaciones y encuesta de opinión a integrantes de los eslabones de la producción y usos de residuos y 5) Escalamiento para estimar la biomasa a nivel estatal, regional y nacional. Resultados. Caso Maíz. Con la metodología descrita, se estima una producción de 31.1 millones de ton rastrojo de maíz en México y un consumo aparente de 29.4 millones de ton como forraje, con un ―remanente‖ de 1.8 millones de toneladas para otros usos (Tabla 1).
Tabla 1. Estimación de la producción de rastrojo de maíz y balance de la producción/consumo en México (2016).
EDO. SUPERFICIEa
(ha) GRANOb
(ton) RASTROJOc
IC (ton MS) FORRAJEd
Cons. Apar. (5)
BALANCEe
Prod-Cons
SIN 608,619 6,430,677 7,369,059 1,386,551 5,982,508
MEX 530,009 2,332,072 2,672,374 596,059 2,076,315 JAL 582,281 3,648,069 4,180,405 2,698,936 1,481,469 GTO 440,878 1,893,920 2,170,286 867,331 1,302,955
PUE 549,341 1,061,811 1,216,754 617,187 599,567 MICH 480,645 1,901,047 2,178,453 1,687,368 491,085 TLAX 135,943 416,652 477,451 55,021 422,430 GRO 479,657 1,335,918 1,530,859 1,249,282 281,577 HGO 249,064 731,471 838,210 595,405 242,805 QRO 110,992 316,940 363,189 301,613 61,576 MOR 31,249 91,373 104,707 104,567 140 CDMX 3,629 5,060 5,798 7,517 -1,719 CAM 186,293 464,715 532,528 573,218 -40,690 AGS 34,998 63,385 72,634 119,295 -46,661 QROO 68,399 40,946 46,921 105,886 -58,965 BCS 7,518 49,457 56,674 143,076 -86,403 COL 10,497 41,672 47,753 147,573 -99,820 CHIH 241,207 1,350,302 1,547,342 1,753,268 -205,926 BC 305 2,568 2,943 216,136 -213,194 ZAC 186,837 417,808 478,775 794,039 -315,264 NL 25,248 43,406 49,740 439,188 -389,448 YUC 111,466 87,895 100,721 497,276 -396,555 NAY 36,626 153,959 176,425 614,262 -437,837 SLP 137,026 167,375 191,799 706,774 -514,975 COAH 29,431 35,699 40,909 569,485 -528,576 OAX 551,428 722,497 827,926 1,501,461 -673,536 DGO 161,840 363,825 416,916 1,129,874 -712,958 CHIS 684,463 1,301,639 1,491,578 2,352,122 -860,544 TAM 86,214 147,837 169,409 1,215,752 -1,046,342 SON 24,392 171,207 196,189 1,264,036 -1,067,847 TAB 76,519 142,355 163,128 1,400,629 -1,237,501
VER 580,139 1,273,784 1,459,657 3,684,816 -2,225,159 TOTAL 7,443,151 27,207,342 31,177,512 29,395,004 1,782,508
a) Total de hectáreas cosechadas, incluyendo riego y temporal, y los ciclos primavera-verano y otoño-invierno. (SIACON-SIAP, 2017; b) Producción de grano de maíz por estado; c) Producción de rastrojo estimado con el Índice 46.6% grano y 53.4% rastrojo; d) El Consumo Aparente de rastrojo (MS/ UA, por el inventario de bovinos, ovinos y caprinos, si rastrojo fuese la única fuente de suplementación, (sin considerar la paja de trigo, cebada y sorgo). En áreas tropicales, las praderas son fuente importante de alimentación; e) Balance o disponibilidad, aplicar encuestas y muestreo, quemas controladas e incontroladas, El superávit de rastrojo en El Bajío, Valles Altos y Sinaloa, probablemente se vende o quema.
Conclusiones. La metodología permite estimar con mayor precisión el volumen de rastrojo y la fracción potencialmente disponible para generar bioetanol 2G. Bibliografía. 1. Cámara de Dip. del H. Congreso de la Unión. (2008). Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos. DOF 01-02-2008. 2. Cavieres K.P. (2014). Biocombustibles de segunda generación– etanol de rastrojos maíz. www.ingenierosagronomos.cl/archivos/4794. 3. Reyes M.L. Camacho V.T.C. y Guevara H.F. (Coords.). (2013). Rastrojos: manejo, uso y mercado en el centro y sur de México. INIFAP. 4. Luna, M. (2010). Rendimiento de maíz en un año lluvioso y uno seco. Investigación Científica, 6, 1-13. 5. Gasque, R. (2008). Alimentación de bovinos. UNAM.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
BIOGAS DE RESIDUOS ORGÁNICOS: INTERACCION DE MEZCLAS EN CODIGESTIÓN Mariela Yuvinka Peña*, Alfonso Durán Moreno
Departamento de Ingeniería ambiental, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, Coyoacán,04510 Ciudad de México, México, [email protected]
Palabras clave: Biogás, Codigestion, Lactosuero, Residuos cárnicos, FORSU
Introducción. El sector eléctrico de México deberá incorporar energías no fósiles en su cartera de fuentes primarias de energía debiendo alcanzar un 35% de generación con este tipo de fuentes para el 20241
En México, el 52 % de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) corresponde a la Fracción Orgánica (FORSU), y se desperdician más de 10 mil toneladas de alimentos por año, lo cual representa hasta el 37% de la producción agrícola del país. Los residuos cárnicos y de la industria lechera representan respectivamente el 35% y el 37%2, 3
El objetivo de este trabajo es valorizar residuos orgánicos por medio de una codigestión anaerobia así con un balance nutrientes se incrementara la producción de biogás.
Metodología. Etapa 1 Obtención y preparación de sustratos
Fig. 1. Sustratos orgánicos izq.: FORSU centro: Carne der.: Lactosuero.
Etapa 2. Caracterización de sustratos Tabla 1 Características físicas y químicas de los reactores
Etapa 3 Condiciones operacionales
Capacidad de reactor: 500 mL Volumen de trabajo: 400 mL Temperatura: 35°C Tiempo: Variable* * Hasta su producción final
Fig. 2. Operación de reactores
Tabla 3 Configuración y condiciones iniciales/finales de los reactores
Resultados.
Fig. 3. a. Producción de biogás de sustratos analizados por separado a una temperatura de 35°C b. Co-digestión de sustratos, producción diaria.
Conclusiones. Las conclusiones de este estudio se aplican a reactores Batch a escala de laboratorio, Se observó un rendimiento alto de biogás de 108 NL kgVS-1 en R2 alimentado con la fracción orgánica residuos sólidos urbanos (FORSU) y desechos de cárnicos. Agradecimiento. Este trabajo fue posible gracias a la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT). Bibliografía. 1. Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE), 2008. 2. FAO (Food and Agriculture Organization/World Health Organization), 2015. Food Losses and waste in Latin America and the Caribbean. Expert Consultation. Bulletin 2. 3. SEDESOL (Secretaria de Desarrollo Social), 2014. El Medio Ambiente en México 2013-2014. Dirección General de Equipamiento e Infraestructura en Zonas Urbano-Marginadas.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INTEGRACIÓN DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA CON LIQUEFACCION HIDROTERMAL COMO HERRAMIENTAS PARA LA VALORACIÓN DE RESIDUOS ÓRGANICOS Y PLÁSTICOS
Mariela Yuvinka Peña*a,b, Martyn Bennettb, Elias Martinez-Hernandezb, Alfonso Durán Morenoa
a. Departamento de Ingeniería Ambiental, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, Coyoacán,04510 Ciudad de México, México, b. Departamento de Ingeniería Química, University of Bath,
Bath, BA2 7AY, UK * [email protected]
Palabras clave: Digestión anaerobia, Licuefacción hidrotermal, plásticos.
Introducción. Una limitante en el proceso de las plantas de digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos son los plásticos. Estos contaminantes plásticos pueden estimarse como un porcentaje de los residuos orgánicos; el 48 % de la producción nacional se destina para envases y embalaje1. La presencia del plástico totalmente o parcialmente interfiere en la carga orgánica entrante disminuyendo el rendimiento de biogás, las concentraciones remanentes en el digestato lo hacen inapropiado para la venta como fertilizante sin procesamiento adicional2. El objetivo de este trabajo es evaluar el potencial de integrar la Digestión anaerobia con Licuefacción hidrotermal (HTL por sus siglas en ingles) en un proceso de biorefinería, valorizando los contaminantes plásticos en los residuos orgánicos.
Metodología.
Fig. 1. Condiciones operacionales
Fig. 2. Productos de la licuefacción hidrotermal
Resultados.
Fig. 3. Balance de la masa de HTL de los productos de a. Residuos orgánicos b. Residuos Orgánicos Sintéticos c. Digestato con respecto a los sólidos totales iniciales e inclusión de PET y BP.
Conclusiones. El producto acuoso de HTL contiene cantidades significativas (20-50%) del carbono alimentado. Agradecimiento. Este trabajo fue posible gracias a la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) y University of Bath. Bibliografía. 1. Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), 2017. Indicador Mensual de la Actividad Industrial. 2. Zastrow D. J., Hydrothermal Liquefaction of Food Waste and Model Food Waste Compounds, 2013.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA DE UNA BIORREFINERÍA DE BIOMASA
MICROALGAL
Gabriela A. Cuevas-Castillo; Julio C. Sacramento-Rivero, Universidad Autónoma de Yucatán,
Facultad de Ingeniería Química, Mérida, Yucatán. CP: 97203.
Palabras clave: Biodiesel, glicerina, propilenglicol.
Introducción. La producción a gran escala de microalgas para producir biocombustible aún no es una realidad debido a los retos económicos y ambientales. Una estrategia para mejorar su viabilidad económica y desempeño ambiental es el uso del concepto de biorrefinería, en donde se amplía la cartera de productos, adicionalmente a los bioenergéticos [1].
Metodología. Se realizó el análisis de ciclo de vida (ACV) de la producción de biodiesel de aceite de microalgas (proceso base). Se estudiaron tres opciones de valorización para la biomasa desgrasada: uso directo como fertilizante, combustión para generar calor de uso interno y pirólisis para la producción de bio-aceite y bio- carbón. Se estudiaron dos opciones de valorización de la glicerina cruda: refinación a grado técnico y producción de 1,2-propanediol (PDO) conocido como propilenglicol. Los impactos estudiados fueron: ADP: agotamiento abiótico; AP, acidificación; EP, eutrofización; GWP, calentamiento global; HTP, FWEP, MWEP y TEP,
asociadas a éstos. El proceso base emite 4 veces más GEI (448%) que la referencia fósil; no obstante al valorizar los co-productos en la biorrefinería, este porcentaje disminuye a 228%.
Referencia fósil (100%) Proceso base Biorrefinería
3000%
2500%
2000%
1500%
1000%
500%
0%
ADP AP EP GWP HTP FWEP MWEP TEP POP
Fig. 1. Comparación de cargas ambientales
Después del cultivo y cosecha de biomasa, la pirólisis es el proceso con mayor impacto debido a un alto consumo de gas natural (Fig. 2).
1A-Cultivo 1B-Cosecha 1C-Extracción
1D-Producción de BD Uso de Biodiesel Pirólisis de biomasa
Uso del biochar Uso de Bio-aceite PDO
toxicidades humana, acuáticas y terrestres; POP, formación de smog.
Resultados. Se reportan resultados para la biorrefinería conformada con los procesos de pirólisis de la biomasa y la producción de PDO de la glicerina, por resultar los más rentables. Todas las opciones de valorización de la biomasa y glicerina cruda requieren más energía fósil de la que se recupera como energía renovable en cada uno de
100%
80%
60%
40%
20%
0%
ADP AP EP GWP ODP HTP FWEP MWEP TEP POP
los productos, debido a un muy alto consumo de electricidad en la etapa de cultivo y cosecha de biomasa. Esto también ocasiona que el impacto ambiental potencial en todas las categorías sea más alto que en la referencia fósil. En la Fig. 1, los impactos ambientales del proceso base y la biorrefinería se presentan en relación a un sistema de referencia que produce productos comparables mediante tecnologías actualmente consolidadas (fósiles). Si se compara la biorrefinería con el proceso base, se observa una reducción sustancial en todas las categorías de impacto (Fig. 1). Esto debido a que al obtener co-productos se desplaza más productos fósiles, evitando las emisiones
Fig. 2. Distribución de emisiones ambientales por etapa.
Conclusiones. La biorrefinería disminuye en promedio un 68% de las emisiones del proceso donde solamente se produce biodiesel. Sin embargo, para que la biorrefinería a partir de microalgas sea mejor que un sistema comparable de origen fósil, es necesario disminuir sustancialmente el consumo de electricidad en las etapas de cultivo y cosecha, o utilizar electricidad de origen renovable.
Agradecimiento. Al CONACYT por financiamiento con el proyecto 250014 y la beca nacional 584671.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN DEL ACEITE DE Crescentia spp. ESPECIE CON POTENCIAL
AGROENERGÉTICO
Biaani Beeu Martínez Valencia1, José Luis Solís Bonilla1 y Alfredo Zamarripa Colmenero2. 1INIFAP-Campo
Experimental Rosario Izapa, Km. 18 Carretera Tapachula-Cacahoatán. C.P. 30870. Tuxtla Chico, Chiapas. 2RD2 Visión, Camino a Calance S/N C.P. 30870, Tuxtla Chico, Chiapas. [email protected]
Palabras clave: Caracterización, calidad, biocombustible
Introducción. El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ha seleccionado diversas especies oleaginosas para estudiar su potencial agroenergético, enfocándose a especies que no sean usadas para la alimentación humana (1). Una de las principales líneas de investigación es la colecta, caracterización y
Tabla 1. Características físicas y químicas del aceite de Jícaro
Parámetros Valores
Contenido de aceite (%) 38.029 ± 0.217 - 47.508 ± 0.587
Densidad (gml-1) a 40°C 0.892 ± 0.01 - 0.899 ± 0.02
Viscosidad (mm2s-1) a 40°C 30.63 ± 0.006 - 39.802 ± 0.050
conservación de recursos filogenéticos de especies potenciales para la producción de biocombustibles. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el contenido de
Índice de yodo (gI2 /100g aceite)
Estabilidad de oxidación (h)
52.363 ± 0.743 - 83.953 ± 0.939
aceite en semillas de ecotipos de jícaro (Crescentia spp.) así como la composición de ácidos grasos y propiedades fisicoquímicas.
Metodología. Para la determinación de las propiedades fisicoquímicas, las semillas fueron procesadas en harina mediante molienda y secado. Se registró el contenido de aceite en la semilla y el índice de iodo descrita por la American Oil Chemists‘ Society (AOCS) (2); para la viscosidad y densidad se utilizó la metodología de la ASTM D4052. El perfil de ácidos grasos se determinó por cromatografía de gases utilizando un detector FID (3).
Resultados. El análisis fisicoquímico mostró valores en el contenido de aceite entre 38.03 y 47.51 %. Se puede apreciar en la Tabla 1 que la densidad varió de 0.892 a 0.899 g/cm3. La viscosidad del aceite de los genotipos evaluados varió de 30.63 a 39.80 mm2/s. Estos genotipos presentan a partir del aceite rangos estimados de viscosidad en biodiesel entre 4.59 a 5.97 mm2/s, lo que indica que los genotipos evaluados se encuentran dentro de lo que marca la norma internacional ASTM D6751. El índice de yodo varió de 52.36 a 83.95 gI2/100g que entra dentro de la norma EN14214 que marca 120 máximo permitido. Los ecotipos en estudio presentaron valores de 12.19 a 26.95 h a 110°C para la variable de estabilidad de oxidación. En la Figura 1, se observa un dominio de ácidos grasos poliinsaturados entre 70.1 % a 75.58 %. La calidad del biodiesel depende del proceso de transesterificación del aceite y también de la composición de los ácidos grasos del aceite, es decir, de la longitud de cadena y el grado de saturación. Por lo tanto, el aceite de jícaro con base a sus características fisicoquímicas y composición de ácidos grasos se considera de buena calidad para la producción de biodiesel.
a 110°C 12.19 ± 0.132 - 26.95 ± 0.551
Figura 1. Distribución en porcentaje de los principales ácidos grasos
Conclusiones. El jícaro presentó buenas características fisicoquímicas. Representa una alternativa potencial para la producción de insumos bioenergéticos, por lo cual se requiere continuar con la investigación en esta especie.
Agradecimiento. A la SAGARPA y al INIFAP por el financiamiento del proyecto: ―Estudio de nuevas especies con potencial agroenergético en México‖.
Bibliografía. 1. Zamarripa C.A., Solís B.J.L, Basulto G. J., Martínez V. B.B. 2013. Colecta y evaluación in situ de dos especies con potencial agroenergético en el trópico de México. In Memoria 58 reunión anual PCCMCA – Honduras. 2. American Oil Chemists‘ Society (AOCS), 1990. Official Methods and Recommended Practices of the american Oil Chemist‘s Society. A.O.C.S., Champaign, USA (A.O.C.S. Official method Am 2-93). 3.Martínez V.B.B., Zamarripa C.A., Solís B. J. L. 2013. Caracterización bioquímica del aceite de Moringa oleífera para la producción de biodiesel en México. In Memoria 58 reunión anual PCCMCA – Honduras.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE COYOL (Acrocomia mexicana Karw. ex Mart.)
PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN MÉXICO
Biaani Beeu Martínez Valencia1, José Luis Solís Bonilla1 y Alfredo Zamarripa Colmenero2. 1INIFAP-Campo
Experimental Rosario Izapa, Km. 18 Carretera Tapachula-Cacahoatán. C.P. 30870. Tuxtla Chico, Chiapas. 2RD2 Visión, Camino a Calance S/N C.P. 30870, Tuxtla Chico, Chiapas. [email protected]
Palabras clave: Biocombustibles, producción, calidad
Introducción. La demanda de biocombustible se incrementa de manera constante debido al agotamiento y aumento del costo de los combustibles de origen fósil y a la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El Instituto Nacional de
Tabla 1. Características físicas y químicas del aceite de coyol
Parámetros Valores
Aceite (%) 39.88 ± 0.63 - 55.66 ± 0.91
Viscosidad (mm²/s) 26.54 ± 0.0 - 31.22 ± 0.0
Densidad (g/cm³) 0.8999 ± 0 - 0.9043 ± 0.0
Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ha seleccionado diversas especies oleaginosas para estudiar su potencial agroenergético,
Índice de Yodo (g I₂/100g de aceite) Estabilidad de oxidación (h) a
70.27 ± 1.93 – 78.15 ± 0.0
38.24 ± 0.0 – 42.49 ± 0.0
enfocándose a especies que no sean usadas para la alimentación humana (1). Una de las principales líneas de investigación es la colecta, caracterización y conservación de recursos filogenéticos de especies potenciales para la producción de biocombustibles. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el contenido de aceite en semillas de ecotipos de Coyol (Acrocomia mexicana), así como la composición de ácidos grasos y propiedades fisicoquímicas.
Metodología. Para la determinación de las propiedades fisicoquímicas, las semillas fueron procesadas mediante molienda y secado. Se determinó el contenido de aceite y el índice de iodo de acuerdo a la metodología de la AOCS (2); para la viscosidad y densidad se utilizó la metodología de la ASTM D4052. El perfil de ácidos grasos se determinó por cromatografía de gases utilizando un detector FID (3).
Resultados. El análisis bioquímico mostró valores en el contenido de aceite entre 39.88 y 55.66 %. La viscosidad del aceite de los genotipos evaluados varió de 26.54 a 31.22 mm2/s. Estos genotipos presentan rangos de viscosidad en biodiesel de 3.98 a 4.68 mm2/s, lo que indica que los genotipos evaluados se encuentran dentro de lo que marca la norma internacional. La densidad varió de 0.899 a 0.9043 g/cm3. La densidad del aceite disminuye 4 % cuando se transforma en biodiesel, estos genotipos presentan densidades en biodiesel en un rango de 0.863 a 0.868 g/cm3. El índice de yodo varió de 70.27 a 78.15 gI2/100g. La norma europea EN-14214 marca un máximo valor permitido de índice de yodo en biodiesel de 120 gI2/100g. Los ácidos grasos saturados variaron de 25.67 A 30.66, los poliinsaturados se detectaron en un rango de 69.74 a 72.13 %.
110°C
Figura 1. Distribución en porcentaje de los principales ácidos grasos
Conclusiones. A. mexicana presentó buenas características fisicoquímicas. Esta especie, representa una alternativa potencial para la producción de insumos bioenergéticos, por lo cual se requiere continuar con la investigación en temas como adaptación de la especie, mejoramiento genético, manejo agronómico entre otros.
Agradecimiento. A la SAGARPA y al INIFAP por el financiamiento del proyecto: ―Estudio de nuevas especies con potencial agroenergético en México‖.
Bibliografía. 1. Zamarripa C.A., Solís B.J.L, Basulto G. J., Martínez V. B.B. 2013. Colecta y evaluación in situ de dos especies con potencial agroenergético en el trópico de México. In Memoria 58 reunión anual PCCMCA – Honduras. 2. American Oil Chemists‘ Society (AOCS), 1990. Official Methods and Recommended Practices of the american Oil Chemist‘s Society. A.O.C.S., Champaign, USA (A.O.C.S. Official method Am 2-93). 3. Martínez V.B.B., Zamarripa C.A., Solís B. J. L. 2013. Caracterización bioquímica del aceite de Moringa oleífera para la producción de biodiesel en México. In Memoria 58 reunión anual PCCMCA – Honduras.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
USO DE MICROORGANISMOS NATIVOS DE Agave tequilana CON POTENCIAL
BIOTECNOLÓGICO
Lizbeth Pasaye-Anaya1, José Martín Carlos-Pérez1, Christian Omar Martínez-Cámara2, Jaime Saucedo-Luna1, Jesús
Campos-García3, Agustín Jaime Castro-Montoya1
1 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Posgrado de Ingeniería Química. Morelia. C.P. 58030. 2 Instituto Tecnológico de Morelia – Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Morelia. C.P. 58120.
3 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo – Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas – Laboratorio
de Biotecnología Microbiana. Morelia. C.P. 58030
Palabras clave: fermentación, metabolitos, 2,3-butanodiol.
Introducción. El Agave tequilana es una planta utilizada para la producción de tequila en México. De acuerdo al Consejo Regulador del Tequila, en el 2015 el consumo de Agave fue de 8.09x105 tons, de las cuales el 40% corresponde a bagazo, representando un problema de disposición para la industria tequilera1. Sin embargo, este residuo puede emplearse como materia prima para la obtención biotecnológica de productos de interés industrial, tales como combustibles, compuestos químicos o enzimas, entre otros2, 3. Un aspecto clave en el proceso de obtención de cualquier metabolito a partir del bagazo de agave es el microorganismo empleado para fermentar los hidrolizados4. El objetivo del este trabajo fue aislar microorganismos de A. tequilana y evaluar su capacidad para generar productos de interés en un medio artificial, con posibilidad de ser usados en hidrolizados de bagazo de agave.
Metodología. Las cepas se aislaron a partir de pulpa (PA) y bagazo de A. tequilana Weber var. Azul (BA), usando las técnicas estándar de estriado en placa y resiembras sucesivas en medio YPD, incubando a 37°C por 72 h. Las cepas obtenidas se sometieron a fermentación en tubos con 10 mL de YPD, los cuales se colocaron en un rotor de tubos a 30°C y 50 rpm durante 96 h, tomando alícuotas cada 24 h. Las muestras fueron analizadas por HPLC, empleando un cromatógrafo Varian ProStar equipado con un DIR y una columna Hi- Plex H, usando H2SO4 0.005 M como fase móvil, un flujo de 0.7 mL/min y un tiempo de operación de 35 min. Se utilizaron glucosa (G), ácido butírico (AB), ácido acético (AA), acetona (AC), butanol (BT), etanol (ET), isopropanol (ISO), glicerol (GLI) y 2,3-butanodiol (BD) como estándares.
Resultados. Se trabajó con 26 cepas, 17 aisladas de PA y 9 aisladas de BA. El análisis por HPLC indicó la producción de 2,3-butanodiol (BD), etanol (ET), glicerol (GLI) y ácido acético (AA). Las cepas seleccionadas fueron las designadas como 2-17, 3-7 y 3-19, pues produjeron los cuatro metabolitos y la mayor concentración de BD, 4.5 g/L, 4.35 g/L y 3.76 g/L, respectivamente. Además, la cepa 3-7 fue la mejor
productora de ET (1.88 g/L) y la 3-19 de AA (1.02 g/L). La producción de GLI por las tres cepas fue baja con respecto a otras de las cepas probadas.
Fig. 1. Producción de 2,3-butanodiol por las cepas 2-17, 3-7 y 3-19
aisladas de A. tequilana Weber var. Azul.
Tabla 1. Producción de etanol, glicerol y ácido acético por las cepas
2-17, 3-7 y 3-19 aisladas de A. tequilana Weber var. Azul.
Cepa ET
(g/L) GLI (g/L)
AA (g/L)
2-17 1.53 0.73 0.71
3-7 1.88 0.79 0.24
3-19 1.74 0.83 1.02
Conclusiones. Las cepas seleccionadas muestran potencial para la producción de metabolitos de interés, sobre todo de BD, un compuesto muy atractivo por ser precursor en la fabricación de una amplia gama de productos químicos; por lo que existe una gran posibilidad de reproducir exitosamente los resultados en hidolizados de bagazo de agave y contribuir al aprovechamiento de este residuo.
Bibliografía. 1. Pérez-Pimienta, J. Vargas-Tah, A. López-Ortega, K. M. Medina-
López, Y. N. Mendoza-Pérez, J. A., Ávila, S. Shingh, S. Simmons, B.
A., Loaces, I. Martínez, A. (2017). Bioresour. Technol. 225: 191-198.
2. Castañón-Rodríguez, J. F. Domínguez-González, J. M. Oríz-Muñiz,
B. Torrestiana-Sánchez, B. Ramírez de León, J. A. Aguilar-Uscanga,
M. G. (2015). Eng. Life Sci. 15: 96-107.
3. Ríos-González, L.J. Morales-Martínez, T.K. Rodríguez-Flores, M.F.
Rodríguez-De la garza, J.A. Castillo-Quiroz, D. Castro-Montoya, A.J.
Martínez, A. (2017). Bioresour. Technol. 242: 184-190.
4. Morone, A. Pandey, R.A. (2014). Renew. Sust. Energ. Rev. 37:21-
35.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
BIORREFINERÍA LIGNOCELULÓSICA: ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE Trametes versicolor SOBRE LIGNINA RESIDUAL
José Martín Carlos-Pérez1, Lizbeth Pasaye-Anaya1 Yadira Belmonte-Izquierdo1, Jaime Saucedo-Luna1, Agustín Jaime
Castro-Montoya1, Gerardo Vázquez-Marrufo2
1Posgrado de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana San Nicolás de Hidalgo.
Morelia, Michoacán. CP. 58030. 2Centro Multidisciplinario de Estudios en Biotecnología Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad
Michoacana San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán. CP. 58893.
Palabras clave: biorefinería, derivados fenólicos, basidiomiceto.
Introducción. La producción de biocombustibles a partir de biomasa lignocelulósica ha tomado vital importancia con el paso de los años y el aumento de las necesidades energéticas mundiales. La utilización del bagazo de agave para la producción de etanol de segunda generación es una alternativa de solución, pero trae consigo la producción de considerables fracciones ricas en lignina.1 La lignina es un compuesto recalcitrante, difícilmente despolimerizada por la mayoría de los organismos, y su acumulación o quema directa representa un problema ambiental. Los hongos de la podredumbre blanca (HPB) han desarrollado enzimas con actividad lignolítica como lo son: lignin- peroxidasa (LiP), manganeso-peroxidasa (MnP) y Lacasa (Lac). Trametes versicolor (TA) es un HPB y se le conoce actividad lignolítica2, 3. Los productos derivados de la lignina podrían representar un soporte de viabilidad económica en la producción de biocombustibles.4
El objetivo del trabajo fue analizar la actividad lignolítica de TA y los compuestos generados tras la degradación de la lignina del bagazo de agave (LBA).
Metodología. Se emplearon dos medios sumergidos formulados, ambos con LBA al 1%, recuperada de la hidrólisis ácida del bagazo de agave; y se ajustó a pH 6, utilizando NaOH 0.1 M, previo a la esterilización. El primero contenía 150 mL de agua destilada, 0.5% (p/v) de dextrosa (CDL), mientras que la segunda formulación contenía 150 mL de caldo dextrosa-papa (PDBL). Se inocularon 20 discos, de 6 mm de diámetro, que contenían micelio de TA en fase exponencial y se incubaron a 28 °C y 120 rpm de agitación. El tiempo de análisis fue de 10 días, durante los cuales diariamente se extrajeron alícuotas para medir la actividad enzimática de LiP, MnP y Lac, así como para realizar la identificación de los productos de degradación de LBA presentes en el medio. Para la identificación de los compuestos se determinaron los tiempos de retención de cuatro compuestos fenólicos de interés (guayacol, vainillina, alcohol sinapílico y ácido 4-hidroxibenzoico) en un equipo de electroforesis capilar P/ACE MDQ (Beckmann Coulter), empleando buffer de 40 mM de tetraborato de Sodio con pH 9.
Resultados. De las tres enzimas lignolíticas estudiadas, la actividad enzimática de Lac por parte de TA presenta los mayores valores. Para el ensayo en CDL (Fig. 1) la actividad de Lac se presentó el día 7 con
un valor de 28.78 moles/min, mientras que para el ensayo en PDBL (Fig. 2) el máximo de actividad ocurrió
el día 4 con un valor de 359.4 moles/min. La identificación de los estándares por electroforesis capilar (tabla 1) representa el primer paso para la identificación de los productos generados tras la acción enzimática de TA sobre LBA.
Fig. 1. Actividades enzimáticas de TA tanto en CDL (línea punteada)
y PDBL (línea continua) durante los 10 días de incubación a 28 °C y 120 rpm de agitación.
Tabla 1. Tiempos de retención de compuestos fenólicos en electroforesis capilar con 40 mm de tetraborato de sodio pH 9.
Estándar
Fórmula Química
Peso molecular
(g/mol)
Tiempo de retención
(min)
Guayacol C7H8O2 124.14 4.16
Alcohol Sinapílico C11H14O4 210.23 4.36
Vainillina C8H8O3 152.15 7.87
Ácido 4-Hidroxibenzoico C7H6O3 138.12 11.29
Conclusiones. TA presenta actividad de Lac sobre
LBA, según las condiciones de cultivo, y es posible predecir una gama interesante de derivados fenólicos.
Bibliografía. 1. Álvarez-Castillo A. et al. (2012). Rev. Iberoam. Polim. 13(4): 140-
150.
2. Usme, W. Arias, M. Restrepo, D. P. Cardona, F. (2004). Revista
BioTecnología. 9 (1): 8-17.
3. Knežević, A. Milovanović, I. Stajić, M. Vukojević, J. (2013). Int.
Biodeter. Biodeg. 85: 52-56.
4. Abdelaziz, O. Y. et al. (2016). Biotechnol Adv. 34: 1318-135
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL DE PRIMERA, SEGUNDA Y
TERCERA GENERACIÓN EN MÉXICO
I.Q.I Karla D. Chikani Cabrera, Dr. Julio Sacramento Rivero. Universidad Autónoma de Yucatán,
Facultad de Ingeniería Química. Mérida, C.P. 97203, [email protected].
Palabras clave: Biocombustibles, aceite residual, aceite de palma, SCO.
Introducción. Debido al cambio climático,
la gran dependencia del combustible fósil y la seguridad energética del país, México ha optado por incluir a las energías renovables como medio para satisfacer las demandas energéticas. La secretaria de energía (SENER) informó que la demanda interna de diésel en 2030 será de 587.1 miles de barriles diarios, de lo cual las importaciones representan el 24.9%. [1]. Para satisfacer la demanda se puede utilizar biodiesel, este es un biocombustible líquido, obtenido a partir de materia prima renovable, que puede ser de primera, segunda y tercera generación, dependiendo de la materia prima de la cual es obtenido [2].
El objetivo es determinar el potencial para
reemplazar parte de esa demanda interna de
diésel con biodiesel producido en México,
utilizando materias primas de primera (aceite
de palma), segunda (aceite de cocina usado
(ACU) y grasas residuales) y tercera (aceite
de levaduras usando glicerina cruda como
sustrato) generaciones a partir de reportes
oficiales y simuladores.
Metodología. Con base en reportes
oficiales se dimensionó la disponibilidad de
ACU, grasa animal y de hectáreas para
plantaciones nuevas de palma aceitera. La
glicerina cruda para el proceso con levaduras
se consideró proveniente de los procesos de
producción de biodiesel únicamente. Se
identificaron rutas tecnológicas a partir de
artículos de investigación. Los rendimientos
en la etapa industrial se estimaron a partir de
simulaciones de procesos en el software
Aspen Plus. Para cada fuente de aceite se
consideraron escenarios de baja y alta
producción, en función de los rangos
reportados de disponibilidad de materia
prima.
Resultados. En el 2030 se pueden llegar a
producir 2×106 a 5.05×10
6 m
3 de biodiesel y
1.775-4.87×10
5 m
3 de glicerina cruda a partir
de aceite de palma tomando en cuenta una
disponibilidad de 338,040 a 1,613,385 ha
distribuidas en los estados de Campeche,
Chiapas, Tabasco y Veracruz. Se pueden
obtener 2.23×105-2.77×10
5 m
3 de biodiesel y
1.51×104-1.87×10
4 m
3 de glicerina cruda a
partir de ACU, tomando en cuenta una
disponibilidad de aceite de 2.49×105-
3.09×105 m
3 distribuidas en 59 zonas
metropolitanas del país. A partir de grasas
animales se pueden obtener 6.28×104 m
3 de
biodiesel y 2,556.92 m3 de glicerina cruda.
Con la glicerina cruda obtenida de estas
producciones, se podría producir 2.32×105-
5.01×105 m
3 de biodiesel adicionales con el
proceso de levaduras.
Conclusiones. La producción potencial de
biodiesel en México a 2030 sería suficiente
para cubrir 6.5 a 16% de la demanda interna
de diésel, que cubre el 26 a 67% de las
importaciones.
Agradecimiento. Gracias al
financiamiento del Clúster Biodiesel Avanzado del CEMIE-Bio (CONACYT 250014) y al CONACYT por la beca nacional #787974.
Bibliografía.
1. SENER. (2016). Prospectiva de petróleo crudo y petrolíferos 2016 - 2030.
2. Speight, J. G., & Radovanovic, L. (2015). Biofuels: Future benefits and risks. Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering, 8(3), 97.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA Y AGITACIÓN EN LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DEL BAGAZO DE AGAVE TEQUILANA.
Irma López-Gutiérrez1, Elías Razo-Flores1, Felipe Alatriste-Mondragón1
1Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, División de Ciencias Ambientales, Camino a la Presa de San José 2055 Lomas 4ª Sección C.P. 78216 San Luis Potosí, S.L.P.
Palabras clave: residuo lignocelulósico, sacarificación, tamaño de partícula
Introducción. El bagazo de Agave tequilana es un residuo lignocelulósico generado del proceso de la elaboración del tequila. Este residuo es un sustrato atractivo para la producción de biocombustibles debido a su bajo contenido de lignina y alto contenido de carbohidratos presentes en la celulosa y hemicelulosa. Estos carbohidratos pueden solubilizarse durante la hidrólisis enzimática del bagazo de agave empleando celulasas y hemicelulasas. El uso eficiente de estas enzimas depende de la temperatura, pH, tiempo de reacción, intensidad de agitación y concentración de sustrato [1]. Así mismo, se ha descrito que el tamaño de la partícula de la biomasa lignocelulósica es un factor importante en la eficiencia de la hidrólisis enzimática [2]. Por lo tanto, el objetivo del trabajo fue estudiar el efecto del tamaño de la partícula y de la agitación en la sacarificación enzimática del bagazo de agave. Además, se estudió la interacción de estos factores con la concentración de sustrato y adición de enzimas empleando un diseño factorial 2k.
Metodología. Las enzimas empleadas en este estudio fueron Cellic® CTec2 una preparación comercial de celulasas para la degradación de la celulosa y Cellic®
HTec2 una preparación de endoxilanasa con alta especificidad hacia la hemicelulosa. El diseño factorial 24
se realizó a través del programa estadístico Statgrahics Centurion XVI.I. Los factores que se evaluaron fueron tamaño de la partícula (0.5 y 3.35 mm), agitación (120 y 200 rpm), adición de Cellic® CTec2 y Cellic® HTec2 (1 y 4% v/w) y concentración de sustrato (60 y 100 g/L). El bagazo de agave fue molido por una trilladora agrícola y tamizado. El bagazo retenido en las mallas 6 (3.35 mm) y 35 (0.5 mm) se empleó en los ensayos de hidrólisis enzimática.
Los ensayos se realizaron en buffer de acetatos 50 mM (pH 5) a una temperatura de 50 °C por 24 h. Como variable de respuesta se evaluó la concentración de azúcares reductores (AR) en mg/mL. En cada ensayo se eliminó la contribución de azúcares presentes en el bagazo de agave y en las preparaciones enzimáticas comerciales.
Resultados. De acuerdo con el diagrama de Pareto (Fig. 1), el tamaño de la partícula, adición de enzimas (Cellic®
CTec2 y Cellic® HTec2) y concentración de sustrato fueron los factores que tienen un efecto significativo sobre la variable de respuesta (p< 0.05). Mientras que la agitación evaluada a 120 y 200 rmp no tuvo un efecto importante (p=0.97). Las interacciones entre los factores resultaron ser no significativas.
Fig. 1. Diagramas de Pareto para la variable de respuesta de la concentración de azúcares reductores (mg/mL).
En el diagrama de efectos principales (Fig. 2) se observa que la concentración de AR incrementa conforme: se disminuye el tamaño de partícula, se incrementa la concentración de sustrato y se incrementa la adición de enzimas. Incrementar la agitación a 200 rpm no afecto la sacarificación del bagazo de agave. La concentración de azucares reductores máxima alcanzada fue de 19.4 mg AR/mL.
Fig. 2. Grafica de efectos principales para la variable de respuesta de azúcares reductores (mg/mL).
Conclusiones. En este estudio se observó que la disminución del tamaño de partícula del bagazo de agave para la hidrólisis enzimática favoreció su sacarificación. Por lo que, este factor debe de ser considerado en la optimización de la hidrólisis enzimática del bagazo de agave.
Agradecimiento. Beca CONACYT (296778) a López- Gutiérrez, I. Este trabajo fue financiado por el proyecto Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006 (Fondo SENER Sustentabilidad Energética).
Bibliografía. [1] Mussatto, S. I., Dragone, G., Fernandes, M.,
Milagres, A. M. F., Roberto, I. C. (2008). Cellulose, 14, 711-721. [2] Kadic, A., Palmqvist, B., Lidén, G. (2014). Biotechnology for biofuels, 7(77) 1- 10.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SIMULACIÓN DE UNA BIORREFINERÍA BASADA EN MELAZAS DE CAÑA DE AZÚCAR PARA LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS ORGÁNICOS Y ETANOL.
Tania Méndez Romeroa*, Agustín Jaime Castro Montoya
a, Noé Aguilar-Rivera
b
aFacultad de Ingeniería Química, Posgrado en Ciencias en Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San
Nicolás de Hidalgo, CP 58060, Morelia, Mich. bFacultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad Veracruzana, Km. 1 carretera Peñuela Amatlán de los
Reyes S/N, CP 94945, Córdoba, Veracruz. *Mail: [email protected]
Palabras clave: bioterefinaría, bioproductos, aspen plus simulation
Introducción. Las melazas de caña de azúcar son un residuo de la agroindustria cañera, su disponibilidad en el país las convierte en una potencial materia prima para generar bioproductos y biocombustibles, ya que, a diferencia de los materiales lignocelulósicos, no necesitan un pretratamiento sofisticado para acceder a los carbohidratos disponibles en su composición. Actualmente, solo el 3 % de la generación de melazas se utiliza para fines de alimento para ganado, producción de alcohol, entre otros. El objetivo principal de este trabajo de investigación es colocar a las melazas como materia prima central para generar productos de alto valor comercial, así como también producir etanol a través de procesos químicos y biológicos (1).
Metodología. Con base a resultados reportados en la literatura (2,3,4) y usando el software de simulación de
procesos (Aspen Plus©), se diseñaron los procesos para
la producción de ácido láctico, ácido succínico y etanol.
Resultados. En la figura 1 se muestran los balances de masa obtenidos para cada uno de los procesos que conforman la biorrefinería. La producción corresponde a las melazas producidas en el Estado de Michoacán (caso base).
Fig. 1. Diagrama general de la biorefinería propuesta en Aspen Plus©.
Con la herramienta Economic Analyzer de Aspen Plus, se realizó el análisis económico de la biorrefinería y en la tabla 1 se muestran las principales del dicho análisis.
Tabla 1. Balances de materia para cada proceso para el caso base (Estado de Michoacán).
Comparando la utilidad neta contra la utilidad obtenida con el costo de oportunidad, ejemplo: invertir el costo total de capital de toda la biorrefinería (25,107,738.23 USD) en un banco con una tasa de interés anual del 8 %. Se obtiene que aún la utilidad total de la biorrefinería es ligeramente mayor que el costo de oportunidad (2,008,619.058 USD). Entonces, se concluye que es relativamente mejor invertir en un proyecto de producción de biocombustibles y bioproductos químicos a partir de la melaza de caña de azúcar.
Conclusiones. De acuerdo a los resultados obtenidos, se observa que la biorrefinería estaría disponiendo de un 90% de las melazas generadas en la última zafra correspondiente al ciclo de corte 2016-2017. Como se observa en la figura 1, se destina menor cantidad de melazas a las líneas de producción de ácidos orgánicos debido a que son los productos de alto valor agregado que aportan solidez al ámbito económico de la biorrefinería. Por otro lado, la biorrefinería producirá mayor cantidad de etanol que es un producto que debe de cumplir con ciertos requisitos relacionados con el precio de venta. La producción de etanol aporta al ámbito ambiental de la biorrefinería. El análisis efectuado arroja resultados alentadores, sin embargo, aún es necesario realizar una optimización de los procesos propuestos para mejorar los resultados ya mencionados.
Agradecimiento. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca otorgada (277055).
Bibliografía. 1. Aguilar-Rivera, N., Rodríguez, D., Enríquez, V., Castillo, A. &
Herrera, A. (2012). The mexican sugarcane industry: overview, constraints, current Status and long-term trends. Sugar Tech, 14(3), 207–222
2. Ortiz-Muñiz, B., Carvajal-Zarrabal, O., Torrestiana-Sanchez, B. & Aguilar-Uscanga, M. G. (2010). Kinetic study on ethanol production using Saccharomyces cerevisiae ITV-01 yeast isolated from sugar cane molasses. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 85(10), 1361–1367.
3. Zeikus, J., Jain, M. & Elankovan, P. (1999). Biotechnology of succinic acid production and markets for derived industrial products. Applied Microbiology and Biotechnology, 51(5), 545–552.
4. Hujanen, M. & Linko, Y.-Y. (1996). Effect of temperature and various nitrogen sources on L (+)-lactic acid productioLactobacillus casei. Applied Microbiology and Biotechnology, 45(3), 307–313.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN FERMENTATIVA DE HIDRÓGENO A PARTIR DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE BAGAZO DE AGAVE TEQUILANA CON Y SIN DETOXIFICAR
Estela Valdez-Guzman, Fernando Cortes-Jiménez, Hugo O. Méndez-Acosta, Alma Toledo-Cervantes, Jorge Arreola- Vargas. CUCEI-Universidad de Guadalajara, Departamento de Ingeniería Química, Guadalajara, Jal., C.P. 44430,
México. e-mail:[email protected]
Palabras clave: Bagazo de Agave tequilana, detoxificación, fermentación oscura.
Introducción: El bagazo de Agave tequilana es un residuo lignocelulósico generado durante la producción del tequila. De acuerdo a Saucedo-Luna et al (1), dicho bagazo es equivalente al 40% del peso total de las piñas de agave procesadas y se generan alrededor de 380,000 ton/año; lo cual dificulta su disposición final y representa un reto económico y ambiental para la industria tequilera. No obstante, es debido también a su composición lignocelulósica y alta generación, que el bagazo de A. tequilana se sitúa como una materia prima atractiva para la producción fermentativa de biocombustibles, tal como el hidrógeno (H2). Para la producción de H2 vía fermentación oscura, es necesario hidrolizar previamente las fracciones de celulosa y hemicelulosa del bagazo de A. tequilana. Entre los diversos pretratamientos que han sido aplicados sobre este tipo de bagazo, sobresale la hidrólisis ácida, por sus altos rendimientos de azúcares No obstante, junto con los azúcares, se forman compuestos inhibitorios (ácidos y furanos) que pueden afectar individual y sinérgicamente el metabolismo de los microorganismos a cargo de la fermentación, disminuyendo los rendimientos de H2. En este sentido, se han propuesto estrategias para detoxificar los hidrolizados lignocelulósicos, tal como el uso de carbón activado (2). Por lo anterior, el objetivo de este trabajo es optimizar las condiciones de operación para maximizar la producción de H2 a partir de hidrolizados ácidos con y sin detoxificar en reactores en lote.
Metodología: El bagazo de A. tequilana fue pretratado de acuerdo a condiciones óptimas de hidrólisis ácida previamente reportadas (3); empleando HCl al 1.9 % (v/v), 130 °C y 132 min(Gutiérrez-Sánchez, 2016). Posteriormente, la mitad del hidrolizado fue detoxificado con carbón activado, a las siguientes condiciones: 1% (p/v), 25 °C, 250 rpm, durante 20 min;
finalmente fue filtrado al vacío (2). Ambos hidrolizados fueron caracterizados en términos de concentración de la DQO, azúcares totales, ácidos grasos volátiles y furfurales. Para determinar las condiciones óptimas que maximizaran la producción de H2, se utilizó un diseño de composición central. Se evaluaron concentraciones de hidrolizados con y sin detoxificar en rangos de 5-15 gDQO L-1 en combinación con valores de pH entre 6,5- 7,5. Las cinéticas de producción de H2 fueron monitoreadas por medio de un sistema automático para la evaluación del potencial de hidrógeno/metano
(AMPTS, por sus siglas en inglés), conformado por 15 reactores operados en lote. Los digestatos se caracterizaron en los mismos términos que los hidrolizados.
Resultados: En la Tabla 1 se muestran los valores óptimos de pH y concentración de DQO que maximizan la producción de H2 a partir de hidrolizados ácidos de bagazo de A. tequilana sin detoxificar.
Tabla 1. Valores óptimos para la producción de H2 a partir de hidrolizados ácidos de bagazo de A. tequilana sin detoxificar.
Punto pH DQO
(g/L)
H2 (NmL)
Óptimo 7,7 10,3 329,3±15,55 DQO: Demanda química de oxígeno.
Los resultados de la Tabla 1 muestran que la mayor producción de H2, se encuentra a un pH ampliamente reportado para la fermentación oscura en reactores en lote, mientras que la concentración de DQO representa la mitad de la concentración total del hidrolizado (20,83 g/L). Los experimentos para optimizar la producción de H2 a partir de los hidrolizados ácidos detoxificados se están llevando a cabo actualmente y se espera obtener mayores producciones de H2 a concentraciones mayores de DQO, debido a la remoción de productos inhibitorios. Dichos resultados, así como la comparación de las superficies de respuesta, estarán listos para su presentación durante el evento.
Conclusiones: El presente estudio pretende mejorar la producción de H2 a partir de hidrolizados ácidos de bagazo de A. tequilana, mediante la aplicación de un proceso de detoxificación con carbón activado. Además, permitirá establecer las condiciones iniciales para la producción de H2 en sistemas continuos.
Agradecimientos: Este trabajo fue financiado por el ―Fondo Sectorial CONACyT-SENER‖, CEMIE-Bio proyecto 247006.
Bibliografía: 1. Saucedo-Luna, J., Castro-Montoya, A., Martinez-Pacheco, M.,
Sosa-Aguirre, C., Campos-Garcia, J. (2011). J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 38:725–732.
2. Mussatto, S., (2004). Bioresour. Technol. 93:1–10. 3. Gutiérrez-Sánchez, E., Arreola-Vargas, J., González-Álvarez V.,
Méndez-Acosta, H.O (2016). Producción de metano a partir de hidrolizados ácidos de bagazo de Agave tequilana: Efecto del tipo de ácido y optimización de las condiciones de hidrólisis. Reunión nacional RTB & REMBIO. Morelia. 19-21/Oct. C87 .
1_2
1_2
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CRECIMIENTO Y RENDIMIENTO DE BIOMASA AÉREA EN REBROTES DE TRES CULTIVOS
DENDROENERGÉTICOS Julio Cesar Ríos Saucedo*, Jorge Cancino Cancino, Eduardo Acuña Carmona, Artemio Carrillo Parra, Rigoberto
Rosales Serna * Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas y Pecuarias, Campo Experimental Valle del Guadiana, Carretera
Durango-Mezquital Km 4.5, Durango, Dgo. Méx. C. P. 34170. [email protected]
Palabras clave: Corta rotación, producción, bioenergía.
Introducción. El manejo de rebrotes en cultivos de
corta rotación, se cree que aumenta significativamente la producción de biomasa con fines dendroenergéticos y es una alternativa económica evitando la replantación del cultivo (1,2).
El objetivo del presente estudio fue estudiar en tres periodos de evaluación el crecimiento y rendimiento de biomasa aérea en rebrotes de tocones de dos años en tres cultivos dendroenergéticos.
Metodología. El estudio se realizó en la región del Biobío perteneciente a la octava región de Chile, a los 10, 21 y 31 meses de crecimiento, se estudió Eucalyptus globulus, E. denticulata, y Acacia dealbata, en tres densidades de plantación (5,000; 10,000 y 15,000 árboles ha-1). La información proveniente de tres tocones muestreados del subbufer de cada parcela, fueron utilizados para evaluar biomasa y ajustar a nivel
de árbol la relación de 𝑦 = 𝑏0( 𝑑 𝑎 𝑐 2 . 𝐻 1_2. 𝑣𝑝)𝑏1 ; 𝑦 corresponde a la biomasa total del tocón o de uno de
En el ensayo, transcurrido los 31 meses desde la brotación de los tocones de árboles cosechados a los dos años de edad. La especie E. globulus registró un alto rendimiento en biomasa total, con respecto al resto de las especies evaluadas, con valores de 32.4 Mg ha-1
en la densidad de plantación de 5,000 árboles ha-1, 36.0 Mg ha-1 para la densidad de 10,000 árboles ha-1 y en la densidad más grande (15,000 árboles ha-1) alcanzo valores de hasta 41.9 Mg ha-1 (Figura 1). En este estudio le siguió E. denticulata que acumulo biomasa a partir de rebrotes con 9.9 Mg ha-1 (5,000 árboles ha), 26.6 Mg ha-
1(10,000 árboles ha-1) y 24.6 (15,000 árboles ha-1) y A. dealbata reporto menor rendimiento en biomasa con 2.6, 10.4, 14.2 Mg ha-1 en las densidades 5,000, 10,000 y 15,000 árboles ha-1, respectivamente.
16
14
12
10
8
sus componentes (tallo, rama y hojas), 𝑑 𝑎 𝑐 2 es el 6
promedio del diámetro a la altura del cuello al cuadrado
del primero y segundo vástago (mm), 𝐻 1_2 es el promedio de la altura total del primero y segundo vástago y 𝑣𝑝 es el número de vástagos proventicios de la cepa; 𝑏0, 𝑏1= parámetros de regresión.
4
2
0
10 21 31
Tiempo (meses)
10 21 31
Tiempo (meses)
10 21 31
Tiempo (meses)
Resultados. En la mayoría de las variables evaluadas se obtuvieron diferencias significativas (α = 0.05). (Tabla 1). Como era de esperarse, el factor edad mostró diferencias altamente significativas sobre todas las variables analizadas en este estudio. Otro efecto que mostró alta significancia fue la especie con excepción en la variable altura y número de rebrotes proventicios (Nvp).
Tabla 1. Probabilidades obtenidas del análisis de varianza para los efectos evaluados en la biomasa aérea total y por componentes, número de rebrotes, diámetro y altura.
Efecto Biomasa
Nvp Dac Altura Total Tallo Rama Hojas
Edad <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001
Especie <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 0.0257 0.0186 <.0001 Densidad 0.0123 0.0367 0.0035 0.0018 0.7978 <.0001 0.0263
Especie×densidad 0.7441 0.8254 0.6596 0.5016 0.0242 0.8846 0.6909
Figura 1. Evolución del rendimiento de biomasa en rebrotes de cepas
de dos años en cultivos dendroenergéticos. Fuente: Elaboración propia.
Conclusiones. Transcurridos 31 meses de crecimiento en rebrotes, el rendimiento en biomasa total fue significativamente mayor en las especies de Eucalyptus en contraste con A. dealbata, los mayores rendimientos en biomasa aérea por hectárea fueron obtenidos en E. globulus en la densidad de plantación mayor.
Bibliografía.
1. Bullard MJ, SJ Mustill, SD McMillan, PM Nixon, P Carver, CP Britt. 2002. Biomass and Bioenergy 22:15- 25. 2. Souza FC, GG Reis, dMGF Reis, HG Leite, RS Faria, JP Caliman, RA Barbosa, CHR Oliveira. 2015. New Forests 47:195-208.
Nvp: Número de rebrotes proventicios, Dac: Diámetro a la altura del cuello.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE MISCANTHUS GIGANTEUS PARA GENERACIÓN DE BIOENERGÉTICOS
Angélica Evelin Delgadillo López1, Elizabeth González Escamilla1, Armando Peña Calva1, César Jiménez Pelcastre2,
Hugo Hernández Contreras3, Jorge Ricardo Aguilar Hernández4. 1Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo,
Programa Educativo de Ingeniería en Energía, Tolcayuca, Hidalgo, C. P. 43860. 2Universidad Tecnológica de la Sierra
Hidalguense, Zacualtipán de Ángeles, Hidalgo, C.P. 43200. 3Instituto Politécnico Nacional, Unidad Profesional
Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Hidalgo, San Agustín Tlaxiaca, Hidalgo, C.P. 42040. 4Instituto Politécnico
Nacional, Escuela Superior de Física y Matemáticas, Delegación Gustavo A. Madero, Ciudad de México, C.P. 07738.
Palabras clave: pasto gigante, bioetanol, siembra.
Introducción. El Miscanthus giganteus es un pasto
gigante de corte forrajero, de hasta 4 m de alto, resistente
en tierras marginales, que es fácil de cultivar y tiene bajos
requerimientos de nutrientes y agua. Por su alto
rendimiento de biomasa, de hasta 20 a 30 t/ha de materia
seca (Muñoz y Cancino, 2014), es ideal para el desarrollo
de bioenergéticos como el bioetanol, por sus altos
contenidos de celulosa, garantizando la seguridad
alimentaria y la producción de combustibles amigables
con el ambiente. Como beneficio paralelo, el presente
proyecto permitirá mitigar la pobreza extrema en aquellas
comunidades que se dedican exclusivamente al campo,
reactivando los suelos de cultivo, que por las condiciones
climáticas y el agotamiento de nutrientes, se han vuelto
poco rentables, lo que ha generado desempleo y
emigración al extranjero. Por lo que, el objetivo general
del presente trabajo es indicar la metodología de siembra,
en México, del pasto gigante con fines de producción de
bioetanol, dado que en este país, es la primera vez que
se cultiva y estudia.
Metodología. Se realizó el trámite de liberación de los
requisitos fitosanitarios para la importación del
Miscanthus giganteus originario y procedente de Estados
Unidos de América. Tras su llegada a México y el
cumplimiento del procedimiento de Guarda, Custodia y
Responsabilidad (GCyR), se procedió al establecimiento
de 8,000 rizomas en tres parcelas experimentales
ubicadas en los municipios de Tolcayuca, Ixmiquilpan y
Zacualtipán de Ángeles, Hidalgo. Los sitios se
seleccionaron considerando las condiciones
edafoclimáticas contrastantes. Se realizó la preparación
del suelo de cultivo con el objetivo de lograr una
proliferación adecuada de las raíces, incorporar restos de
materia orgánica, destruir las malas hierbas y facilitar una
adecuada actividad química y biológica.
Resultados. Para el ingreso de los rizomas de Miscanthus giganteus a México, en el país de origen se
aplicó una combinación de tratamientos químicos
consistentes en un nematicida y un bactericida. Posteriormente, se realizó el análisis de Leifsonia xyli, Helicotylenchus pseudorobustus, Heterodera glycines, Hoplolaimus galeatus, Longidorus americanum, Longidorus breviannulatus, Pratylenchus hexincisus, Xiphimena rivesi y Sorghum mosaic virus, encontrando que el material propagativo se encontraba libre de dichos microorganismos. Para su exportación, se empacaron en envases nuevos, limpios y cerrados, libres de suelo, residuos vegetales u otros materiales diferentes al importado. Tras la toma de muestras en la aduana de Laredo, para la determinación de plagas cuarentenarias, por parte del Centro Nacional de Referencia Fitosanitaria, los rizomas ingresaron a México bajo el procedimiento de GCyR (manteniéndolos a 4°C), el cual se fue liberado el 17 de julio de 2017. Para el establecimiento del material vegetativo, se preparó el suelo, de acuerdo a las siguientes etapas: 1) Subsolado mecanizado hasta una profundidad de 80 cm; 2) Arado de discos cruzado y 3) Surcado. Los rizomas sembrados se obtuvieron de plantas de 1 año de edad, divididas durante el periodo de dormancia, obteniendo trozos, con al menos 2 yemas, para el replante. El material propagativo fue hidratado a temperatura ambiente y a la sombra antes de su establecimiento. La siembra se llevó a cabo de manera manual, bajo los siguientes criterios: distancia entre surcos de 1 m, distancia entre plantas de 70 cm, y profundidad de 10-15 cm. El brote del pasto se observó a los 15 días de la siembra.
Conclusiones. El cultivo de Miscanthus giganteus en México, permite el desarrollo de nuevos conocimientos y tecnologías de aprovechamiento comercial y energético que contribuyen al desarrollo sostenible del campo mexicano.
Bibliografía. Muñoz F., Cancino J. (2014). Descripción de la especie. En: Antecedentes de Miscanthus x giganteus para la producción de energía. Muñoz F., Cancino J. Ícaro Impresores Ltda. Chile. 13-17.
ANÁLISIS TECNOECONÓMICO DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE
Zymomonas Mobilis Y E. Coli MS04
Blanca Angélica García-Garcíaa, Agustín Jaime Castro-Montoyaa, Alfredo Martínez Jímenezb, Carlos Ariel Cardona
Alzatec
a Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Avenida Francisco J. Mújica S/N
Ciudad Universitaria, Morelia, Michoacán, C.P. 58030, MÉXICO, b Instituto de biotecnología, Universidad Nacional
Autónoma de México, c Departamento de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia, Manizales Colombia
Palabras clave: Simulación, Bioetanol,
Introducción. Actualmente se desarrollan e investigan diferentes alternativas para la obtención de bioetanol carburante que sean más rentables económicamente. Una de ellas corresponde a la ingeniería de vías metabólicas, cuyo fin es diseñar y desarrollar cepas de bacterias y levaduras que metabolicen y canalicen el flujo de carbono hacia la formación de bioetanol a partir de hexosas, pentosas y mezclas de ambas (1).
Los microorganismos más eficientes en la producción de bioetanol son la levadura Saccharomyces Cerevisiae y la bacteria Zymomonas Mobilis (2), los cuales únicamente metabolizan azúcares de seis carbonos (glucosa, sacarosa y fructosa) para su producción. En este trabajo se realiza el diseño conceptual y la evaluación técnico-económica de un esquema para la producción de bioetanol acoplado a un sistema de cogeneración, utilizando como materia prima bagazo de agave Tequilana W. y se compara la producción de bioetanol empleando la bacteria Zymomonas Mobilis y la bacteria modificada genéticamente Escherichia Coli MS04. Dicha comparación se hace desde el punto de vista económico y de rendimiento con ayuda del simulador Aspen.
Metodología. Por medio de herramientas de simulación de procesos, se llevó a cabo la síntesis de diagramas de flujo, los cuales permitieron generar los balances de masa y energía necesarios para el cálculo de las materias primas, insumos, servicios y requerimientos energéticos. Con el fin de calcular los coeficientes de actividad de la fase líquida se empleó el modelo termodinámico NTRL. Las propiedades fisicoquímicas de los compuestos tales como la celulosa y hemicelulosa fueron tomadas de estudios reportados por el NREL (3). Siendo los casos de estudios los siguientes: Caso1 Producción de bioetanol empleando Zimomonas Mobilis, Caso2: Producción de bioetanol a partir de E. Coli MS04.
Resultados. En la Fig.1 se muestra el diagrama de flujo simplificado de la producción de etanol, en el cual se encuentran las diferentes etapas del proceso de
extracción de azúcares: pretratamiento, hidrólisis enzimática, fermentación, purificación y el sistema de cogeneración.
Fig. 1. Esquema del diseño conceptual de la producción de etanol.
Conclusiones. Se demostró que el esquema de producción que emplea la bacteria E. Coli MS04 presenta un mayor índice de rentabilidad en comparación con el esquema que utiliza la bacteria Zymomonas M., puesto que tienen un mayor rendimiento y su uso reduce etapas de procesamiento, resultando un menor consumo de agua en el procesamiento.
Agradecimiento. Los autores expresan su agradecimiento a la Universidad Nacional de Colombia, al Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México y a la dirección de Investigacion de la Facultad de Ingeniería Química, así como al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por el apoyo financiero.
Bibliografía. 1. Jimenez, A. M., Lagarda, G. G., Chavez, G. T. H., Beristain, G. H.,
Martinez, B. T., & Carreri, J. U. (2013). U.S. Patent No. 8,563,283.
Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
2 Yu, Z., & Zhang, H. (2003). Pretreatments of cellulose pyrolysate
for ethanol production by Saccharomyces cerevisiae, Pichia sp. YZ-1
and Zymomonas mobilis. Biomass and bioenergy, 24(3), 257-262
3. Wooley, R. J., & Putsche, V. (1996). Development of an ASPEN
PLUS physical property database for biofuels components.
Pretreatment and
Lignocellulosic Dilute acid water Gas turbine
Air
Hot gases
Humid Air
Lignin
10 Ca(OH)2 Ash
system
Steam Zymomonas Ethanol production
mobilis
CO2
Water
glucose steam
Low
steam
99.6% Stillage
METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE LA SUSTENTABILIDAD (MES) DE BIOCOMBUSTIBLES
SÓLIDOS: UNA REVISIÓN
Ricardo Musule, Berenice Acevedo, Carlos A. García
Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México, Antigua
Carretera a Pátzcuaro No. 8701 Colonia ExHacienda de San José de la Huerta, 58190 Morelia, Michoacán, México.
Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: Bioenergía; análisis de sustentabilidad; sostenibilidad.
Introducción. La bioenergía es considerada una opción
prometedora para diversificar la matriz energética,
disminuir el uso de combustibles fósiles y favorecer la
mitigación del cambio climático [1–3], entre otras
ventajas. Sin embargo, está puede presentar diversos
problemas si no se desarrolla con cuidado [4–9].
Destacándose: Conflictos por cambios de uso de suelo
[5,10,11] y pérdida de biodiversidad [12,13]. Entre otros
[14]. Por lo anterior, la sustentabilidad de los sistemas
de la producción de biocombustibles (SPB) ha sido
ampliamente cuestionada [15,16], principalmente en
sistemas a gran escala [17,18]. De esta forma es
importante evaluar la sustentabilidad de la bioenergía,
ya que existe una preocupación por los impactos de las
prácticas de manejo de este tipo de recursos naturales
como resultado de un futuro aumento de su uso a nivel
global [19,20]. El objetivo del presente trabajo es
elaborar una revisión bibliográfica acerca de las
principales MES aplicadas a SPB sólidos.
Metodología. Consistió en la búsqueda y colecta de
artículos y revisiones arbitradas de carácter científico y
publicados en idioma español e inglés entre los años
2010 y 2017, estos artículos fueron clasificados y
analizados. Las bases de datos utilizadas fueron:
Science Direct, Scopus, Scielo y Google Scholar. El
enfoque de la búsqueda se centró en las MES
reportadas y aplicadas a SPB en general,
principalmente en los biocombustibles sólidos. Las
palabras claves utilizadas para la búsqueda y sus
respectivas combinaciones fueron: “bioenergy”,
“biofuel”, “sustainability assessment” y “sustainability
analysis” así como sus correspondencias al español. El
criterio para refinar el número de resultados de la
búsqueda consistió en solo seleccionar los trabajos de
investigación en los que se contenían las palabras
claves y sus combinaciones dentro de las secciones:
título, abstract, keywords y conclusiones.
Resultados. Mediante los estudios seleccionados, se
desarrolló una base de datos, la cual está constituida
por: Revisiones (13), casos de estudio (40), capítulos de
libro (4) y otros tipos estudios (4). En la Tabla 1, se
sintetiza la revisión acerca de las MES empleadas en
SPB generales y sólidos:
Tabla 1. Principales MES aplicadas a SPB.
NOMBRE DE LAS MES: DIM.* REF.
1 Análisis Multicriterio A, S, E [12,21,22]
2 Metodología de sistemas dinámicos E,A [23]
3 MESMIS-modificado A, S, E [24]
4 Criteria & Indicators A [25]
5 Integrated energy–economic–environment (E3) A,S,E [26]
6 Análisis de Ciclo de Vida de sustentabilidad A,S,E [27,28]
7 Método de Mata, et al. A, S, E [29]
8 Análisis del ciclo de vida (ISO 14040) A [30,31]
9 Modelo integrado de sustentabilidad A, S, E [32]
10 Análisis del ciclo de vida de GEI A [33]
11 Análisis de emergía A,E [34–36]
12 Renewable Process Synthesis Index Metric A,S,E [37]
13 STRAP (sustainability trade-offs and
pathways) A,S,E [38]
14 Marco unificado de Suwelack et al. A,S,E [39]
*Dimensiones: A=Ambiental, S=Social y E=Económica.
Conclusiones. Se encontró que en general las MES
consideran cinco principales pasos:
1. Definición de los sistemas a estudiar: Es una
descripción detallada del o los sistemas de estudio.
2. Definición de los objetivos/principios de
sustentabilidad: Corresponde al apartado en el que los
objetivos/principios de la evaluación deben ser
claramente descriptos.
3. Definición de indicadores: Se deben de seleccionar y
describir los indicares a ser utilizados dentro de la MES
de acuerdo a los objetivos.
4. Evaluación de los indicadores: Aborda la metodología
con la que se evaluarán los indicadores: supuestos,
tratamiento de datos y ponderación.
5. Construcción de un índice: Comprende el desarrollo
de un dato sintético que sirva de referencia y permita la
cuantificación de la sustentabilidad del o los sistemas en
estudio y que permita la toma decisiones.
Agradecimiento. Fondo SENER-CONACyT por el
financiamiento (proyecto 246911).
Bibliografía. 1. S. Coss, C. Rebillard, V. Verda, O. Le Corre (2017). J. Clean. Prod.
142 23–38.
2. O. Arodudu, K. Helming, H. Wiggering, A. Voinov. (2017). Environ.
Impact Assess. Rev. 62 61–75.
3. W.H. Liew, M.H. Hassim, D.K.S. N. (2014). J. Clean. Prod. 71 11–
29. Continuación: https://
drive.google.com/open?id=0B55kith2WvCCMEhnV01wcldZYXc
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Construcción y evaluación de un biofiltro con un sistema químico-biológico
para la eliminación de CO2 y H2S del biogás
Jesús Guillermo Urquidy Audeves a , Rafael Lucho Chigo a, Luis Armando de la Peña
Arellano a, Cuauhtémoc Ulises Moreno Medina a b *.
a Instituto Tecnológico de Durango, Departamento de Ingeniería Química-Bioquímica,
Maestría en Sistemas Ambientales, C. P. 34080 bCatedrático CONACyT-TecNM/Instituto Tecnológico de Durango. *[email protected]
Palabras clave: Bacterias oxidadoras del hierro, iones férricos, microaerofília.
Introducción. El biogás es producto de la
digestión anaerobia de materiales
biodegradables. Su composición varía de 45-
75% de CH4, 25-45% de CO2 y 200-3,500 ppm de H2S. Estos dos últimos gases deben ser
eliminados ya que pueden causar problemas
en el aprovechamiento en la generación de
energía proveniente del biogás. Se propone
un sistema químico-biológico, con una
solución rica en Fe3+ (medio 9k) y bacterias
oxidadoras del hierro microaerofílicas, las
cuales aparte de fijar CO2 ayuda a la
recuperación del ion férrico al reaccionar con
el H2S.
Metodología. Se utilizó una columna de
acrílico de 11.8 cm Di y 50 cm H. Se
prepararon 10 L de medio 9k con 1.396 g
Fe3+/L, los cuales 4.7 L fueron introducidos a
la columna. Fueron realizadas 6 corridas de 1
L de biogás cada una con un flujo de 0.5 L/min.
Corrida 1 y 2 fueron realizadas sólo con
medio. La corrida 3 y 4 se les añadió 325 g de
carbón activado y a la corrida 5, 650 g. Los
parámetros de seguimiento fueron: pH, Fe2+,
Fe3+ y composición del biogás a la entrada y
salida del biofiltro.
Resultados. Se encontró la aparición de Fe2+
desde la corrida 1, fueron determinados 0.059
g/L ± 0.042 por corrida, esto indicaba la
eliminación de H2S de acuerdo a la reacción:
Fe2(SO4)3 + H2S S0 + 2 FeSO4 + H2SO4. El pH tuvo un ligero aumento conforme a cada
corrida empezando en 2.3 y para la corrida 5
éste era aproximadamente 2.6. En cuanto al
porcentaje de eliminación/enriquecimiento se
realizó un análisis de la composición del
biogás a la entrada y salida del biofiltro, siendo
cantidades positivas el enriquecimiento, con
excepción del H2S, y cantidades negativas la
eliminación (Tabla 1).
Tabla 1. Enriquecimiento/eliminación de CH4,(%) CO2 (%), Bal (%) y H2S (ppm eliminadas).
C1 C2 C3 C4 C5
CH4 (%) -10.3 -20 -23.1 -20.2 -36.5
CO2 (%) -11.3 - 27.1
-21 -14.6 -50.8
Bal (%) 26 17.9 27.2 22.9 29.5
H2S (eliminado
, ppm)
1.70 9.08 0.71 6.95 13.34
Conclusiones. Se eliminó satisfactoriamente
H2S proveniente del biogás haciéndolo pasar
por un biofiltro con medio 9k oxidado con una
concentración inicial de ion férrico de 1.396
g/L y este fue decayendo hasta 1.282 g/L. En
cuanto a los valores obtenidos de eliminación
y enriquecimiento del biogás CH4 y CO2 no se
ha logrado comparar debido a que en este tipo
de estudios no se reportan en la literatura,
solamente las eliminaciones de H2S y la
regeneración del ion férrico.
Agradecimientos. Agradezco a CONACYT el
apoyo durante mi investigación y al ITD por el
tiempo que permanecí en la institución.
Bibliografía. Chung, Y. C., Ho, K. L., & Tseng, C. P. (2006). Treatment
of High H 2 S Concentrations by Chemical Absorption and
Biological Oxidation Process. ENVIRONMENTAL
ENGINEERING SCIENCE, 23(6).
Ho, K. L., Lin, W. C., Chung, Y. C., Chen, Y. P., & Tseng,
C. P. (2013). Elimination of high concentration hydrogen
sulfide and biogas purification by chemical–biological
process. Chemosphere, 92(10), 1396–1401.
Lin, W. C., Chen, Y. P., & Tseng, C. P. (2013). Pilot-scale
chemical-biological system for efficient H2S removal from
biogas. Bioresource Technology, 135, 283–291.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
GENERACIÓN DE METANO CON LODOS PROVENIENTES DE UN SISTEMA
ACUÍCOLA POR CODIGESTIÓN CON HECES PORCINAS.
María del Refugio Ramírez Luna a, Ma. Dolores Josefina Rodríguez Rosales a, Roberto Valencia
Vázquez a b, Cuauhtémoc Ulises Moreno Medina a b +
a Instituto Tecnológico de Durango, Departamento de Ingeniería Química-Bioquímica, Maestría en
Sistemas Ambientales. Blvd. Felipe Pescador 1830 Ote. Durango, Dgo., C.P. 34080, México. bCatedrático CONACyT-TecNM/Instituto Tecnológico de Durango. [email protected]
Palabras clave: Biogás, estabilización de lodos, fertilizante .
Introducción. La producción de tilapia en México ocupa el tercer puesto de producción por acuicultura. Sus efluentes no tratados generan contaminación en cuerpos de agua y suelo². Una opción para tratar sus efluentes y generar energía es la digestión anaerobia para generar biogas⁴, el cual se compone principalmente de dióxido de carbono y metano⁵. Al hacer una codigestión, se producce metano y al mismo tiempo se logra estabilizar las heces porcinas.
Metodología. Se digirieron en las siguientes proporciones los lodos de la acuicultura y las heces porcinas) A)75-25%, B)50-50% y C)25-75%, inoculados al 20% con un lodo metanogénico. Las digestiones fueron incubados durante 70 días a 35°C³. La calidad del biogás se obtuvo con una unidad Lantec 2000. El volumen de biogás se registró por desplazamiento de líquido.
Resultados El promedio general de producción de biogas durante los 70 días mas importantes fue: C) 361.37 ml/día, mejor promedio general de producción de metano durante los 70 días: A) 50.31%, Promedio maximo de producción de biogas registrado B)506.2 ml/día y el promedio maximo de porcentaje de metano se obtuvo en A)58.63%. En la Tabla 1 se muestran los resultados obtenidos de las mezclas antes y después de su digetión.
Bibliografía. (1) APHA (American Public Health Association). 1998.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, (20th Ed), Washington, DC. 1496 pp. (2) FAO, (Food and Agriculture Organization of the
United Nation).( 2016). El estado mundial de la pesca y
la acuicultura 2016. Contribución a la seguridad
alimentaria y la nutrición para todos. Roma. 224 pp.
Tabla 1. Remociones del proceso de codigestión. Parámetro Cosustrato Inicial Final Remoción
( % )
Sólidos totales (g / Kg)
A 100.48 48.54 51.69 *
B 126.31 87.65 30.60
C 188.37 141.17 25.05
Sólidos volátiles totales (g / Kg)
A 76.49 24.03 68.58 *
B 91.609 59.69 34.84
C 139.98 93.36 33.30
Bacterias coliformes
(NMP)
A 1,47x10³ 7,33x10¹ 95.01
B 4,95X10³ 1,10x10² 97.77
C 7,40X10⁴ 1,47x10² 99.80 *
Análisis elemental
N (%)
A 4.2 3.9 7.14
B 3.2 2.9 9.37
C 4.3 2.7 37.20 *
Análisis elemental
C (%)
A 59.9 26.95 55 *
B 57 38.1 33.15
C 82.9 45.1 45.59
Fósforo total (g/kg)
A 3.02 2.83 6.29
B 3.7 3.17 13.78 *
C 3.446 3.443 0.08
Demanda Química de
Oxigeno (mg /L)
A 7100 3300 53.52 *
B 11500 7400 35.65
C 13400 8900 33.58
Conclusiones. La mezcla C produjo el mayor volumen de metano durante 28 días. Se obtuvo un digestato estabilizando y con potencial para su uso como fertilizante. Todas las mezclas cumplen con la normativa de menos de 200 NMP.
Agradecimientos. Agradezco a CONACYT
el apoyo durante mi investigación y al ITD por el tiempo que permanecí en la institución.
(3) Kugelman & Van Gorder., (1991). ―Water and Energy Recycling in Closed Aquatic Systems.‖Engineering Aspects of Intensive (4) Marchaim, U. (1992). Biogas Processes for Sustainable Development. FAO. Rome, Italy. 232pp (5) Mirzoyan, N., Tal Y., Gross, A. (2010). Anaerobic
digestion of sludge from intensive recirculating
aquaculture systems: review. Aquaculture. 306, 1-6
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA EN UNA Y DOS ETAPAS DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE
BAGAZO DE Agave tequilana.
Rosa Cárdenas, Liliana Arroyo, Fernando Cortés, Alma Toledo, Jorge Arreola, Hugo Méndez. Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, Departamento
de Ingenierías, Guadalajara, Jalisco. C.P. 44430. [email protected]
Palabras clave: Hidrógeno, Metano, Comparación energética.
Introducción. Durante el proceso de producción de 1 L de tequila se genera como residuo 1.4 kg de bagazo de Agave tequilana Weber var. azul, única especie permitida por su denominación de origen (1). Esto
representa, una producción anual de ~464000
Tn, lo que ocasiona gran impacto ambiental
superficie de respuesta de la DA en dos etapas. Los valores óptimos de pH y DQO inicial fueron 7.0 y 8.8 gL-1, respectivamente. La energía recuperada experimentalmente fue 27.6 KJ.
0.0
1.6
en la zona tequilera del país debido al manejo 16
inadecuado de éste residuo. En este sentido, 12
recientemente se ha señalado el uso del 8 bagazo de agave para la generación de
4
hidrógeno (H2) y metano (CH4), mediante digestión anaerobia (DA) en una y dos etapas, 0
3.2
4.8
6.4
8.0
9.6
11.2 10 12.8
6 8
14.4
ya que poseen un alto contenido energético que resulta atractivo para reemplazar el uso
6 6.5 7 7.5
pH
DQO (g/L) 8
16.0
17.6
de los combustibles fósiles. El objetivo de este trabajo fue optimizar la producción de energía (H2 y CH4) mediante digestión anaerobia en una y dos etapas de hidrolizados ácidos de bagazo de A. tequilana, en términos de concentración de inicial de sustrato y pH.
Fig.1. Superficie de respuesta de la recuperación energética (KJ) a partir de la DA en una etapa.
28
24
20
12.0
13.6
15.2
16.8
18.4
20.0
21.6
Metodología. La hidrólisis ácida del bagazo 16
se llevó a cabo con una solución diluida de 12
15
12.5 10
23.2
24.8 26.4
HCl (1.92% p/v) a una relación de 5% p/v, y una temperatura de 130.5°C durante 2.2h (2).
6.5 6.7 6.9 7.1
pH
7.3 7.5
7.5 5 DQO (g/L) 28.0
29.6
Posteriormente, se utilizó como sustrato para la DA en una y dos etapas a una temperatura de 37°C en reactores de tanque agitado de 0.5L inoculados con 10 g-SV L-1 de lodo anaerobio. La optimización se llevó a cabo mediante un diseño compuesto central tomando como variable de respuesta la producción de energía, y como factores el pH entre 6.5-7.5 en una etapa y entre 7-8 en dos etapas; y concentraciones de DQO de 5 a 15 g L-1 para ambos procesos.
Resultados. En la figura 1 se observa la superficie de respuesta de la recuperación energética mediante DA en una etapa a diferentes pH y concentraciones de DQO. Las condiciones óptimas determinadas mediante el modelo matemático fueron: pH de 7.4 y DQO de 2.9 g L-1. Bajo dichas condiciones, experimentalmente se obtuvo una producción de 17.2 KJ. En la figura 2 se muestra la
Fig.2. Superficie de respuesta de la recuperación energética (KJ) a partir de la DA en dos etapas.
Conclusiones. A pesar de que la remoción de DQO en ambos procesos fue similar ~86-88%, se obtuvo una mayor recuperación de energía en el proceso de dos etapas, 1.6 veces superior. Las condiciones óptimas serán implementadas en reactores operados en continuo, con lo que se espera desarrollar una tecnología de bajo costo para el aprovechamiento del residuo de la industria tequilera y la producción de energía.
Agradecimiento. Fondo Sectorial CONACyT-
SENER, CEMIE-Bio proyecto 247006.
Bibliografía. 1. Consejo regulador del tequila (2016). www.crt.org.mx/ 2. Gutiérrez-Sánchez, D. (2016). Optimización de las condiciones de hidrólisis ácida de bagazo de Agave tequilana Weber var. azul para maximizar la producción de azúcares fermentables: un sustrato potencial para la producción de metano. ‗Universidad de Guadalajara‘.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ACLIMATACIÓN DE LODO ANAEROBIO A TEMPERATURA TERMÓFILA UTILIZANDO COMO
SUSTRATO UN EFLUENTE ACIDOGÉNICO DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS
Felipe Ojeda, Germán uitrón, Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas, Instituto de
Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, Universidad Nacional Autónoma de México, Blvd. Juriquilla 3001, Querétaro 76230,
Mexico, [email protected].
Palabras clave: Metano, Digestión anaerobia, Tratamiento de aguas industriales
Introducción. La digestión anaerobia es una opción viable para el tratamiento de las vinazas ya que permite la recuperación de la energía utilizada en el proceso atreves de la producción metano (1). Por otro lado, los procesos en dos etapas se han utilizado hace ya muchos años (2,3) con el fin de separar las etapas de hidrólisis - acidogénesis de la metanogénesis y así optimizar cada uno de ellos por separado, lo que lleva a una mayor velocidad de reacción y rendimiento de biogás (3). Además, operar bajo condiciones termófilas ha demostrado aumentar la actividad metanogénica utilizando sustratos como vinazas vitivinícolas (4).
Para todo proceso de digestión anaerobia las características del inóculo son fundamentales, por lo tanto, es de suma importancia contar con un buen proceso de aclimatación al sustrato y a las condiciones de operación (5). Debido a lo anterior, para poder realizar un proceso continuo en dos etapas que opere a temperaturas termófilas, en el presente trabajo se realizó la aclimatación de lodo anaerobio granular proveniente de una planta cervecera, con el fin de obtener un buen inóculo capaz de operar a 55ºC y que utilice efluentes acidogénicos de vinazas vitivinícolas como sustrato.
Metodología. Se utilizó un reactor con volumen operacional de 5 L inoculado con lodo anaerobio granular proveniente de una planta cervecera a una concentración de 20 gSV/L. Para su activación se realizaron 3 lotes utilizando glucosa a una concentración de 5 g/L y 35º C. Seguido de esto, se utilizó como sustrato efluente de un reactor acidogénico alimentado con vinazas vitivinícolas a una concentración de 10 gDQO/L. Se dio por terminado cada
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0 0 500 1000 1500
Tiempo (h)
Fig. 1. Metano acumulado y ajuste de Gompertz para cada uno de los
lotes siendo ( ) glucosa a 35ºC y sustrato acidogénico a ( ) 35ºC, ( )
45ºC y ()55ºC.
lote cuando el volumen de biogás acumulado fue constante. Los lotes se realizaron a la misma temperatura hasta que la variación de la cantidad máxima de biogás producido fuese igual o menor al 10%. Seguido de esto, la temperatura del reactor se aumentó en 10º C y se utilizó la misma estrategia hasta alcanzar una temperatura de 55ºC. El pH y la agitación fueron constantes a 7 y 200 rpm respectivamente. Se realizaron mediciones de DQO y SSV al principio y al final de cada lote, y el porcentaje de metano se midió utilizando un cromatógrafo de gases SRI 8610C.
Resultados. Luego de activar el lodo utilizando glucosa, es posible observar que el lodo pudo aclimatarse a cada una de las condiciones, alcanzando valores de rendimiento de 306, 378 y 372 mLCH4/gDQORemovida, para cada una de las temperaturas aplicadas. Esto implica que hubo una selección de los microorganismos a medida que se fue aumentando la temperatura. Por otro lado, al aplicar la temperatura termófila no se alcanzó un mayor volumen de biogás acumulado (Fig. 1) debido a que la concentración de sólidos volátiles en esta etapa disminuyó de 19.8 gSV/L al final de la etapa a 45º C a 13.1 gSV/L al final la etapa a 55º C.
Conclusiones. La aclimatación del lodo anaerobio subiendo en 10º C la temperatura luego de alcanzar un volumen de biogás estable, sirve para generar una selección de microorganismos eficientes para la producción de metano en un rango de 35 a 55ºC.
Agradecimiento. Este estudio se realiza bajo el apoyo del ―Fondo de Sustentabilidad Energética SENER– CONACYT‖, a través del proyecto 247006 del Clúster Biocombustibles Gaseosos.
Bibliografía. 1. Yang, R., Ma, Y., Zhang, W., Xu, R., Yin, F., Li, J., Xu, Y. (2011). WastewaterTreatment. In Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), Asia-Pacific. (pp. 1–4). 2. Vollmer, H., Scholz, W., 1985. Fleischwirtschaft 65 (11), 1310 1312–1316, 1364. 3. Liu, D., Liu, D., Zeng, R. J., & Angelidaki, I. (2006)., Water Res 40(11), 2230–2236. 4. Lofrano, G., & Meric, S. (2016). Desalination Water Treat, 57(7), 3011– 3028. 5. Da Ros, C., Cavinato, C., Bolzonella, D., & Pavan, P. (2016). Biomass Bioenergy, 91, 150–159.
CH
4 A
cu
mu
lad
o (
mL
)
INMOVILIZACIÓN DE β-GLUCOSIDASA RECOMBINANTE ENRIQUECIDA EN RESIDUOS DE LISINA E
HISTIDINA EN UN NANOSOPORTE DE FERRITA-COBALTO
Perla Guadalupe Vázquez Ortega, Javier López Miranda, Juan Antonio Rojas Contreras, Nicolás Oscar Soto Cruz,
Jesús Bernardo Páez Lerma, Anna Iliná.
Instituto Tecnológico de Durango, Departamento de Química y Bioquímica, Durango, Dgo. C.P. 34080.
Palabras clave: Celulasas, expresión de proteínas, actividad enzimática.
Introducción. La β-1,4 glucosidasa es una enzima del
complejo celulósico encargada de hidrolizar a la
celobiosa durante la hidrólisis enzimática de la celulosa,
durante la producción de etanol 2G (1). La
inmovilización de enzimas en nanosoportes magnéticos
(NSM) aumenta su eficiencia y termoestabilidad (2), sin
embargo la actividad de la enzima puede disminuir por
impedimentos estéricos. Para evitar esto, se propone
dirigir la unión enzima-NSM, mediante el
enriquecimiento esta con residuos de lisina (3). El
presente trabajo pretende desarrollar la tecnología para
producir una enzima β-glucosidasa recombinante
enriquecida en residuos de lisina para inmovilizarla
mediante la unión a un NSM en sitios específicos de la
enzima.
Metodología. Se diseñó un plásmido que codifica la
síntesis de la enzima β-glucosidasa QM6a de T. reesei
al que se le agregó una cola de lisinas y una de
histidinas, la primera para dirigir su unión a un NSM y la
segunda para purificar la enzima por cromatografía de
afinidad. El plásmido se expresó en E. coli BL21. La
producción de la enzima se realizó en cultivo por lote.
Las proteínas se analizaron por electroforesis en gel de
poliacrilamida (SDS-PAGE). La proteína se extrajo por
ruptura enzimática de las células, con 10 mg/mL de
lisozima. La enzima se separó del extracto por
cromatografía de afinidad en una columna de Ni-NTA
agarosa y se inmovilizó en un soporte de ferrita de
cobalto. La actividad de la enzima producida, de una
enzima comercial y del complejo enzima-NSM se
determinó por el método del p-nitrofenol (4). Se
realizaron pruebas de estabilidad térmica (20-60°C) y al
pH (2-10).
Resultados. La Figura 1 muestra la cinética de
expresión de la enzima producida. La banda de 57 kDa
corresponde al peso molecular esperado para la enzima
β- glucosidasa recombinante. La actividad de la enzima
diseñada fue de 22.42 U/mL, en tanto que la de la
enzima comercial fue de 23.11 U/mL. La actividad de la
enzima inmovilizada fue de 22.87 U/mL. Respecto a la
estabilidad térmica (Figura 2), la enzima mantuvo su
actividad cuando se almacenó a 20 y 30 °C durante una
hora, pero se perdió a 40 °C después de una hora y
después de 10 minutos cuando se almaceno a 50°C. En
cuanto a la estabilidad ante el pH (Figura 3), la enzima
producida mostró una máxima actividad a pH 7,
mientras que a pHs 6 y 9 se perdió un 80% de esta.
Fig. 1. Expresión de β-glucosidasa producida en E. coli
BL21, en medio mínimo M9, inducida con IPTGE 1mM
Fig. 2. Estabilidad frente al
pH Fig. 3. Estabilidad frente a
la temperatura
Conclusiones. La β-glucosidasa recombinante libre e
inmovilizada mostró una actividad similar a la de la
enzima comercial; sin embargo, su estabilidad térmica
es baja y el rango de pH de máxima actividad es muy
pequeño.
Agradecimiento. Al CONACYT por la beca otorgada
para la realización del proyecto.
Bibliografía.
1. Verma M., Barrow C. y Puri M. (2013). Appl. Microbiol.
Biotechnol. 97 (1): 23–39.
2. Sánchez J., Contreras J., Martínez J., Iliná A., Medina
M., Aguilar C. y Segura E. (2014). Química Nova. 37(3):
34-39.
3. Abian O., Grazu V., Hermoso J., González R., García
J., Fernández R. y Guisan J. (2013). Appl Environ
Microbiol. 70:1249-1251.
4. Akram F., Haq I., Ali Khan M., Hussain Z., Mukhtar H.
y Iqbal K. (2016). J of mol. catal. 124:92-104.
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DEL GLICEROL BRUTO Y
EXCRETAS PORCINAS EN FERMENTACIÓN OSCURA F. Aguilar-Aguilar
1, P.J. Sebastian
1, L. Pantojan
2, A. Soares
3
1Instituto de Energías Renovables-UNAM, Temixco Morelos, México, Priv. Xochicalco S/N Temixco, 62580, Morelos, México.
2Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Instituto de Ciência e Tecnologia, Campus JK,
39100-000, Diamantina, MG, Brazil. 3Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Departamento de
Ciências Básicas, Campus JK, 39100-000, Diamantina, MG, Brazil. Contacto: [email protected].
Palabras clave: Biogás, residuos orgánicos, diseño experimental.
Introducción. El H2 como combustible puede ser una
alternativa a los combustibles fósiles, debido a que se
obtiene a partir de fuentes renovables y de bajo costo [1,2]
. Por tanto, este estudio evaluó las condiciones de
operación que maximiza la producción hidrógeno a
partir del glicerol bruto (GB) de la producción de
biodiesel y excretas porcinas (EP) usando como
herramienta la metodología de superficie de respuesta
(MSR) por el diseño compuesto central con dos
factores, seis puntos axiales y cuatro puntos centrales.
Metodología
Fig 1. Proceso de purificación de biohidrógeno: (I) Reactor, salida de
biogás, (II) purificación con NaOH 3N, eliminación de CO2 y (III)
cuantificación de volumen de biohidrógeno.
Resultados. De acuerdo con los datos estadísticos (Fig 2) se observó que los resultados del análisis lineal de los factores EP y GB fueron significativos (p<0,5) con un intervalo de confianza del 5%. Estos resultados son contrarios a los obtenidos para el análisis cuadrático del EP con valores p= 0.66. Sin embargo, el efecto cuadrático del factor de glicerol bruto fue positivo con valor p <0,5. Esto indica que aumentando la concentración de glicerol como sustrato influye positivamente en la respuesta de la producción de biohidógeno.
(1) GB(L)
(2) DS(L)
GB(Q)
1Lby2L
DS(Q)
p=.05
Standardized Effect Estimate (Absolute Value)
Fig. 2. Análisis de varianza (ANOVA) del modelo, aplicando metodología de superficie de respuesta (MSR).
Así mismo, la producción máxima de hidrógeno fue en orden de 17 NmL acumulado y 95 Nml gDQO
-1
mediante la adición de EP en el intervalo de 12 a 18 g L
-1 y el intervalo de 6 a 9 g L
-1 de GB, con tiempo de
fermentación de 21 días (Fig. 3).
Figura 3. Perfil de producción de bioH2
Conclusiones. El aumento apreciable de los residuos de la producción de biodiesel y la cría de cerdos, son relevantes en el contexto de la producción de hidrógeno, ya que contribuyen a la producción de biogás sostenible y reducir la contaminación ambiental.
Bibliografía. Bharathiraja, B.; Sudharsanaa, T.; Bharghavi, A.;
Jayamuthunagai, J.; Praveenkumar, R. Biohydrogen and Biogas–An
overview on feedstocks and enhancement process. Review. Fuel, v.
185, n. 5. p. 810–828, 2016.
1. Ghimire, A. Frunzo, L.; Pontoni, L; D'antonio, G.; Lens, P.N.L.; Esposito, G.; Pirozzi F. Dark fermentation of complex waste biomass for biohydrogen production by pretreated thermophilic anaerobic digestate. J. Environ. Manage, v. 152, n. 1, p. 43-48, 2015.
ESTIMACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE LA PRODUCCIÓN DE
DIÓXIDO DE CARBONO Y POTENCIAL REDOX
Bianca Yadira Pérez Sariñana, Sergio Saldaña Trinidad, Edith Ponce Recinos, Roger Castillo Palomera. Universidad
Politécnica de Chiapas, C.P. 29150, Suchiapa, Chiapas, México, e-mail: [email protected]
Palabras clave: Escalamiento, fermentación, función de Gompertz
Introducción. El bioetanol puede producirse a partir de
materia prima biológica que contiene cantidades
apreciables de azúcar [1]. Esto gracias a la
fermentación, que es el proceso biológico en el que los
azúcares simples de la biomasa se convierten en
alcohol y dióxido de carbono por la acción de un
consorcio de microorganismos [2]. El diseño eficiente de
los sistemas de biorreactores se basa en la tasa de
equilibrio físico y procesos biológicos. Los procesos
físicos de interés son la transferencia de masa y la
mezcla líquida; mientras que los procesos biológicos de
interés son el metabolismo de las células, en contraste
con el crecimiento y la acumulación de metabolitos
secundarios [3]. La determinación del potencial redox
permite el monitoreo continuo del proceso de
fermentación porque la alteración drástica de este
parámetro indica alteraciones en la concentración
celular [4]. Y también, dicha concentración está ligada a
la cantidad de metabolito producido en una
fermentación. El aumento de la concentración celular
dentro de un cierto intervalo reduce el tiempo de
fermentación a medida que las células crecen
rápidamente y consumen directamente azúcares en
etanol [5].
Metodología. Las fermentaciones en lotes se realizaron
usando mucilago de café como sustrato en un
biorreactor de 1 L. La concentración de azúcar, etanol y
glicerol se determinaron mediante cromatografía líquida
de alta resolución (HPLC). El potencial redox se midió
en línea con un electrodo. La determinación de dióxido
de carbono producido se midió por el método de
volumen de desplazamiento de agua. Se monitoreó el
potencial redox, la concentración de azúcar, la
producción de dióxido de carbono y la producción de
glicerol durante la fermentación. Se determinó la función
del potencial redox y la producción de CO2 con la
función de Gompertz para estimar la producción de
bioetanol. De esta manera, cuando se mide
experimentalmente el potencial redox y la cantidad de
CO2, se puede calcular la producción de bioetanol en la
fermentación.
Resultados Con el fin de estudiar la fermentación
alcohólica en residuos de café, se realizó un
experimento discontinuo con una concentración de 62
g/L de azúcares. El consumo de sustrato y la
concentración de los productos se analizaron y
ajustaron estadísticamente en este trabajo.
El sustrato se consumió en 24 h y la concentración más alta de etanol fue de 16 g/L mientras que la de CO2 fue
de 20 g/L. Esto significa que la concentración de
bioetanol producido fue del 27%, CO2 de 31%, y la de glicerol de 4,7% (v / v). La producción de bioetanol, CO2
y glicerol se detuvo y comenzó a disminuir cuando los azúcares se agotaron. Este hecho nos indica que el
proceso entró en la fase endógena. Los datos obtenidos
se ajustaron con el modelo de Gompertz modificado y la tasa máxima de producción de bioetanol fue de 1.51
g/Lh, mientras que la producción de dióxido de carbono
mostró un máximo de 1.89 g/Lh, el potencial de producción de bioetanol fue 16.48 y 20.31 g/L para
dióxido de carbono.
Conclusiones. En este trabajo se desarrolló un modelo
basado en la ecuación de Gompertz para la
fermentación alcohólica del mucilago del café. Este
modelo predijo con precisión los resultados
experimentales del consumo de sustrato y la generación
de productos de fermentación.
El rendimiento en bioetanol de la fermentación fue de
3.72 g por g de sustrato. La producción de glicerol como
subproducto del metabolismo fermentativo fue de 2.91,
7% menos comparado con un volumen de trabajo de
100 mL. El potencial redox en la producción de bioetanol
se controló, lo que indica que no hubo alteraciones en
la concentración celular.
Agradecimiento. Los autores agredecen a CONACYT
y a la UPChiapas por el apoyo otorgado para la
realización de este trabajo.
Bibliografía. 1. Behera S., Kar S., Chandra R. (2010). Comparative study of bio-
ethanol production from mahula (Madhuca latifolia L.) flowers by
Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in agar agar and Ca-
alginate matrices. Applied Energy 87: 96–100.
2. Dien B.S., Cotta M.A., Jeffries T.W. (2003). Bacteria engineered for
fuel ethanol production: current status. Applied Microbiology and
Biotechnology 63: 258–266.
3. Tal, B., Rokem, J., and Goldberg, I. (1983). Factors affecting growth
and product formation in plant cells growing in continuous culture.
Plant Cell Reports, 2:219–222.
4. Mühlbach, H. P. (1998). Cell plant cell cultures in biotechnology.
Biotechnology Annual Review, 4:113–175.
5. Zabed H, Faruq G, Sahu JN, Azirun M.S., Hashim R., Boyce A.N.
(2014). Bioethanol production from fermentable sugar juice. The
Scientific World Journal: 1-11.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN LOTE A PARTIR DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS: EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO
Blanca A. Albarrán-Contreras, Karla M. Muñoz-Páez y Germán Buitrón, Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas. Instituto de Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, Universidad Nacional
Autónoma de México, Blvd. Juriquilla 3001, Querétaro, México. E-mail: [email protected]
Palabras clave: etanol, inhibición, valorización
Introducción. La industria vitivinícola mexicana tiene un valor anual que oscila en los 4,232 millones de pesos y en su proceso de clarificación se genera un residuo que se conoce como vinaza vitivinícola (8-10 L por cada litro de vino). Estas vinazas están compuestas principalmente de ácidos orgánicos, carbohidratos, sales (sodio y potasio), etanol, glicerol, compuestos fenólicos y compuestos polifenólicos. Debido a estas características, es necesario realizar un tratamiento para lograr la revalorización del residuo. Una forma puede ser a través la producción de hidrógeno por medios biológicos, y este proceso se encuentra fuertemente relacionado con la concentración del sustrato.
Es por eso que el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la concentración de vinazas en la producción en lote de hidrógeno. Metodología. El ensayo se llevó a cabo por triplicado en el equipo AMPTS II, Bioprocess Control, con un volumen de trabajo de 360 mL. Las concentraciones de vinazas de vino blanco probadas fueron: 20, 40, 60, 80 y 94 %, que corresponden a: 1.07, 2.15, 3.22, 4.30 y 5.04 gCT/L. Se mantuvo una relación S0/X0 (gCT/gST) de 0.2. Como inóculo se usó un lodo anaerobio tratado térmicamente (104 °C, 24 h). El pH inicial fue 6 y la temperatura de incubación de 37 °C. Resultados.
Se observó un efecto negativo en la producción acumulada de hidrógeno y en la remoción de carbohidratos con el incremento de la concentración de vinazas (Fig. 1).
Fig 1. Producción acumulada de hidrógeno a partir de vinazas
vitivinícolas (rojo) y remoción de carbohidratos (verde)
El rendimiento obtenido con 20 % de vinazas fue de 3 mLH2/DQO y disminuyó un 87 % con el incremento de la concentración de vinazas a 40 % (0.35 mLH2/DQO). El hecho de que sucediera lo mismo con la remoción de carbohidratos indica que existió inhibición debido a algún componente de las vinazas. Uno de los compuestos principales presente en las vinazas es el etanol, con una
concentración de 116.70 gDQO/L. Por lo tanto, la concentración de etanol en el 20 % de vinazas fue de 23. 34 gDQO/L, que se encuentra en la concentración límite reportada para un cultivo puro de Ethanoligenens harabinese B49 (1). Para el 40 % de vinazas en adelante, la alta concentración de etanol pudo haber inhibido a los microrganismos, ya que se ha reportado que su adición a un cultivo puro causa una disminución en la productividad de la biomasa, disminuye la eficiencia de degradación de glucosa y ocasiona un cambio en las rutas metabólicas (1, 2).
Respecto a los productos solubles (Fig. 2), en la concentración de 20 % se presentó la mayor conversión de sustrato inicial a metabolitos solubles (852.7 mg/ gDQO), de estos, 87.2 % corresponde a etanol, 5.4 % a ácido butírico, 3.1 % a ácido acético, 2.5 % a ácido láctico y el restante a ácido propiónico, valérico e isovalérico.
Fig 2. Metabolitos solubles producidos por cada concentración de
sustrato evaluada
Conclusiones. El incremento de la concentración de vinazas mostró un efecto negativo inhibitorio en la producción de hidrógeno. El 20 % de vinazas fue la concentración a la que se obtuvo mayor producción de hidrógeno. Agradecimiento. Se agradece el apoyo financiero por
parte del Fondo de Sustentabilidad Energética SENER- CONACYT, Clúster Biocombustibles Gaseosos, Proyecto 247006 Bibliografía. 1. Tang, J., Yuan, Y., Guo, W.-Q., y Ren, N.-Q. (2012). Int. J of
Hydrogen Energ, 37(1), 741–747. 2. Zumar Bundhoo, M. A. y Mohee, R. (2016). Int. J Hydrogen Energ,
41(16), 6713–6733.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
IMPLEMENTACIÓN DE UN BIORREACTOR PARA INDUCIR LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A
PARTIR DE AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL.
Italia López Cortés, Deifilia Ahuatzi Chacón, Angélica María Salmerón Alcocer, Felipe Neri Rodríguez
Casasola, Escuela nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Cd. de México, CP 07369,
Palabras clave: biogás, agua residual, metano.
Introducción. La utilización de los combustibles fósiles ha sido un gran motor para el desarrollo energético industrial, sin embargo, se generan emisiones contaminantes que son una fuente de energía no renovable, por lo que se resalta la importancia de hacer una transición hacia un esquema energético sustentable. En este caso de estudio hablaremos sobre la biomasa y producción de biogás como alternativa. Existen diferentes tipos o fuentes de biomasa que pueden ser utilizados para suministrar la demanda de energía de una instalación, por lo que el presente proyecto de investigación considera la utilización de agua residual de una industria alimentaria como sustrato para la producción de biogás y con este generar energía limpia, permitiendo disminuir los efectos medioambientales y altos costos energéticos en la industria, pudiendo favorecer a ésta no solo en costos energéticos si no evitando el tratamiento del agua residual y reduciendo la cantidad de lodos generados. El objetivo principal de esta investigación es evaluar y confirmar si es viable la producción de biogás a partir de la alimentación del inóculo con agua residual de una industria de alimentos.
Metodología. Se llevó a cabo la caracterización tanto del sustrato como del inóculo, evaluando ST, SVT, SSV, DQO, NT, PT, grasas y carbohidratos, a partir de ésta se realizaron cálculos teóricos de producción de biogás, según la concentración de SSV a partir de la relación Symons y Buswell que considera el contenido de proteínas, carbohidratos, grasas y aceites; se construyó el biorreactor de prueba y se procedió a verter el inóculo, se realizaron mediciones diarias con un multidetector de gases obteniendo porcentajes de CH4, CO2, O2 e incluso del H2S. Posteriormente se observó que la producción de biogás disminuía por lo que se alimentó al inóculo con una solución preparada de glucosa, urea, fosfato de potasio y carbonato de sodio. Se tomaron muestras cada tercer día para caracterizarla y mantener un control, posteriormente se adicionó el agua residual de la industria alimentaria en codigestión con la solución preparada y se realizaron las mediciones correspondientes para evaluar la producción de biogás. Al final del proceso después de aproximadamente 8 meses, se tomó muestra del sedimiento en el biorreactor y se observó al microscopio (Fig. 2)
Resultados.
Fig. 1. Composición del biogás producido, CH4 en rojo, CO2 en morado y O2 en azul, líneas verticales de colores representan las
alimentaciones.
Fig. 2. Comunidad microbiana formada por bacilos largos y cortos,
espiroquetas, vistas al microscopio electrónico.
Conclusiones. Se comprobó que mediante la codigestión del agua residual industrial y la solución de nutrientes la generación de biogás es viable e incluso aumentó en comparación a la alimentación únicamente con solución de glucosa y sales minerales. Agradecimientos A la Comisión de Operación y Actividades Académicas (COFAA) del IPN.
Bibliografía. 1. Coordinación de Energías Renovables, Secretaría de Energía.
(2008). Energía Biomasa. 1:6-10.
2. Del Villar E. (2011). Subsecretaría de Fomento y Normatividad
Ambiental. Iniciativa Global de Metano. 1: 1 -21.
3. Ebner J., Labatut R., Lodge J., Williamson A. (2016). Anaerobic
co-digestion of commercial food waste and dairy manure:
Characterizing biochemical parameters and synergistic effects.
Waste Management. Elsevier. 52:286-294.
4. Jingxin Z, Wangliang L, Jonathan L, Kai-Chee Loh, Yanjun Dai,
Yen Wah Tong. (2017). Enhancement of biogas production in
anaerobic co-digestion of food waste and waste activated sludge by
biological co-pretreatment. Energy. ELSEVIER. Vol: 1- 8.
Composición del biogás (%) 50
45
40
35
30
25
20
15
10
0
0 50 100 150 200 250
Días
Me
dic
ión
de g
ase
s (
%)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUDIO PRELIMINAR DE LA PRODUCCIÓN Y PURIFICACIÓN DE BIOGÁS EMPLEANDO
COMO SUSTRATO CÁSCARA DE PLÁTANO Y MERMAS DE MANGO.
Alejandro Heredia Heredia, Deifilia Ahuatzi Chacón, Angélica María Salmerón Alcocer, Felipe Neri Rodríguez
Casasola, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Cd. de México, CP 07369,
Palabras claves: residuos orgánicos, biogás, metano.
Introducción. Los residuos orgánicos causados por las
mermas de la producción de mango y plátano
constituyen una fuente renovable de energía, por lo que
en este trabajo se construyó un biorreactor para llevar a
cabo el estudio de la biodegradabilidad de los residuos
como son cáscara de plátano y mermas de mango para
la producción de biogás.
Metodología. Para llevar a cabo la parte experimental,
se construyó un biorreactor de polipropileno de 32 L con
control de temperatura e intercambiador de calor tipo
chaqueta de agua y nivel; un gasómetro de 8 L con un
sistema de desplazamiento de salmuera para la
medición del volumen del biogás.
Se inició el experimento empleando excreta porcina y al
biogás producido se le determinó su composición; al
efluente se le determinó pH, solidos totales (ST), sólidos
volátiles totales (SVT), Nitrógeno total, fósforo total y
Demanda Química de Oxígeno (DQO) 1.
Resultados. Para evaluar el reactor se realizaron
pruebas para mantener la temperatura a 35°C teniendo
un consumo eléctrico de 6.25𝑥10−2 KW*día-1*L-1. El
sistema2 cuenta con un recipiente de pretratamiento con
levadura (1) biodigestor (2) intercambio de calor (3),
gasómetro (4) y un filtro de CO2 (5).
Fig 1. Diseño del sistema de producción y purificación de biogás
Se evaluó la producción teórica3 de los sustratos e
inóculo, considerando su composición (Tabla 1).
Tabla 1. Producción teórica del biogás y su composición en
metano2345.
Mango Plátano Excreta Equina
Excreta porcina
CH4 m
3/KgST
0.43 0.43 0.19 0.32
Biogás m
3/KgST
0.83 0.82 0.41 0.59
%CH4 VCH4/Vbiogás
51.2 52.6 47.8 55.0
Potencia kW*h
4.3 4.3 1.9 3.2
El biogás producido experimentalmente empleando
la excreta porcina tuvo un 34.4% de CH4, que es
diferente al calculado, representando una diferencia
del 37%.
Conclusión. Se logró diseñar y construir un
sistema de producción y purificación de biogás,
manteniendo una temperatura constante, lo que
implica optimizar las condiciones para la
producción de biogás.
Agradecimientos. A la Comisión de Operación y
Actividades Académicas (COFAA) del IPN.
Bibliografía.
1. HACH, (2000), Manual de analisis de agua (Segunda edición ed.), Loveland, Colorado, EE.UU: Hach Company. 2. Varnero, M. T. (2011). Manual de biogas. Santiago, Chile: proyecto CHI/00G32 ¨Chile: remocion de barreras para la electrificación rural con energías renovables. 3. Rodrigo, M. E. (2016). un modelo matemático para la evaluación conjunta de la producción de lixiviados y biogás en vertederos de RSU. valencia: universidad politecnica de Valencia. 4. Correa, M. (1998) riqueza quimica del mango Universidad
EAFIT pp 3
5. Caye, M. Drapcho ; Nghiem, Phu Nhuan; Terry, H. (2007)
Walker Biofuels Engineering Process Technology; Nueva York
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
IDENTIFICACIÓN DE ASPECTOS CRÍTICOS EN LA EVALUACIÓN DE HUELLA DE CARBONO PARA
SU APLICACIÓN EN OPCIONES DE BIOENERGÍA
Joel Bonales Revuelta, Berenice Acevedo, Carlos A. García
Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México, Antigua
Carretera a Pátzcuaro No. 8701 Colonia ExHacienda de San José de la Huerta, 58190 Morelia, Michoacán, México.
Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: cambio climático, análisis de ciclo de vida, biomasa.
Introducción. En los últimos años la huella de carbono
se ha popularizado como una herramienta para calcular
los impactos ambientales de productos, procesos y
actividades en términos de emisiones de gases de
efecto invernadero (GEI); no obstante, existe una gran
diversidad de definiciones, unidades de medición y
metodologías que dificultan la comparación entre
estudios (1-3). Debido a las diferencias existentes, los
resultados pueden variar entre metodologías, lo cual
puede ser un obstáculo para la toma de decisiones en
distintos aspectos, como en el climático (4). Los
bioenergéticos se han planteado como una posible
solución a las distintas problemáticas presentes en la
matriz energética global, entre las cuales destaca el
cambio climático (5). A causa de lo anterior, resulta
relevante la aplicación de estas metodologías a los
bioenergéticos con el fin de cuantificar la mitigación (o
emisiones) que puedan presentar dichos energéticos en
su ciclo de vida (6).
El objetivo del presente trabajo es identificar aspectos
críticos a considerar para la cuantificación de la huella
de carbono en bioenergéticos a partir de una revisión
bibliográfica.
Metodología. Se realizó una revisión bibliográfica
basada en la búsqueda y colecta de estándares de
metodologías (de estar disponibles) y de artículos
científicos arbitrados que hicieran uso y/o discutieran
algún aspecto de éstas, unicamente fueron
seleccionado artículos publicados en los últimos 10
años. Se utilizaron como bases de datos Science Direct,
Wiley, Google Scholar y Springer. Las palabras clave
usadas durante la búsqueda fueron: ―carbon footprint‖,
―bioenergy‖ y sus equivalentes en español, así como los
nombres de las metodologías seleccionadas para el
estudio: ISO 14067, PAS 2050 y GHG Protocol.
Resultados. Fueron seleccionados 18 artículos que
aplicaron huella de carbono, compararon metodologías
o discutieron aspectos metodológicos de éstas. A partir
de la información recabada se procedió con la
elaboración de una tabla resumen en la que se
comparan las metodologías seleccionadas a partir de
los aspectos identificados como críticos durante la
revisión efectuada (Tabla. 1). Se identificó a PAS 2050
como la metodología más aplicada en estudios
bioenergéticos (7-10) debido a sus ventajas
competitivas y naturaleza estandarizadora (11).
Asimismo, se encontraron algunas discusiones sobre
aspectos relevantes para bioenergéticos, como carbono
biogénico (12), cambio de uso de suelo directo e
indirecto (13-14), incertidumbre en resultados (15) y
criterios de asignación.
Tabla 1. Comparación aspectos clave en metodologías de huella de carbono (Elaboración propia con datos de (16-20))
Metodología ISO 14067 PAS 2050 GHG Protocol
Conclusiones. Las metodologías principalmente
usadas (ISO 14067, PAS 2050 y GHG Protocol) poseen
diferencias en apartados clave como criterios de
asignación, inclusión de uso final y fin vida útil, cambio
de uso de suelo, almacen de carbono y emisiones
retrasadas. No obstante, resulta común que éstas
metodologías sean combinadas en la práctica. Si bien
PAS 2050 se sitúa como la metodología mayormente
utilizada, se han identificado algunas modificaciones
que podrían resultar convenientes para estudios en
bioenergéticos, como realizar estimados de cambios de
uso de suelo directo e indirecto, incluir explicitamente al
carbono biogénico en cálculos, realizar cálculos de la
incertidumbre inherente en el modelo y en los
resultados, así como hacer uso de un criterio de
asignación exergético. Este trabajo es un primer avance
hacia el desarrollo de una metodología de evaluación de
huella de carbono para opciones de bioenergía en
México.
Bibliografía. 1. Čuček, L., Klemeš, J. J., & Kravanja, Z. (2012). J Clean Prod. 34: 9-
20.
2. Wiedmann, T. and Minx, J. (2008). A Definition of 'Carbon Footprint'.
En: Ecological Economics Research Trends. Pertsova, C. Nova
Science Publishers. 1-11.
3. Kronborg Jensen, J. (2011). IJPDLM. 42(4): 338-354.
4. Pandey, D., Agrawal, M., & Pandey, J. S. (2011). Environ Monit
Assess. 178(1): 135-160.
5. Continuación
https://drive.google.com/file/d/0B3l7FrMj1bXKako0WjlBSFhEdms/vie
w?usp=sharing
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN DE Pt/Al2O3/C COMO CATALIZADOR PARA LA FUTURA PRODUCCIÓN DE
ENERGÍA POR MEDIO DE UNA CELDAS DE COMBUSTIBLE DE BIO-ETANOL DIRECTO
Nallely Tellez Mendez1*, S.A. Gamboa2, Laura A. Paniagua S.1, J. Fermi Guerrero1.
1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Facultad de Ciencias de la Electrónica, 4 Sur # 104, Centro
Histórico, 72000, Puebla, Puebla.
2. Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México, Privada Xochicalco S/N. Centro.
62580, Temixco, Morelos. Mexico.
Palabras clave: Electrocatalizador, biomasa, bioenergía.
Introducción. Las celdas de combustible de alcohol directo es una tecnología prometedora para combatir el problema medioambiental y energético que actualmente enfrentamos, debido a que permiten la producción de energía limpia y sustentable por medio de una reaccion quimica, una desventaja de esta es el alto costo del Pt que es ocupado para la oxidación y reducción del alcohol, debido el envenenamiento por CO despues de varios ciclos de uso.
Metodología. El electrocatalizador Pt/Al O /C fue
Electrooxidación de bio-etanol, muestra que el
catalizador Pt/Al2O3/C es estable, debido a que cuando
se tiene solo al Pt/C su superficie se desactiva
rápidamente debido a la afinidad de Pt por el CO. La
adición de Al2O3 como co-soporte ayuda a la
prolongación de la vida útil de Pt.
0.12
0.10
0.08
0.06
2 3 0.04
sintetizado por el método de impregnación utilizando los siguientes compuestos: (PtCl6H2·6H2O) (J:T: Baker); NaBH4 (99%, Aldrich) como agente reductor;Al2O3 0.3 micrometros (J. T. Baker); carbón Vulcan XC72R; agua desionizada. Se realizaron pruebas electroquímicas
0.02
0.00
-0.02
-0.04
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
E (ENH)
para evaluar la actividad del material, en un potenciostato AUTOLAB, en media celda con tres, utilizando como electrodo de referencia a Ag/AgCl y barra de grafito como contraelectrodo.
Resultados. Difracción de Rayos X, muestra picos de difracción correspondientes a la fase corundum de la Al2O3 (°), asociada a una celda unitaria trigonal, además se puede observar la presencia de Pt (*).
Fig. 1. DRX de Pt/Al2O3/C.
Microscopia de electrónica de barrido con análisis elemental, se obtuvo la siguiente composición: 32.8% atómico de C, 23.84% atómico de Al, 35.76% atómico de O y 7.6% atómico de Pt. La cantidad de Pt hace viable el uso de Pt/ Al2O3/C en celdas de combustible.
Fig. 2. Microscopia electrónica de barrido de Pt/Al2O3/C.
Fig. 3. Voltamperometría de la oxidación de bioetanol sobre
Pt/Al2O3/C.
Conclusiones. Esta investigación muestra que el catalizador Pt/Al2O3/C es activo para la electro- oxidación de bio-etanol para el uso en las celdas de combustible de alcohol directo (CCAD). La alumina como co-soporte incrementa la estabilidad y retarda el envenenamiento por la adsorción de CO en la superficie de Pt.
Agradecimiento. Los autores agradece al programa NPTC con folio: PTC-487 y al proyecto DGAPA-PAPIIT, IN112217 por el apoyo parcial ofrecido para la adquisición de materiales y reactivos para el desarrollo de la presente investigación.
Bibliografía. 1. A. S. Arico, S. Srinavasan, V. Antonucci, Electrochemical and Solid- StateLetters, 4 (2001) A31-A34. 2. Patricia G. Corradini, ErmeteAntolini, JoelmaPerez.Activity, Journal of Power Source 251 (2014) 402-410. 3. M.A. Ibrahim. Journal of Fuel CellScience and Technology. 11 (2014) 1-3. 4. A. Bonesi, M. Asteazaran, M. S. Moreno, G. Zampieri, S. Bengio, W. Triaca, A.M. Castro Luna, J. Solid State Electrochem, 17 (2013) 1823-1829.
PRODUCCIÓN Y CERTIFICACIÓN DEL BIODIESEL: UNA PROPUESTA PARA LA
DESCONTAMINACIÓN AMBIENTAL
Introducción
Maximino Vásquez Cortés; Juan Carlos Moreno Seceña
Instituto Tecnológico Superior de Xalapa, Departamento Académico.
Xalapa Veracruz CP: 91014 Email: [email protected]
Palabras clave: biocombustibles, transesterificación, catálisis alcalina
En México se presentan problemas relacionados con los combustibles fósiles, los cuales tienen efectos adversos en el ambiente, en los seres humanos, disminuyendo la seguridad energética y generando altas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) (1). Otro problema es el alto costo de la importación de las gasolinas y el diésel producto de la gran demanda que presenta estos combustibles a nivel industrial y automotriz. Los biocombustibles líquidos representan una opción a corto plazo para complementar la transición del petróleo a combustibles renovables (2). El objetivo de la presente investigación es conocer por medio de la experimentación en laboratorio la eficiencia del proceso, así como las propiedades físicas y químicas del biodiesel elaborado en el Instituto Tecnológico Superior de Xalapa (ITSX), cuando se utiliza como materia prima el aceite quemado de cocina (AVU), con la finalidad de evaluar el procedimiento de producción y poderlo certificar.
Metodología
Para la producción de biodiesel a partir de aceite quemado de cocina, se utilizó la reacción de transesterificación (3), a través de la catálisis alcalina (4). La experimentación se realizó en las instalaciones del ITSX, teniendo como materia prima el aceite quemado de cocina de la cafetería del instituto, metanol e hidróxido de sodio al 50% líquido, a una temperatura de 50 a 55°C y utilizando un sistema de agitación por medio de una bomba. Una vez establecido el proceso se diseñó el experimento, seleccionando un diseño factorial 2
k completo (5), también se realizaron los procesos químicos
correspondientes (titulación, lavado, calidad y general). Posteriormente se desarrolló la experimentación, la cual consistió en 16 experimentos. Estableciendo previamente las variables independientes y las variables dependientes.
Resultados
Los resultados de la experimentación máximo y mínimo se muestran en la siguiente tabla: Tabla 1. Resultados de la experimentación para obtener biodiesel a partir de aceite quemado de cocina en el ITSX
Muestra AQC ( ml)
Metanol (ml)
NaOh (ml)
Tpo. Sep (h)
Tpo Dec (h)
Biodiesel (ml)
Eficiencia (%)
pH Viscosidad (ml/s)
400 90 5.2 1 4 390 0.975 7.72 2.51
400 90 6.8 0.5 4 280 0.70 7.03 2.85
Conclusiones
El proceso para la producción de biodiesel partir de aceite quemado de cocina utilizado en el ITSX, es aceptable ya que tiene una eficiencia de 86.17% en promedio, pH de 7.24 y una viscosidad de 2.61 ml/s, el cual resulta ser un proceso sencillo y de poca inversión inicial.
Agradecimiento
Dr. Juan Carlos Moreno Seceña Director Académico del ITSX por las facilidades y apoyos que está dando a esta investigación.
Bibliografía 1. García C.A, Riegelhaupt, E, Masera O. 2013.RMF.vol (59):pp.93-103 2. Carlos Alberto García Bustamante, Omar Masera Cerutti . 2016. Introducción. Estado del arte de la bioenergía en México. RTB. Imagia Comunicación S. de RL. de CV. México:pp.10-15 3. Castro-Martínez, Claudia; Beltrán-Arredondo, Laura Ivonne; Ortiz-Ojeda, Juan Carlos. 2012. Ra Ximhai, vol. (8):pp.93-100 4. José Guillermo León, Raúl Gasparini.2009.Aspectos técnicos del biodiesel. Manual de Biocombustibles .ARPEL-IICA.Uruguay: pp.1-7 5. Humberto Gutiérrez Pulido, Román de la Vara Salazar. 2003. Capítulo 6 Diseño de factoriales. Análisis y diseño de experimentos. Mc Graw Hill. EDICUSA. México:
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
AHORRO DE AGUA Y ENERGÍA EN EL PROCESO DE GENERACIÓN DE BIOGÁS
Erich Dietmar Rössel-Kipping1, Alejandro Amante-Orozco1, Hipólito Ortiz-Laurel2, Emmanuel Eduardo González-
Medina1, Eduviges Javier García-Herrera1. 1 Colegio de Postgraduados, Campus San Luis Potosí, Salinas de Hidalgo, San Luis Potosí, C.P. 78600.
2 Colegio de Postgraduados, Campus Córdoba, Córdoba, Veracruz, C.P. 94946.
Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: Optimización del transporte, ahorro de agua, alta concentración de masa seca.
Introducción. Debido al aumento drástico de la
población mundial y visto desde diferentes perspectivas
Tabla 1. Consumo estimado de energía bajo el esquema
centralizado del tratamiento de residuos.
como la política, social, económica, ambiental y
tecnológica, uno de los grandes desafíos en la Localidad
Ai
Ovinos
(n)
Dist.1
km
(d)
Estiércol2
kg (m)
m*d
(kpm)
actualidad, lo constituyen el ahorro de agua y energía.
Por lo tanto, la generación de energías renovables, que
sustituyan a los combustibles fósiles, debe realizarse
atendiendo esta preocupación.
El objetivo fue diseñar estrategias de recolección y
concentración de residuos orgánicos para su
tratamiento con digestión anaeróbica, de tal manera que
el ahorro de agua y energía sean sustanciales.
Metodología. La estrategia se desarrolló para el
tratamiento de estiércol de ovino en el municipio de
Salinas, SLP. Para el ahorro de energía, tanto en la
colecta del residuo y en la distribución del bioabono, se
realizó una optimización lineal del transporte para un
modelo continuo (1) en las formas centralizada y
descentralizada, comparando el gasto de energía
estimado en cada caso. Para el ahorro de agua, se
B. los Encinos 35 20.5 392.0 8,048 Conejillo 2,388 15.6 26745.6 416,910
Diego Martín 41 10.9 459.2 5,008
El Estribo 39 54. 4 436.8 23,751
El Mezquite 36 50.3 403.2 20,297
Palma Pegada 4,481 12.3 50187.2 615,144
El Potro 1,192 7.6 13350.4 101,089
Punteros 52 14.8 582.4 8,651
La Reforma 1,173 15.9 13137.6 209,282
Salinas de Hgo. 8,112 0 90854.4 0
San Cayetano 138 26.3 1545.6 40,617
San Tadeo 41 20.0 459.2 9,197
Santa María 82 16.8 918.4 15,437
Total 1,473,431 1 En línea recta al punto central (Salinas de Hgo.) 2 Acumulado en 16 días (tiempo de retención)
Tabla 2. Consumo estimado de energía bajo el esquema
descentralizado del tratamiento de residuos.
diseñó un prototipo de biodigestor (2) que permitiera la
digestión anaeróbica seca del residuo y se comparó el
gasto de agua en relación a una digestión húmeda.
Resultados. La Tabla 1 muestra el consumo estimado
de energía cuando el transporte del residuo se realiza
de forma centralizada, y la Tabla 2 muestra el consumo
estimado cuando éste es descentralizado. El consumo
estimado de energía para el transporte de residuos bajo
el esquema centralizado fue de 1,473,431 kpm, en tanto
que para el descentralizado fue de 802,262 kpm, por lo
que el ahorro en el consumo de energía cuando el
tratamiento de residuos se realiza en forma
descentralizada es de 46%.
Para el ahorro de agua se diseñó un prototipo de biodigestor que permite realizar la digestión anaeróbica del residuo al punto de saturación con agua, es decir, con una alta concentración de sólidos totales. Al comparar la cantidad de agua requerida para operar el biodigestor bajo esta condición, además del agua requerida para su operación bajo condiciones termofílicas, con el agua requerida para realizar una digestión húmeda, que es lo tradicional, se encontró que el ahorro de agua es de alrededor del 50%.
1 En línea recta al punto central (Salinas de Hgo.) 2 Acumulado en 16 días (tiempo de retención)
Conclusiones. El tratamiento descentralizado de
residuos en una región probó ser una estrategia
eficiente para el ahorro de energía. La biodigestión de
residuos con alta concentración de sólidos totales
reduce la cantidad de agua utilizada en el proceso en
cerca del 50% en relación a una digestión húmeda.
Bibliografía. 1. Rossel Kipping E.D., Ortiz Laurel H., Talavera Magaña D. (2013).
Logística rural. Transporte, transborde y almacenamiento. Colegio de
Postgraduados, México. 188 p.
2. González Medina E.E. (2016). Planta prototipo de biodigestor móvil: diseño conceptual y evaluación. Tesis de maestría. Colegio de Postgraduados. México. 99 p.
Ai
Dist.1
km
(d)
Estiércol2
kg
(m)
m*d
(kpm)
B. los Encinos a El Potro 20.5 392.0 8,048
Conejillo a El Potro 15.6 26745.6 417,766
Diego Martín a El Potro 10.9 459.2 5,008
El Estribo a El Potro 54. 4 436.8 23,751
El Mezquite a El Potro 50.3 403.2 20,297
Punteros a El Potro 14.8 582.4 8,651
La Reforma a Salinas 15.9 13137.6 209,282
Salinas de Hgo. a El Potro 7.6 4,137.6 31,322
San Cayetano a El Potro 31.9 1545.6 49,351
San Tadeo a El Potro 20.0 459.2 9,197
Santa María a El Potro 21.3 918.4 19,589
Total 802,262
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Pretratamiento de bagazo de agave con microorganismos ruminal para incrementar la recuperación
de biogás
Martín Barragán-Trinidad, Julián Carrillo-Reyes, Germán Buitrón
Instituto de Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, UNAM, Querétaro, 76230, México. [email protected]
Palabras clave: hidrólisis, metano, digestión anaerobia.
Introducción. El bagazo de agave representa una fuente potencial de azúcares para la producción de biocombustibles. Sin embargo, la baja biodegradabilidad de este residuo hace necesario realizar un pretratamiento [1]. En este sentido, los pretratamientos biológicos han despertado gran interés; especialmente aquellos que implican consorcios microbianos naturales con altas tasas hidrolíticas, como el que se encuentra en el tracto digestivo de rumiantes [2]. Los microorganismos ruminales hidrolizan material lignocelulósico para producir biogás y ácidos grasos volátiles (AGVs), como metabolitos principales. Los AGVs pueden ser empleados en una etapa posterior para generar metano [3].
Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue evaluar el efecto del fluido ruminal en la hidrolisis de bagazo de agave evaluando el efecto de distintas relaciones de sustrato, así como la subsecuente producción de metano.
Metodología. El sustrato (bagazo de agave) es un material seco fibroso (3-5 mm de largo) compuesto de: celulosa (50.06%), hemicelulosa (19.6%) y lignina (8.31%). Una muestra de contenido ruminal (2 L) de borrego fue proporcionada por el rastro Rastro Municipal de Querétaro TIF-412, el cual tenía una relación SV/ST de 0.92 y 150 g ST L-1. El pretratamiento de bagazo de agave fue realizado en lote en reactores de 120 mL con 80 mL de volumen de trabajo a 39°C, pH 7 y 150 rpm. Se emplearon distintas relaciones S/X: 0.33, 0.5, 1 y 2, manteniendo constante la concentración de inóculo en 25 g ST L-1. También de forma paralela se corrió un control solo con bagazo de agave, para restar efecto de la autohidrólisis. Al final de los ensayos se caracterizó la fracción soluble (AGVs y azúcares) y a partir del residuo solido se cuantifico la degradabilidad del bagazo y de sus fracciones [4]. Además, se caracterizó la comunidad bacteriana y fúngica por secuenciamiento masivo de alta eficiencia basado en los genes 16s y 18s rADN (MiSeq). El hidrolizado obtenido se sometió a potencial bioquímico de metano.
Resultados. Después de 26 días de pretratamiento en la mejor condición ensayada (S/X=0.33) se alcanzó un 56% de biodegradabilidad de materia seca. El análisis de las fracciones de la fibra reveló que se solubilizó el 71% de los compuestos solubles (pectina, gomas, proteínas, etc), 21% hemicelulosa, 19% celulosa y 2.2% lignina (Figura 1), bajo esta misma condición. Las
bacterias endógenas del bagazo de agave lograron únicamente el 7% de biodegradabilidad. Los AGVs contribuyeron en un 80, 60, 78 y 65% a la DQO soluble para las relaciones (S/X) 0.33, 0.5, 1 y 2, respectivamente.
Fig. 1. Biodegradabilidad de bagazo de agave por fluido ruminal.
Al final de los ensayos, las bacterias hidrolíticas más abundantes fueron: Prevotella, Ruminococcus, Dialister y Blautia; mientras que Engyodontium, Phaeosphaeria y Geotrichum fueron los hongos hidrolíticos más abundantes. Los rendimientos de metano alcanzados al final de la metanogénesis fueron: 358, 210, 111 y 55 mL CH4 g- ST-1, correspondientes a las relaciones S/X 0.33, 0.5, 1 y 2, respectivamente. Mientras que del efluente obtenido por la autohidrólisis solo se recuperaron 14 CH4 g-ST-1.
Conclusiones. Los resultados demuestran el potencial de los microorganismos ruminales para llevar a cabo el pretratamiento de bagazo de agave, logrando una solubilización del 56% del residuo y alcanzando al final de la metanogénesis hasta 353 mL CH4 g-ST-1 al emplear una relación S/X= 0.33. Agradecimiento. Este trabajo ha sido financiado por DGAPA-UNAM (PAPIIT IN101716) y por CONACYT- Fondo de Sustentabilidad Energética proyecto 249590.
Bibliografía. 1. Nissilä, M. E., Lay, C. H., Puhakka, J. A. (2014). Biomass
Bioenergy, 67, 145-159.
2. Carrillo-Reyes, J., Barragán-Trinidad, M., Buitrón, G. (2016). Algal
Research 18, 341-351.
3. Van Soest, P.J. (1994). Microbes in gut. En: Nutritional Ecology of
the Ruminant. Van Soest, P. J. Cornell University, USA. 253-280.
4. Van Soest P.J., Robertson J.B., Lewis B.A. (1991). J. Dairy Sci. 74,
3583-359.
BIOELECTRICIDAD COMO OPCIÓN DE MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO DENTRO DE UN OBJETIVO DE 2°C – DESAFIOS E INCERTIDUMBRES
Elizabeth Mar Juárez, Instituto Mexicano del Petróleo, Gerencia de Transformación de la Biomasa
Eje Central Lázaro Cárdenas No152. México, D.F. CP 07730. MÉXICO. [email protected]
Palabras clave: bioelectricidad, cogeneración, acuerdos de Paris
Introducción1. La bioenergía tiene un papel importante en el logro de los objetivos nacionales e internacionales de cambio climático [1]. Dentro de la Unión Europea, se espera que para el 2020, el 10% de las necesidades energéticas primarias sean base biomasa, contribuyendo a la mitigación del cambio climático y en Estados Unidos serían del 30% en el 2030. Sí se parte de que el potencial de biomasa en el sector azucarero es considerable si se toma en cuenta que por cada 100 toneladas (ton) de caña procesada se obtienen: de 10 a 12 ton de azúcar; de 25 a 30 de bagazo y quedan en el campo de 10 a 20 ton de residuos agrícolas y de 5 a 7 ton de paja. La utilización de los residuos agrícolas con fines energéticos se presenta como una opción viable, es decir producir y comercializar electricidad y biocombustibles, detonaría un bio mercado similar a los que se tienen en países como Brasil, las Islas Mauricio y Estados Unidos.
Metodología. Acorde con el concepto de desarrollo sustentable, la evaluación sigue el proceso presentado en la Figura 1. Donde se estima la inversión a realizar para la cogeneración y la producción de bioetanol más los beneficios como país que se obtienen al generar economías locales. Pero también este beneficio se castiga dependiendo de la evaluación de riesgos a los que se enfrenta un negocio de este tipo.
Resultados. De acuerdo a la evaluación económica si sólo se autogenera y se vendieran los excedentes solo durante el tiempo de zafra se recupera la inversión en ocho años pero no se genera un ―negocio rentable‖. Si se amplia la capacidad de generación aun durante el tiempo de zafra la TIR sería del 15% y si además se venden los bioproductos esta llega al 23% con respecto a una tasa del 12%. Además la contribución a la canasta nacional de energéticos se estima que la bioenergía contribuiría con el 6% del total de la oferta energética nacional además de generar una
1 Todos los datos económicos presentados están dados en
dólares estadounidenses base 2012.
bioeconomía local y una opción viable para un escenario de mitigación con un objetivo de 2°C.
Figura 1. Metodología de evaluación
Conclusiones: La industria de la caña de azúcar posee los elementos necesarios para ser autosustentable y rentable. Ser el detonador de una bioeconomía nacional dado que posee todas las ventajas para iniciar un circulo virtuoso bioenergético. Las inversiones propuestas en cogeneración, biocombustibles y para la producción de biofertilizantes son rentables, tanto financiera como ambientalmente.
Agradecimiento. Un reconocimiento de manera
especial a la Gerencia de Transformación de la Biomasa
Bibliografía: [1] UK Bioenergy Strategy (2012).
Department of Energy & Climate Change. consulta Julio 2017 https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads /attachment_ data/file/48337/5142-bioenergy-strategy- .pdf.
[2] ESME (2014). Energy System Modelling Environment (ESME). Modelling Low-Carbon Energy System Designs ESME Model. Consulta Julio 2017 https://s3-eu-west- 1.amazonaws.com/assets.eti.co.uk/legacyUploads/2014/ 04/ESME_Modelling_Paper.pdf
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL BIOENERGÉTICO DE BIOMASA RESIDUAL EN LA INDUSTRIA
DEL ASERRÍO DE LA UNIDAD DE MANEJO FORESTAL (UMAFOR) 2108
REGIÓN CHIGNAHUAPAN-ZACATLÁN, PUEBLA, MÉXICO
Casimiro Ordóñez Prado1, Patricia Aguilar Sánchez1, Edna Elena Suárez Patlán1
Juan Carlos Tamarit Urias1, Noel Carrillo Ávila1. 1Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias; C.E San Martinito. San
Martinito Tlahuapan, Puebla. C.P. 74100; [email protected]
Palabras Clave: biomasa, lignocelulósicos, poder calorífico.
Introducción: La industria del aserrío generara una gran cantidad de residuos lignocelulósicos que en ocasiones es un problema en las operaciones diarias de transformación (1). La Unidad de Manejo Forestas (UMAFOR) 2108 del Estado de Puebla, México, es una de las regiones forestales con mayor actividad forestal del estado, pues, en el 2016 se reportaron 118 centros de transformación activos. En el presente estudio se realizó una estimación de la biomasa residual de la región, así como, una proyección del poder bioenergético que se obtendría de esta biomasa.
Metodología: Para lograr el objetivo del estudio, se recurrió a los registros de los centros de transformación, donde, se revisó la capacidad instalada de transformación, también, se revisó es estudio de cuenca de abasto de la región. Para la estimación de los residuos, se generaron indicadores de productividad en diferentes centros de transformación de la región, para los principales géneros de madera que abastecen la industria de transformación (2).
Resultado: Se estimó un volumen de residuos de 86,112 metros cúbicos, donde las aportaciones por género fueron de: 48,905, 12,019, 6,572, 13,774 y 4,842 metros cúbicos para Pinus, Quercus, Hevea, Abies y Gmelina respectivamente; este volumen equivale a 41,512 toneladas de biomasa seca, las aportaciones por genero fueron de: 22,961; 6,905; 3,220; 6,191 y 2,227; con esta biomasa se estima un poder calorífico de 814,979 MJ, el género Pinus aporta la mayor energía con 475,669 MJ, Quercus, Hevea, Abies y
Gmelina aportan 129,235; 59,240; 115,224 y35,610 MJ respectivamente.
Tabla. Parámetros la densidad básica, poder calorífico y biomasa seca.
Género Densidad
básica (kg·m3)
Poder calorífico (KJ·kg-1)
Biomasa seca (T)
Pinus 469.5 20,716.5 22,961
Quercus 574.5 18,716.4 6,905
Hevea 490 18,396.0 3,220
Abies 450 18,589.6 6,198
Gmelina 460 15,988.0 2,227
Total 41,512
Conclusiones: La región Chignaupan- Zacatlán tienen una alta generación de residuos lignocelulósicos que pueden ser utilizados como energéticos en hornos de tabique, calderas, la producción de energía entre otros.
Bibliografía
1. Carrillo A., N.; Fuentes L, M. E.; Aguilar S., P.; Flores V., R.; Ordóñez P., C. y Buendía R., E. 2012. Uso de los residuos forestales en la producción de bioenergía. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental San Martinito Tlahuapan, Puebla. 30 p. 2. Flores V., R.; Fuentes L., M. E.; Carrillo A., N.; Aguilar S., P.; Buendía R., E. y Ordóñez P. C. 2013. Índices de coeficientes de aserrío en 19 aserraderos de Michoacán. Memoria de la Octava Reunión Nacional de Innovación Forestal.
III REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Producción de metano a partir de vinazas tequileras: mesofília vs termofília
Luis Rodrigo Lezama Gutiérrez, Hugo Oscar Méndez Acosta, Jorge Arreola Vargas, Alma Lilia Toledo Cervantes. Universidad de Guadalajara, Depto. de Ingeniería Química, Guadalajara-Jal., C.P. 44430. [email protected]
Palabras clave: Biogás, digestión anaerobia, optimización.
Introducción. La digestión anaerobia ha surgido en los últimos años como una alternativa prometedora para el tratamiento de vinazas tequileras, debido a su capacidad para degradar altas concentraciones de materia orgánica, además de permitir la recuperación de energía mediante la producción de biogás. A nivel industrial, este proceso es operado habitualmente bajo condiciones mesofílicas. Sin embargo, su operación bajo condiciones termofílicas resulta de gran interés, debido al incremento substancial que pudieran tener la velocidad de producción de metano y la remoción de materia orgánica (1). Por lo anterior, éste trabajo tuvo como objetivos: a) evaluar el desempeño y la estabilidad de un reactor anaerobio de lote secuencial (AnSBR por sus siglas en inglés) bajo condiciones mesofílicas previamente reportadas, así como b) optimizar la producción de metano bajo condiciones termofílicas.
Metodología. Se operó un reactor tipo AnSBR bajo las condiciones de 38°C y 15 gDQO/L, usando como inóculo un lodo granular proveniente de un digestor anaerobio de dos etapas bajo condiciones mesofílicas. Éstas condiciones han sido previamente reportadas como adecuadas para favorecer la producción de metano al usar vinazas tequileras como sustrato. El monitoreo y control del proceso se llevó a cabo mediante el uso de un controlador cRIO 9014 la concentración de materia orgánica (inicial y final) se tderminó mediante un kit HACH
LCH4/gDQO, y una remoción de DQO superior al 80%, como se puede observar en la Tabla 1.
Tabla 1. Datos de los últimos 7 ciclos estables de operación: Producción de metano (NLCH4), rendimiento (LCH4/gDQO) y remoción de DQO (%).
Ciclos 32 33 34 35 36 37 38
Producción 4.93 5.64 4.77 5.19 4.71 4.81 5.14
Rendimiento 0.312 0.322 0.309 0.292 0.301 0.300 0.327
Remoción 88.9 87.8 85.6 88.5 87.3 89.9 89.1
El procesos de aclimatación de los lodos granulares mesofílicos usados en la operación del digestor AnSBR a condiciones termofílicas tomó alrededor de 40 días, alcanzando una remoción de DQO del 80% hacia el final de la aclimatación (2). La superficie de respuesta para la optimización de la producción de metano en termofília se presenta en la Fig. 1. El análisis estadístico mostró que los datos experimentales se ajustaron a un modelo de segundo orden con una R
2 de 78.1 %, siendo la
temperatura, la concentración de materia orgánica y el cuadrado de la temperatura los factores significativos con una confianza del 95%. Las condiciones óptimas encontradas fueron 59.3°C y 9.24 gDQO/L.
1000
800
600
400
TNT 822, la concentración de AGV‘s se determinó por HPLC, mientras que el factor de alcalinidad se determinó por titulación de acuerdo al APHA. Para la optimización
200
0 50 52 54 56 58
Temperatura
7 8
4 5
6
2 3 DQO
60
en termofília, se aclimató lodo mesofílico a 55°C, usando reactores por lote alimentados con vinaza tequilera a una concentración de 5 gDQO/L, mediante reactores por lote. Posteriormente se empleó un diseño de composición central 2
k para evaluar 3 temperaturas (50, 55 y 60°C) y 3
concentraciones iniciales de materia orgánica (2, 5 y 8 gDQO/L) a partir del uso de un sistema de prueba de potencial de metano (AMPTs, por sus siglas en inglés) para medir la producción de metano.
Resultados. El reactor AnSBR se operó durante 38 ciclos hasta alcanzar una estabilidad operacional en al menos 10 ciclos continuos. Inicialmente el ácido propiónico se acumulaba hasta el final de cada ciclo, eventualmente comenzó a consumirse en su totalidad, una vez alcanzada la estabilidad, éste ácido se consumía entre el tercer y cuarto día. Lo anterior se reflejó en la producción de metano, ya que el 80% de la producción obtenía en los primeros 4 días. En la fase estable de operación el proceso presentó una producción de metano superior a 4 NLCH4 por ciclo, un rendimiento promedio de 0.30
Fig. 1. Superficie de respuesta para la optimización de la producción de
metano bajo condiciones termofílicias.
Conclusiones. Los resultados de la operación del reactor AnSBR permitieron corroborar el potencial de las vinazas tequileras para la producción de metano bajo condiciones mesofílicas alcanzando altas remociones de materia orgánica y altos rendimientos 0.30 LCH4/gDQO. No obstante lo anterior, los resultados de la optimización en termofilia sugieren que operar el proceso bajo estas condiciones óptimas es prometedor, ya que se obtuvieron rendimientos similares (0.33 LCH4/gDQO) pero a bajas cargas.
Agradecimiento. Se agradece al CONACyT-SENER, CEMIE-Bio, proyecto 247006. Luis Rodrigo Lezama Gutiérrez agradece a CONACyT por la beca 412022
Bibliografía. 1. van Lier J. B., Rebac S. y Lettinga G. (1997) Wat. Sci. Tech. vol (35) 199-206 2. BasuKová A. Dohányos M., Schmidt J. E., Angelidaki I. (2005) Wat. Res. vol (39) 1481-1488
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGIA
XII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
OPTIMIZACION DE LA CADENA DE SUMINISTRO PARA OBTENER
BIOTURBOSINA A PARTIR DE LA SALICORNIA BIGELOVII
Marco Yair Gregorio Gutiérreza, Pascual Eduardo Murillo Alvaradoa y José María Ponce Ortegab
aUniversidad de La Ciénega del Estado de Michoacán de Ocampo, Departamento de Ingeniería en Energía, Sahuayo, Michoacán, 59103
bUniversidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Departamento de Ingeniería Química, Morelia, Michoacán, 58060
[email protected] Palabras clave: Salicornia, biocombustible, optimización.
Introducción. La turbosina tradicional causa
contaminación ya que este es el principal
combustible para la aviación, en este trabajo
se propone sustituir por la bioturbosina, este
biocombustible se puede obtenerse de la
planta Salicornia Bigelovii, lo cual esta planta
se puede cultivar en lugares áridos y
semiáridos. El objetivo es realizar una cadena
de suministro que es desde el cultivo de la
materia prima hasta la venta del
biocombustible, todo va estar representado en
forma de un modelo matemático de
optimización.
Metodología. Estudiar las condiciones y
características de la Salicornia. Según el
informe de SEMARNAT lo zonas para el
cultivo de plantas halófitos son en zonas
áridas y semiáridas (1). La Salicornia bigelovii
es una planta halofita que pertenece a la
familia Chenopodiaceae y en estado adulto es
altamente tolerante a la salinidad (2), tiene
semillas con alto contenido de aceite, y las
condiciones que presenta es apto para
realizar una conversión de Salicornia a
bioturbosina. También realizar una súper
estructura y con base a ello realizar un modelo
matemático.
Resultados. Para la obtención de
bioturbosina se va realizar un proceso
conocido como Fischer Tropsch (3) como se
muestra en la figura 1. También en la figura 2
se muestra la súper estructura para realizar el
modelo matemático de optimización. Todo el
modelo matemático va ser programado en la
plataforma GAMS.
Fig.1. Proceso de obtención de bioturbosina.
Fig.2. Súper estructura de la cadena de suministro.
Conclusión. Al realizar la súper estructura se
pudo desarrollar el modelo matemático y así programarlo en GAMS
.
Agradecimiento. Gracias al apoyo del Dr. José María por darme algunas fuentes de investigaciones respecto a la bioturbosina y al Dr. Pascual por haber ayudado en la revisión del proyecto. Referencias (1) SEMARNAT, (2012). Ciudad de México, México. (2) Terrence, E., Ungar, I. (1982). Oecología, 54: 193- 199. (3) Dominguez, S. (2017). Morelia, Mich., Mexico.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INFLUENCIA DE LOS EXTRACTIVOS EN EL PODER CALORÍFICO DE ALGUNOS RESIDUOS AGRÍCOLAS CON FINES ENERGÉTICOS
Patricia Aguilar Sánchez, Edna Elena Suárez Patlán, Rosa Laura Rebolledo García, Casimiro
Ordoñez Prado. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, Km. 56.5 Carretera Federal México Puebla, San Martinito Tlahuapan, Puebla, C.P. 74100.
Palabras clave: biomasa, calorimetría, extraíbles.
Introducción. Además de los compuestos principales, como lignina, celulosa y hemicelulosa, la biomasa contiene otros componentes que se encuentran en menor proporción, como los extractivos, los cuáles poseen gran influencia en las propiedades y en los procesos de conversión de la biomasa. Se dice que, para una conversión termoquímica, un cultivo ideal para energía debe tener mayor concentración de extractivos y lignina, lo cual incrementarían su poder calorífico (1,2).
Por lo que, el objetivo general de este trabajo es determinar la influencia de los extractivos en el PC de algunos materiales lignocelulósicos.
Metodología. Residuos agrícolas como el bagazo de caña, fibra de coco y mazorca de cacao se seleccionaron como la biomasa a estudiar, éstos fueron colectados en los estados de Tabasco y Veracruz. Se eliminaron extractivos de acuerdo a la Norma TAPPI 264 om-88 (3). Se determinó el poder calorífico (PC) de las muestras con y sin extractivos, utilizando un calorímetro de bomba isoperibol, modelo PARR 1266 (4). Se llevó a cabo un análisis de varianza y una comparación múltiple de medias por el método de Duncan, utilizando el programa SAS 9.3.
Resultados. Los resultados indican que existen diferencias significativas de PC entre las muestras con y sin extractivos, así como de los residuos agrícolas, a excepción del bagazo de caña y mazorca de cacao, con un p<0.05. En la tabla 1 y tabla 2 se muestran los agrupamientos de Duncan con respecto a los tratamientos y residuos agrícolas seleccionados, donde los agrupamientos con la misma letra no son significativamente diferentes.
Tabla 1. Promedio de PC de los residuos con y sin extraíbles.
Agrupamiento Duncan
PC (kcal∙kg-1)
Condiciones
A 4,908.3 Sin extractivos B 4,258.5 Con extractivos
Tabla 2. Promedio de PC con respecto a los residuos
agrícolas. Agrupamiento
Duncan PC
(kcal∙kg-1) Residuo agrícola
A 4,815.3 Fibra de coco B 4,527.1 Bagazo de caña
B 4,407.8 Mazorca de cacao
Conclusiones. Los residuos agrícolas seleccionados mostraron que no existe una influencia en las muestras con extractivos y que el mayor valor de PC se da en las muestras sin extractivos. Los residuos agrícolas presentaron un PC alto, comparado con el de algunas especies forestales, haciendo atractiva a esta biomasa que se encuentra disponible, sin competir con los alimentos. Sin embargo, es importante contar con otros análisis de composición química para poder fortalecer este trabajo.
Agradecimiento. Recursos Fiscales del INIFAP, proyecto 1193733819.
Bibliografía. 1. Shebani A., van Reenen A., Meincken M. (2008). Termochimica Acta. Vol (471): 43-50. 2. Gutiérrez A., Baonza M. (2001) Influencia de los extractivos en las propiedades físico-mecánicas de la madera de Pinus pinea. L. III Congreso Forestal Español. Granada, Mesa, p.1-9. 3. Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI). 2006. Preparation of wood for chemical analysis, T 264 om-88. TAPPI Test Methods. Fibrous Materials and Pulp Testing. Atlanta, GA., U.S.A. 4. Parr, 1999. 1266 Isoperibol Bomb Calorimeter, Operating Instruction Manual. Technical Note No. 367M. Parr Instrument Company, Illinois, USA.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ANÁLISIS DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE BIOMASA DE ALGAS ROJAS DE LA REGIÓN DE MAZATLÁN.
Miguel Cristobal Gonzales-Gomez1, David Ulises Santos Ballardo1*, Angel Valdez Ortiz2, Nildia
Yamileth Mejias-Brizuela1
1.- Programa Académico de Ingeniería en energía, Universidad Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa.
2.- Facultad de Ciencias Químico-Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa, Culiacán, Sinaloa
Palabras claves: Biogás, algas rojas, digestión anaeróbica.
Introducción. Se han identificado cerca de 10,000
especies de algas marinas que normalmente se clasifican
en pardas, rojas y verdes. En la región costera de
Mazatlán, sobre todo en las áreas de mayor flujo turístico,
se acumulan una gran variedad de algas. Entre ellas se
identifican especies de las familias rojas y pardas [1]. La
acumulación estas algas generan una vista negativa en el
puerto y sus playas, así como la generación de malos
olores e insectos [2]. Dicha biomasa tiene características
que pudieran ser aptas para obtención una gran diversidad
de bioproductos de interés, destacando la obtención de
biogás mediante el proceso de digestión anaeróbica (DA).
El biogás tiene el potencial de utilizarse como fuente
energética renovable disminuyendo la concentración de
gases de efecto invernadero. Por otro lado, uno de los
factores principales que afectan la eficiencia de la DA la
posible afinidad del inoculo-sustrato [3].
Debido a esto, en el presente trabajo se propone estudiar
el potencial como sustrato de las algas rojas que se
acumulan en playa, en la producción de biogás utilizando
diversos inóculos accesibles en la zona.
Metodología. La obtención de muestras se realizó en
playa cerritos Mazatlán, Sinaloa en las coordenadas:
23°18´29´´Norte 106°29´37´´Oeste. Los inóculos utilizados
en el estudio fueron: suero de leche (SL), lodos industriales
activados (LA) y estiércol equino (EE). El alga lavada y
deshidratada se sometió a un pre-tratamiento mecánico se
realizó el análisis de solidos totales (ST), solidos volátiles
(SV) y cenizas. Se utilizaron frascos de vidrio sellados
herméticamente, las digestiones anaeróbicas se realizaron
a una temperatura constante de 37 ± 2 °C con agitación
diaria manual. La producción de biogás se analizó
mediante el desplazamiento de un fluido en un Eudiómetro
graduado [4].
Resultados. Las muestras de alga analizadas presentaron
un 90.04 ± 12.05 % de ST y un 50.76 ± 24.25 % de SV. La
producción de biogás neta acumulada se reportó como
mililitros de biogás generado por gramo de solido volátil de
alga añadida al reactor (mL biogás /g SV). Los resultados
se muestran en la Figura 1, se observa que el SL utilizado
como inóculo generó una mayor producción acumulada de
biogás comparada con los otros dos inóculos utilizados.
Los resultados obtenidos fueron los siguientes: SL: 75 ±
11.43 mL/g SV; LA: 68 ± 10.56 mL/g SV y EE: 10 ± 3.94
mL/g SV.
Fig. 1. Producción acumulada de biogás a partir de algas rojas
utilizando diversos inóculos
Conclusiones. Los resultados obtenidos muestran un
potencial adecuado de las algas rojas ubicadas en la
región de Mazatlán para utilizarse como materia prima en
la producción de biogás, dándole un valor agregado
importante a este material biológico considerado como un
contaminante. Además, el presente trabajo sienta las
bases para una posible co-digestión utilizando un material
que coadyuve a mejorar la posible baja relación de C/N del
alga, pudiendo mejorar los rendimientos de producción de
biogás a partir de este sustrato.
Bibliografía. 1. Aguilar Rosas R, Ochoa MJ, Aguilar Rosas L, Tovalín Henrandez OA,
Páez Osuna F. (2009). Polibotánica. 28:1-14.
2. Briand X, Morand P. (1197). J Appl Phycol 9: 511-524.
3. Barbot YN, Thomsen C, Thomsen L, Benz R. (2015). Mar Drugs 13:
5947-5975.
4. APHA. (1999). En: Standard methods for the examination of water and
wastewater. American Public Health Association. pp 1220.
Agradecimientos. A los P.A. de Ingeniería en Energía y
Biotecnología de UPSIN y al LABBIG (UAS) por facilitar
sus instalaciones y equipos para la realización de esta
investigación.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
MODELOS ESPECTOFOTOMÉTRICOS PARA LA MEDICIÓN DEL CRECIMIENTO CELULAR DE 3 ESPECIES DE MICROALGAS MARINAS
Erick García Lizarraga1, Marisa Lizárraga Ledesma2, Alejandro García Álvarez2, Jesús Aaron Salazar Leyva 2, Nildia Yamileth Mejias-Brizuela1, David Ulises Santos Ballardo1*
1.- Programa Académico de Ingeniería en Energía, Universidad Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa.
2.- Programa Académico de Ingeniería en Biotecnología, Universidad Politécnica de Sinaloa,
Mazatlán, Sinaloa.
Palabras claves: Biogás, algas rojas, digestión anaeróbica.
Introducción. Las microalgas representan un grupo de microorganismos con uso potencial en diversas áreas de importancia para la humanidad, dentro de ellas, la producción de biocombustibles de tercera generación, es en la actualidad una de las principales opciones para la obtención de energías renovables [1]. Por otro lado su empleo requiere aún la optimización de las diferentes etapas del proceso para disminuir su alto costo económico y energético [2]. Debido a esto, se han realizado grandes esfuerzos en el desarrollo de muchos aspectos del crecimiento de microalgas. Sin embargo, la investigación detallada sobre el monitoreo del crecimiento celular, es aún incipiente, por lo tanto es importante desarrollar métodos eficientes para medir el crecimiento celular de las microalgas [3].
En el presente trabajo se plantea el desarrollo de modelos predictivos que relacionen de manera específica el crecimiento celular con mediciones de espectrofotometría, para facilitar la medición del crecimiento celular de 3 microalgas de importancia en la bioenergía.
Metodología. Se utilizaron las especies de microalgas:
Nannochloris oculata, Dunaliella tertiolecta y Chaetoceros
muelleri de importancia para la producción de biodiesel,
estas fueron cuantificadas mediante el uso de microscopio
y cámara de Neubauer, para su comparación con el
método espectrofotométrico [4], en el cual se midió la
absorbancia de los cultivos a su longitud de onda
específica, para esto, se realizó un escaneo de longitud de
onda para cada microalga utilizando un rango entre 550 a
800 nm para determinar los picos máximos de
absorbancia. Posteriormente se realizó un análisis de la
correlación de Pearson de las cinéticas realizadas y se
desarrollaron los modelos predictivos de crecimiento
celular [5].
Resultados. Se observaron picos máximos de absorbancia entre 680 y 682 nm para las especies analizadas. Los coeficientes de Pearson obtenidos sugieren que los valores de cel/mL presentan una correlación positiva muy alta con los valores de absorbancia de microalgas. Además, a partir de las formulas predictivas obtenidas, las densidades celulares
se pueden calcular de la siguiente manera: para Nannochloropsis oculata: cel/mL= e[(ln abs(682nm)+14.35)/0.7911)], Dunnaliella tertiolecta: cel/mL= e[(ln abs(680nm)+10.50)/0.6171)]; y Chaetoceros muelleri: cel/mL= e[(ln abs(680nm)+13.60)/0.8043)]. Las desviaciones porcentuales indican que las ecuaciones pueden ser utilizadas con un margen de error menor al 2.5 % para densidades de microalgas hasta de 5 x106 cel/mL, 1.5 x106 cel/mL, y 2.5 x106 cel/mL, respectivamente.
Conclusiones. Se observó una alta correlación entre el
crecimiento celular y la absorbancia medida en los cultivos
microalgales, mediante lo cual se desarrolló una
metodología rápida, sencilla, específica, con un rango de
utilización útil, y con altas posibilidades de automatización,
para realizar mediciones de crecimiento celular de 3
especies de microalgas de alta importancia en la
bioenergía utilizando la espectrofotometría, aportando con
esto una herramienta interesante para hacer más
eficientes las tecnologías de aprovechamiento de las
microalgas.
Bibliografía. 1. Fuentes-Grünewald C, Alacid E, Garcés E, Rossi S, Camp J. (2012)
Mar. Biotechnol. 15, 37–47.
2. Santos-Ballardo DU, Rossi S, Reyes-Moreno C, Valdez-Ortiz A. (2015).
Rev Environ Sci Biotechnol 15(2): 243-264.
3. Ribeiro-Rodrigues LH, Arenzon A, Raya-Rodriguez MT, Fontoura NF.
(2011). J Env Chem Ecotox. 3(8): 225-228.
4. Godoy-Hernández G, Vázquez-Flota FA. (2006). Growth
measurements. Estimation of cell division and cell expansion. En:
Methods in Molecular Biology. Plant Cell Culture Protocols vol. 318.
Loyola-Vargas VM, Vazquez-Flota FA. (Eds.). Humana Press Inc.,
Totowa, New Jersey, pp. 51–58.
5. Santos-Ballardo DU, Rossi S, Hernández V, Vázquez-Gómez R,
Rendón-Unceta MC, Caro-Corrales J, Valdez-Ortiz A. (2015).
Aquaculture. 448: 87-92.
Agradecimientos. A los P.A. de Ingeniería en Energía y
Biotecnología de UPSIN, así como al Acuario Mazatlán por
facilitar sus instalaciones y equipos para la realización de
esta investigación.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
APROVECHAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS DE LOMBRICOMPOSTA COMO REQUERIMIENTO NUTRICIONAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
José Luis Alemán Ramirez1, Bianca Yadira Pérez Sariñana
1, Soleyda Torres Arellano
1, Sergio Saldaña Trinidad
1,
Sebastián Pathiyamattom Joseph2,
1Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables, Universidad Politécnica de Chiapas,
Carretera Tuxtla-Villaflores, Tuxtla Gutiérrez, 29150, México. 2 Instituto de Energías Renovables UNAM, Priv. De
Xochicalco s/n Col. Centro, Temixco, Morelos 62580, México. e-mail: [email protected]
Palabras clave: sales minerales, requerimientos nutricionales, fermentación
Introducción. El vermicompostaje, es una técnica que se utiliza para transformar los residuos sólidos orgánicos, produciendo el lixiviado de lombricomposta, este es de gran importancia debido a su composición química de micro y macronutrientes, los cuales pueden ser utilizados para la producción de biocombustibles. El objetivo principal de este trabajo de investigación, fue el aprovechamiento de los lixiviados de lombricomposta, como requerimientos nutricionales para el crecimiento y reproducción de la levadura Saccharomyces cerevisiae Y2034, para la producción de bioetanol.
Metodología. El mango Ataulfo (Mangifera indica L.) fue utilizado como materia prima para el proceso fermentativo (1). Al cual se le dio un pretratamiento (deshidratado térmico) utilizando una temperatura de 60°C (2), con un flujo de velocidad de aire de 1.63 m/s durante 31 h. El proceso fermentativo se realizó en frascos serológicos de 124 mL, con un volumen de trabajo de 80 mL, al cual se le adiciono 20 mL/L de lixiviados de lombricomposta, la temperatura fue de 30°C (3), el pH se mantuvo entre 4.5-5. Se inoculo al 10% v/v (4) de la levadura Saccharomyces cerevisiae Y2034, se mantuvieron a una agitación orbital de 150 rpm durante 48 h. Durante el desarrollo del proceso fermentativo se cuantificaron los azúcares reductores (5), sólidos solubles totales y la producción de CO2 por desplazamiento volumétrico. Se determinó la concentración de bioetanol por HPLC.
Resultados. En la figura 1. Se observa la cinética del deshidratado térmico de la pulpa de mango Ataulfo, el peso promedio inicial fue de 18.8 g, finalizando en 4.1 g. Los sólidos solubles totales, disminuyeron progresivamente a partir de la hora 10, como se observa en la figura 2. Indicando un consumo y aprovechamiento de los lixiviados, como requerimiento nutricional de la levadura Saccharomyces cerevisiae Y2034.
Figura 1. Cinética de consumo SST.
Conclusiones. Los lixiviados de lombricomposta, favorecieron a la producción de bioetanol, al no existir una inhibición por parte de ellos, esto se puede observar de acuerdo a las cinéticas de consumo obtenidas durante la fermentación. La deshidratación térmica, permitió obtener un producto de buena calidad, conservando las propiedades fisicoquímicas del mango.
Agradecimiento. Al CONACYT por la beca otorgada para el estudiante de maestría. Al Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables (CIDTER), de la Universidad Politécnica de Chiapas.
Bibliografía. 1. Santis Espinosa L., Perez-Sariñana B.Y., Saldaña-Trinidad S., D.
Eapen., Sebastian P.J. (2014). Energy Procedia. Vol.(57), 860-866.
2.- Yuan-Yuan, Pu, Da-Wen Sun.[2017]. Biosystems Engineering.
Vol. (156), 108-119.
3. Bishnu Joshi, Megh-Raj Bhatt, Dinita Sharma, Jarina Joshi, Rajani
Malla and Lakshmaiah Sreerama.[2011].Biotechnology and
Molecular Biology Review. Vol. (6), 172-182.
4. Zafer-Hosgun Emir, Derya Berikten, Merih Kivanc, Berrin Bozan.
[2017]. Fuel. Vol.(196): 280-287.
5. Miller, G. (1959). Analytic Chemistry. Vol (31): 42
Figura 1. Cinética de deshidratado térmico.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE METANO MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE PULPA DE CAFÉ Y
LODO DE AGUAS RESIDUALES.
Soleyda Torres Arellano
1, Bianca Yadira Pérez Sariñana
1, Sergio Saldaña Trinidad
1, José Luis Alemán Ramírez
1,
Sebastian Pathiyamattom Joseph.2
1 Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables, Universidad Politécnica de Chiapas, Suchiapa, Chiapas, 29150, México. 2 Instituto de Energías Renovables, UNAM, Temixco Morelos, 62580, México.
Palabras clave: residuos agroindustriales, caracterización, tiempo de retención.
Introducción. La digestión anaerobia se considera un medio eficiente, sostenible y técnicamente viable para tratar los residuos y lodos [1][2]. Ofreciendo como beneficios la reducción de masas de residuos, eliminación de patógenos y generación de metano [3]. Estudios recientes han demostrado que el proceso anaerobio podría ser diseñado para producir ácidos grasos volátiles, bio hidrogeno y/o bio metano por separado o simultáneamente [3]. Algunos métodos de tratamiento específicos, aditivos y otros procesos resultarían beneficiosos, de acuerdo con los resultados más recientes de la investigación.
Metodología. En este trabajo de Investigación, se
250
200
150
100
50
0
0 10 20 30 40
Tiempo (dias)
realizó la caracterización fisicoquímica de la pulpa de café (Coffea arabica L.) y del lodo de aguas residuales, determinando pH, DQO y STV [4], para el proceso de digestión anaerobia, se establecieron las siguientes condiciones de trabajo, se utilizaron frascos serológicos de 124 mL con un volumen de trabajo de 100 mL, a una temperatura de 37 ºC, con agitación constante a 120 rpm, y un pH de 8, bajo una relación sustrato/inóculo (S/I), de 1gSTV:3gDQO. Para la cuantificación de metano, se utilizó el método de desplazamiento volumétrico, con una solución de hidróxido de sodio (NaOH) a 1 M. El tiempo de retención fue de 35 días [4][5].Todos los experimentos se realizaron por triplicado.
Resultados. En la Tabla 1. Se presentan los resultados de la caracterización fisicoquímica de la materia prima, indicando que es una materia biodegradable, debido por su composición química, para que sea utilizada como sustrato por el microorganismo, para el proceso de la producción de metano.
Tabla 1. Caracterización fisicoquímica de los residuos orgánicos.
Figura 1. Producción de biogás durante la digestión anaerobia.
Conclusiones. El residuo agroindustrial de la cereza de café, resulto ser viable para su aprovechamiento en una digestión anaerobia para la producción de metano. Pero se deben de realizar más estudios teóricos como experimentales, para un mejor aprovechamiento de la materia prima para trabajos a futuros.
Agradecimiento. Al CONACYT por la beca otorgada para el desarrollo de esta investigación de maestría. Al centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables (CIDTER), en la Universidad Politécnica de Chiapas.
Bibliografía.
1. Bohutskyi, P., Chow, S., Ketter, B., Betenbaugh, M.J., Bouwer, E.J., 2015, Appl. Energy 154, 718–731. 2. Shen, Y., Linville, J.L., Urgun-Demirtas, M., Schoene, R.P., Snyder, S.W., 2015, Appl. Energy 158, 300–309. 3. Pretel, R., Shoener, B.D., Ferrer, J., Guest, J.S., 2015, Water Res. 87, 531–541. 4. Wanqin Zhang, Quanyuan Wei, Shubiao Wu, Dandan Qi, Wei Li, Zhuang Zuo, Renjie Dong, 2014, Applied Energy 128 175-183. 5. Wickham R, Galway B, Bustamante H, Nghiem Long D., 2016, International Biodeterioration & Biodegradation 113 3-
Me
tan
o (
mL)
Residuos orgánicos
pH DQO g/L STV g/L
Pulpa de café 149.56 208.12
Lodo de aguas residuales
34.56 7.03
OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE H2 Y CH4 A PARTIR DE VINAZAS TEQUILERAS.
Anahí Hinojoza, Francisco Flores, Alma Toledo, Hugo Méndez, Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, Departamento de Ingenierías, Guadalajara, Jalisco. C.P. 44430., [email protected].
Palabras clave: Hidrógeno, Metano, Vinaza tequilera.
Introducción: Las aguas residuales provenientes del proceso de producción de tequila o vinazas tequileras, representan un problema ambiental en la región tequilera del país, debido a su alta carga orgánica y volumen de producción; pero sobre todo porque en muchos casos son desechadas sin un tratamiento (1). Sin embargo, las vinazas también son una fuente potencial de producción de energía mediante digestión anaerobia (DA) en dos etapas, ya que permite la co-producción de hidrógeno (H2) y metano (CH4). El objetivo de este trabajo fue determinar los valores óptimos de las variables de proceso:
concentración de DQO del sustrato. Por lo tanto, se decidió probar concentraciones superiores de vinaza, 20, 22 y 25 g-DQOL-1
(vinaza pura). A dichas concentraciones se observó que para la etapa acidogénica (producción de H2), la mayor producción se obtuvo con la vinaza pura. En la figura 2 se muestra la superficie de respuesta de la producción de H2 (en KJ), utilizando vinaza pura, a diferentes pHs y temperaturas. Las condiciones óptimas determinadas mediante el modelo matemático fueron: pH de 6.5 y temperatura 33ºC. Bajo dichas condiciones, se obtuvo una producción de 3.9 KJ.
20.0
23.0
temperatura, concentración inicial de sustrato y pH, que permitan maximizar la recuperación de energía a partir de vinazas tequileras mediante digestión anaerobia (DA) en dos etapas.
47
42
37
32
27
22
17 5 7 9 11 13
30 32
34
36
38
40
26.0
29.0
32.0
35.0
38.0
41.0
44.0
47.0
50.0
Metodología: La optimización se llevó a DQO (g/L) 15
Temperatura (ºC)
cabo mediante un diseño compuesto central tomando como variable de respuesta la energía recuperada (KJ) en el proceso
Fig.1. Superficie de respuesta a pH 7 de la producción
de H2 y CH4 expresada en KJ.
1.5 1.7
global, i.e. H2 + CH4. La experimentación se realizó en reactores de tanque agitado de 0.5L inoculados con 10 g-SV L-1 de lodo anaerobio pretratado térmicamente para fomentar la producción de H2 y sin
3.5
3
2.5
2
1.5
1.9
2.1
2.3
2.5
2.7 2.9
40 3.1
35 3.3
tratamiento para la producción de CH4. Los 6 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5
pH
30 Temp. (°C) 3.5
factores estudiados fueron concentración de DQO de 5-15 g L-1, temperatura de 30-40ºC y pH de 6.5-7.5. La vinaza fue colectada en una tequilera ubicada en tequilera de Amatitán, Jalisco, con la siguiente composición (gL-1): DQO 25±0.2; azúcares 2.3±0.1; ácido propiónico 0.34±0.0, ácido acético 1.85±0.1 y pH 3.5.
Resultados: Los datos experimentales se
ajustaron a un modelo matemático de primer orden con un coeficiente de correlación de 0.98. El análisis de varianza mostró que el factor estadísticamente significativo fue la concentración de DQO p<0.05. Esto se puede observar en la figura 1, donde no existe un punto máximo, es decir es posible recuperar más energía al aumentar la
Fig.2 Superficie de respuesta de la producción de H2 expresada en KJ.
Conclusiones: Es posible encontrar un óptimo de producción de energía mediante la DA en dos etapas de vinaza tequilera pura (25 g-DQOL-1). Estos resultados permitirán la operación de reactores en continuo para el aprovechamiento de los más de 2733 millones de litros de vinaza tequilera que solo en 2016 fueron generados.
Agradecimientos: Fondo Sectorial
CONACyT- SENER -Sustentabilidad Energética, CEMIE-Bio proyecto 247006.
Bibliografía: 1. Méndez-Acosta, H.O., (2010). Biodegradation 21, 357–363.
P
roducció
n d
e e
nerg
ía (
KJ)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE GENERACIÓN DE BIOGÁS DEL SUERO LÁCTEO DE LA INDUSTRIA LECHERA EN
EL ESTADO DE HIDALGO, MÉXICO Carlos Alexander Lucho Constantino*, Jessica L. Sebastián Nicolás, Rosa Icela Beltrán Hernández, Gabriela A.
Vázquez Rodríguez, Claudia Coronel Olivares, Erendira Tonatzin Quintanar Orozco,
Centro de Investigaciones Químicas. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carr. Pachuca-Tulancingo km.
4.5, tel. y fax (771) 7172000 ext. 2216, C.P. 42184, Pachuca Hgo., México. *e-mail: [email protected].
Palabras clave: Industria lechera, Biogás, Electricidad.
Introducción. El estado de Hidalgo (EH) es el noveno productor de leche bovina en el país, con 413 millones
Tabla 1. Variables de entrada para la simulación del potencial energético utilizando el software biodigestor Pro.
de litros anuales [1]. De esta, el 56.3% se destina a la producción de queso, y genera 208 millones de suero
Características del sustrato
Variables de Sitio
Operación Producción de Leche
(m3/año)
lácteo al año. El suero es el principal subproducto de la DQO= 45 g/L COV= 2.27 kg
SSV/m .d Ix 22,912
demanda bioquímica de oxígeno, (DBO5, de 30-50 g/L). En el mejor de los casos, el suero se utiliza como suplemento para la alimentación animal o humana, o como sustrato para la producción de alcohol,
T= 22°C EFC de SSV=76% EH 413,070
COV: Carga Orgánica Volumétrica; TRH: Tiempo de retención hidráulico; EFC: Eficiencia de Conversión; SSV: Sólidos suspendidos totales.
Tabla 2. Simulación del potencial energético de la producción de
suero lácteo en el Estado de Hidalgo. biosurfactantes, metano e hidrógeno por métodos biológicos [2]. En el estado de Hidalgo se aprovecha principalmente para alimentación animal; sin embargo, más de un 80% se vierte al suelo y cuerpos de agua, lo que provoca problemas graves al ambiente. El objetivo de este trabajo fue estimar el potencial energético del
Producción
(m3/año)
Energía
kWh/año
(Ton/año)
suero lácteo en el EH para la producción de biogás y energía eléctrica vía digestión anaerobia. . Metodología. Se utilizó el software comercial Biodigestor-Pro (v.3.5, Grupo AquaLimpia Constructores, Argentina) para estimar el potencial energético (biogás y electricidad) del suero lácteo que se produce en tres de los 84 municipios del EH con mayor generación de lactosuero: Ixmiquilpan (Ix), Atitalaquia (At) y Tizayuca (Tz). Las variables de entrada del software fueron las características del sustrato, cantidad de suero lácteo generado (tomando en cuenta el 100% de aprovechamiento), las características hidrológicas del sitio, y el tipo y la configuración del tratamiento. A partir de estas variables, el software permitió el dimensionamiento de los componentes de las plantas de digestión anaerobia para la generación de biogás y el potencial energético de los tres municipios.
Resultados. En la Tabla 1 se describen las características fisicoquímicas del suero lácteo, y algunas variables de operación en los digestores simuladas por el software de Aqualimpia utilizando el lactosuero generado en los sitios de estudio. Como se puede observar en la Tabla 2, Tizayuca es el municipio con mayor potencial en la generación de biogás o energía eléctrica (24.58%) en el EH.
EH 208,187 2,071,912 6,126,890 31,206
Por otra parte, los municipios de Ix y At tienen el potencial de generar cada uno el 5.7% del biogás a partir de este residuo. Cabe hacer mención que la mayor parte de los municipios del EH podrían generar este tipo de biocombustible a menor escala y aprovechar el biogás para la producción de quesos, como el queso Oaxaca, u otros derivados de la industria láctea, como la mantequilla.
Conclusiones. El lactosuero generado en el Estado de Hidalgo es un recurso valioso, que no está siendo aprovechado para la producción de biogás u otros productos de valor agregado bajo un esquema de biorrefinería. Al menos existen tres municipios con alto potencial para la generación de biogás y electricidad en el EH. Agradecimiento. Ingresos propios.
Bibliografía. 1. INEGI (2014). Instituto nacional de estadística y geografía.
http://www.sagarpa.gob.mx/saladeprensa/2012/Paginas/2014B699.a
spx
2. Brito P.S.D. Review of chesse whey recovery technologies. Chapter
4. In Recyclin. Nova Science Publisher Inc. 2013. 119-144.
producción de leche; es rico en proteína y lactosa y con DBO5=36 g/L TRH=20 días At 23,675 un alto contenido de materia orgánica (con una pH= 6.0 EFC a CH4=60% Tz 101,556
Sitio de Suero
lácteo (m3/año)
Metano eléctrica tCO2e
Ix 11,548 114,898 339,815 1,764 At 11,932 118,749 351,185 1,764 Tz 51,184 509,394 1,506,300 7,665
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PROTOTIPO PARA EL MANEJO DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS
RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS.
1Erick Uriegas Gutiérrez, 2Alma Hortensia Serafín Muñoz, [email protected], 2 [email protected],
División de Ingenierías, Universidad de Guanajuato. En Guanajuato cp. 36000.
Palabras clave: Fracción orgánica, huerto urbano vertical, residuos sólidos, humus de lombriz.
INTRODUCCIÓN. Según el Instituto Nacional
de Estadística y Geografía (INEGI) En México se
generaron 42923.3 mil toneladas de residuos
sólidos urbanos de los cuales la fracción orgánica
seria 22500.3 mil toneladas en el 2013. La
tendencia parece ir en aumento de generación de
RSU (residuos sólidos urbanos) por lo que es
necesario actuar de manera efectiva para mitigar
la producción1.
Tabla 1. Producción de RSU en México, INEGI1.
funcionamiento se introdujo una carga de 12.4 kg de materia orgánica recolectada de un mercado local. Junto con la carga orgánica se introdujeron 40 especímenes de eisenia foetida. Se llevó un monitoreo del proceso midiendo pH y temperatura de ambas partes del proceso (el vermicompostaje y el huerto vertical) y la temperatura ambienta a la que se desarrolló el proceso. Se hizo una caracterización del producto final consultando las normas referentes: NMX-FF-109-SCFI-20072 y NADF-020-AMBT- 20113. RESULTADOS. El monitoreo arrojo un panorama favorable para el desempeño del prototipo llegando al pH óptimo de 7 en un periodo de 10 días y terminando el proceso en 2 meses. Figura 1. Monitoreo del proceso.
Monitoreo
Existen distintos procesos y métodos para el tratamiento de la fracción orgánica de los RSU como lo son el compostaje o compost, el vermicompostaje, entre otros. Este prototipo utiliza una técnica de vermicompostaje dentro de un huerto vertical, esto genera una simbiosis entre ambos procesos que beneficia a los productos del huerto urbano y el vermicompostaje. El prototipo es estético, no genera olores y de fácil uso por el diseño que se pensó para poder tenerlo en casa, restaurantes, comunidades rurales, entre otros y de esta manera tratar la fracción orgánica de los RSU desde el momento que se generan. METODOLOGÍA. El primer prototipo fue hecho con materiales reutilizables para estudiar su factibilidad económica y su viabilidad en proyectos de apoyo a comunidades rurales. Se construyó el prototipo en un plazo de una semana, después se introdujeron las plantas y la tierra del huerto vertical y se dejaron adaptando por 5 días. Una vez el huerto vertical estaba en
30 14
20 9
10 4
0 -1
T (°C) T (°C) Ambiente pH
CONCLUSIONES. Se construyó el prototipo diseñado, el monitoreo muestra un correcto funcionamiento y la caracterización del producto cumple con las normas. Se detectó una buena producción por parte del huerto urbano. AGRADECIMIENTOS. Se desea agradecer a la Universidad de Guanajuato y la División de Ingenierías del Campus Guanajuato, así como a la Secretaria de Innovación, Ciencia y Educación Superior (SICES).
BIBLIOGRAFÍA. 1. INEGI estadística actividades
humanas y asentamientos, residuos 2013
http://www3.inegi.org.mx/sistemas/temas/default.aspx?s=est
&c=21385
2. NMX-FF-109-SCFI-2007: Humus de lombriz
(lombricomposta) especificaciones y métodos de prueba.
3. NADF-020-AMBT-2011: Requerimientos mínimos para el
compostaje de la fracción orgánica de los RSU.
Tipo de residuo
2010
2011
2012
2013
Total 40058.8 41062.5 42102.8 42923.3
Papel, cartón,
productos
5540.2 5679 5822.8 5936.4
de papel
Textiles 572.8 587.2 602 613.8
Plásticos 4362.4 4471.7 4585 4674.4
Vidrios 2355.5 2414.5 2475.7 2523.9
Metales 1377.9 1412.5 1448.3 1476.5
Basura orgánicaa
20998.8 21524.9 22070.3 22500.3
Otrob 4851.2 4972.7 5098.7 5198
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
APROVECHAMIENTO DE LIXIVIADOS DEL PRETRATAMIENTO HIDROTÉRMICO DEL BAGAZO DE
AGAVE EN CELDAS DE ELECTRÓLISIS MICROBIANAS PARA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO
Ramiro García Amador1, Sergio Hernández2, Irmene Ortiz2, Bibiana Cercado3. 1Posgrado en Ciencias Naturales e Ingeniería, Universidad Autónoma Metropolitana-Cuajimalpa.
2Departamento de Procesos y Tecnología, Universidad Autónoma Metropolitana-Cuajimalpa. 3Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica de Querétaro (CIDETEQ).
e-mail: [email protected]
Palabras clave: Biohidrógeno; Bagazo de agave; Electrólisis
Introducción. La producción de biohidrógeno, como un
camino prometedor para obtener energía limpia y
sustentable a partir de residuos orgánicos, ha tenido
gran atención en los últimos años. Los avances en las
investigaciones han demostrado que uno de los
procesos de producción de hidrógeno biológico es vía
electroquímica con el uso de celdas de electrólisis
microbiana (MEC, por sus siglas en inglés) utilizando
bacterias electroactivas [1]. Entre los aspectos a
considerar para su funcionamiento se encuentran el
sustrato, la fuente de inóculo, los materiales de los
electrodos, las membranas de intercambio iónico y el
diseño de la MEC [2]. El objetivo de este trabajo es
explotar biomasa residual para la producción de
biohidrógeno en una celda de electrólisis microbiana
utilizando, como sustrato, lixiviados del pretratamiento
hidrotérmico del bagazo de agave.
Metodología.
Resultados. De los cuatro experimentos, solo el que se
inoculó con composta de jardín produjo biogás, cuyo
rendimiento fue de 8.5 mL H2 L-1 d-1. Por otro lado, en la
figura 1 se muestran los cronoamperogramas, donde se
observa que el experimento con 20% So tuvo un perfil
semejante al experimento con 10% de inóculo. El
comportamiento semejante entre la celda con inóculo y
con sustrato diluido al 20% se puede asociar a que los
lixiviados del bagazo de agave contienen bacterias
*PBS: Phosphate Buffered Saline
Fig. 1. Cronoamperogramas de electrodos de fieltro de grafito inmersos en diversas soluciones de anolito. Voltaje aplicado 0.8
V/Ag/AgCl.
electroactivas, no obstante en una concentración
elevada, es decir, sin dilución, la producción de corriente
y de hidrógeno no se observó posiblemente por un
fenómeno de inhibición por substrato o por alta
concentración de compuestos tóxicos en los
hidrolizados.
Conclusiones. Se logró evaluar la producción de
hidrógeno en celdas de electrólisis microbianas, a
diferentes condiciones de la concentración de sustrato
(lixiviados del bagazo de agave), así como en presencia
y ausencia de inóculo externo (lixiviados de composta);
la producción de hidrógeno estuvo limitada al anolito
compuesto por 10% de inóculo externo y 20% del
sustrato. Esta investigación se continúa para determinar
el origen de la corriente observada en la celda con 20%
de sustrato y ausencia de inóculo externo.
Agradecimiento. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología,
CONACYT, por el otorgamiento de la beca con CVU: 799528 para la
realización de los estudios de maestría a Ramiro García Amador. Al
CIDETEQ por el uso de sus instalaciones. Este trabajo es financiado por Proyecto 247006 Clúster de biocombustibles gaseosos
(CONACYT-SENER FSE).
Bibliografía. [1] Li, W.-W., & Yu, H.-Q. (2011). Biohydrogen Production with High-Rate
Bioreactors. In Biofuels: Alternative Feedstocks and Conversion Processes.
Elsevier. (pp. 537, 538).
[2] Escapa, A., Mateos, R., Martínez, E. J., & Blanes, J. (2016). Microbial
electrolysis cells : An emerging technology for wastewater treatment and energy
recovery. From laboratory to pilot plant and beyond. Renewable and Sustainable
Energy Reviews. 55: 942–956.
[3] Lee, H. S., Torres, Ć. I., & Rittmann, B. E. (2009). Effects of substrate
diffusion and anode potential on kinetic parameters for anode-respiring bacteria.
Environmental Science and Technology. 43(19): 7571–7577.
[4] Ren, N., Wang, A., Cao, G., Xu, J., & Gao, L. (2009). Bioconversion of
lignocellulosic biomass to hydrogen: Potential and challenges. Biotechnology
Advances. 27(6): 1051–1060.
OBTENCIÓN DE VARIABLES ESTADÍSTICAMENTE SIGNIFICATIVAS EN EL PROCESO DE
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN CELDAS DE ELECTRÓLISIS MICROBIANA
René Cardeñaa, Isaac Monroyb, Germán Buitróna
aUniversidad Nacional Autónoma de México, LIPATA, Instituto de Ingeniería, Querétaro 76230 bUniversidad Anáhuac Querétaro, Facultad de Ingeniería, Querétaro 76246, [email protected]
Palabras clave: Celdas de electrólisis microbiana, análisis de varianzas, PCA
Introducción. Las celdas de electrólisis microbiana
(CEM) son una tecnología que permite aprovechar la
energía química contenida en la materia orgánica
transformándola en electricidad y a su vez en otros
subproductos como el hidrógeno [1,2]. La optimización
de las variables de operación para mejorar el
rendimiento de hidrógeno es una de las problemáticas
que presentan estos sistemas. El objetivo de este
trabajo es obtener las variables significativas del
proceso de producción de H2 en CEM a partir de
Análisis de varianzas multifactorial (MANOVA) y
Análisis de Componentes Principales (PCA).
Metodología. La experimentación se llevó a cabo en CEM de 2 cámaras fabricadas en acrílico y separadas por una membrana de intercambio aniónico. Para el ánodo se utilizó fieltro de grafito y como cátodo espuma de níquel. Como sustrato se utilizó una mezcla de acetato, propionato y butirato para simular un efluente acidogénico. Se probaron concentraciones de DQO (0.5, 1.0 y 2.0 g DQO/L) y potenciales anódicos (0.2, 0.3 y 0.5 V vs AgCl)
Resultados. Para comparar los métodos estadísticos, en primer lugar, se realizó un MANOVA con bloqueo, dado por los 2 reactores utilizados como sistemas bioelectroquímicos. Los resultados se muestran en la Tabla 1 para cada una de las variables dependientes (variables de salida) más importantes en el proceso, en términos del valor de significancia (valor p). Tabla 1. Resultado del MANOVA con bloqueo para las tres variables
dependientes más importantes del proceso
Factores o variables de entrada
Valor p de la variable dependiente
Rmax H2 𝒓𝑯𝟐 𝒀𝑯𝟐
Volumen 0.1217 0.9615 0.9252
DQOi 0.5622 3.8 E-09 3.5 E-09
Pot ánodo 9.7 E-04 0.0579 0.0568
Reactor 0.0256 0.2344 0.2257
Vol:DQOi 0.7899 0.2361 0.2615
Vol:Pot ánodo 0.0259 0.5443 0.5330
DQOi:Pot ánodo 0.0229 0.5382 0.5150
Vol:DQOi:Pot 0.4444 0.5440 0.5457
Como puede observarse, la variable de entrada de mayor significancia para la Rmax (mL H2/Lcat/d) es el potencial del ánodo, mientras que para
𝑟𝐻2 (recuperación total de H2) e 𝑌𝐻2 (rendimiento de H2,
mL H2/g DQO), la variable más significativa es la concentración inicial de DQO.
Para comparar los resultados obtenidos, se realizó un PCA, utilizando tanto variables de entrada como de salida. En este sentido, la Figura 1 ilustra la proyección de los datos en el plano bidimensional de los primeros dos componentes principales, así como los coeficientes para cada variable (vectores).
Fig. 1. Proyección de los datos en el plano biimensional de los
primeros componentes principales
La figura 1 muestra que el primer componente principal (36.4% de la varianza) tiene coeficientes positivos para las tres variables de salida más importantes del proceso y para el potencial del ánodo. También se evidencia con el primer componente que el potencial del ánodo favorece las tres variables de salida, y que un menor volumen de operación y de DQO inicial
favorecerían 𝑟𝐻2 e 𝑌𝐻2 , lo cual coincide con los
resultados obtenidos en el MANOVA.
Conclusiones. El MANOVA y PCA fueron aplicados a varios lotes de producción de bio-H2 por CEM permitiendo validar los datos y revelan que una disminución de la DQOi y un aumento en el potencial del ánodo, favorecerían la producción de H2. Los resultados también muestran que es necesario optimizar la relación área/volumen dentro de la cámara anódica.
Agradecimiento. Este proyecto es financiado mediante el clúster de biocombustibles gaseosos (CEMIE-Bio) CONACYT-SENER 247006.
Bibliografía. 1. Liu H, Grot S, Logan BE. (2005). Environ. Sci. Technol. 39:4317-
4320.
2. Logan BE, Call D, Cheng S, Hamelers HVM, Sleutels THJA,
Jeremiasse AW, Rozendal RA. (2008). Environ. Sci. Technol.
42:8630– 8640.
cat
MODELADO DE LA CONVERSIÓN FOTOCATALÍTICA DE DIÓXIDO DE CARBONO A METANO
S. Reyes de la Lanza
1*, C. Ramírez-Márquez
2, C. Gutiérrez-Antonio
1, J. Santos-Cruz
1, S.A. Mayén-Hernández
1
1 Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas S/N, 76010, Querétaro,
Querétaro, México, [email protected] (Sebastián Reyes de la Lanza) 2
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Guanajuato, Noria Alta S/N, 38010, Guanajuato, Guanajuato,
México
Palabras clave: combustibles verdes, reducción fotocatalítica, simulación de procesos
Introducción. El desarrollo de tecnologías sustentables
para el manejo de carbono es de alta prioridad, debido
principalmente a los cambios climáticos originados por los
niveles crecientes de emisiones de dióxido de carbono
(CO2). No obstante, el dióxido de carbono es un
compuesto muy estable, por lo que se requiere una gran
cantidad de energía para lograr su conversión. Por ello, la
fotocatálisis surge como una alternativa con un potencial
elevado para emplear el CO2 para producir
biocombustibles. Recientemente la reducción
fotocatalítica de CO2 con H2O ha recibido mucha atención,
dado que permite producir biocombustibles así como otras
sustancias químicas con valor agregado; cabe mencionar
que la mayoría de los resultados son reportados a
presiones y/o temperaturas elevadas (Kiesgen, 2013).
Recientemente, Tan y col. (2016) reportaron la
fotoreducción de CO2 a temperatura y presión ambiental,
con un catalizador (5% en peso) de óxido de grafeno
dopado con TiO2 enriquecido en oxígeno (5GO-OTiO2),
obteniendo un rendimiento de 3.450 µmol g -1
de metano.
Por lo tanto, en este trabajo se propone el modelado de un
fotorreactor para la reducción de CO2 con base en el
trabajo experimental de Tan y col. (2016).
Metodología. Se modeló un fotorreactor para la
conversión fotocatalítica de CO2 en CH4 utilizando Aspen
Plus®, con base en el trabajo experimental de Tan y col.
(2016). Para ello se seleccionó el módulo R-Plug con
temperatura y presión constante, con dimensiones de 2 m
de longitud y diámetro interno de 9 mm. Se utilizó UNIFAC
como modelo termodinámico, mientras que la ecuación
cinética es del tipo Langmuir-Hinshelwood:
(1)
donde 𝑘 es la constante cinética, 𝑃$ la presión parcial del
componente i, 𝐾$ una constante de equilibrio para la
adsorción de cada especie, y 𝛼 es el orden de reacción de
la intensidad de luz 𝐼. En la Tabla 1 se presentan los
parámetros cinéticos utilizados en la simulación, mientras
que la Tabla 2 presenta las condiciones de reacción.
Tabla 1. Parámetros cinéticos utilizados en la simulación
Tabla 2. Condiciones de reacción para el reactor Parámetro Valor Unidad
Temperatura 298 K
Presión 1.073 bar
Flujo de reactivos 5.0 mL/min Presión parcial inicial de CO2 0.900 bar Presión parcial inicial de H2O 0.173 bar
Resultados. Los resultados obtenidos en el fotorreactor
son del orden de producción de CH4 (3.54 µmol g-1
) y O
(0.71 µmol g-1
) muy cercanos a los mostrados por Tan y
col. (2016). La cantidad significativa de CH4 revela la
producción eficiente de electrones y sus utilizaciones
durante el proceso fotocatalítico de reducción de CO2.
También es importante señalar que al alimentar el reactor
fotocatalizador con concentraciones de CO2
excesivamente altas, la producción de CH4 se ve
disminuida significativamente; esto se debe a que las
moléculas de CO2 competirían con las moléculas de H2O
en los sitios activos, lo que conduce a una escasa
fotoactividad general. Por ello, se deduce que existe una
concentración óptima de ambos reactivos para lograr un
alto rendimiento de CH4. Los resultados presentan nuevos
hallazgos significativos para mejorar la eficiencia de
conversión de CO2.
Conclusiones. Se realizó el modelado del proceso
fotocatalítico de conversión del CO2 a metano. Los
resultados obtenidos en la simulación son consistentes
con los resultados experimentales. Un aspecto importante
es que esta conversión, que se lleva a cabo a condiciones
ambientales, servirá de base para la posterior conversión
del metano en gasolina renovable. Con ello, se podrá
implementar el modelado del proceso de conversión de
CO2 hacia gasolina renovables.
Bibliografía. 1. Kiesgen, R., Ming, T., & Caillol, S. (2013). Renewable & Sustainable
Energy Reviews. 19: 82–106. 2. Tahir, M., & Saidina, N. (2013). Applied Catalysis A: General. 467:
483–496. 3. Tan, L. L., Ong, W. J., Chai, S. P., & Rahman, A. (2017). Chemical
Engineering Journal. 308: 248–255. 4. Tan, S. S., Zou, L., & Hu, E. (2008). Catalysis Today. 131: 125–129. 5. Yuan, K., Yang, L., Du, X., & Yang, Y. (2014). Energy Conversion
and Management. 81: 98–105.
Agradecimientos. Se agradece el apoyo financiero
brindado por la Universidad Autónoma de Querétaro para
el desarrollo del proyecto, incluyendo la beca de S. Reyes
de la Lanza.
Parámetro Valor Unidad
84.42
80.97 mW cm-2
0.044 adimensional
8.070 bar -1
0.0193 bar -1
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
COMPARACIÓN DEL RESIDUO SÓLIDO DE OLOTE EN LA HIDRÓLISIS
TRADICIONAL Y SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS
Karina Maldonado1, Lorena Pedraza1, Héctor Toribio1, Esther Ramírez, Sylvie Le Borgne2
1 Departamento de Ingeniería y C. Químicas, Universidad Iberoamericana, Prol. Paseo de la Reforma 880, Lomas de Santa Fe, México D.F., 01219. México.
2 Departamento de Procesos y Tecnología, Universidad Autónoma Metropolitana Cuajimalpa. Vasco de Quiroga 4871, Santa Fe Cuajimalpa, México D.F., 05348. México. e-mail: [email protected]
Kluyveromyces marxianus, SSF, olote de maíz
Introducción.El proceso de sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) es una opción viable para obtener etanol a partir de materiales lignocelulósicos. Se reporta que así se mejora el rendimiento de la hidrólisis enzimática de la celulosa, al reducirse la inhibición de la enzima por su producto, ya que se fermenta de inmediato(1).En investigaciones anteriores se implementó dicho procedimiento con olote de maíz, que es una materia lignocelulósica abundante y de fácil acceso(2). En este trabajo se comparó la composición final de los residuos, tanto de la hidrólisis como del proceso SSF, con el objetivo de evaluar cada proceso, así como de proponer una aplicación a esta corriente de salida.
Metodología. Para el proceso de SSF e hidrólisis, se
utilizaron 13.2 % (p/p) de olote de maíz pretratado termoquímicamente y 6% del cóctel enzimático Cellic® CTec2 de Novozymes y Kluyveromyces marxianus KM24
para la fermentación. La cuantificación de azúcares y determinación de oligómeros se realizó mediante HPLC con la columna Aminex® HPX-87H, la caracterización del material se hizo mediante técnicas gravimétricas, por espectrometría de infrarrojo(3) y SEM.
Resultados. La tabla 1 muestra la composición del olote
residual de los procesos, mostrando que en la SSF se consumió un 12% más de olote pretratado, mientras que la fracción de lignina aumentó un 15% y la hemicelulosa
disminuyó 32%. En la cuantificación por HPLC se observó la presencia de oligómeros de xilosa (Imagen 1).
Imagen 1. Cromatograma de la hidrólisis y del proceso SSF.
Tabla 1. Composición del olote pretratado residual de la hidrólisis y el
proceso SSF.
Hidrólisis SSF
Celulosa [%] 29.80 32
Hemicelulosa[%] 30.31 20.68
Lignina[%] 38.48 45.49
Cenizas[%] 1.385 1.82
Xilosa [g/L] 18.69 8.19
Oligómeros de xilosa No detectado Detectado
Olote consumido [%] 63.06 71.79
.
Conclusiones. La hidrólisis enzimática se estudió por dos métodos: el proceso SSF y la hidrólisis convencional. La celulosa remanente del proceso SSF es menor en comparación con la de la hidrólisis convencional, lo que indica una degradación más completa del polisacárido y mejor desempeño de la enzima. Por otro lado, en un enfoque de biorrefinería, el residuo sólido del proceso SSF tiene la ventaja de que la lignina se concentra en este el material, lo que facilita su extracción y uso como un bloque para la construcción de otros compuestos como los lignosulfonatos, aerogeles, resinas, películas, entre otros. El remanente de la recuperación de lignina puede usarse para la cogeneración de energía.
Agradecimiento.Proyecto FICSAC 132010 y proyecto CONACYT CB-2010/15645.
Bibliografía. 1. Brown A. (2016). Agricultural commodities. 4: 37-42.
2. Maldonado, K. (2017).Tesis de Maestría, Universidad Iberoamericana,
Ciudad de México.
3. Toribio H, Pedraza L, Macías S, Gónzalez I, Vasquez R, Favela E
(2014).Journal of Chemical, Biological and Physical Sciences. 5:28-47.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DEL BAGAZO DE MALTA
Bernd Weber y Ramsés García Inzunza, Universidad Autónoma del Estado de México, Facultad de Ingeniería, Cerro
de Coatepec s/n, 50130, Toluca, Edo. Mex.
Palabras clave: Mirco-Cerveceras; Orujo de malta, Deshidratación del bagazo de malta.
Introducción. El biogás resulta ser amigable con el medio ambiente porque permite constituirse como una alternativa sustentable a los recursos no renovables como el gas tradicional que consumimos a diario. La digestión anaerobia permite aprovechar los residuos como se generan por ejemplo en una cervecera para la generación de este combustible. Hasta el momento es muy común la digestión de las aguas residuales derivadas de la producción de cerveza en digestores anaerobios empleando la tecnología de reactores UASB, pero menos común es la digestión del orujo de malta aún de ser un problema para los cerveceros [1]. Con fines de dar un tratamiento al bagazo de malta se emplea tecnologías como la incineración, para preparación de forrajes y la digestión anaerobia [2]. Último tratamiento tiene ventajas de implementación en micro-cerveceras debido a que minimiza el impacto ambiental por la reducción de aguas residuales y brinda con el biogás poder cubrir demandas energéticas en los procesos de la elaboración de cerveza.
Metodología. Se instala y se adecua el biodigestor tipo horizontal a escala laboratorio dentro del laboratorio de Sistemas Energéticos Sustentables. El biodigestor con un volumen de 60 litros de la fase líquida se mantuvo a una temperatura entre 33 y 36 °C, con agitación cada 30 minutos (Figura 1).
Fig. 1. Esquema del biodigestor de escala laboratorio.
El criterio para determinar la carga orgánica del digestor fue la concentración de los ácidos grasos volátiles en el digestor con un límite máximo de 2000 mg L-1. Por falta de un medidor de biogás el volumen de biogás liberado en el digestor fue capturado en dos bolsas de 60 litros cada una y diariamente fueron vaciados para la cuantificación a una columna de agua con una capacidad de 12 L.
De manera innovador la composición de biogás fue determinado con una celda de gas colocada en un FTIR. Además se determinó la eficiencia de la deshidratación mecánica del bagazo en una prensa hidráulica aplicando una presión de 220 N cm-2.
Resultados. • El biodigestor estuvo en marcha durante 80 días. La máxima producción diaria fue de 120 L. Durante los 80 días se produjeron 3800 L de biogás utilizando una cantidad de 22 kg de bagazo de malta. 1 kg de bagazo de malta con una humedad mayor al 70% produce 150 L de biogás. La máxima producción de metano es del 63% (Figura 2). De acuerdo al porcentaje promedio obtenido de gas metano se calculó el calor desarrollado al quemar los 3800 L de biogás (2280 L de Metano), en las condiciones estándar que fue de: -81,994.79 kJ La deshidratación mecánica bajo las condiciones especificadas produce un digestato con 62% de humedad.
Fig. 2. Espectro FTIR del biogás con la absorción de metano a
3016 cm-1 y dióxido de carbono a 2450 cm-1.
Conclusiones. La micro-cervecería que dio los residuos para realizar el estudio, tiene un gran potencial en producir biogás, con fines de sustituir gas LP. En una línea de producción se generan 16 kg de bagazo de malta lo que significa que se pueden producir 2400 litros diarios de biogás.
Agradecimiento. Fondo para la investigación científica y desarrollo tecnológico del Estado de México, COMECYT.
Bibliografía. 1. Weber, B.; Stadlbauer, E.A. (2017) Sustainable paths for managing
solid and liquid waste from distilleries and breweries Journal of
Cleaner Production 149, 38-48. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.02.054
2. Mussatto, S.I., Dragone, G., Roberto, I.C., (2006) Brewers' spent
grain: generation, characteristics and potential applications. J. Cereal
Sci. 43, 1-14. doi: 10.1016/j.jcs.2005.06.001
.
13
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN DE UNA MICROALGA ACIDÓFILA EN DIFERENTES
MEDIOS Y pH’s
Karen Fernanda Rivera Flores, Héctor Ortiz González, Luis Carlos Fernández Linares.
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología-Instituto Politécnico Nacional (IPN).
Departamento de Bioprocesos. Av. Acueducto s/n, Barrio la Laguna Ticomán. Ciudad de México.
C. P. 07340. [email protected]
Palabras clave: fertilizante, agua tratada, microalgas.
Introducción. El uso de microalgas ha despertado gran interés en los últimos años debido a su plasticidad metabólica y a su elevada velocidad de crecimiento(1). Su biomasa se destina para diversos productos de interés comercial como biocombustibles, proteína, pigmentos, etc.(2). La principal ventaja de utilizar algas acidófilas es la reducción de riesgo de contaminación en cultivos a gran escalan y al aire libre, donde la contaminación y condiciones ambientales limitan la producción algal(3). El objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto del pH y el tipo de medio en el crecimiento y composición de una microalga acidófila.
Metodología. Para determinar el efecto del pH del medio en
el crecimiento de la cepa, se inocularon 20 F R‘s de 450 mL
con medio con fertilizante Bayfolan® con un Vop de 60%; a
pH 3,4,5,6 y 7. Por cada pH se manejaron 2 F R‘s con pH
controlado y 2 con pH no controlado. Las condiciones de
operación fueron 23 °C, fotoperiodo 12/12 y aireación 1 vvm.
Posteriormente se compararon dos medios, tres FBR con
agua tratada y tres con fertilizante Bayfolan Forte ® (1 mL/L),
todos a pH 3 y las condiciones antes mencionadas.
Diariamente se determinó D.O y pH, y al final del crecimiento:
biomasa por peso seco, lípidos, proteínas (Lowry),
carbohidratos (Dubois) y pigmentos totales (Wellburn) en
biomasa; así como nitratos y amonio del medio.
Resultados. El pH óptimo de crecimiento en medio
Bayfolan®, así como de la producción de lípidos, proteínas y
pigmentos fue 3. En todos los sistemas no controlados, el pH
disminuyó a 3. La producción de biomasa, pigmentos, lípidos
y proteínas a pH 3 libre fueron de 1.738, 0.28, 0.166 y 0.290
g/L, respectivamente. La mayor producción de carbohidratos
fue a pH 7. El agua tratada del segundo experimento contenía
una DQO de 244.7 mg/L; fósforo de 9.86 mg/L y nitrógenos
total de 11.8 mg/L. Mientras que el Bayfolan® aporta entre
otros compuestos 110 mg/L de nitrógeno (como amonio y
nitrato) ya en el medio. En ambos medios no hubo diferencia
significativa en la producción de biomasa, alcanzando 1.283
g/L en agua tratada (Fig. 1); siendo que está última contiene
mucho menor fuente de nitrógeno y se consumió menor
cantidad de Nitrógeno (13.68%), mientras que en el medio con
Fertilizante Bayfolan® se consumió el 38.59%; parte de éste
que es amonio se pudo perder por stripping.
* 1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Figura 1. Efecto del medio en la producción de Biomasa de la cepa
acidófila a pH 3.
La producción de pigmentos y proteína en medio bayfolan (10 mg/l y 0.28 g/L, respectivamente) fue significativamente mayor que en agua tratada, mientras que la producción lipídica y de carbohidratos fue significativamente con agua
tratada (0.598 g/L y 0.420 g/L respectivamente) (Fig. 2).
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Figura 2. Efecto del medio a pH 3 en la producción de lípidos y
carbohidratos.* diferencia significativa (p≤0.05).
Conclusiones. El pH óptimo de crecimiento de la microalga
fue 3. El agua tratada resultó ser una buena opción para el
cultivo de la microalga, ya que a pesar de no presentar
diferencia significativa con el medio con Bayfolan® en la
producción de biomasa, tiene una buena producción de lípidos
y carbohidratos, es más económico y no requiere de agua.
Agradecimiento. A CONACYT por otorgar la beca de posgrado
(544914) y al Proyecto CONACYT No. 247402 y al SIP20170982,
Bibliografía. 1. Spolaore, P., Joannis-Cssan, C., Duran, E., Isambert, A., (2006).
Commercial applications of microalgae. J. Biosc. Bioeng., 101, 87-96.
2. Gómez, L. (2007). Microalgas: Aspectos ecológicos y biotecnológicos.
Revista Cubana de Química, vol. XIX, núm. 2, pp. 3-20.
3. Ruiz, M. (2014). Lipid accumulation and antioxidant activity in the eukaryotic
acidophilic microalga Coccomyxa sp. (strain onubensis) under nutrient
starvation. Journal of Applied Phycolgy. Doi: 10.1007/s10811-014-0403-6
AT Bay AT Bay
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
XILINAT: UN “START-UP” DERIVADO DE UNA BIORREFINERIA.
Javier Larragoiti, José Luis Cocho, Héctor Toribio, Lorena Pedraza. Universidad Iberoamericana, Departamento de
Ingeniería y Ciencias Químicas, Ciudad de México, 01219. [email protected]
xilitol, start-up , olote de maíz
Introducción. XiliNat es una compañía biotecnológica que
produce xilitol, un sustituto natural del azúcar, a partir de
residuos agrícolas, principalmente olote de maíz. Para ello,
se creó un proceso económico y sustentable que cuenta
con un registro de solicitud de patente. La compañía se
enfoca en aportar soluciones a los problemas de salud del
país, por medio de un edulcorante natural y de fácil
implementación en la dieta diaria que ayude a mitigar los
problemas de obesidad adulta e infantil, presencia de caries
en el 80% de la población y presencia de diabetes en el
9.2%. Como datos de mercado del xilitol, se tiene que en el
2016 en México se comercializaron 1,506 toneladas de
edulcorantes en retail, representando un valor de mercado
de 27 MUSD. El objetivo de este trabajo es mostrar el
proceso que se ha seguido desde el laboratorio a la
formación de la start-up. Actualmente XiliNat se encuentra
en serie A de financiamiento para la construcción de una
planta con capacidad de producción de 3 toneladas
anuales.
Metodología. Proceso biotecnológico: El método
empleado para la producción de xilitol a partir de residuos
agrícolas se basa en procesos de biorrefinería. La
metodología experimental se muestra en la Figura 1:
Figura 1. Proceso de producción de Xilitol
Consolidación del start-up: El proceso de generar una
empresa de base biotecnológica a partir de un proyecto de
investigación ha requerido de las siguientes acciones
fundamentales:
1.- Validación tecnológica: Realizar pruebas en planta piloto
y obtener un registro de solicitud de patente.
2.- Análisis y estrategia de mercado: Determinar el tamaño
del mercado y los primero segmentos a atacar, así como la
estrategia de comercialización.
.
3.- Generación del modelo de negocios: determinar los
elementos clave que permiten la comercialización y
distribución del producto, generar ingresos y crear enlaces
con clientes potenciales.
4.- Generar la logística operativa: determinar la metodología
empleada para inventarios y desarrollo de proveedores.
5.- Proyecciones financieras: determinar el valor actual de
la empresa y proyectar su crecimiento y rentabilidad al
mediano plazo.
Resultados. El proceso ha sido probado en escala piloto
con rendimientos de conversión de xilosa a xilitol del 80% y
un tiempo de fermentación de 54 horas; además, se cuenta
con un registro de solicitud de patente, y número de
depósito del microorganismo. Por el tipo de materia prima
y el enfoque integral de uso de corrientes de salida y
subproductos, en el esquema de una biorrefinería, Xilinat
fue aceptada en el Cleantech Challenge 2017, el Premio A
la Mejor Empresa con Impacto Social Citibanamex y el
Premio Dow Al Valor en La Cadena Sustentable, en los que
es finalista. Como resultado de esto, Xilinat entrará al
proceso de incubación para consolidarse como una start-up
de base biotecnológica. El paso del laboratorio a esta etapa
ha involucrado diversas actividades de investigación y de
aprendizaje fuera del ámbito académico. .
Conclusiones. El paso de laboratorio a start-up involucra
no solamente los conocimientos y herramientas técnicas y
científicas propias de la Biotecnología, sino además
relativas al diseño y operación de plantas, marketing,
finanzas, etc. Para ello se requiere la interacción con
expertos en dichas disciplinas. Por otro lado, para que un
proceso de este tipo resulte rentable es fundamental el
aprovechamiento de los subproductos y corrientes de
salida, es decir, el funcionamiento como una biorrefinería.
Agradecimiento. Proyecto FICSAC 132010
Bibliografía. 1. Larragoiti-Kuri, J., (2016). Design, Optimization, and Scale-Up of the
Decolorization Process of Sugar Beet Pulp Hydrolysate. Graduate Thesis
and Dissertations. University College London.
2. Javier Larragoiti, Martín Rivera, José Cocho, Karina Maldonado, Sylvie
Le Borgne, and Lorena Pedraza. Ind. Eng. Chem. Res., Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.iecr.7b02101
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA INFLUENCIA DEL FURFURAL EN EL POTENCIAL METANOGÉNICO DE UN LODO GRANULAR ANAEROBIO.
Martín Darío Hernández, Ivonne Figueroa, Germán Buitrón, Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados para
el Tratamiento de Aguas, Instituto de Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, Universidad Nacional Autónoma de
México, Blvd. Juriquilla 3001, Querétaro, México, [email protected]
Palabras clave: Inhibición, Prueba de Potencial de Metano, Biogás.
Introducción. Los materiales lignocelulósicos
contienen azúcares polimerizados como celulosa y
hemicelulosa los cuales pueden ser liberados por
hidrólisis del material y subsecuentemente fermentados
para producir biocombustibles. Sin embargo, una rápida
y eficiente fermentación es limitada debido a
compuestos tóxicos que son generados durante el
pretratamiento de hidrólisis del material lignocelulósico1.
Los compuestos inhibitorios se dividen en tres
principales grupos originados por ácidos débiles,
compuestos fenólicos y compuestos derivados de
furanos. Entre estos últimos, el compuesto furfural es un
compuesto tóxico común del pretratamiento
fisicoquímico de materiales lignocelulósico, ya que
inhiben el crecimiento de los microorganismos1
El objetivo del trabajo es analizar qué efecto tiene el
furfural en la producción de metano empleando un lodo
granular anaerobio en condiciones de mesofília,
Metodología. Se realizaron pruebas de potencial de
metano empleando el Sistema de Pruebas de Potencial
de Metano Automatizado (AMPTS II) de Bioprocess
Control (Suecia). Las pruebas se llevaron a cabo en de
acuerdo a la metodología de Angelidaki y
colaboradores2, se añadió lodo granular anaerobio
como inóculo, carboximetil celulosa (Sigma- Aldrich)
como sustrato y tres concentraciones distintas de
furfural (Sigma-Aldrich) 0.1, 0.5 y 1g/L. Las pruebas se
realizaron en condiciones mesofílicas 35°C durante 5
días. Se cuantificó la producción de metano en mililitros
normalizados, la concentración inicial y final de furfural
y ácidos grasos volátiles.
Resultados. Figura 1 Producción de Metano a distintas concentraciones de
Furfural
En la Figura 1 se observa que el furfural no inhibió la
producción de metano, se ha reportado la existencia de
microrganismos con la capacidad de minimizar el efecto
de furfural como un inhibidor mediante un cambio en la
ruta metabólica convirtiéndolo en furfuril alcohol, ácido
furóico y de estos a ácido acético para finalmente
obtener metano, si la concentración de inhibidor no
excede la moderada3.
Tabla 1 Producción de ácido acético y disminución de furfural
Experimento [Furfural]0
mg/L
[Furfural]f
mg/L
[Acético]0
mg/L
[Acético]f
mg/L Control 0 0 19.249 47.546
F1 143.92 5.06 7.074 199.33
F5 470.19 7.049 17.23 39.79
F10 991.72 3.086 22.54 29.427
De acuerdo a la Tabla 1, el aumento en la concentración
de ácido acético nos permite deducir que los
microorganismos fueron capaces de metabolizar el
furfural a ácido acético y este último a metano.
Conclusiones. A concentraciones por debajo de 1g/L
el furfural no ejerció un efecto inhibidor en la etapa
metanogénica en condiciones de mesofília llevada a
cabo por el lodo granular. Lo anterior nos indica la
importancia de la presencia de las bacterias sulfato
reductoras y acetogénicas en el inóculo capaces de
degradar el furfural.
Agradecimiento.
Fondo de Sustentabilidad Energética (CONACYT-
SENER) Convocatoria 2014-05-Centro Mexicano de
Innovación Bioenergética, Clúster Biocombustibles
Lignocelulósicos para el Sector Transporte (249564).
Bibliografía.
1 Palmqvist, E. and Hahn-Hägerdal, B. (2000) „Fermentation of
lignocellulosic hydrolysates. I: Inhibition and detoxification‟,
Bioresource Technology, pp. 17–24.
2 Angelidaki, I., Alves, M., Bolzonella, D., Borzacconi, L., Campos, J.
L., Guwy, A. J., Kalyuzhnyi, S., Jenicek, P. and Van Lier, J. B. (2009)
„Defining the biomethane potential (BMP) of solid organic wastes and
energy crops: A proposed protocol for batch assays‟, Water Science
and Technology, 59(5), pp. 927–934.
3 Baêta, B. E. L., Lima, D. R. S., Filho, J. G. B., Adarme, O. F. H.,
Gurgel, L. V. A. and Aquino, S. F. de (2016) „Evaluation of hydrogen
and methane production from sugarcane bagasse hemicellulose
hydrolysates by two-stage anaerobic digestion process‟, Bioresource
Technology, 218, pp. 436–446.
V REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ABONO ORGÁNICO PELETIZADO M. I. Ríos Badrán1*, C. Gutiérrez-Antonio1, J. Santos-Cruz1, J.F. García-Trejo2
1 Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas s/n, CP 76010, Querétaro,
Querétaro, México, [email protected] (Inés Ríos Badrán). 2 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas s/n, CP 76010, Querétaro,
Querétaro, México.
Palabras clave: residuos agroindustriales, abono orgánico, pellets.
Introducción.
En la actualidad el planeta enfrenta una problemática constante de contaminación en todo sentido, la cual incluye desechos sólidos, químicos, e inclusive orgánicos, sólo por mencionar algunos. En particular, la basura orgánica es todo desecho de origen biológico, dentro de los que se incluyen los restos de plantas como las hojas, ramas, cáscaras, frutos en descomposición, restos de frutas o verduras, estiércol, huesos, telas de fibras naturales como el lino, la seda y el algodón, el papel, entre otros. Esta basura es biodegradable; es decir, se puede descomponer y transformar para generar bioproductos. En este contexto, un bioproducto poco explorado es el abono orgánico o composta. En el Campus Amazcala de la Universidad Autónoma de Querétaro se producen residuos sólidos orgánicos del cultivo de plantas de tomate, chile, pepino, lechuga y de fresa; en su mayoría estos residuos están siendo desechados sin ningún aprovechamiento. Por lo tanto, el presente trabajo se centra en la fabricación de abono orgánico peletizado a partir de dichos residuos orgánicos. Asimismo se analizará el efecto del abono orgánico peletizado en el crecimiento de plantas, en comparación con el abono tradicional.
Metodología. Se recolectaron y caracterizaron los residuos del cultivo del tomate y chile producidos en el Campus Amazcala de la Universidad Autónoma de Querétaro. Posteriormente, a dichos residuos se les disminuyó el contenido de humedad mediante un secador solar. Una vez secos, los residuos se molieron en una peletizadora UDKL 5000 y se mezclaron en un tanque con un tornillo sin fin. Con base en las variables iniciales de los residuos se realizó un diseño de experimentos para la elaboración de los pellets, en un análisis por triplicado. Las mezclas de materiales fueron densificadas mediante la peletizadora UDKL 5000; los pellets resultantes fueron caracterizados físico químicamente. Asimismo, los pellets de abono orgánico fueron analizados con base a las normas NTC5157 y
NCh5880 orgánicos.
Resultados.
En esta sección se presentan los resultados obtenidos. La Tabla 1 muestra las características fisicoquímicas de los pellets de abono orgánico producidos elaborados a partir de los residuos de plantas de chile y tomate, recolectados en el Campus Amazcala.
Tabla 1. Análisis fisicoquímico del abono orgánico peletizado
Análisis inmediato
Origen Unidad Residuo
pelletizado
Norma
NTC 5167
Norma NCh
2880
Humedad
total % (b.h) 6.45 <35%
≥25CMP y ≤
CMO
PO4 % (b.s) 19.59 2% -
TKN % (b.s) 15.41 10%min ≥0.8
K % (b.s) 31.51 10% min -
Cenizas % (b.s) 8.05 - -
Según la norma técnica colombiana NTC5167 y la chilena NCh2880 el abono orgánico peletizado cumple con todos los parámetros exigidos para el compostaje. Este resultado es muy importante, dado que la peletización de dichos residuos orgánicos facilitará su transporte y manejo. El siguiente paso en la investigación será la realización de pruebas en plantas, en comparación con el abono orgánico tradicional sin densificar.
Conclusiones. En este trabajo se propone la densificación de residuos orgánicos de las plantas de chile y tomate, producidas en el Campus Amazcala. La caracterización de dichos pellets de abono orgánico fue realizada, y se compararon los parámetros obtenidos respecto de dos normas. Los resultados muestran que los pellets de abono orgánico producidos cumplen con las normas para su uso en el compostaje.
Agradecimiento. Se agradece el apoyo económico brindado para la realización de este proyecto a través de la Convocatoria Productos 100% UAQ de la Facultad de Ingeniería. Asimismo, M.I. Ríos-Badrán fue beneficiada con una beca SENER-CONACYT para la realización de sus estudios de posgrado.
Bibliografía.
1. Norma técnica colombiana 5167.2004 productos para la industria agrícolas. Productos orgánicos usados como abono, fertilizantes y enmiendas del suelo. Pag 96. 2. Norma chilena de calidad de compost NCh2880. .
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PELLETS DE CASCARILLA DE ARROZ Y PAJA
DE TRIGO M. I. Ríos Badrán1*, C. Gutiérrez-Antonio1, J. Santos-Cruz1, J.F. García-Trejo2
1 Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas s/n, CP 76010, Querétaro,
Querétaro, México, [email protected] (Inés Ríos Badrán). 2 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas s/n, CP 76010, Querétaro,
Querétaro, México.
Palabras clave: Biocombustibles sólidos, residuos agroindustriales, mezclas de residuos, poder calorífico.
A nivel mundial la producción de residuos sólidos agroindustriales (RSA) es de gran envergadura. El mayor productor es el continente asiático con 1367 millones de toneladas/año, seguido por Europa, Norteamérica, Latinoamérica y África (Giusiano, 2016). De manera particular, se estima que en México se generaron cerca de 268.9 millones de toneladas de RSA en el 2014 (GASCA, 2015). Dentro de todos los residuos generados en México hay dos que resultan de interés, dado que no son utilizados para generar productos de valor agregado: cascarilla de arroz y paja de trigo. Adicionalmente, se estima que se generarán 87500 toneladas de cascarilla de arroz (SAGARPA, 2016), y cerca de 1 millón 920 mil toneladas para la paja de trigo (SIAP, 2017). Estos dos residuos tiene varios usos; por ejemplo la cascarilla es usada en las camas de las granjas avícolas, como abono para flores y para producir composta; mientras que la paja de trigo es usada como materia prima para la producción de bioetanol así como la elaboración de maderas plásticas. Por otra parte, estos RSA pueden ser usados como combustibles, alternativa hasta ahora no explorada; sin embargo, en su estado natural presentan baja densidad física y energética. Por eso, el proceso de densificación es de gran importancia en el uso de estos residuos para generar combustibles sólidos. Por tanto, en el presente trabajo se producen pellets de cascarilla de arroz y paja de trigo, analizando el efecto de la composición de la mezcla de ambos residuos así como de la humedad en el poder calorífico. Metodología. La cascarilla de arroz fue recolectada en la Arrocera del Bajío S.A De C.V, ubicada en Cortázar, Guanajuato; la paja de trigo fue donada por la empresa TODO PELLET, ubicada en Irapuato, Guanajuato. A ambas materias primas se les determinó la humedad inicial mediante un higrómetro marca BENETECH GM. Con base en las humedades iniciales se realizó un diseño de experimentos para establecer las proporciones de la mezcla y humedades para la elaboración de los pellets; todos los experimentos se realizaron por triplicado. En el presente trabajo, por cuestiones de espacio, sólo se presentan los resultados de dos de ellas, Tabla 1.
Tabla 1.Parámetros de las mezclas
Muestra Porcentaje Humedad Tamaño de
particula
M1 A50%-T50% 22 0.150mm
M2 A75%-T25% 27 0.150mm
Posteriormente, las mezclas de residuos son densificadas, mediante una pelletizadora eléctrica modelo YSKJ500, y los pellets resultantes son analizados fisicoquímicamente. Resultados.
De las características fisicoquímicas de los pellets, Tabla 2, se observa que el contenido de ceniza de las muestras se encuentra por encima del valor de la norma. Este valor se ve incrementado en M2 por el contenido de sílice en la cascarilla del arroz.
Tabla 2. Análisis físico químico de los pellets
Análisis inm ediato
Origen Unidad M1 M2 Norm a
Francesa
Hum edad
total % (b.h) 17 22 <15
Volátiles % (b.s) 88.84 86.7
Cenizas % (b.s) 11.36 13.12 <7
Carbono fijo % (b.s) 35.5 33.78 <50
TKN % (b.s) 1.541 0.942 <2
Poder calorífico
(kcal/kg) 3511 2967 >3439
Parám etros físicos
Diám etro mm 6,01 6 (6-16)
Longitud mm 25,24 25,12 (10-30)
Densidad
aparente Kg/m3 100 102 >650
Finos , F % 3 2.5 <3
Durabilidad,
DU % 0.9 0.88 >92
Conclusiones. En el presente trabajo se produjeron y caracterizaron pellets de cascarilla de arroz y paja de trigo. Los pellets obtenidos con la composición equimolar presentan mayor poder calorífico y cumplen la mayoría de los parámetros de acuerdo a la Norma Francesa. Agradecimiento. M.I. Ríos-Badrán fue beneficiada con una beca para estudios de posgrado SENER-CONACYT. Bibliografía. 1. Baettig, R.,Yáñez,M,&Albornoz,M. (2010). Cultivos dendroenergéticos
de híbridos de álamo para la obtención de biocombustibles en Chile: estado del arte. Redalyc, 89-99.
2. Esteban,L, S., & Fernández, M, J. (2012). Optimisation of pelletisation conditions for poplar energy crop. ELSEVIER, 7-15.
3. Donghui Lu, L. G. (2013). Experimental trials to make wheat straw pellets with wood residue and binders. Canada: ELSEVIER.
4. García-Maraver, A., Popov, V., & Zamorano, M. (2011). A review of European standards for pellet quality. ELSEVIER, 3537-3540.
5.Gilbert,P,Ryu, C, Sharifi, V, & Swithenbank, J, (2009). Effect of process parameters on pelletisation of herbaceous crops. ELSEVIER,
1491-1497.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INFLUENCIA DE INÓCULOS EN LA DIGESTIÓN ANAERÓBIA DE BIOMASA DE NOPAL (OPUNTIA FICUS-INDICA) PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS. Nildia Yamileth Mejias-Brizuela1, Ximena Cárdenas-Espino1, David Ulises Santos Ballardo1
1.- Unidad Académica de Ingeniería en Energía, Universidad Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa, C.P: 82199.
Palabras claves: Inóculos, Biogás, Nopal.
Introducción. México, dadas sus condiciones geográficas
y climáticas presenta una amplia biodiversidad agrícola,
convirtiéndolo en un país con alto potencial para
producción de bioenergéticos [1], por lo que, cada región
puede producir sus propios biocombustibles a través de
esquemas de organización e integración productiva. El
nopal, es una especie cactácea con alta productividad y
consumo en el país que presenta ventajas agrícolas
competitivas como: amplio rango de adaptación, rápido
crecimiento y bajos requerimientos de insumos, lo que
permite que se cultive en suelos pobres y con problemas
de erosión [2]. Por ello, es considerado en el portafolio
bioenergético del país para la producción de biogás a partir
de biomasa residual (BR) [3] y dado su potencial de
generación (40 m3 biogás/ton) [4], creando así las regiones
sus propias formas energéticas. Sin embargo, para
producción óptima en cuanto al tiempo de retención
hidráulico es necesario analizar inóculos de fácil
adquisición regional que generen una digestión anaerobia
(DA) eficiente. El presente trabajo tiene como objetivo
evaluar la producción de biogás a partir de BR de nopal
utilizando diferentes inóculos regionales.
Metodología. La BR de nopal se obtuvo en una central de
abasto, se aplicó molienda y se caracterizó mediante
análisis de sólidos totales (ST) y sólidos volátiles (SV) [5].
Los inóculos analizados fueron: gallinaza, lodos activados
mesofílicos, suero de leche, estiércol de ganado equino y
estiércol de ganado bobino. Las DA se realizaron en
recipientes de plástico sellados herméticamente bajo
régimen batch [5]. El experimento se realizó bajo
condiciones de laboratorio por triplicado. Las mediciones
de biogás se realizaron con desplazamiento de líquidos
mediante el uso de un eudiómetro.
Resultados. La BR registró un contenido de ST de 7.50 ±
1.40 %, mientras que de SV se obtuvo un porcentaje de
75.02 ± 11.12. La producción de biogás acumulado se
reporta como mililitros de biogás por gramo de sólido volátil
de BR de nopal agregado (mL biogás/g SV). Los resultados
promedio para cada DA se muestran en la Figura 1 y fueron
los siguientes: Gallinaza: 42.84 ± 2.26 mL de biogás/g SV,
lodos activados: 138.8mL ± 8.26 mL de biogás/g SV, suero
de leche: 23.79 ± 2.54 mL de biogás/g SV, estiércol de
ganado equino: 16.76 ± 0.06 mL de biogás/g SV y estiércol
de ganado bobino: 61.69 ± 1.25 mL de biogás/g SV,
Fig. 1. Producción acumulada de biogás a partir de biomasa residual de
nopal utilizando diversos inóculos
Conclusiones. Los resultados muestran que bajo las
condiciones de trabajo, los lodos activados mesofílicos
obtenidos de una cervecería regional resultan ser un
inóculo adecuado para producir biogás de manera eficiente
a partir de la BR de nopal, lo que representa una
herramienta para disminuir el impacto ambiental de dicho
material ayudando a su vez a obtener un producto
energético con características adecuadas desde el punto
de vista económico y ambiental.
Bibliografía.
1. Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y
Alimentación. (S/A). Retos del Programa 2009-2012. En: Programa de
producción sustentable de insumos para bioenergéticos y de desarrollo
cientifico y tecnologico 2009-2012. Sagarpa, México. Pág. 17.
2. Méndez S, Rössel D., Amante A., Talavera D., García J., Velez A.
(2011). Rev Salud Púb y Nut (5): 84-86.
3. Estrada A. (21 de junio de 2017). Milpa alta ahora producen electricidad
con nopales [comunicado de prensa]. Recuperado de.
http://www.milenio.com/df
4. Arvizu J. (2015). Boletín IIE 39(2):64-71.
5. APHA. (1999). En: Standard methods for the examination of water and
wastewater. American Public Health Association. pp 1220.
Agradecimientos. Al Laboratorio de Energía UPSIN y al
LABBIG (UAS) por facilitar sus instalaciones y equipos
para la realización de este trabajo.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE BUTANOL USANDO UN CULTIVO MIXTO DE Clostridium acetobutylicum
Y Bacillus subtilis EN MEDIO DEFINIDO
Alejandra G. Oliva-Rodríguez1, Gerardo de J. Sosa-Santillán1, Julián Quintero2, Juan C. Gentina2, Germán Aroca2,
Leopoldo J. Rios-González1*
1Depto. de Biotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, UAdeC, Saltillo, México. C.P. 25280. 2Escuela de Ingeniería Bioquímica, Pontifica Universidad Católica de Valparaíso, Chile.
Palabras clave: fermentación, butanol, cultivo mixto
Introducción. La demanda creciente de energía y las afectaciones medioambientales debidas a la dependencia de la sociedad hacia los combustibles fósiles han incentivado la búsqueda de nuevos procesos para la producción de combustibles renovables. Los biocombustibles comprenden una amplia gama de combustibles que son obtenidos principalmente a partir de biomasa (1). Recientemente, el butanol está siendo considerado como una opción competitiva y con mucho potencial para su uso como biocombustible debido a las ventajas que tiene sobre otros oxigenantes como el etanol (2). La producción de acetona-butanol-etanol (ABE) vía fermentativa utilizando microorganismos del género Clostridium sp. presenta varios factores que incrementan el costo de producción, como la necesidad de mantener las condiciones estrictamente anaerobias mediante la adición de agentes reductores costosos y el lavado con nitrógeno (3). El empleo de organismos aerobios que consuman el oxígeno disponible en el medio para desarrollar y mantener las condiciones de anaerobiosis puede representar una alternativa viable para reducir costos y hacer este proceso más económico al eliminar la necesidad del pretratamiento anaeróbico (4). Por lo anterior, en este trabajo se evaluó la producción de butanol utilizando un cultivo mixto de Clostridium acetobutylicum ATCC 824 y Bacillus subtilis CDBB555.
Metodología. C. acetobutylicum ATCC824 y B. subtilis CDBB555 fueron obtenidos de la Colección de Cultivos Microbianos del CINVESTAV-IPN. La fermentación se llevó a cabo en reactores de 100 mL con 60 mL de medio sintético (5), con 15% (v/v) de inóculo de B. subtilis CDBB555 y 10% (v/v) de C. acetobutylicum ATCC824 a 40°C, pH 6.8, 150 rpm y sin ningún agente reductor ni lavado con nitrógeno. Se preparó un control con cultivo puro de C. acetobutylicum ATCC824 bajo condiciones anaerobias (0.5 g/L de L-cisteína como agente reductor y lavado con nitrógeno). El ensayo se realizó por triplicado, tomando alícuotas cada 24 horas aproximadamente. La biomasa fue cuantificada por densidad óptica a 600 nm y separada del sobrenadante por centrifugación a 10,000 rpm durante 15 min. La cuantificación ABE y de glucosa se llevó a cabo por HPLC usando un sistema Agilent Mod. 1200 Infinity.
Resultados. En la Figura 1 puede observarse que con el cultivo mixto de C. acetobutylicum ATCC824 y B. subtilis CDBB555 se obtuvo una máxima concentración de butanol de 7.79 g/L después de 100 horas de fermentación, la cual no presenta una diferencia
significativa (3.7%) al compararla con la del cultivo puro con pretratamiento anaeróbico, donde se obtuvieron 8.09 g/L en el mismo tiempo.
Figura 1. Producción de butanol por un cultivo mixto de C.
acetobutylicum ATCC824 y B. subtilis CDBB555
Conclusiones. En este estudio se demostró que es posible utilizar un cultivo mixto de B. subtilis CDBB555 y C. acetobutylicum ATCC824 para la producción de butanol por fermentación. Lo anterior permite prescindir de agentes reductores costosos y de la inyección de nitrógeno, reduciendo significativamente el costo del proceso, lo que en términos económicos tiene un gran potencial para una futura industrialización del proceso.
Agradecimiento. Al programa de Cooperación Bilateral México-Chile No. PCCI140053, por el apoyo financiero otorgado. Bibliografía. 1. Demirbas A. (2009). Appl Energ. 86: S108–S117.
2. Ezeji TC, Qureshi N, Blaschek HP. (2007). Curr Opin Biotechnol. 18:
220-227.
3. Abd-Alla MH, El-Enany, AE. (2012). Biomass and Bioenergy. 42:
172-178.
4. Tran HTM, Cheirsilp B, Hodgson B, Umsakul K. (2010). Biochem
Eng J. 48(2): 260-267.
5. Qureshi N, Blaschek H. (1999). Biomass and Bioenergy. 17: 175-1
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE BIOMASA DE LA PODA DE HIGUERILLA
Leopoldo J. Ríos-González1*, Ana Y. Mendoza-Siller1, Thelma K. Morales-Martínez1, José A. Rodríguez-de la
Garza1, Rubén López-Cervantes2
1Depto. de Biotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, UAdeC, Saltillo, C.P. 25280. 2Depto. de Ciencias del Suelos, UAAAN, Saltillo, C.P. 25315
Palabras clave: higuerilla, pretratamiento por autohidrólisis, etanol
base seca), en comparación con la composición
Introducción. La higuerilla (Ricinus comunnis L.), es
un arbusto perenne tropical, subtropical o herbáceo tropical anual que puede ser cultivado en tierras marginales y condiciones climáticas variables. De esta planta se obtiene el aceite de ricino, la cual contiene una citotoxina potente llamada ricina, haciendo que el cuerpo de la planta no sea apta para el consumo animal y humano. Sin embargo, los azúcares hidrolizables encerrados en el vástago de la higuerilla y la hoja tienen el potencial para transformarse en diversos productos de alto valor agregado como el etanol (1). Para facilitar el proceso de recolección y el control de plagas se ha recomendado su poda, lo que genera una gran cantidad de esquilmos que son dejados en el campo (2). El objetivo del presente trabajo fue estudiar el aprovechamiento de estos residuos en la producción de etanol. Metodología.
Materia prima: Biomasa de tallos, hojas y peciolos de la poda de higuerilla fueron secados y molidos hasta un tamaño de partícula promedio de 2 mm.
Caracterización química: La composición de celulosa, hemicelulosa y lignina fue determinado de acuerdo a los procedimientos descritos por Mussatto et al. (3). Pretratamiento: Los ensayos de pretratamiento por
autohidrólisis fueron llevados a cabo en un reactor Parr® de 200 mL de capacidad a una relación masa:volumen 1:6 (m/v) a diferentes temperaturas (140°C, 160°C, 180°C y 200°C) durante 15 minutos. Las condiciones de autohidrólisis fueron determinadas utilizando el factor de severidad (FS) el cual combina el tiempo de pretratamiento y temperatura, de acuerdo a la ecuación propuesta por Fan y Ragauska (4).
Hidrólisis enzimática: Los experimentos fueron
llevados a cabo utilizando el complejo enzimático Cellic® CTec3 a una carga de enzima de 25 UPF (Unidades de Papel Filtro)/g de glucanos, una carga de sólidos de 20% (p/p), a 200 rpm durante 72 h en una agitadora orbital a 50°C.
Fermentación: La fermentación de los hidrolizados enzimáticos fue llevada con la cepa Saccharomyces cerevisiae ATCC 4126 a 30°C, 100 rpm, (10% de
inóculo v/v), pH 5.5, durante 24 h.
Resultados. Los resultados obtenidos mostraron un
mayor contenido de glucanos en la mezcla (32.3%
individual de los órganos estudiados (Tabla 1). El pretratamiento por autohidrólisis de la materia prima, mostró una mayor remoción de hemicelulosa y aumento en la composición de celulosa a una temperatura de 200 °C durante 15 min, correspondiendo a un FS de 3.37 (Tabla 2). La hidrólisis de este material permitió obtener un alto rendimiento de hidrólisis (98.8% con un hidrolizado de 60.3 g/L de glucosa) y de producción de etanol (26.6 g/L), correspondiendo a un rendimiento del 86% de acuerdo al valor teórico.
Tabla 1. Composición química de los diferentes órganos de
higuerilla
Componente (%) Base seca
Tallos Hojas Peciolos Mezcla
Celulosa 23.7 4.5 15.1 32.3
Hemicelulosa 11.5 0.33 6.1 9.6
Lignina 17.9 13.1 12.5 21.2
Tabla 2. Composición química después de pretratamiento por autohidrólisis a diferentes FS.
Condiciones de Pretratamiento
Composición Base seca (%)
SR
Temp. (°C)
Tiempo (min)
FS La Cb Hc (%)d
140 15 2.14 29.0 36.5 12.3 89.15
160 15 2.35 31.3 42.4 10.8 87.30
180 15 2.69 37.0 46.9 8.5 63.45
200 15 3.37 44.9 50.2 4.0 53.35 aLignina; bCelulosa; cHemicelulosa; dSólidos recuperados
Conclusiones. Se comprobó que mediante el
pretratamiento por autohidrólisis de biomasa de higuerilla es posible obtener un material altamente digestible, permitiendo la obtención de altos rendimientos de hidrólisis enzimática y una alta concentración de etanol en la etapa de fermentación. Agradecimiento. Al Programa para el Desarrollo Profesional Docente, para el Tipo Superior (PRODEP) por el apoyo económico otorgado. Bibliografía. 1. Mukhopadhyay M., Kuila A., Tuli D.K., Banerjee R. (2011). Biomass & Bioenergy. 35: 3584-3591.
2. Durán Altisent J.M., Retamal Parra N., Moratiel Yugueros Rubén, de Paula Queiroga Vicente. (2009). Cultivos energéticos alternativos. Recalde Posso E.R, Durán Altisent J.M. Editorial CIITTOL, Ecuador. pp. 39-58.
3. Mussatto S.I., Carneiro L.M., Silva J.P.A., Roberto I.C., Teixeira J.A. (2011). Carbohydr. Polym. 83: 368–374.
4. Fan H., Ragauska A. (2012). Bioenergy Resour. 5: 1043-1066.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN ENERGÉTICO DE PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DERIVADOS DE LOS RESIDUOS FORESTALES DESPUÉS
DE SU PRETRATAMIENTO FISICOQUÍMICO
Edna Elena Suárez Patlán, Patricia Aguilar Sánchez, Noel Carrillo Ávila, Casimiro Ordoñez Prado y Martha Elena Fuentes López. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y
Pecuarias, Km. 56.5 Carretera Federal México-Puebla, San Martinito Tlahupan, Puebla, C.P. 74100.
Palabras clave: explosión súbita de vapor, Abies religiosa, poder calorífico.
Introducción. México enfrenta desafíos debido a la disminución de sus reservas de petróleo, lo cual ha motivado a crear fuentes alternativas como las Energías Renovables. El pretratamiento físico por medio de explosión súbita de vapor permite la disposición de los componentes químicos de los materiales vegetales de manera menos contaminante (1). Sin embargo, más del 50% de la materia prima queda como residuo al finalizar el proceso, denominado producto de degradación, el cual es rico en algunas propiedades químicas teniendo la posibilidad de ser usado con fines energéticos (2). El objetivo de este trabajo fue la determinación del poder calorífico de los productos de degradación originados en la explosión súbita de vapor de aserrín de Abies religiosa con fines energéticos.
Metodología. Se evaluaron muestras de aserrín de Abies religiosa con y sin pretratamiento ácido (utilizando H2SO4 al 1%) y con y sin pretratamiento físico (en un reactor de explosión súbita de vapor a 35 kg/cm2 y 5 minutos). Al producto de degradación obtenido del pretratamiento físico se le determinó el poder calorífico, éste se llevó a cabo en un calorímetro isoperibólico (modelo: PARR 1266) mediante el procedimiento del manual (3). De los resultados obtenidos se realizó un análisis de varianza y una comparación múltiple de medias, utilizando el programa Statgraphics Centurion.
Resultados. Los resultados presentaron una media de poder calorífico en el aserrín con y sin pretratamiento físico de 22.07 y 20.80
MJ·kg-1 respectivamente, por otro lado 21.36
MJ·kg-1 en aserrín con pretratamiento físico y
ácido y 21.51 MJ·kg-1 sin pretratamiento ácido y con pretratamiento físico. Estos resultados fueron analizados mediante un diseño factorial completamente al azar, donde el ANOVA mostró que el factor: pretratamiento físico tuvo influencia estadística sobre el poder calorífico.
Conclusiones. El pretratamiento físico de residuos forestales como el de Abies religiosa
da a los productos de degradación mayor poder calorífico, de los cuales se pueden obtener productos con fines energéticos como pellets entre otros biocombustibles sólidos.
Agradecimiento. Recursos Fiscales INIFAP
Bibliografía. 1. Gómez, E.A., Ríos, L.A., Peña, J.D. (2013). Efecto
del pretratamiento de biomasa maderera en el rendimiento a etanol. Información Tecnológica 24 (5).
2. Negro, M.J. (2009). Efecto del pretratamiento con explosión por vapor en la hidrolisis enzimática de madera de eucalipto y bagazo de sorgo. Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Madrid, España.
3. Parr. 1999. 1266 Isoperibol Bomb Calorimeter.
Operating Instruction Manual. Technical Note No. 367M. Parr Instrument Company, Illinois, USA.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Factor Name
A
B Tiempo
C Temp
APLICACIÓN DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL
F. Morales-Anzures, P. Salinas-Hernández, E. Jiménez-Santiago, J. Hernández-Ventura, E. Martínez-Mendoza
Instituto de Estudios de la Energía, Universidad del Istmo, Santo Domingo Tehuantepec, Oaxaca, México 70760.
Palabras clave: ZnCaAl, factorial 24, Viscosidad.
Introducción. El biodiesel se obtiene a través de la transesterificación de aceite vegetal o grasa animal con alcohol, (metanol o etanol), las principales variables que afectan esta reacción son relación molar aceite:metanol, cantidad de catalizador, tiempo y
En el siguiente diagrama de Pareto se observa que las cuatro
variables de reacción estudiadas, a un nivel de significancia de 0.05, el factor C (temperatura) es el único que tiene una influencia significativa en la respuesta medida (viscosidad).
temperatura de reacción, por lo que es necesario optimizarlas para lograr la mayor conversión de aceite a biodiesel. El principal objetivo de este trabajo ha sido el empleo del diseño de experimentos tomando como parámetro indicador la viscosidad de los esteres metílicos, para medir la influencia de cada una de las variables de reacción sobre la respuesta (viscosidad).
Metodología. Para la transesterificación del aceite de Higuerilla (AH) con metanol en fase heterogénea se empleó el catalizador ZnCaAl y se realizó un diseño factorial 24 fraccionado a la (1/2), con ocho tratamientos
Term
C
B
D
AD
AB
A
0
5 10
12.71
15
20 25
experimentales (tabla 1).
Resultados. La viscosidad es una de las características
más importantes del biodiesel por lo que se eligió como
variable respuesta y debe mantenerse dentro de los
límites preestablecidos por las normas EN 14214 (3.5 a
5.0 cSt) y ASTM D6751 (1.9-6.0 cSt). El AH tiene una
viscosidad alrededor de 226 cSt [1] razón por la cual se
transesterifica a Biodiesel para reducir este parámetro y
mejorar su calidad como combustible. En la tabla 1 se
muestran los resultados de la viscosidad obtenida de los
esteres metílicos. Se puede observar que el biodiésel
derivado del AH presenta viscosidades mucho más
altas que las especificadas por las normas, debido a que
el AH tiene una viscosidad hasta 7 veces mayor que
otros aceites vegetales [2], sin embargo, con los
parámetros del experimento 5 se logró reducir en un
93%.
Tabla 1. Parámetros de entrada y respuesta (viscosidad (cSt)) de la transesterificación metanólica del aceite de Higuerilla.
Efecto estandarizado
Fig. 1. Diagrama de Pareto de los efectos estandarizados ( = 0.05)
En el análisis de varianza el p-valor para la temperatura fue de 0.027, tratándose de la única variable significativa considerando un nivel de significancia de 0.05. El modelo obtenido logró un nivel R2 de 99.88%; es decir, que explica casi la totalidad de la variación. El nivel de la temperatura se fijó en 140°C, por ser la que brinda la menor viscosidad; las demás se fijaron como sigue: relación molar AH:metanol 1:20; tiempo 7 h y catalizador 1.5% en peso en relación al AH. Se realizaron cinco réplicas bajo estas condiciones, obteniendo, para la viscosidad el intervalo [13.10, 14.37] al 95% de confianza.
Conclusiones. El empleo de las herramientas estadísticas correspondientes al diseño de experimentos ha permitido medir la influencia de cada una de las variables sobre la respuesta (viscosidad), determinando que la temperatura es la que más afecta a la reacción de transesterificación del AH. Las condiciones óptimas para lograr la máxima conversión
Rel. molar Tiempo Temp Cat Respuesta de la reacción, con la viscosidad mínima del biodiesel, AH:MeOH (h) (°C) (% p/p) (cSt)
1 1:9 3 140 1.50 23.986 2 1:20 7 100 0.75 112.149 3 1:9 7 100 1.50 52.824 4 1:9 7 140 0.75 22.521 5 1:20 7 140 1.50 15.499 6 1:9 3 100 0.75 159.022 7 1:20 3 140 0.75 42.662
8 1:20 3 100 1.50 125.881
fueron: relación molar AH:Metanol 1:20, 7 h de reacción, 1.5 % en peso de catalizador en relación al AH y 140 °C.
Bibliografía. 1. Da costa D., Serra T., Plentz S., Meneghetti M. (2010) Fuel, 89,
3791-3794.
2. Kulkarni M., Sawant S. 2003, Eur. J. Lipid Sci. Technol, 105, 214- 218.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Cu-ZrO2 PREPARADO POR SOL-GEL PARA LA METANÓLISIS DE ACEITE DE Jatropha Curcas L.
P. Salinas-Hernández, F. Morales-Anzures, J. Hernández-Ventura
Instituto de Estudios de la Energía, Universidad del Istmo, Santo Domingo Tehuantepec, Oaxaca, México 70760.
Palabras: XRD, UV-Vis-RD, Metanólisis.
Introducción. La Jatropha curcas L [1] crece rápidamente en suelos de escasa fertilidad, es resistente a la sequía y produce semillas toxicas con un alto contenido de aceite (50-60%), por lo que se ha convertido en una planta con un gran potencial para la industria del biodiésel. El objetivo de este trabajo es evaluar la influencia del contenido de cobre en catalizadores de Cu/ZrO2 preparados por el método sol- gel, en la reacción de transesterificación del aceite de Jatropha curcas L (AJC), con el fin de encontrar alternativas al uso tradicional de catalizadores homogéneos en dicha reacción.
Metodología. En el presente trabajo se sintetizaron catalizadores de cobre soportados en oxido de circonio vía método sol-gel en un solo paso con diferente contenido de Cu (0, 1, 3, 5 y 10 % en mol), denotados como 0CuZr, 1CuZr, 3CuZr, 5CuZr y 10CuZr, los cuales se caracterizaron por UV-Vis-RD, Difracción de rayos- X, y con la reacción de descomposición del 2-propanol se determinó el carácter ácido-base. La transesterificación del AJC se realizó a 200 °C, relación molar AJC:metanol 1:12, 1.25 % de catalizador y 5 horas de reacción. El análisis de los esteres metílicos se realizó con cromatografía de gases (CG).
Resultados. Por medio de la espectroscopia UV-Vis- RD (fig. 1) se determinó que con el aumento del contenido de cobre en el soporte ZrO2, se incrementa la cantidad de especies de Cu2+ en coordinación octaédrica altamente disperso y la formación de nanocúmulos de CuO [1,2]
200 300 400 500 600 700 800
(nm)
Fig.1 Espectro UV-Vis-RD de los catalizadores Cu/ZrO2 preparados mediante el método sol-gel.
Con el estudio de la Difracción de rayos-X, se determinó que la muestra 0CuZr presenta una mezcla de fases tetragonal y monoclínica. La adicción de cobre estabiliza la fase tetragonal del soporte. No se observaron líneas de difracción cobre, debido a que se encuentra altamente disperso en la superficie del ZrO2 [3]. La descomposición de 2-propanol mostró que el soporte ZrO2 es anfótero, es decir, tiene sitios ácidos y básicos, predominando los sitios ácidos debido a que se obtuvo propeno como el producto en mayor proporción, mientras que las muestras con contenido de cobre exhiben propiedades básicas presentando acetona como el único producto de reacción. La basicidad de dichos catalizadores aumenta con el incremento del contenido de cobre. En la tabla 1, se presentan los resultados de la transesterificación del AJC. No se observó ningún efecto del contenido de cobre en el soporte ZrO2 bajo las condiciones experimentales de reacción de transesterificación del AJC empleadas en este trabajo, ya que la conversión obtenida fue prácticamente la misma en todos los sistemas.
Tabla 1. Rendimiento y conversión de la reacción de
transesterificación del AJC con metanol.
% Rendimiento % Conversión
0CuZr 64.5 69.0
1CuZr 62.8 67.1
3CuZr 65.9 70.4
5CuZr 65.5 70.0
10CuZr 62.7 67.1
Conclusiones. El cobre no influye en la actividad catalítica del ZrO2 en la metanólisis del AJC bajo las condiciones experimentales usadas, probablemente debido a la composición del AJC y a la fase tetragonal de del ZrO2. Para incrementar el rendimiento obtenido será necesario optimizar las variables de reacción.
Bibliografía. 1. may Y., Tinia I., Ghazi, 2011, Renewable and Sustainable Energy
Reviews, 15, 2240–2251
2. Komandur V., Guggilla V., Srikanth Chakravarthula S. y Vattikonda V. 2007. J. Phys. Chem. B, 111, 543-550. 3. Zheng L., Amiridis M., Yi C. 2005, J. Phys. Chem. B, 109(3), 1251- 1255. 4. Tyagi B., Kalpesh S., Shaik B., Raksh V., 2006. Ind. Eng. Chem. Res, 45, 8643-8650.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SUPERCAPACITORES ELECTROQUÍMICOS A PATIR DE CARBÓN ACTIVADO
OBTENIDO DEL ENDOCARPIO SECO DEL CAFÉ
Harvey de Jesús Orantes Flores1, Ebelia Del Ángel Meraz2, Roger Castillo Palomera1, Bianca Yadira Pérez Sariñana1, Edith Ponce Recinos1, José Daniel Guzmán Ríos1.
1Universidad Politécnica de Chiapas, Carretera Tuxtla-Villaflores KM. 1+500, Las Brisas, 29150, Suchiapa, Chis. 2División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, 86690,
Cunduacán, Tabasco, México. e-mail: [email protected]
Palabras clave: biomasa, porosidad, activación química
Introducción. Los supercapacitores o capacitores
de doble capa (EDLC, por sus siglas en inglés), son
dispositivos que tienen la propiedad de almacenar
una densidad energética alta en comparación con los
capacitores convencionales [1]. La capacidad
almacenada es proporcional al área superficial
accesible [2]. En la actualidad, el carbón activado es
el material más utilizado en la fabricación de
electrodos para los supercapacitores y otros fines
ambientales, debido a que presentan un elevado y
variado grado de porosidad [3]. El objetivo principal
del trabajo es elaborar y evaluar las propiedades del
carbón activado obtenido del endocarpio seco del
café para conocer su potencial aplicado en el
almacenamiento de energía.
Metodología. Se utilizó el método químico para la
obtención del carbón activad, el cual consiste en
impregnar la muestra seca con H3PO4 en un radio de
impregnación (Xp) del 100% durante 24 horas con el
fin de permitir que el agente deshidratante se difunda
dentro de las partículas finas de la biomasa. Después
de este paso, la muestra es carbonizada en una
mufla a temperaturas de 500°C y 600°C con rampas
de 10°Cmin-1 durante una hora [4,5].
Resultados. En la Tabla 1 se muestra el análisis
inmediato del endocarpio seco del café, se observa
que el precursor utilizado en ese estudio tiene un
contenido de carbono fijo aproximado del 12.5% y
bajo contenido de cenizas del 2.5% lo que indica que
el endocarpio seco del café puede ser adecuado para
usarse como precursor de carbón activado.
Tabla 1. Análisis inmediato del endocarpio seco del café
En la Fig. 1 se observan las micrografías de la
superficie del carbón activado a un radio de
impregnación del 100% y a diferentes temperaturas.
Fig. 1. Imágenes SEM del carbón activado con un radio de
impregnación del 100% con temperaturas de a) 500°C y b) 600°C
Conclusiones. Se determinó que la presencia de
poros y definición de los mismos varían con el
aumento de la temperatura a un mismo radio de
impregnación. Observando que a 600°C se obtienen
mayor cantidad de poros y mejor definidos. Es
necesario seguir probando diferentes temperaturas
con el objetivo de aumentar la densidad de poros por
cm2.
Agradecimiento. Al CONACYT y a la UPChiapas
por el apoyo otorgado para la realización de este
trabajo.
Bibliografía. 1. Pandolfo A.G., Hollenkamp A.F. (2006). Jpowsour. 157: 11-27.
2. Jiang L., Yan J., Hao L., Xue R., Sun G., Yi B. (2012). carbón.
56:146-154.
3. Prahas D., Kartika Y., Indraswati N., Ismadji S. (2007). Cej.
140:32-42
4. Tehrani N. F., Aznar J.S., Kiros Y. (2014). Jclepro. xxx:1-7
5. Namane A., Mekarzia A., Belhaneche N. (2004). jhazmat.
B119:189-194
a b
Material Peso (%)
Cenizas 2.5 Humedad 9 Materia volátil 76 Carbono fijo 12.5
Total 100.00
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE AGRORESIDUOS DE CAFÉ Y MAÍZ PARA BIOCOMBUSTIBLE SÓLIDO.
Laura Alicia Paniagua Solara*, Nallely Téllez M.
a, Enrique de la Fuente M.
a, Minerva Gamboa
S.b, Sergio Gamboa S.
c, Salvador Jiménez A.
a, Ivan Lopez N.
a, Oscar González L.
a,
a Benemérita Universidad Autónoma del Estado de Puebla, 4 sur 104 Centro Histórico 72000. bUniversidad Politécnica de Chiapas, Carretera Tuxtla-Villaflores KM. 1+500, Las Brisas,
29150 Suchiapa, Chis. cInstituto de Energías Renovables, Xochicalco, Azteca, 62588 Temixco, Mor.
[email protected]* Palabras claves: Poder calorífico, biocombustible sólido, agro-residuos
Introducción. En el estado de Puebla se generan grandes cantidades de residuos de café y maíz. Normalmente los excedentes de residuos que no se utilizan son dispuestos al aire libre. Además, se produce un impacto negativo en las tierras de cultivo, debido a la composición de los residuos que disminuyen la calidad de la cosecha, afectando los ingresos de los campesinos. Una solución apropiada para el aprovechamiento de los residuos agroindustriales es la obtención de briquetas como biocombustibles sólidos para uso industrial. Objetivo. Obtención de biocombustible sólido
sustentable con alto poder calórico. Metodología. La elaboración del combustible sólido implica el proceso de generar un triturado, secado y densificado de la materia prima empleada. Una mezcla homogénea de residuos selecionados, se coloca en una briquetadora para aplicar una presión de 1.5 Toneladas fuerza por pulgada cuadrada, formando un combustible sólido. Para secado del biocombustible sólido se utiliza: En un horno se realiza el secado de las briquetas a 150°C durante 90 minutos. Posteriormente se utiliza una rampa de temperatura hasta alcanzar los 300°C durante 120 minutos, a razón de 2.5°C por minuto. Resultados. Para el secado del biocombustible sólido se establecieron métodos de control para evaluar las variables de temperatura, tiempo y cantidad de aire controlados en laboratorio. En la Tabla 1 se observa la pérdida de humedad en cada uno de los biocombustibles sólidos obtenidos en este trabajo.
Tabla1 Pérdida de humedad del biocombustible sólido
manteniendo la temperatura constante.
Biocombustible sólido % de humedad Briqueta 1 (residuo café 100 %) 28 Briqueta 2 (residuo maíz y café 50%) 37
Briqueta 3 (residuo maíz 100%) 46
En la Tabla 2 se observa el análisis de SSV, SST, y la cantidad de cenizas generadas por cada uno de los biocombustibles sólidos. Tabla 2. Caracterización del biocombustible sólido
Pruebas Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
% % %
SST (gr/ml) 1.977 2.0435 2.17
SSV (gr/ml) 61.74 59.785 57.83
CENIZAS (gr) 3.12 3.3515 3.583
La Figura 1 muestra el equipo utilizado para formar el biocombustible sólido. Es un prototipo de innovación tecnológica.
Figura 1. Maquina productora de biocombustible sólido.
Conclusiones. Es posible obtener biocombustibles sólidos a partir de los residuos generados después, de la cosecha del maíz y del café con este biocombustible se da un valor agregado al producto y un apoyo extra a la economía de los productores. Agradecimientos. Agradecemos al
departamento DITCO-BUAP por financiar el desarrollo del prototipo para esta investigación.
Bibliografía [1] JOSÉ ANTONIO SUARE ET AL, 2016, COFFE HUSK
BRIQUETTES: A NEW RENEWABLE ENERGY SOURCE, ISSN:0090- 8312 TAYLOS&FRANCIS. [2] O.S. ALADE &E.BETIKU, 2014, POTENTIAL UTILIZATION OF
GRASS AS SOLID-FUEL (BRIQUETTE)IN NIGERIA,ISSN1556-7036 (PRINT)1556-7230 ONLINE JOURNAL TAYLOR & FRANCIS. [3] FAO 2014 BIOENERGÍA Y SEGURIDAD ALIMENTARIA
EVALUACIÓN RÁPIDA (BEFS RA) MANUAL DE USUARIO
BRIQUETAS.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
TRANSFORMACIÓN DE LODOS DE PURGA POR PROCESOS TÉRMICOS
Anabel Jiménez Zarate, Bernd Weber, Iván G. Martínez Cienfuegos, Universidad Autónoma del Estado de México,
Facultad de Ingeniería, Toluca, C.P. 50130
Hugo Oscar Méndez Acosta, Universidad de Guadalajara, CUCEI, Guadalajara, C.P. 44430
Palabras clave: Pretratamiento térmico, hidrolisis, biomasa
Introducción. La digestión anaerobia es el proceso más utilizado en el tratamiento de residuos para que el material biodegradable (biomasa solida) sea transformado en biocombustibles a partir de microorganismos anaerobios [1]. La hidrolisis de biomasa sólida es considerada como la etapa limitante para llevar a cabo este proceso, por lo cual se proponen diferentes pretratamientos para acelerarla [2]. La hidrolisis térmica ha sido una opción para obtener una solubilización parcial del lodo después de ser tratado a temperaturas mayores a 100 °C [3]. El objetivo de este trabajo fue evaluar el impacto que tienen estas condiciones de operación en la biomasa midiendo la DQO soluble y el índice volumétrico de lodo (IVS), parámetros que son considerados cómo factores clave sobre el costo del manejo de lodos de purga.
Metodología. Se realizó el pretratamiento del lodo residual de la PTAR ―Cerro de la Estrella‖ de Iztapalapa, México en un reactor Parr4848 operado en combinaciones de temperatura (80, 115, 150, 185 y 220 °C), tiempo (20, 40 y 60 min) y presión inicial de oxigeno (0, 5 y 10 bar). Se determinaron la DQO soluble y el IVS de acuerdo a APHA, 1999.
Resultados. Se observó que a partir de temperaturas
de 150 °C y 5 bar de presión se mejoran las condiciones
de sedimentabilidad del lodo a 15 ml/g de un valor inicial
de 90 ml/g en tratamientos inferiores a los 115 °C y
presión inicial de oxígeno (figuras 1 y 2). Para las
condiciones de operación de 185-40-5 empieza a
tenerse un incremento considerable en los valores de
DQO soluble (aproximadamente de 2500 a 20,000 mg/l)
(figuras 3 y 4). Respecto al tiempo, no se observó que
tuviera algún efecto significativo en los parámetros en
estudio.
Fig. 1. Valores de IVL para el tratamiento de 115 °C.
Fig. 2. Valores de IVL para el tratamiento de 150 °C.
Fig. 3. Valores de DQO soluble para el tratamiento
de 185 °C.
Fig. 4. Valores de DQO soluble para el tratamiento
de 220 °C.
Conclusiones. Con el pretratamiento térmico en condiciones extremas de temperatura y presión inicial de oxigeno se logra una mayor solubilización de la biomasa con lo cual se supone una mayor producción de biogás, por lo que la siguiente etapa será realizar pruebas PBM para verificar sí la producción de biogás con estos pretratamientos se incremente.
Bibliografía. 1. Zhang, X; Yan, J; Li, H; Chekani, S; Liu, L. (2014). Energy Procedia
(61) 121-125.
2. Climent, M; Ferrer, I; Baeza, M.M; Artola, A; Vazquez, F;
Font.(2007). Chemical Engineering Journal. (133) 335-342.
3. Carrére, H.; Dumas, C; Battimelli, A; Batstone, D.J; Delgenés, J.P.. (2010). Hazardous Materials (183) 1-15.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SOLVATACIÓN PARA MEJORAR LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE DIGESTATOS
Gabriel Castelán Rodríguez; Óscar González Barceló; Simón González Martínez Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510 CDMX.
Palabras clave: Digestato, bagazo, metano potencial
Introducción. La fracción orgánica de residuos sólidos urbanos (FORSU) varía de acuerdo a clima; programa de recolección y costumbres regionales. El material residual de la digestión anaerobia de FORSU se conoce como digestato (Chambers, 2011), es una mezcla de biomasa microbiana y material orgánico sin digerir, como compuestos lignocelulósicos. El objetivo de este trabajo fue mejorar la biodegradabilidad de digestato de FORSU usando solventes orgánicos.
Metodología. La muestra se recolectó en estación de transferencia en Coyoacán, CDMX. Los digestatos de experimentos previos se mezclaron en reactor de 40 L a 35°C y se alimentó con FORSU controlando alcalinidad. Durante la etapa 1 se seleccionó, entre cuatro solventes, el que extrajo la mayor fracción biodegradable, medida como producción de metano en un equipo AMPTS. Durante la etapa 2 se utilizó el solvente que produjo la mejor extracción a 20 y 40°C con tiempos de contacto de 10 y 60 min (Wikandari et al 2014).
Resultados.
Con caracterizaciones del digestato antes y después del tratamiento organosolv, el contenido de carbohidratos incrementó al triple con disminuciones de hemicelulosa (50%), celulosa (25%) y proteínas (50%). Durante la etapa 1, el acetato de etilo fue el solvente que logró la mayor extracción de sustancias biodegradables produciendo, en la digestión anaerobia de los bagazos, 2 a 9 veces más volumen de metano por gramo de sólidos volátiles (SV) de digestato que con los otros tres solventes. La Figura 1 muestra los resultados de etapa 2, en la cual se observa que con el tratamiento a 40 °C por 60 minutos se logró la mayor producción de biogás con 287 LN/kgSV, de los cuales 179 LN/kgSV corresponden a metano. El volumen de gas es normalizado (N) a 1 atm y 0°C. Campuzano y González (2014) reportan 540 LNCH4/kgSV para la FORSU. Los tratamientos a 20 y 40 °C por 10 minutos quedaron en segundo lugar. El tratamiento a 20 °C durante 60 minutos produjo menos biogás que el control; de 52 LN/kgSV, 20 LN/kgSV corresponden a metano. Aparentemente esta
situación se debe a una acidificación del medio en la que solamente se produjo CO2 bajo condiciones inhibidas.
Fig. 1. Producción de metano para los bagazos del
pretratamiento con acetato de etilo a 20 y 40 °C, y 10 y 60 min.
Conclusiones.
Los bagazos obtenidos por organosolv producen 33 % de la cantidad de biogás que produce la FORSU fresca.
El acetato de etilo permitió la mayor extracción de compuestos orgánicos susceptibles de ser biodegradados.
La mayor producción de biogás se observa para la combinación de factores de temperatura y tiempo de contacto de 40°C y 60 min con 179
LNCH4/kSV, lo que representa 82% más que la producción con el control (sin organosolv previo).
Bibliografía 1) Chambers, B. (2011). Digestate utilization on agricultural land. ADAS Soils and Nutrient Group. Gran Bretaña. 2) Wikandari, R., Nguyen, H., Millati, R., Niklasson, C. and Taherzadeh, M. J. (2015). Improvement of biogas production from orange peel waste by leaching of limonene. BioMed Res. Int. Volume 2015, Article ID 494182, 6 pages. 3) Campuzano, R. and González-Martínez, S. (2015). Extraction of soluble substances from organic solid municipal waste to increase methane production. Bioresour. Technol. 178. 247-253.
Agradecimientos Al Proyecto SENER-CONACYT 247006 - Clúster Biogás. Al lugar de realización, Laboratorio de Ingeniería Ambiental, certificación ISO 9001:2008, Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, A.C. (IMNC) registro RSGC 960, 11 enero 2016 a 11 enero 2019 Al Proyecto PAPIIT-DGAPA-UNAM IN110115.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
VALORIZACIÓN DE LOS RESIDUOS DE LA INDUSTRIA FORESTAL PARA GENERACIÓN DE ENERGÍA
Enelio Torres, Juan A. Zermeño Eguía-Lis, Moisés Magdaleno, Luis A. Melgarejo, Andrés Rosas,
David López, Adriana C. Wong, Esther Palmerín, Jorge Aburto, Myriam A. Amezcua-Allieri* Gerencia de Transformación de Biomasa, Instituto Mexicano del Petróleo, Eje Central Lázaro
Cárdenas Norte 152, 07730, Ciudad de México. E-mail: *[email protected]
Introducción. El uso de biomasa para producir energía es solamente una de las formas de energía renovable que puede ser utilizada para reducir el impacto de la producción de energía. Como cualquier otro recurso de energía, hay limitaciones a su uso y aplicabilidad y debe competir no solo con los combustibles fósiles sino con otras fuentes renovables de energía como la biomasa. La combustión es el proceso de aprovechamiento energético de residuos más favorable y extendido en la actualidad, cuando en la zona es posible su utilización directa, sin necesidad de efectuar grandes desplazamientos o traslados de la materia prima. Muchas instalaciones industriales pueden utilizar los residuos agrícolas o forestales, pajas, astillas, bagazo, etc. en sus sistemas térmicos sin realizar grandes transformaciones o adecuaciones en la alimentación de los hornos, convirtiendo a estos residuos en una opción atractiva y rentable en cuanto a disponibilidad, acceso y costos. A pesar de las facilidades y bondades, las razones ambientales (emisión de gases y material partículado) son decisivas para su uso y aprovechamiento energético.
Este trabajo presenta una valoración del potencial energético de los recursos forestales en México a partir de la valorización de sus residuos.
Metodología. Se llevó a cabo una cuantificación de la industria forestal en México, la cual se dividió en tipos de residuos de cosecha forestal y residuos del proceso de la cosecha y aprovechamiento de la madera en México. Luego se particularizó en un caso de estudio de una empresa forestal del estado de Durango.
Resultados. En los últimos 40 años el consumo de energía primaria en México se ha
incrementado en un 60 %. Sin embargo, el aprovechamiento de la biomasa forestal como fuente de energía representa en la actualidad menos del 10 %, y su uso como fuente primaria de energía se centra principalmente para uso doméstico y en pequeñas industrias (ejemplo; ladrilleras y alfarerías). El poder calorífico de estos residuos (biomasa forestal), hace posible que pueda sustituirse una tonelada de petróleo equivalente (1 tep) por 2.5 a 3.5 toneladas de residuo agrícola o forestal. El poder calorífico inferior (PCI) de la biomasa permite obtener aproximadamente 15.0 MJ/kg, con una humedad promedio < 25 % (equivalente a poco más de 3.5 Mcal/kg). El PCI del gasóleo es de ~42 MJ/kg y el de la gasolina es de aproximadamente 44 MJ/kg. Es decir, por cada 2.8 o 2.9 kilogramos de biomasa, se desperdicia el equivalente a un kilogramo de gasóleo o gasolina, respectivamente. En este contexto, se sabe que el sector
forestal en México genera alrededor de
700,000 toneladas de materia seca al año
(tMS/año) de residuos forestales de los cuales
el 85 % corresponde a pino y el 15 % a encino.
Dicha biomasa forestal representa un
potencial energético de 13,5 TJ.
Conclusiones. En la valoración energética de
cualquier residuo o material, siempre se corre
el riesgo de hacer una sub/sobrestimación del
potencial real, y la confiablidad de este
análisis está en las estadísticas que se
manejan, por lo que la información de este
estudio está sujeta validación con datos de
mayor actualidad.
Agradecimientos. Se agradece el apoyo a
través del proyecto Y.61025 ―CEMIE IO Clúster biocombustibles sólidos‖.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE SUCCINATO EN BIORREACTOR EN CONDICIONES DE BAJA TRANSFERENCIA
DE OXÍGENO Mariana Martínez Valenzuela, Alejandra Vargas-Tah, Andrea Sabido Ramos, Georgina Hernández Chávez, Guillermo
Gosset, Alfredo Martínez Jiménez. Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto de Biotecnología-
Universidad Nacional Autónoma de México. Cuernavaca, Mor., México, 62210, [email protected]
Palabras clave: bioplásticos, fermentación, glucosa.
Introducción. El ácido succínico, empleado en la
industria de los alimentos, agrícola y farmacéutica,
posee potencial para ser utilizado como punto de partida
para la síntesis de diversos compuestos de importancia
industrial, bioplásticos y biosolventes, principalmente.
En la actualidad existe interés en producir succinato con
microorganismos en condiciones anaeróbicas o
aeróbicas a partir de fuentes renovables [1]. Con el fin
de obtener una cepa productora de succinato, en
condiciones de limitación de oxígeno, es importante
acoplar la síntesis de este ácido orgánico a la
producción de energía metabólica y otros metabolitos
esenciales para el crecimiento.
El objetivo de este estudio fue la producción de
succinato a partir de glucosa en condiciones de baja
transferencia de oxígeno en medio mineral.
Metodología. Se evaluó la producción de succinato de
la cepa de Escherichia coli productora de succinato y
denominada MS01 frdA [2] en medio mineral con 40 g/L
de glucosa en condiciones de anaerobias (por
triplicado) y microaerobias (por duplicado) en
biorreactores.
Resultados. En condiciones anaerobias, se observó
poca formación de biomasa (0.5 g/L) y baja producción
de succinato (0.87 g/L), consumiéndose solo el 15% de
la glucosa disponible a las 48 h (Tabla 1). Este
comportamiento se atribuye a una regeneración de
cofactores deficiente, asociada a un flujo de carbono
reducido de oxalacetato a succinato, reacción
enzimática en la cual se regenera NAD+. Con el fin de
solventar dicha deficiencia, en biorreactor (0.75 L, 400
rpm, 37 °C, con un inóculo de 0.037 gDCW/L) se evaluó
la producción de succinato a diferentes velocidades de
transferencia de oxígeno 1.04, 2.24, 3.89 y 4.58 mmol
O2 L-1 h-1, correspondientes a 0.05, 0.15, 0.27 y 0.32
vvm, respectivamente. En estos cultivos, a pesar de que
se suministra aire, se generaron condiciones de
limitación de oxígeno: el nivel de oxígeno disuelto en el
medido fue cero después de 4-6 h de iniciados los
cultivos y hasta que se agotó la glucosa. En la Fig. 1 se
observa que al valor de 2.24 mmol O2 L-1 h-1 (kLa=10.4
h-1) se maximiza la producción de succinato. En estas
condiciones se consumen los 40 g/L de glucosa en 36
h; se duplica el rendimiento producto/sustrato; y el título
final de succinato es 10.9 veces mayor a lo que se
obtiene en condiciones anaerobias.
Fig. 1. Concentración de biomasa y succinato generados a
diferentes velocidades de transferencia de oxígeno en la cepa MS01
frdA.
Tabla 1. Parámetros de crecimiento y producción con la cepa MS01
frdA, a las 48 horas de cultivo en medio mineral adicionado con
glucosa (40 g/L).
Condiciones de cultivo
Biomasa (gDCW/L)
μ (h-1) Succinato
(g/L)
Consumo glucosa
(g/L)
Yp/s
Anaerobio 0.513 0.126 0.87 6.98 0.124
2.24 O2 L-1 h-1
(kLa=10.4 h-1)
1.393
0.486
9.44
38.62
0.244
Conclusiones. El empleo de aireación de manera
limitada fomenta el mantenimiento del balance redox y
la generación de ATP en la célula. Con una velocidad
de transferencia de oxígeno a 2.24 mmol O2 L-1 h-1
(kLa=10.4 h-1) se favorece la producción de succinato
[3]. Lo observado en este estudio, confirma que es
posible producir compuestos de interés industrial en
medio mínimo, utilizando glucosa como única fuente de
carbono.
Agradecimiento. A CONACYT-FONCICYT ERANet-
LAC Proyecto SMIBIO C0013-248192.
Bibliografía. 1. Jarboe, L. R., Zhang, X., Wang, X., Moore, J. C., Shanmugam, K.
T., Ingram, L. O. (2010). J Biomed Biotechnol. 2010 (761042). 18
páginas.
2. Fernández-Sandoval, M. T., Huerta-Beristain, G., Trujillo-Martinez,
B., Bustos, P., González, V., Bolívar, F. Gosset, G., Martinez, A.
(2012). Appl Microbiol Biotechnol. 96(5), 1291–1300.
3. Wong, M.S., Li, M., Black, R.W., Le, T.Q., Puthli, S., Campbell, P., Monticello, D.J. (2014). Appl Environ Microbiol. 80(10). 3276-3282.
12
10
8
6
4
2
0
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0 1.04 2.24 3.89 4.58
Velocidad de transferencia de O2 (mmol O2 L-1 h-1)
SUCCINATO BIOMASA
Concentr
ació
n (
g/L
)
Concentr
ació
n
bio
ma
sa (
gD
CW
/L)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESCALAMIENTO DEL PROCESO DE FERMENTACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE PRECURSORES DE BIOPLÁSTICOS
Estefanía Sierra Ibarra, Alfredo Martínez Jiménez. Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto
de Biotecnología – UNAM. Cuernavaca, Mor. 62210, México. Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: lactato, fermentación, productividad
Introducción. La producción de D- y L-lactato por la vía fermentativa constituye un proceso sostenible y amigable con el medio ambiente. El uso de cepas lactogénicas de Eschericia coli recombinantes como organismo fermentativo favorece la síntesis de isómeros ópticamente puros de lactato, además esta bacteria tiene la capacidad de crecer en medios mínimos e hidrolizados obtenidos a partir residuos agroindustriales (1). El D- y L-lactato ópticamente
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
YP/S QP
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
puros se emplean principalmente como precursores en la síntesis de ácido poli-láctico, un polímero biodegradable con potencial aplicación como sustituto de materiales derivados del petróleo (2). En este trabajo se escaló la producción de D- y L- lactato con E. coli en biorreactores microaireados, manteniendo altas productividades.
Metodología. La cepa D-homoláctica JU15 (3), fue cultivada en fermentadores de 1 L con medio mineral AM1-glucosa 80 g/L (37°C, 400 rpm, pH 6.6). Se evaluó el efecto de la microaireación en los cultivos, empleando cinco velocidades diferentes de transferencia de oxígeno (OTR). Se seleccionó una OTR con base en la productividad volumétrica (Qp) de D-lactato y se calculó el respectivo kLa para ser usado como criterio de escalamiento en fermentadores de 11 L con JU15 y la cepa L- homoláctica LL26.
Resultados. El efecto de la microaireación en la producción fermentativa de D-lactato se evaluó con base en los parámetros cinéticos y estequiométricos µ, Yp/s y Qp (figura 1), calculados a partir de las curvas de crecimiento celular, consumo de glucosa y producción de D-lactato. La microaireación favorece la velocidad de crecimiento y consumo de glucosa, así como la producción de D-lactato, generando un aumento en la Qp de hasta 4 veces con respecto al cultivo no aireado (OTR=0 mmolO2/L.h). Con base en estos resultados se escogió como criterio de escalamiento el kLa=12.6 h-
1 calculado a partir del valor de OTR=2.4 mmolO2/L.h.
OTR [mmolO2/L*h)]: 0.0 1.5 2.4 4.2 6.7
Fig. 1. Parámetros cinéticos y estequiométricos de la producción de D-lactato bajo condiciones de microaireación.
La efectividad del kLa se evaluó para la producción de D- y L-lactato (tabla 1). De acuerdo a esto, al emplear el criterio seleccionado, la Qp se mantiene constante y alta para las dos escalas estudiadas. El efecto positivo de la microaireación en procesos fermentativos ya ha sido reportado para la producción de etanol con E. coli (4).
Tabla 1. Parámetros cinéticos y estequiométricos para diferentes
escalas de producción de D- y L-lactato con E. coli
µ (h-1) Yp/s Qp(glactato/L*h)
V (L) JU15 LL26 JU15 LL26 JU15 LL26
1 0.5 0.37 84 83 2.05 1.85
11 0.47 0.38 89 93 2.11 1.76
Conclusión. La microaireación favorece el crecimiento y la productividad en la obtención de D y L-lactato con E. coli. Asimismo, el kLa como criterio de escalamiento en biorreactores, permite mantener constantes estos parámetros en diferentes escalas.
Agradecimiento. A CONACYT-FONCICYT
ERANet-LAC Proyecto SMIBIO C0013-248192.
Bibliografía 1. Utrilla, J., Vargas-Tah, A., Trujillo-Martínez, B., Gosset, G. Martinez, A. (2016). Bioresource Technol. 222: 208-214. 2. Okano, K.; Zhang, Q.; Shinkawa, S.; Yoshida, S.; Tanaka, T.; Fukuda, H.; Kondo. (2009). Appl. Environ. Microbiol. 75: 462-467. 3. Utrilla, J., Gosset, G., Martínez, A. (2009). J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 36:1057–1062. 4. Fernández-Sandoval, M.T., Galíndez-Mayer, J., Moss-Acosta, C.L., Gosset, G., Martinez, A. (2017). J. Chem. Technol. Biotechnol. 92: 981–989.
Qp
(gla
cta
to / L
h)
(
h-1
)
YP
/ S
(g
lacta
to/g
glu
co
sa)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
TENDENCIAS INTERNACIONALES DE ARTÍCULOS Y PATENTES SOBRE
BIOENERGÉTICOS: ¿SEÑALES DE CAMBIO?
Angela P. Bravo Vidales, Norma García-Calderón y Daniel Barrón-Pastor
Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A. C. (IPICYT), Coordinación de Propiedad Intelectual,
San Luis Potosí, 78216, e-mail: [email protected].
Palabras clave: catching up, bioenergía, bibliométrico
Introducción. En los últimos años diversos gobiernos han hecho demostraciones en apoyo o en contra de las energías renovables y el protocolo de Kioto. En este estudio se abordó el análisis del número de artículos científicos y patentes en el periodo 1991-2016 en diferentes países y regiones sobre bioenergéticos, buscando posibles cambios en estos indicadores. Metodología. Utilizando la cadena de búsqueda reportada por Liu et al (2014) para bioenergéticos, se desarrolló una búsqueda en el web of science para artículos y, patseer para patentes el 15/08/2017. Los resultados fueron filtrados por país de los autores y las patentes se filtraron por país (prioridad y publicación). Europa: implica la suma de patentes de DE, GB, ES, IT, FR, NL, SE, FI, DK y las registradas ante la EPO. Asia: implica la suma de IN, JP, KR y TW Resultados. Artículos científicos: (Fig.1) Entre 1991- 2016, se observa que los países europeos en conjunto lideran este indicador. Sin embargo, USA fue el país que más artículos produjo en el periodo hasta el año 2015 cuando fue rebasado por China. Se observa una tendencia de crecimiento en el # de artículos por año, siendo el más importante el de China, mientras que en Europa y USA se observa una disminución en el crecimiento anual en los últimos 3 años. Patentes por país de prioridad: (Fig.2) Están relacionadas a la producción tecnológica local. Durante la mayoría de la década de los 1990s los países europeos sumados presentaron más patentes de prioridad que el resto de los países y regiones analizados. Desde 2006 a 2012 USA lidera este indicador hasta que en 2013 China lo rebasa. Se observa una disminución en el # de patentes registradas en Europa desde 2011, en USA desde 2012 sólo China muestra crecimiento sostenido. Patentes por país de publicación: (figura 3) Implica la suma de los registros administrativamente correctos a nivel local más los registros de patentes con origen en otros países. En este indicador, los países del resto del mundo lideran el indicador hasta 2010, siendo rebasados por China. Se observa una disminución en el # de patentes registradas en Europa desde 2011, en USA y resto del mundo desde 2012 sólo China muestra una tendencia de crecimiento sostenido. Conclusiones: En los 3 indicadores estudiados China
muestra una tendencia de crecimiento, mientras se observa una reducción en los demás países. Agradecimientos: Trabajo realizado con el apoyo del Fondo Sectorial CONACYT-SENER-Sustentabilidad Energética, Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006.
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Fig. 1. Artículos científicos. US (azul), China (rojo) Europa (verde),
Asia (morado) y resto del mundo (amarillo)
Fig. 2. Patentes/año por país de prioridad. US (azul), China (rojo)
Europa (verde), Asia (morado) y resto del mundo (amarillo)
Fig. 3. Patentes/año por país de publicación. US (azul), China (rojo)
Europa (verde), Asia (morado) y resto del mundo (amarillo)
Bibliografía. 1.- Abramovitz, M. (1986) The Journal of Economic History, Vol. 46 (No. 2): 385 – 406. 2.- OCDE 2015, Frascatti Manual. Guidelines for Collecting and Reporting Data on Research and Experimental Development, OECD Publishing, Paris. http://dx.doi.org/10.1787/9789264239012-en 3.- Liu, W., Gu, M., Hu, G., Li, C., Liao, H., Tang, L., et al., Profile of developments in biomass-based bioenergy research: a 20-year perspective, Scientometrics, 2014, 99:507-521
# d
e p
ate
nte
s p
or
paí
s d
e p
ub
licac
ión
#
de
pat
en
tes
po
r p
aís
de
pri
ori
dad
#
de
art
ícu
los
cie
ntí
fico
s
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CRECIMIENTO DE UN CONSORCIO MICROALGAL Y Scenedesmus Sp. EMPLEANDO
CUATRO MEDIOS DE CULTIVO DE BAJO COSTO PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOCOMBUSTIBLES
Kevin Ángel González Falfán, Luis Carlos Fernández Linares,
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología-Instituto Politécnico Nacional (IPN). Departamento de Bioprocesos.
Av. Acueducto s/n, Barrio La Laguna Ticomán, Ciudad de México C. P. 07340. [email protected]
Palabras clave: microalgas, agua residual, biocombustibles
Introducción. La producción de biodiesel a partir de microalgas es una alternativa prometedora, ya que no compite por tierras cultivables, sin embargo, para su producción a gran escala es necesario el empleo de medios de cultivo económicos y grandes volúmenes de agua(1). Una alternativa es el empleo de fertilizantes inorgánicos de bajo costo y aguas residuales; las cuales contienen nutrientes como carbono, nitrógeno y fósforo, necesarios para el crecimiento de las microalgas(2). Además, el aprovechamiento integral de la biomasa con un enfoque de biorrefinería permite la obtención de coproductos de alto valor agregado y una mayor rentabilidad e impactos positivos en el medio ambiente (3). Se evaluó el efecto de cuatro medios no convencionales en la producción de biomasa, carbohidratos, proteínas, lípidos y pigmentos de un consorcio microalgal y Scenedesmus sp.
Metodología. Se compararon cuatro medios; agua potable con NH4HCO3 (BDA), agua potable con (NH4)2HPO4 (FDA), agua tratada enriquecida con Bayfolan® Forte y únicamente agua residual con una concentración de N total de 50 mg/L. Se utilizaron fotobiorreactores de 1 L con un volumen de operación del 90% y se inocularon al 10% v/v. Los fotobiorreactores se mantuvieron con aireación constante y fotoperiodos 12/12 luz/oscuridad, a temperatura controlada de 24 °C por 13 días. Se determinó el crecimiento por densidad óptica a 600 nm; biomasa por peso seco; carbohidratos (Dubois), proteínas (Lowry), lípidos (Ramírez-López) y pigmentos totales (Wellburn) en la biomasa al finalizar las cinéticas. Los experimentos y las determinaciones se realizaron por triplicado y se llevó a cabo un análisis estadístico anova con Minitab. Resultados. El tipo de medio empleado presentó un efecto
significativo en la producción de biomasa del consorcio,
siendo el agua tratada enriquecida con Bayfolan® la de
mayor producción (1.8±0.5 g/L). Para Scenedesmus sp. la
mayor producción de biomasa fue en agua tratada
enriquecida con Bayfolan® y agua residual, sin haber
diferencia significativa entre ellos (1.77±0.1 g/L y 1.64±0.1
g/L, respectivamente). El consorcio microalgal cultivado en
agua residual presentó el mayor contenido de lípidos (Fig.
1); el incremento de puede deber a la limitación de
nitrógeno a partir del tercer día. En condiciones de
limitación de nitrógeno la ruta de síntesis de proteínas se
desvía hacia la síntesis de lípidos o carbohidratos. En el
agua tratada con Bayfolan® se obtuvo un mayor contenido
de proteínas, posiblemente por que el medio contiene tanto
N-NH4 como N-NO3 y en mayor concentración.. El cultivo de
Scenedesmus sp. en medio FDA presentó el mayor
contenido de lípidos (Fig. 2), pero menor producción de
biomasa (0.4±0.04g/L) en comparación con el agua
residual (tres veces mayor), obteniendo mayor producción
de lípidos (343 mg/L).
% carbohidratos % Proteínas
80 % lípidos % pigmentos totales
60
40
20
0
BDA FDA Bayfolan Agua residual
Figura 1. Efecto del medio en la composición de la biomasa del
consorcio microalgal.
% carbohidratos % Proteínas 80
60
40
20
0
BDA FDA Bayfolan Agua residual
Figura 2. Efecto del medio en la composición de la biomasa de
Scenedesmus sp.
Conclusiones. En agua tratada con Bayfolan® la producción incrementó 15.4% respecto al agua residual, sin embargo, con este último se produjeron 42.6% más lípidos, lo cual es de interés para la producción de biodiesel. Además, tomando en cuenta que el agua residual representa un costo mínimo, lo hace un medio de cultivo más viable.
Agradecimiento. A CONACYT por otorgar la beca de posgrado (544914), al Proyecto CONACYT No. 247402 y al SIP20170982.
Bibliografía
1. Chen, G., Zhao, L., Qi, Y. (2015). Appl. Energy 137, 282–291.
2. Cai, T., Park, S.Y., Li, Y. (2013). Renew. Sustain. Energy Rev. 19, 360– 369.
3. Zhou, W., Chen, P., Min, M., Ma, X., Wang, J., Griffith, R., Hussain, F., Peng, P., Xie, Q., Li, Y., Shi, J., Meng, J., Ruan, R. (2014). Renew. Sustain. Energy Rev. 36, 256–269.
%
%
1.41 0.66
0.75 0.70 8.65 23.43
15.07
16.40
23.31
13.92 18.43
25.80
34.68
31.61
22.00 15.02
% lípidos % pigmentos totales
2.29 0.85
20.90
1.01 0.57 12.87
16.00
22.30
26.64
12.46
16.14 27.30
34.78 22.11
23.44
5.37
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
MÉXICO: ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DEL USO DE LA BIOENERGÍA EN EL
SISTEMA ELÉCTRICO AL 2050
Yaratzed Aguilar Ayora1, Yuraima Morales-Montes
1, G. Hernández-Luna
1, A. Rodríguez-Martínez
1,
R.J. Romero1
1Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas. Centro de Investigación en Ingeniería y
Ciencias Aplicadas. Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Av. Universidad 1001 Col. Chamilpa, Cuernavaca, Morelos, México, CP 62209
Palabras clave: Sistema eléctrico, biomasa, emisiones de GEI
Introducción. El sector energético es clave en la economía, en la seguridad energética, así como en la soberanía de cualquier país. Ante los retos que enfrenta el sector, el uso de tecnologías renovables para generar energía eléctrica y satisfacer la demanda es una realidad viable (1). En este trabajo se tiene como objetivo analizar y evaluar los impactos generados por el uso de la bioenergía como alternativa de generación de energía eléctrica. Metodología. La evaluación y análisis se basa en los potenciales (probado, probable y posible) que en México se consideran para generación eléctrica (3). Con base en los potenciales se hace una evaluación ambiental para cada escenario. El análisis se realizó para el periodo 2015-2050. Resultados. El uso de la biomasa para la generación de energía eléctrica tiene efectos positivos clave en el desarrollo regional y rural del país. Su implementación implica no sólo la diversificación de la matriz de oferta, sino el portafolio energético en otros sectores como el agroindustrial; a su vez, genera empleo de mano de obra local. A esto, se le suma la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), cuando se usa como fuente renovable, sustentablemente y al
evitar ser sometida a procesos de transformación que conllevan a altos índices de contaminación, mejorando la calidad del aire (2). Conclusiones. El potencial de generación de energía eléctrica a partir de la Biomasa es alto; México tiene recursos suficientes para continuar el crecimiento de esta tecnología permitiendo reducir impactos ambientales. Fig. 1. Potencial de generación eléctrica con bioenergía,
referente a recursos limpios (2).
Agradecimientos. Por el apoyo
recibido a la Red SUMAS (No. Proy.
CONACYT 281101).
Bibliografía 1) LGCC, Ley General del Cambio Climático. Diario
Oficial de la Federación. (Junio 2012). 2) ENCA, Estrategia Nacional de Calidad del Aire,
Diario Oficial de la Federación, (Marzo 2017). 3) Prospectiva de Energías Renovables (2016-2030).
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN ECONÓMICO-AMBIENTAL DE UNA BIORREFINERÍA PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS DE LA CADENA AGAVE-TEQUILA
Gabriela Magaña1, Lorena Amaya1, Arturo Sánchez2
1Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco A.C., Unidad de Biotecnología Industrial, Zapopan, Jalisco, C.P. 45019, [email protected]
2Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Laboratorio de Futuros en Bioenergía, Zapopan, Jalisco, C.P. 45019
Palabras clave: Biocombustibles avanzados, xilitol, diseño conceptual
Introducción. En México se generan entre 1.4 kg de bagazo de agave y 10 L de vinazas por cada litro de tequila producido (1). Estos residuos tienen potencial como sustrato para la producción de bioproductos y biocombustibles, a través de la implementación de biorrefinerías. Estas biorrefinerías, integran procesos biotecnológicos y procesos de purificación para la generación de bioproductos y/o biocombustibles. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía, éstas, deben ser sostenibles, ecoeficientes y competitivas (2). Por lo tanto, es necesaria su evaluación desde diferentes perspectivas.
En el presente trabajo se evalúan dos biorrefinerías para la producción de bioetanol de segunda generación y xilitol, a partir de los residuos de la cadena agave-tequila; considerando indicadores tecno-económicos y ambientales.
Metodología. Se construyeron dos biorrefinerías conceptuales con capacidad de proceso de 500 ton/día. BIORREF1, para la producción de etanol y BIORREF2, para la producción de etanol y xilitol. Ambas incluyen etapas de cogeneración y tratamiento de efluentes. Se utilizó el software SuperPro Designer 9.5 para la resolución de los balances de materia y energía, así como el costeo de equipos. Se evaluaron 8 indicadores (tecno- económicos y ambientales) seleccionados de acuerdo con lo propuesto por (3).
Resultados. Ambientalmente se obtuvieron valores similares para ambas biorrefinerías (Tabla 1). BIORREF 2 obtuvo valores más elevados (entre 10- 20%) que BIORREF 1 para las emisiones de GEI, consumo de agua fresca y relación de uso de energía. Al integrar procesos adicionales para la producción de xilitol, el costo capital de la biorrefinería incrementó en 40% (Tabla 2). Además, aún con un rendimiento global menor para BIORREF2, ésta, tiene mayor producción de biogás. Lo anterior contribuye directamente a la generación de un excedente de 30% de electricidad, con respecto a la demanda de la planta. Este excedente
al ser integrado a la red nacional de energía contribuiría a la mejora de los costos de producción.
Tabla 1. Resultados de la evaluación ambiental
Indicador BIORREF 1 BIORREF 2
Emisiones de GEI (kgCO2/kgRES) 0.45 0.55
Emisiones de no GEI (kgSO2/kgRES) 0.02 0.02
Agua fresca (L/kgRES) 4.84 5.29
Relación uso de energía (MJsalida/MJentrada)
0.24
0.26
Tabla 2. Resultados de la evaluación tecno-económica
Indicador BIORREF 1 BIORREF 2
Rendimiento (kgprod/kgRES) 17.3% 14.7%
Productividad eléctrica (electricidadsalida/electricidadentrada)
107%
130%
Producción biogás (kg/h) 652 2899
Costo capital (USD) 4.23E+07 5.98E+07
Conclusiones. La información obtenida sienta las bases para realizar una evaluación más detallada de estas biorrefinerías. Una evaluación de sostenibilidad generaría la información concluyente para la definición del mejor esquema para el aprovechamiento de los residuos de la cadena agave-tequila.
Agradecimientos. Agradecimientos al proyecto 245750 del Fondo de Sustentabilidad Energética y a la beca CONACyT con núm. 455928.
Bibliografía.
1. López A, Dávila G, León-Becerril E, Villegas E, Gallardo J. (2010). Environ Sci Biotechnol, 9, 109-116.
2. International Energy Agency. (2009). http://www.biorefinery.nl/fileadmin/biorefinery/docs/Brochure_Tot aal_def initief_HR_opt.pdf
3. Sanchez A, Magaña G, Partida M, Sanchez S. (2015). Chem.
Eng. Res. Des. 107, 195-217.
POTENCIAL DE GENERACIÓN DE METANO DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS
PROVENIENTES DE SUPERMERCADOS
Lorena Ramírez1, Nicolás Velázquez1, Joel Moreira 2,3 Neín Farrera2,3, Sara Ojeda1, Yanhsy Hernández2 1Universidad
Autónoma de Baja California. Centro de Estudios de las Energías Renovables. Insurgentes Este Mexicali, Baja California C.P 21280. 2Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico
en Energías Renovables. Libramiento Norte Poniente 1150, colonia Lajas Maciel. C.P. 29039 Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. 3Universidad del Valle de México (UVM), De Los Castillos 375, S/N, Villas Montes Azules, 29000 Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas. [email protected]
Palabras clave: bioenergía, aprovechamiento de residuos, valoración energética.
Introducción. La generación de residuos representa un grave problema en el país ya que se requiere de espacios extensos para su confinamiento y el costo de los rellenos sanitarios tiende a ser elevado, principalmente en las ciudades donde llegan a generarse más de 1000 t/d. De éstos los residuos orgánicos representan el 50% y el 22 % de ellos proviene del sector comercial. A pesar de la elevada cantidad de residuos orgánicos, la mayoría de ellos no se han aprovechado para la generación de energía. Una de las fuentes importantes de emisiones son los supermercados sin embargo, pocos estudios se han enfocado en la generación de los residuos provenientes de esa fuente [1] y aún menos los que se enfocan en el estudio para el aprovechamiento de éstos a través de la generación de metano. Se tomó como caso de estudio un supermercado de cadena nacional ubicado en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas para el estudio de su potencial de generación de metano.
Objetivo: determinar el potencial de generación de
metano de los residuos provenientes de supermercados
en el estado de Chiapas.
Metodología. Previo a la caracterización fisicoquímica
de los residuos orgánicos (RO) provenientes de
supermercado, se realizó un estudio que permitió
conocer in situ el tipo, cantidad y frecuencia con la que
éstos se generan, además se evaluó el tiempo y
condiciones de almacenamiento. La clasificación de los
residuos se estableció de la siguiente manera: Frutas y
verduras (FVS), productos cárnicos (CAR), productos
de panadería (PP) y la mezcla total de estos residuos
en la proporción de la composición semanal promedio.
Se realizó la caracterización fisicoquímica de cada uno
de los tipos de residuos siguiendo la NMX-AA-034-SCFI-
2015 y el método 8000 de Hach en colorimetría. Para
estimar la cantidad de metano que podría generar los
RO se realizó un análisis bibliográfico de la producción
de metano de diferentes componentes de la fracción
orgánica de residuos sólidos urbanos (FORSU) [2].
Resultados. De acuerdo a los análisis realizados a los
RO (relación sustrato:agua 1:5) se obtuvieron los
siguientes resultados:
Tabla 1. Características fisicoquímicas de las muestras
Sustrato ρ (kg/m³) pH DQO
(mg/L) ST(g/Kg) SV (g/Kg)
mezc la total 1.03 7.2 1228 450 382
FV S 1.01 6.1 650 249 208
CAR 1.35 7.3 950 560 275
PP 0.95 8.2 1750 765 688
Durante el análisis de los datos obtenidos se comprobó que los residuos presentan una variación estacional en la cantidad mensualmente esta no fue mayor al 2%, excepto en diciembre que presentó una diferencia del 9% respecto al promedio mensual. La generación promedio semanal en las cuatro temporadas fue de 1698.96 kg. De los cuales FVS componen el 29.17 %, CAR 21.01% y PP el 49.81%. De acuerdo a una comparación realizada con estudios donde se consideraron clasificaciones similares dentro de la FORSU [2] [3], se estima que la producción de metano bajo las condiciones de operación de 35° C, pH 6-7 y 30 días de digestión para frutas y verduras puede estar en
el rango de 500-550 mLCH₄/gSV, para residuos cárnicos 500-585 mLCH₄/gSV y para residuos de
panadería 400-700 mLCH₄/gSV. Considerando la producción por tipo de residuo se tendrá una generación de metano estimada de 47805.68 litros para FVS, 68,722.50 litros para CAR y 203,786.63 litros para PP.
Conclusiones. De acuerdo a los resultados obtenidos de las características del residuo y la cantidad que de ellos se generan, los residuos orgánicos de los supermercados de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez son viables para la producción de metano, lo que significaría un ahorro económico no sólo al emplear el biocombustible producido sino al dejar de contratar servicios de recolección de residuos por los volúmenes generados de éstos. Agradecimiento. Mi sincero agradecimiento al
CIDTER-UNICACH por el apoyo brindado.
Bibliografía 1. Fierro A. (2010, Diciembre). Universidad Autónoma
de Baja California, Instituto De Ingeniería, Mexicali, Baja California.
2.Kobayashi, T., Xu, K.-Q., Li, Y.-Y., & Inamori, Y. (2012). IJHE,
37(20), 15711–15718.
3.Naroznova, I., Møller, J., & Scheutz, C. (2016).. Waste Management,
50, 39–48.
Co
ncen
tra
ció
n (
mg
/ml)
PRODUCCIÓN BACTERIANA DE LÍPIDOS CON ACINETOBACTER
Karina Salcedo Vite, Juan Carlos Sigala Alanís, Daniel Segura González, Alfredo Martínez Jiménez. Universidad
Nacional Autónoma de México – Instituto de Biotecnología. Cuernavaca, Morelos, 62210, México. [email protected].
Lípidos, Glucosa, ADP1
Introducción. Acinetobacter baylyi ADP1 es una
bacteria que posee características deseables de
microorganismo productor de biocombustibles: Es fácil
de manipular genéticamente (1); es capaz de utilizar
una gran cantidad de fuentes de carbono, entre las
que destacan compuestos encontrados de forma
abundante en los hidrolizados lignocelulósicos como
glucosa y acetato (2); y sintetiza ceras éster y
triacilgliceroles como lípidos de reserva (3). Estos
compuestos pueden ser utilizados para la producción
de biodiesel y alcoholes grasos. En este trabajo se
caracterizó la producción de lípidos en A. baylyi ADP1:
ceras éster, triacilgliceroles y ácidos y alcoholes
grasos libres.
Metodología. A. baylyi ADP1 fue cultivado en medio mineral-glucosa (20 g/L) limitado en nitrógeno. La extracción de lípidos totales fue realizada por métodos reportados en la literatura (4) en muestras a diferentes tiempos de la fase estacionaria (etapa de acumulación
la utilización de este microorganismo a gran escala, sería deseable incrementar la producción de los compuestos lipídicos.
Fig.1. Perfil lipídico de ADP1 en la etapa de acumulación de lípidos obtenido por cromatografía en capa fina utilizando estándares de
ceras éster, triacilgliceroles (TAGs), alcoholes (OHs) y ácidos grasos (COOHs) para identificar los productos.
de lípidos). Los extractos lipídicos fueron evaluados utilizando cromatografía en capa fina y cromatografía de gases con un detector de ionización de llama (GC- FID) después de derivatizar las muestras con BF3- metanol.
Resultados. Se identificó la producción de ceras éster,
10
1
0,1
0,01
0 20 40 60 80
Tiempo (h)
1000,0
500,0
0,0
triacilgliceroles y ácidos y alcoholes grasos libres. La Biomasa (DO) Ácidos grasos totales
cromatografía en capa fina muestra que la cantidad de Alcoholes grasos totales
ceras y triacilgliceroles aumentó del inicio de la fase estacionaria hasta las 24 h subsecuentes, mientras que los precursores se mantienen constantes (Fig. 1). La cuantificación de alcoholes y ácidos grasos totales por GC-FID permitió corroborar el consumo de parte de los lípidos a las 36 de la etapa de acumulación (Fig. 2). En el punto máximo de producción, a las 24 h en la fase estacionaria, se cuantificaron 784 mg/ml de ácidos grasos (C14:0, C16:0, C16:1, C18:0, C18:1) y 324 mg/ml de alcoholes grasos (C16:0, C16:1, C18:0, C18:1). Los compuestos más abundantes fueron los ácidos grasos palmítico (379 mg/ml) y esteárico (240 mg/ml) y los alcoholes palmitílico (58 mg/ml) y oleílico (55 mg/ml).
Conclusiones. Se observó el aumento en la concentración de lípidos totales hasta las 24 h de la fase de acumulación y su consumo después de las 36 h. Una máxima producción de 784 mg/ml de ácidos grasos y 324 mg/ml de alcoholes grasos. Para
Fig. 2. Crecimiento de ADP1 y concentración de alcoholes y ácidos grasos totales producidos durante la etapa de acumulación de
lípidos.
Agradecimiento. A CONACYT-FONCICYT ERANet- LAC Proyecto SMIBIO C0013-248192. Bibliografía. 1. Metzgar D, Bacher JM, Pezo V, Reader J, Döring V, Schimmel
P, et al. Acinetobacter sp. ADP1: an ideal model organism for genetic analysis and genome engineering. Nucleic Acids Res. 2004 Jan 1;32(19):5780–90.
2. Kannisto M, Aho T, Karp M, Santala V. Metabolic Engineering of Acinetobacter baylyi ADP1 for Improved Growth on Gluconate and Glucose. Appl Environ Microbiol. 2014 Nov 15;80(22):7021–7.
3. Barney BM, Wahlen BD, Garner E, Wei J, Seefeldt LC. Differences in Substrate Specificities of Five Bacterial Wax Ester Synthases. Appl Environ Microbiol. 2012 Aug 15;78(16):5734–45.
4. Folch J, Lees M, Stanley GHS. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues. J Biol Chem. 1957 May 1;226(1):497–509.
Ceras éster
TAGs
OHs
Std 0 h 12 h 24 h 36 h
Bio
ma
sa (
D.O
.)
ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO A PROFUNDIDAD SOBRE EL BIOGÁS EN MÉXICO
Daniel Barrón-Pastor* y Norma García-Calderón
IPICYT AC, Coordinación de propiedad Intelectual, Doctorantes en DGTI, FCA-UAQ,
San Luis Potosí, CP. 78216, e-mail: [email protected]
Palabras clave: bibliométrico, trayectoria, patente, biogás.
Introducción. En este trabajo se presentan los resultados de un análisis bibliométrico a profundidad sobre los artículos científicos y patentes desarrolladas por mexicanos y protegidas por extranjeros en México sobre el biogás en México. La producción de artículos científicos y patentes son indicadores internacionales comparables que muestran una parte de la situación de desarrollo en CyT en un país. (OCDE, 2015) Metodología. Descrita en Barrón, et al. (2016), utilizando la cadena de búsqueda reportada por Liu et al (2014) para bioenergéticos en las bases de datos web
of science para artículos y, patseer para patentes (26 de abril de 2017). Los artículos fueron filtrados por México como nacionalidad de los autores mientras que las patentes fueron filtradas por México como país de prioridad o publicación. Los documentos fueron seleccionados uno a uno por estar directamente relacionados con biogás, biometano y/o biohidrógeno. Resultados. (figura 1) Patentes de no-residentes: La primera patente presentada en México en 1986 estaba relacionada con biometano. Sin embargo, la segunda patente sobre biogás fue presentada hasta 1997 y la tercera hasta 2006. En 2008, 9 patentes de solicitantes extranjeros fueron sometidas, seguidas por un ligero retroceso hasta 2011 y un incremento entre 2012 y 2014 (alcanzando 13 patentes presentadas), observándose una caída en 2015. Patentes de residentes: La tendencia de patentes de residentes empezó en 2006, seguida con casi una patente sometida anualmente, 3 en 2012 y 5 en 2014, mostrando una ligera tendencia de crecimiento, pero que también decae en 2015. El análisis bibliométrico de patentes muestra que el interés en proteger con patentes las tecnologías relacionadas al biogás en México ha sido realizado por parte de instituciones no residentes y que los mexicanos están protegiendo sólo algunas de las invenciones logradas, por lo que aún se requiere mejorar en este aspecto. Se requiere investigar las posibles causas de la disminución del número de patentes registradas en México por residentes en general y en particular la disminución observada desde 2015 explicable parcialmente por el periodo de confidencialidad de 18 meses del IMPI ante nuevas solicitudes de patente. Artículos científicos de autores mexicanos: Los primeros artículos científicos con un mexicano como autor sobre el biogás fueron publicados en 1991, 1996 y 1998. Es hasta 2009 que se publicaron alrededor de 3 artículos por año, aumentando anualmente entre 2010 y 2015 cuando se publicaron 18 artículos, rebasando al número de patentes registradas por nacionales y extranjeros desde 2013.
Fig. 1. Número de patentes de no residentes (azul), de patentes de residentes (rojo) y publicaciones científicas con autor mexicano (gris) directamente relacionadas al biogás, biometano y biohidrógeno.
En la distribución de las publicaciones científicas con autor mexicano, se observa un periodo de incubación que inicia en 1991 y se desarrolla hasta 2009. En 2010 se observa un punto de inflexión que indica el inicio de un periodo de crecimiento que se mantiene hasta el 2017 y que podría continuar creciendo si se mantienen los esfuerzos y presupuestos para el desarrollo de estas actividades en el marco de políticas públicas orientadas al manejo de residuos y la recuperación de energía. Conclusiones. 1.- La primera patente y el primer artículo científico con un autor mexicano relacionados al biogás, se registraron o publicaron alrededor de 20 años después que la primera patente o el primer artículo registrados en el mundo sobre el tema. Esto señala que el inicio de actividades científico-tecnológicas tiene un gap de al menos 20 años frente a los países pioneros. 2.- El bajo interés de proteger las tecnologías relacionadas al biogás en México abre la oportunidad de retomar gran cantidad de tecnologías, consideradas libres en el país, para la implementación de sistemas a las diferentes escalas requeridas. 3.- Desde 2010 se observa un crecimiento de la producción de la comunidad académica relacionada al biogás, lo cual implica el desarrollo de una comunidad y un stock de conocimientos para desarrollar estos temas. Agradecimientos: Trabajo realizado con el apoyo del Fondo Sectorial CONACYT-SENER-Sustentabilidad Energética, Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006. Bibliografía: OCDE 2015, Frascatti Manual. Guidelines for Collecting and Reporting Data on Research and Experimental Development, OECD Publishing, Paris. http://dx.doi.org/10.1787/9789264239012-en Barrón Pastor D., García Calderón N, Méndez Torres YP, Luna Segura ML, 2016 Vigilancia tecnológica y análisis de trayectorias tecnológicas: Molinos de bolas para operaciones mineras. IPICYT. Liu, W., Gu, M., Hu, G., Li, C., Liao, H., Tang, L., et al., 2014. Profile of developments in biomass-based bioenergy research: a 20-year perspective, Scientometrics, 99:507-521.
TENDENCIAS CIENTÍFICAS Y TECNOLÓGICAS DE LOS BIOENERGÉTICOS EN MÉXICO
Norma García-Calderón* y Daniel Barrón-Pastor ⌂ IPICYT AC, Coord de propiedad Intelectual, Doctorantes en DGTI, FCA-UAQ, □ FCA-UAQ y ┼ CIDETEQ AC.
San Luis Potosí, CP. 78216, e-mail: [email protected]
Palabras clave: bibliométrico, trayectoria, patente.
Introducción. La producción de artículos científicos y patentes son indicadores internacionales comparables que muestran parte de la situación de desarrollo en CyT en un país. (OCDE, 2015) En este trabajo se presentan los resultados de un análisis bibliométrico sobre los artículos científicos y patentes desarrolladas por mexicanos y protegidas por extranjeros en México sobre bioenergéticos comparados con el global. Metodología. Descrita en Barrón, et al. (2016), utilizando la cadena de búsqueda reportada por Liu et al (2014) para bioenergéticos, en las bases de datos web of science para artículos y, Patseer para patentes (26 de abril de 2017). El análisis anual, % de producción y CAGR de los documentos fue realizado con MS-Excel. Resultados: Publicaciones científicas: Se encontraron 964 documentos con al menos un mexicano como autor relacionados con bioenergéticos. El análisis muestra un proceso de incubación de 1976 a año 2006, donde inicia un proceso de crecimiento que se ha mantenido hasta nuestros días, el cual es similar al crecimiento de publicaciones científicas global. (Fig 1) La producción nacional desde 2001 corresponde a alrededor del 1% de la producción global (fig 2) lo cual es mantiene la tendencia mostrada en la Tabla 1. Patentes: Se encontraron 536 patentes registradas en México relacionados a bioenergéticos. 400 por país de publicación y 136 cómo país de prioridad, mostrando que las patentes han sido registradas principalmente por no-residentes que buscan proteger sus tecnologías en México. El análisis muestra un periodo de incubación de 1976 al 2005, de crecimiento de 2006 a 2012 y una retracción del 2013 hasta nuestros días. (Fig 1) El % de patentes registradas frente al total global en el tema es de 0.046% del global. Sin embargo, se muestra que en el periodo de 2006-12 se logra alcanzar un 0.2% del total global, aunque retorna al 0.05% en 2015 (Fig 2) En la tabla 1, con el CAGR quinquenal, se muestra que el crecimiento observado entre 1996-2000 y 2006-2010 puede considerarse como tendencia mientras que el decaimiento en 2011-15 también lo es. Conclusiones. 1.- El número de publicaciones científicas, aunque se ha incrementado cada año, participa con alrededor de un 1% ante la producción global. 2.- El número de patentes registradas en MX alcanzó a ser de alrededor del 0.2% de las patentes registradas a nivel global entre 2007-2012, disminuyendo desde 2013 de forma consistente. 3.- Las tendencias científicas y de patentes se desacoplan en 2012-2013 en adelante, mostrando que factores externos modifican el desarrollo del sector.
Fig. 1. Tendencia del número de patentes (azul) y publicaciones científicas (gris) globales (eje primario) vs. patentes mexicanas (rojo) y publicaciones científicas (amarillo) (eje secundario al 1% del eje primario).
Fig. 2. Artículos con autores mexicanos vs. % del global (eje primario, rojo). Patentes en México vs. % del global (eje secundario, azul)
Tabla 1. CARG quinquenal del # de documentos identificados
Años
Patentes Global
Patentes MX
Publicaciones Científicas
global
Publicaciones Científicas
MX
%CARG %CARG %CARG %CARG
1996-2000 12.53% 35.10% 4.51% 21.67%
2001-2005 10.69% 8.45% 10.69% 12.89%
2006-2010 16.17% 37.97% 19.26% 31.51%
2011-2015
-5.41%
-11.42%*
-30.1%**
10.28%
15.05%
Agradecimientos: Trabajo realizado con el apoyo del Fondo Sectorial CONACYT-SENER-Sustentabilidad Energética, Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006. Bibliografía: 1.- OCDE 2015, Frascatti Manual. Guidelines for Collecting and Reporting Data on Research and Experimental Development, OECD Publishing, Paris. http://dx.doi.org/10.1787/9789264239012-en 2.- Barrón Pastor D., García Calderón N, Méndez Torres YP, Luna Segura ML, 2016 Vigilancia tecnológica y análisis de trayectorias tecnológicas: Molinos de bolas para operaciones mineras. IPICYT. 3.- Liu, W., Gu, M., Hu, G., Li, C., Liao, H., Tang, L., et al., Profile of developments in biomass-based bioenergy research: a 20-year perspective, Scientometrics, 2014, 99:507-521.
ESTUFA ECOLÓGICA DE HIDRÓGENO.
Yanhsy Hernández1, Joel Moreira1,2, Yovany Galindo1, Fidel Antúnez1, Lorena Ramírez3, Laura Velez1, Pascual López1. 1Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Instituto de Ciencias Básicas y Aplicadas. Libramiento Norte Poniente
47, Caleras Maciel, C.P 29000 Tuxtla Gutiérrez, Chis. 2Universidad del Valle de México, De Los Castillos 375, Villas Montes Azules, C.P 29000 Tuxtla Gutiérrez, Chis.
3Universidad Autónoma de Baja California. Centro de Estudios de las Energías Renovables. Insurgentes Este
Mexicali, Baja California C.P 21280
e-mail: [email protected].
Palabras clave: electrolizador, vector energético, bioenergía.
Introducción. El uso de las energías renovables se ha presentado como una alternativa al abastecimiento energético. Derivado de ello se requiere la investigación y desarrollo de tecnologías innovadoras y energéticamente eficientes, además de poder utilizar vectores energéticos con alto poder calorífico y libres de contaminantes, como es el hidrógeno [1], principalmente dirigidos a zonas rurales, donde aún utilizan leña como combustible para cocción de alimentos en sistemas poco eficientes, provocando problemas ambientales, sociales y de salud. Como solución a estas necesidades surgen las estufas ecológicas, pudiendo utilizar combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Este último podría ser el hidrógeno [2, 3], del cual en México aún no existen tecnologías para este tipo de aplicaciones.
El objetivo de la presente investigación es desarrollar y evaluar una estufa ecológica que utilice hidrógeno como combustible, así como analizar su potencialidad energética y económica para futura implementación en comunidades rurales.
Metodología. El desarrollo del dispositivo piloto se centró principalmente en el generador de hidrógeno (electrolizador), estructura de cocción y soporte, y subsistemas electrónicos y de seguridad, intentando establecer el diseño de una manera ergonómica y de sencilla operación para los usuarios, determinando el costo de producción. La evaluación del prototipo consistió en la determinación de los parámetros de funcionamiento dividida en dos fases. La primera etapa fue la evaluación del electrolizador donde se realizaron diversas pruebas monitoreando sus características eléctricas y la producción de hidrógeno, siguiendo la metodología planteada por Y. Hernández [3]. La segunda fase fue la evaluación del sistema de cocción donde se determinó la eficiencia térmica de la estufa ecológica, siguiendo la metodología de O. Martínez [4] y se compararon sus resultados con respecto a una estufa eléctrica comercial.
Resultados. En el desarrollo de la estufa ecológica que
combustiona hidrógeno se logró obtener un dispositivo
piloto. En el proceso de evaluación, en la primera fase,
se determinaron los parámetros óptimos de trabajo del
electrolizador, la eficiencia máxima se estableció a la
molaridad de 0.045M (figura 1), siendo en promedio
60%, con una potencia de trabajo entre 1 - 1.9 kW. La
segunda fase de evaluación fue del sistema de cocción,
donde se aplicó la metodología antes descrita a la
tecnología desarrollada y a una estufa eléctrica
comercial con las mismas características de consumo
energético del prototipo desarrollado, obteniendo la
eficiencia térmica de la parrilla eléctrica de 28%,
mientras que la estufa de hidrógeno desarrollada tiene
una eficiencia térmica de 61.5 %.
Fig. 1. Eficiencia vs Molaridad Conclusiones.
Se obtuvo una estufa ecológica de combustión de hidrógeno con todos los parámetros de funcionamiento y de seguridad de operación para posible implementación en zonas rurales. El desempeño energético del prototipo desarrollado respecto a la estufa de referencia fue superior 33.5%, teniendo como desventaja que su costo económico aun superior a una estufa eléctrica comercial. Agradecimiento. A la Universidad de Ciencias y Artes de Chipas y a todos los que participaron de forma directa o indirecta en cada una de las etapas del proyecto. Bibliografía. 1. Miranda A, (2012), Obtención, almacenaje y normativa del
hidrógeno El Hidrógeno: Fundamento de un futuro equilibrado., 2nd
ed. España, 77-91.
2. Fumey . (2016), ―Development of a novel cooking stove based on
catalytic hydrogen combustion.,” Hydrog. Energy, no. 6.
3. Hernández Y.,(2016), “Energético, Sistema Generador de Calor
Implementando Hidrógeno Como Vector,‖ Universidad de Ciencias y
Artes de Chiapas.
4. Martíez O. (2016), “Desarrollo de un laboratorio y una metodología
para la evaluación de estufas ecológicas‖, Universidad de Ciencias y
Artes de Chiapas.
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
85 80
75 70
65 60
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22
Molaridad (Mol/L)
Eficie
ncia
(%
)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRE%SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEA DE BIOMASA PRETRATADA DE
Agave salmiana
Magdiel Láinez*1/ Diego A. Tolentino
1/ Sergio Martínez9Hernández
1
1Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada (INBIOTECA), Universidad Veracruzana, Av. de las Culturas
Veracruzanas No. 101, Campus para la Cultura, las Artes y el Deporte, Col. Emiliano Zapata, C.P. 91090, Xalapa,
Veracruz, México
Palabras clave: Agave, lignocelulosa, bioetanol.
Introducción. La producción de bioetanol de segunda
generación (BioEtOH92G) se realiza mediante la
aplicación de un pretratamiento, sacarificación
enzimática y fermentación. Se ha observado que el
rendimiento de sacarificación disminuye a altas cargas
(1). La sacarificación y fermentación simultáneas (SSF)
es una estrategia para reducir costos y tiempos de
producción de BioEtOH92G. Las plantas del género
Agave han ganado atención como una nueva materia
prima lignocelulósica para la producción de BioEtOH9
2G (2). Sin embargo, las investigaciones en especies
como el Agave salmiana aún es escasa.
El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar la pre9
sacarificación y fermentación de biomasa pretratada de
Agave salmiana usando la levadura Saccharomyces
cerevisiae.
Metodología. Biomasa lignocelulósica de A. salmiana
fue sometida a un pretratamiento secuencial con H2SO4
y NaOH. La fracción sólida resultante fue sometida a
dos tratamientos de pre9sacarificación y fermentación
simultánea (Pre9SSF). La sacarificación fue realizada a
50 ºC, el primer tratamiento duró 12 h con una carga de
10% de sólidos y 15 FPU por g celulosa, mientras que
el segundo duró 24 h en total, inició con 5% de sólidos
y 15 FPU por g celulosa, después de 12 h se añadió la
misma cantidad de sólidos y enzima. Para la
fermentación la temperatura fue disminuida a 30 ºC,
usando la levadura S. cerevisiae con una concentración
de 106 células/mL.
Resultados. El material resultante del pretratamiento
secuencial tuvo un contenido de celulosa del 84.22%.
La concentración de glucosa obtenida en la
sacarificación enzimática del primer tratamiento fue de
43.01 ± 11.2 g/L mientras que en el segundo fue de
34.74 ± 3.51 g/L, a las 12 y 24 h, respectivamente.
La Tabla 1 muestra los rendimientos de fermentación
finales respecto al potencial inicial y en la Fig. 1 son
mostrados los perfiles de consumo de glucosa y la
producción de etanol de cada tratamiento.
Tabla 1. Concentración final de etanol y rendimiento respecto al potencial inicial.
Tratamiento Etanol (g/L) Rendimiento (%)
Una carga 31.36 ± 5.89 55.24 ± 10.37
Dos cargas 24.17 ± 2.1 42.57 ± 3.71
Fig. 1 Concentración de glucosa y etanol durante la Pre9SSF de biomasa pretratada de Agave salmiana. A. Pre9SSF en una carga. B.
Pre9SSF en dos cargas.
Conclusiones. La Pre9SSF de los tratamientos
evaluados mostraron rendimientos similares. El primer
tratamiento se realiza a menores costo y tiempo. Estos
resultados se suman a los escasos reportes sobre la
producción de BioEtOH92G a partir de biomasa
lignocelulósica pretratada secuencialmente de Agave.
Sin embargo, es necesario realizar más estudios para
optimizar estos resultados.
Agradecimiento. Este trabajo fue realizado con
recursos del proyecto SAGARPA9CONACYT (20119159
174696). Agradecemos el apoyo de la Red Temática
Mexicana Aprovechamiento Integral Sustentable y
Biotecnología de los Agaves (AGARED) y Láinez, M.
agradece al CONACyT por la beca otorgada (275210).
Bibliografía.
1. Wang, W., Kang, L., Wei, H., Arora, R., Lee, Y.Y., 2011. Appl. Biochem. Biotechnol. 164, 1139–1149.
2. Corbin, K.R., Byrt, C.S., Bauer, S., Debolt, S., Chambers, D., Holtum, J.A.M., Karem, G., Henderson, M., Lahnstein, J., Beahan, C.T., Bacic, A., Fincher, G.B., Betts, N.S., Burton, R.A., 2015. PLoS One 10, 1–23.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DEL CONTENIDO DE SÓLIDOS TOTALES Y LA TEMPERATURA SOBRE LA PRODUCCIÓN
DE HIDRÓGENO A PARTIR DE PAJA DE TRIGO
Marisol Pérez-Rangel1, J. Eleazar Barboza-Corona1, Karla Muñoz-Páez2, Christian Hernández2, Idania Valdez-
Vazquez2* 1Posgrado en Biociencias, División de Ciencias de la Vida, Universidad de Guanajuato CIS, Ex Hacienda El Copal Km.
9, Carretera Irapuato-Silao, Irapuato, Guanajuato, 36500, México 2 Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Blvd. Juriquilla
3001, Querétaro 76230, México
e-mail: *[email protected]
Palabras clave: Consorcio microbiano nativo, fermentación.
Introducción. El hidrógeno puede ser producido utilizando la fracción fermentable (celulosa y hemicelulosa) de la biomasa lignocelulósica mediante bioprocesos consolidados usando consorcios microbianos(1). El consorcio microbiano nativo (CMN) de la paja de trigo posee microorganismos capaces de producir hidrógeno, lo cual ha sido estudiado en biorreactores a un contenido de sólidos totales (ST) del 2%(2). Con la finalidad de intensificar el proceso y disminuir el consumo de agua, surge la necesidad de incrementar la carga de sólidos totales, y evaluar el efecto de diferentes temperaturas sobre la productividad. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del contenido de sólidos totales y temperatura sobre la producción de hidrógeno a partir de paja de
150
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tiempo (d)
trigo utilizando la comunidad microbiana nativa como biocatalizador.
Metodología. Se establecieron fermentaciones en lote usando botellas anaerobias con un volumen de trabajo de 600 mL. Se probaron dos concentraciones de ST (10 y 20%) usando como sustrato paja de trigo (Triticum aestivum L.) a un tamaño de partícula de 2 mm y como inóculo los microorganismos nativos de dicho sustrato. Se adicionó urea como fuente de nitrógeno a una relación C/N=200 y buffer de fosfatos para mantener una relación C/P=1000. Se ajustó el pH a 6.5 y se incubaron a 37 y 55° C durante 10 días. Se evaluó la producción de hidrógeno, ácidos grasos volátiles y consumo de sustrato según lo reportado previamente(2,3).
Resultados. El contenido de ST y la temperatura tuvieron efecto significativo sobre la producción de hidrógeno a partir de paja de trigo (ANOVA, p<0.05). La temperatura mesofílica (37° C) favoreció la actividad del CMN de la paja de trigo, generando los mayores rendimientos de hidrógeno (Figura 1). A ésta temperatura, ambos contenidos de ST mostraron un rendimiento de hidrógeno comparable de 135 mL de H2/g sustrato consumido. Respecto a la temperatura termofílica, ambos tratamientos mostraron un pobre desempeño con rendimientos entre 4 a 15 mL de H2/g sustrato consumido.
Fig. 1. Rendimiento acumulado de hidrógeno a: ♦) 10% de ST/37°C,
● ) 20% ST/37°C, ▲) 10% ST/55°C y ■) 20% de ST/55°C.
El CMN presente en los diferentes tratamientos consumieron mayoritariamente xilosa (26% de consumo), y en menor porcentaje glucanos con un 4%. En cuanto a la producción de metabolitos solubles, ambos contenidos de ST y temperaturas produjeron principalmente butirato > acetato > propionato.
Conclusiones. La producción de hidrógeno a partir de paja de trigo como sustrato e inóculo, se favorece a 37°C independientemente del contenido de ST. Bajo las condiciones de operación evaluadas, el CMN consume preferentemente xilosa y los metabolitos producidos son en su mayoría butirato, acetato y propionato. Agradecimiento. A CONACYT por la beca otorgada y al Fondo de Sustentabilidad Energética (CONACYT- SENER), Convocatoria 2014-05 Centro Mexicano de Innovación Bioenergética, Clúster Biocombustibles Lignocelulósicos para el Sector Autotransporte (249564), por su apoyo financiero. Bibliografía.
1. Cao GL, Xia XF, Zhao L, Wang ZY, Li X. 2013. Int J Hydrogen Energy 38:15653-15659. 2. Pérez-Rangel M, Quiroz-Figueroa FR, González-Castañeda J, Valdez-Vazquez I. 2015. Int J Hydrogen Energy 40151-160. 3. Lara-Vázquez AR, Sánchez A, Valdez-Vazquez I. 2014. Int J Hydrogen Energy 39(35):19899-1990.
Ren
dim
ien
to d
e h
idró
ge
no
(mL
H2 g
su
str
ato
co
nsu
mid
o-1)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN MORFOLÓGICA DE MICROALGAS DEL ESTADO DE
CHIAPAS CON POTENCIAL BIOENERGÉTICO
Yazmin Sánchez-Roque1; Yolanda del Carmen Pérez Luna1; Joel Moreira Acosta2; Neín Farrera Vázquez2
1. Laboratorio de Investigación, Universidad Politécnica de Chiapas, Carretera Tuxtla-Villaflores KM. 1+500, Las Brisas, C.P. 29150, Suchiapa, Chiapas, México.
2. Laboratorio de Biomasa, Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, 1er sur pte N. 1460, Col. Centro, C.P. 29000, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México
Palabras claves: Biomasa, Biodiesel, Cyanophyceae
Introducción. Con el acelerado crecimiento de la población humana, la demanda mundial de energía y la dependencia de los combustibles fósiles ha seguido aumentando. Como resultado, las emisiones mundiales de carbono, incluidos los gases de efecto invernadero, han incrementado contribuyendo al calentamiento global, por lo que la necesidad de avanzar hacia alternativas sostenibles al uso de combustibles fósiles. Por lo tanto, las especies identificadas hasta ahora en materia de microalgas es un tema en formación, ya que existen muchos espacios geográficos inexplorados que permiten identificar y caracterizar microalgas con potencial biotecnológico para la producción de biodiesel y alimentos. Tal es el caso de Chiapas que cuenta con una extensa hidrografía con diversas características climáticas. Sin embargo, muchos parámetros fisicoquímicos son diferentes entre las cepas y requieren su caracterización y optimización individual. La plasticidad metabólica de las microalgas permite adaptarse a diferentes ecosistemas y procesos biotecnológicos para la producción de biocombustibles, por lo que aislar e identificar microalgas nativas del estado de Chiapas permite ampliar la visión energética (Schenk et al. 2008; Griffiths et al. 2009; Clarens et al. 2010).
Metodología. Para este propósito, se recogieron muestras de 8 lugares correspondientes a 6 ríos, una galera de filtro y un manantial. El aislamiento de las microalgas se llevó a cabo en los medios BG11 y CHU de acuerdo con Wang et al. (2003) y se desarrolló durante 4 semanas con ciclos 12:12 luz / oscuridad, Después del tratamiento, se tomaron alícuotas en viales de 50 ml y posteriormente se analizaron para determinar la frecuencia de tamaño de células de algas por mL de suspensión utilizando un FlowCam (Fluid imaging Technologies) bajo un microscopio invertido (400X) de acuerdo a la metodología establecida por Sieracki et al. (1998). La pureza del cultivo se confirmó mediante placas repetidas, también mediante observación bajo microscopio. Los aislados obtenidos se identificaron microscópicamente de acuerdo con Prescott (1973) y Sheath & Wehr (2003). Todas las especies de microalgas fueron validadas morfológicamente; el nombre científico latino y la clase se confirmaron en la base de datos del AlgaeBase "(http://www.algaebase.org/) y la base de datos de NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/).
Resultados. El aislamiento de las microalgas en los medios BG11 y CHU se desarrolló durante 4 semanas con 12:12 ciclos luz / oscuridad, estos se analizaron para determinar el tamaño de las algas., La identificación de las cepas se realizó desde el punto de vista morfológico. Se demostró que el medio más eficaz para el aislamiento de microalgas fue el medio BG11 con 80,53% de eficacia. De las muestras de agua analizadas el 90% está compuesto de microalgas pertenecientes a la clase Chlorophycea y el 10% corresponden a Cyanophyceae. De los morfotipos identificados Microspora floccosa tiene un contenido de lípidos de más del 80%; esto es de importancia biotecnológica para la producción de biodiesel (Tabla 1).
Tabla 1. Contenido lipídico de cinco microalgas con potencial de
producción de biodiesel identificadas en las zonas hidrográficas del
estado de Chiapas, México.
Especies de microalgas Contenido de
lípidos (%)
Referencias
Monoraphidium contortum 2 - 20 Bogen et al. 2013
Chlorococcum echinozygotum
10 - 43 Garibay et al. 2009
Scenedesmus quadricauda 11- 55 Aljuboori et al. 2016 Microspora floccosa 04 - 90 Memon et al. 2016 Dunaliella salina 09 - 47 Bonnefond et al. 2016
Conclusión. De los morfotipos aislados en las diferentes áreas hidrográficas del estado de Chiapas, el 90% pertenece a la clase Chlorophycea y el 10% corresponde a Cyanophyceae. Así también se identificaron 5 especies con potencial para la producción de biodiesel con un contenido de lípidos de 2 a 90% según la literatura analizada.
Bibliografía.
1. Clarens AF, Resurreccion EP, White MA, Colosi LM. (2010). Environmental life cycle comparison of algae to other bioenergy feedstocks. Environ. Sci. Technol, 44 (5): 1813-1819. 2. Griffiths MJ, Harrison ST. (2009). Lipid productivity as a key characteristic for choosing algal species for biodiesel production. J Appl Phycol. 21 (5): 493-507. 3. Prescott GW. (1973). Algae of the Western Great Lakes Area, Fifth ed., W.M.C. Brown Publishers, Dubuque, Iowa. 4. Schenk PM, Thomas-Hall SR, Stephens E, Marx UC, Mussgnug J H, Posten C,.Hankamer B. (2008). Second generation biofuels: high- efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy Res. 1 (1): 20-43.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO DE PAJA DE TRIGO CON Penicillium sp. PARA
AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE METANO
Christian Hernández1, Sergio Violante1, Germán Buitrón1, Arturo Sánchez2, Idania Valdez-Vazquez*
1Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Querétaro, México 2Laboratorio de Futuros en Bioenergía, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN. Jalisco, México.
Email: *[email protected].
Palabras clave: fermentación anaerobia, residuo lignocelulósico, biocombustibles gaseosos
Introducción. La digestión anaerobia es un proceso que permite el aprovechamiento de residuos lignocelulósicos, transformándolos en combustibles gaseosos (e.g. metano). Sin embargo, la recalcitrancia de la lignocelulosa, puede provocar bajos rendimientos en la producción de estos biocombustibles. Por ello, se han propuesto diversos pretratamientos que aumenten la digestibilidad de estos materiales, entre ellos encontramos pretratamientos biológicos, los cuales tienen como ventajas su bajo costo, sus condiciones de operación mesófilas y que rara vez producen inhibidores de fermentación (1). Los hongos basidiomicetos son organismos ampliamente utilizados para pretratar material lignocelulósico, pero tienen la desventaja de que el proceso conlleva largos tiempos de retención. Por lo tanto, la búsqueda de cepas con alto metabolismo que permitan aumentar la digestibilidad de la lignocelulosa en poco tiempo es un tema de interés. En este contexto, el presente estudio tuvo como objetivo probar la eficiencia de una cepa de Penicillium sp. para pretratar paja de trigo para ser transformada en metano. El uso de un hongo Ascomiceto para pretratar lignocelulosa es algo poco estudiado para potencializar la producción de metano.
Metodología. Para probar la eficiencia de utilizar Penicillium sp. como pretratamiento, se inocularon 5 g de paja de trigo humedecida al 70% con una solución de urea 0.78 M con 2x106 esporas de Penicillium sp. Como control se utilizaron cultivos sin esporas. Posteriormente, los cultivos se incubaron a 37°C durante 4 días. Posteriormente, la biomasa pretratada fue inoculada con 2 g de lodo granular proveniente de una planta de tratamiento de aguas residuales. El pH de la digestión anaerobia se fijó en 7. La producción de metano se realizó en botellas serológicas en anaerobiosis a 37°C y con una agitación de 150 rpm durante 60 días.
Resultados. La paja de trigo pretratada con Penicillium sp. fue la que produjo mayor volumen de metano (136 mLN de CH4/gST). Mientras que la paja de trigo pretratada únicamente con la microbiota nativa (sin esporas de Penicillium sp.), y aquella sin pretratamiento, presentaron acumulación de biogás pero sólo con trazas de metano, teniendo para ambas condiciones rendimientos menores a 2 mLN de CH4/gST (Figura 1).
Figura 1. Cinética de metano acumulado. Paja de trigo pretratada
con la microbiota nativa y con Penicillium sp. ), paja de trigo pretratada sólo con la microbiota nativa ) y paja de trigo sin pretratar y sin lodo granular ).
Estos resultados indican que el efecto de pretratar paja de trigo con Penicillium sp. promueve la transformación de los polisacáridos en metano, probablemente gracias a la acción de enzimas hidrolíticas del hongo, que facilitan la liberación de azúcares monoméricos y su posterior fermentación (2).
Conclusiones. El uso del hongo Penicillium sp. como pretratamiento de paja de trigo por 4 días, aumenta 71 veces el rendimiento de producción de metano con respecto a paja pretratada únicamente con microbiota nativa. El metabolismo de Penicillium no requiere condiciones de esterilidad y funciona a condiciones mesófilas, lo que lo hace elegible para ser evaluada en procesos a escala piloto.
Agradecimiento. Se agradece al Fondo de Sustentabilidad Energética (CONACYT-SENER), Centro Mexicano de Innovación Bioenergética, Clúster Biocombustibles Lignocelulósicos para el Sector Transporte (249564).
Bibliografía. 1. Sindhu R, Binod P, Pandey A (2016) Bioresour Technol. 199: 76-82
2. Singh R, Varma AJ, Laxman RS, Rao M (2009) Bioresour Technol.
100(24): 6679-6681.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DE LA RELACIÓN SUSTRATO-INOCULO SOBRE LA GENERACIÓN DE METANO
EMPLEANDO RESIDUOS PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA MEZCALERA
Agustin Vidal Gómez Guerrero1, Magdaleno Caballero Caballero1, Christian Hernández2, Idania Valdez Vazquez2
1Instituto Politécnico Nacional, CIIDIR Unidad Oaxaca, Hornos N°. 1003, Col. Noche Buena, Santa Cruz Xoxocotlán,
Oaxaca, C.P. 71230, México. 2 Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Blvd. Juriquilla N° 3001, C.P. 76230 Querétaro, México.
E mail: [email protected]; [email protected]
Palabras clave: Agave angustifolia Haw, Biogás, digestión anaerobia.
Introducción. Durante el proceso productivo del
mezcal con Agave angustifolia Haw se generan
anualmente 3,237x106 de hojas [1], 4,807x106 ton de
bagazo [2] y 43,500x106 L de vinazas [3]. Dichos residuos representan una fuente constante de contaminantes, por lo que es necesaria la aplicación
de procesos que los aprovechen y así mitigar los
efectos nocivos que provocan. La digestión anaerobia es un proceso que puede servir para este fin, aunque
puede ser influenciado por diferentes factores, siendo la relación sustrato-inóculo (S/I) un factor clave para la
optimización del proceso [4]. En este estudio se evaluó a escala laboratorio el efecto
de la relación S/I sobre la digestión anaerobia de los
residuos de la industria mezcalera, empleando tres diferentes inóculos a 4 relaciones S/I.
Metodología. Los inóculos fueron i) lodos activados
(Lo) provenientes de una planta de tratamiento de
aguas residuales de la ciudad de Oaxaca, ii) excretas
de cerdo (E) recolectadas en un rastro municipal ubicado en Santa Cruz Xoxocotlán, Oaxaca y iii) una
mezcla (M) 1:1 (Lo:E). El sustrato base consistió de (en base seca): 75% bagazo, 15% vinazas y 10% hojas
provenientes de la industria mezcalera. Se emplearon frascos serológicos de 120 mL como reactores en lote
con un volumen de operación de 70 mL y acoplados a una jeringa para medir el biogás mediante
desplazamiento de salmuera acidificada. El ensayo se realizó a una temperatura de 35°C con agitación
manual diaria. El biogás se analizó en un detector PGD-
IR3 marca STATUS SCIENTIFIC CONTROLS. Con el fin de obtener diferentes relaciones S/I, la
concentración del sustrato se fijó en 6 gSV, y la relación de los tres tipos de inóculo se modificó en
términos de gSV, quedando como: 1:4, 1:2, 1:1 y 1:0.5.
Resultados. La Fig. 1 muestra la producción acumulada de metano en los tratamientos con mejor desempeño, mostrando que la relación 1:4-Lo generó hasta el día 20, un total de 55 NmLCH4. En términos de rendimiento, la relación S/I 1:4-Lo tuvo el mejor desempeño con 2 NmLCH4gSV
-1 duplicando el valor
de las relaciones 1:4-E y 1:4-M. Los controles endógenos tuvieron rendimientos de 1.7 NmLCH4gSV
-1
para E, 0.5 NmLCH4gSV-1
para M, y 0.1 NmLCH4gSV-1
para Lo, siendo este último el que mejor rendimiento generó al añadir el sustrato base.
Fig. 1. Producción acumulada de metano a partir de residuos de la
industria mezcalera en las relaciones S/I con mejor desempeño. Inóculos: E: excreta, Lo: lodos activados, y M: mezcla.
Conclusiones. La relación S/I tuvo un efecto
significativo sobre la metanización de los residuos de
la industria mezcalera. En general, para los tres tipos de inóculo se determinó que las relaciones S/I
menores a 1 permiten el mejor desempeño, mientras
que relaciones S/I mayores a 1 derivan en desestabilización del proceso anaerobio debido a la
acidificación del sistema.
Agradecimiento. Al Instituto Politécnico Nacional,
CIIDIR-Oaxaca. Este trabajo fue parcialmente
financiado por el Fondo de Sustentabilidad Energética
(CONACYT-SENER), Centro Mexicano de Innovación Bioenergética, Clúster Biocombustibles Gaseosos
(247006).
Bibliografía. 1. López-Hernández, I. (2009) Pruebas de resistencia a la tensión en
fibras de las hojas del Agave angustifolia Haw para determinar su
comportamiento mecánico. Instituto Politecnico Nacional. Santa
Cruz Xoxocotlán, Diciembre 2008, 4-5
2. SIAP-SAGARPA, (2016) Servicio de Informacion Agroalimentaria y
Pesquera, Anuario agricola 2000-2015. México,
http://www.siap.sagarpa.gob.mx/..
3. Robles-González , V., et al. (2012) J. Biotechnol. 157(2): 524–546.
4.Iván, V.-R., et al. (2015) Ingeniería, Investigación y Tecnología,.
16(3): 471-478.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRETRATAMIENTO ÁCIDO DE BAGAZO DE AGAVE TEQUILERO Y RASTROJO DE MAÍZ
Ana María Paloma Hortelano Carrera1, Carlos Antonio León García1, Ricardo Morales Rodríguez2, Divanery Rodríguez
Gómez1, 1. Instituto Tecnológico Superior de Irapuato, Coordinación de Ingeniería Bioquímica, Irapuato, 36821,
2. Departamento de Ingeniería química, Universidad de Guanajuato, Guanajuato, 36050
Palabras clave: Residuo agroindustrial, azucares reductores, HMF.
Introducción. Guanajuato es uno de los principales estados agrícolas del país. Esta industria va creciendo a la par que crecen los desechos arrojados por las empresas, unos de los principales residuos son el rastrojo de maíz (RM) y en menos cantidad el bagazo de agave (BA), ambos están compuestos por celulosa, hemicelulosa y lignina y se han investigado para un aprovechamiento en una biorefinería sustentable. El objetivo de este trabajo fue encontrar las mejores condiciones de pretratamiento ácido de rastrojo de maíz y bagazo de agave de Guanajuato debido a que en esta región estas biomasas no han sido evaluadas para su uso en una biorefinería.
Metodología. Las biomasas fueron molidas, secadas y tamizadas para posteriormente hacerle una hidrolisis acida a diferentes temperaturas (25, 100, 110 y 120 °C) y cada una con diferentes concentraciones de ácido (0, 2, 4, 6, 8, 10 %v/v). Posteriormente se separó la fracción liquida de la sólida, el líquido fue neutralizado y el sólido analizado por espectrofotometría IR-FT. A la fracción líquida se le determinó la concentración de azucares reductores (AR) por el método DNS Miller (1) y de Hidroximetilfurfural (HMF) por el método espectrofotométrico White (2), con estas pruebas se busca determinar la viabilidad de las biomasas para su uso con algún microorganismo en una biorefinería.
Resultados. A continuación se muestra en la tabla 1 los resultados de la concentración de azúcares reductores y en la tabla 2 de HMF para las dos biomasas. Para el análisis estadístico por análisis de varianza y prueba de Tukey se usó el programa Minitab.
Tabla 1. Comparación de azucares reductores de RM contra BA a una temperatura de 120°C
Tabla 2.- Comparación de HMF en mg de HMF/ Kg de biomasa a una temperatura de 120°C y diferentes concentraciones de ácido.
Bagazo de agave Promedio DE
[0] 0.1344e 0.2328
[2] 14.9148d 4.1964
[4] 24.0739c 4.4277
[6] 30.2232c 2.6373
[8] 43.1171b 2.8380
[10] 58.6655ª 1.9242
Rastrojo de maíz
[0] 0.0768e 0.1330
[2] 1.1300e 0.4985
[4] 0.4935e 0.6702
[6] 2.3138e 0.2450
[8] 3.0914e 1.8087
[10] 1.3249e 1.8330
Conclusiones. Los azúcares reductores obtenidos por el pretratamiento no son diferentes. Mientras que la formación de HMF es evidentemente muy superior la producción en el pretratado de bagazo de agave. El pretratamiento ácido es óptimo para RM pero no para BA debido a la alta producción de HMF. Las mejores concentraciones de ácido para cada biomasa es 6% para BA y 8% para RM. Al trabajar en una biorefinería es importante tener baja formación de HMF pues existen microorganismos sensibles a este compuesto.
Agradecimiento. Tequilera Corralejo por proveer el bagazo de agave y al rancho Buena vista de Vega por el rastrojo de maíz. PRODEP-SEP (# Proyecto: DSA/103.5/16/10541) e ITESI por el financiamiento. Bibliografía. 1. Miller, G. 1959. Use of dinitrosalicylec acid reagent for
determination of reducing sugar. Analytical Chemstry 31: 420-428.
2. Zappalá, M., Fallico, B., Arena, E., Verzera, A. (2005) Methods for
the determination of HMF in honey: a comparison. Food Control 16:
273– 277.
[2] 0.0041bcd 0.0019
[4] 0.0028ab 0.0005
[6] 0.0029ª 0.0006
[8] 0.0059ab
[10] 0.0029abc
Bagazo de agave Promedio (g/g) D.E
[0] 0.0038cd 0.0009
[2] 0.007cd 0.0034
[4] 0.0167d 0.0021
[6] 0.0216d 0.0108
[8] 0.0161bcd 0.0035
[10] 0.0152d 0.0015
Rastrojo de maíz
[0] 0.0019d 0.0007
V REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE ENZIMAS COMERCIALES PRODUCIDAS EN MÉXICO PARA LA
SACARIFICACIÓN DEL BAGAZO DE AGAVE
Fabiola Islas Lugo, Dendera Munguía Aguilar, Elías Razo Flores, Felipe Alatriste Mondragón Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, Departamento de Ciencias Ambientales, San Luis Potosí,
San Luis Potosí, CP. 78216, [email protected]
Palabras clave: mezclas enzimáticas, hidrolisis enzimática, residuos lignocelulósicos
Introducción. Durante los últimos años, se ha incrementado el uso de residuos lignocelulósicos para la producción de biocombustibles debido a su alto contenido de carbohidratos, su bajo costo y su abundancia [1]. Sin embargo, es necesario someterlos a un tratamiento ya que son altamente recalcitrantes y presentan una baja disponibilidad de los carbohidratos [2]. La sacarificación de los azúcares presentes en la biomasa lignocelulósica se logra por medio de la hidrolisis enzimática. Sin embargo, este tratamiento presenta la desventaja de ser costoso debido a la utilización de enzimas especializadas e importadas. En México, existen mezclas comerciales con actividad de celulasas y hemicelulasas, las cuales tienen diversas aplicaciones, pero que tienen potencial para llevar a cabo la sacarificación de los residuos lignocelulósicos. El bagazo de Agave tequilana Weber var. Azul es el principal residuo de la industria tequilera, la producción anual fue de 377 mil toneladas en 2016 [3]. Esta biomasa está constituida por celulosa (56.44%), hemicelulosa (10.86%) y lignina (15.24%). Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue llevar a cabo hidrolisis enzimáticas del bagazo de agave empleando tanto mezclas enzimáticas comerciales nacionales como importadas. Metodología. El bagazo de A. tequilana Weber var. Azul se obtuvo de Casa Herradura, ubicada en Puentitán, Jalisco. Las enzimas utilizadas fueron donadas por las empresas ENMEX y ENZIQUIM. La hidrólisis enzimática se realizó utilizando 1 ml de enzima/g de bagazo (en el caso de las enzimas líquidas) y 1 g de enzima/g de bagazo (para las enzimas liofilizadas), a 50°C por 12 horas y al 3.5% p/v de bagazo suspendido en buffer de citratos 50 mM, el pH para las diferentes enzimas se muestra en la Tabla 1. A cada hidrolizado se le determinó la cantidad de azúcares reductores (AR) [4].
Tabla 1. Enzimas comerciales de producción en México evaluadas
Empresa Enzima pH Presentación
ENMEX
Celuzyme® 4.75 Polvo
Zymafilt® 6.75 Liquido
Detercel® 8.5 Polvo
Stonezyme® AC 6.21 Liquido
Zymapect® 4.25 Liquido
Harizyme® HL 5.3 Polvo
ENZIQUIM Cellulase 50XL 5 Liquido
Resultados. Se evaluaron 7 enzimas de producción nacional y 2 de importación, todas con actividad celulolítica y hemicelulolítica. Sólo 6 presentaron capacidad de sacarificar el bagazo de agave, obteniendose concentraciones de AR de 2.65 a 9.91 g/L (Tabla 2), semejantes a las enzimas de importación. La enzima nacional Harizyme® HL presentó la mayor sacarificación. Una estimación preliminar del costo de producción de 1 Kg de AR (Tabla 2), mostró que dos enzimas de producción nacional presentan costos muy bajos: Stonezyme® AC ($3,499) y Harizyme® HL ($4,407).
Tabla 2. Azúcares reductores obtenidos de la hidrolisis enzimática
Enzima Azúcares
Reductores (g/L)
Precio
($/Kg AR)
Precio
($/Kg Bagazo)
Celluclast® 1.5L 2.97 10,134.68 860.00
Viscozyme® L 5.51 157,242.10 24,754.40
Celuzyme® 4.28 8,452.00 1,033.56
Zymafilt® 0.071 1'286,619.72 2,610.00
Detercel® 3.11 18,446.24 1,639.08
Stonezyme ® AC 3.53 3,498.73 352.87
Zymapect® 2.65 15,856.98 1,200.60
Cellulase 50XL 2.88 18,777.50 1,545.12
Harizyme® HL 7.91 4,406.97 995.98
Conclusiones. Las enzimas comerciales, aunque no estén especializadas en la sacarificación de residuos lignocelulósicos, fueron capaces de sacarificar el bagazo de agave. Las enzimas evaluadas presentan un gran potencial debido a su fácil adquisición y costo relativamente menor en comparación con las enzimas importadas.
Agradecimientos. Este trabajo fue financiado por el proyecto Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006 (Fondo SENER Sustentabilidad Energética).
Bibliografía. 1. Arreola-Vargas J, Flores-Larios A, González-Álvarez V, Corona- González RI, Méndez-Acosta HO (2016) Int J Hydrogen Energy. 41:897–904 2. Zheng Y, Zhao J, Xu F, Li Y (2014) Prog Energy Combust Sci. 42:35–53 3. Consejo Regulador del Tequila, Estadísticas (20 de septiembre de 2017). 4. Miller, G., L., (1959). Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry 31, 426-428.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
GENERACIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES DE UN PROCESO ALIMENTARIO
Eréndira Quintanar, Adriana Legorreta, Marcelino Zúñiga, Melito García, Xchel Valle, Gabriela Vázquez, Carlos Lucho.
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Centro de Investigaciones Químicas. Pachuca de Soto, Hidalgo. 42060.
email: [email protected]
Palabras clave: bioenergía, industria alimentaria, valorización de residuos
Introducción. Los efluentes generados en la industria alimentaria contienen cantidades importantes de compuestos orgánicos e inorgánicos. La mayoría de las industrias alimentarias se encuentran en el sector de pequeña a gran escala y no tratan ni aprovechan las
A partir de estos datos, el software generó el diseño conceptual de una planta de digestión anaerobia para el agua residual que se produce en esta industria a razón de 4.10 m3/día.
aguas residuales que generan (1). En consecuencia, las aguas residuales aún no se consideran como materia prima para generar sub-productos de alto valor agregado, a pesar de que pueden representar grandes beneficios para este sector industrial. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial de los efluentes producidos por una industria alimentaria para la generación de biogás y fertilizante orgánico.
Metodología. Se muestreó el agua residual producida por una industria que procesa alimentos tradicionales en la ciudad de Pachuca, Hgo. Se caracterizó por las técnicas presentadas en la Tabla 1 (2).
Tabla 1. Técnicas empleadas para la caracterización del agua
Tabla 2. Resultados de
la caracterización del
agua residual de estudio.
Parámetros* del efluente
SSV 1.5
DQO 20233.0
DBO5 4780.0
NT 322.0
Amonio 131.4
Nitratos 108.3
PT 199.7
Pd 49.9
Sulfatos 1927.0
Potasio 212.4
*Parámetros en mg/L a excepción de SSV (g/L).
Fig. 1. Diseño conceptual de una
planta de digestión anaerobia.
residual de estudio (2).
Los resultados de caracterización se usaron para alimentar el software Biodigestor-Pro vs 3.5 del Grupo Aqualimpia Constructores, para lo cual también se recaudó el caudal promedio que se genera en la planta por día y ciertos datos del sitio en el que se implementará la planta de digestión anaerobia (tales como las temperaturas promedio, máxima y mínima).
Resultados. En la Tabla 2 se muestran los resultados de la caracterización del efluente. La relación DBO5/DQO de 0.23 indica que el efluente es biodegradable. Ninguno de los parámetros cumple con los límites máximos permisibles establecidos por la normatividad aplicable, a saber, la NOM-001- SEMARNAT-1996, por lo que es necesario un tratamiento del efluente generado.
Los parámetros de operación del biodigestor anaerobio arrojados por el software incluyen un volumen de operación de 37 m3, tiempo de retención hidráulico de 8.9 días y una carga orgánica volumétrica de 2.27 kg/m3·día. Como resultado de la puesta en marcha de la planta de digestión anaerobia en la industria alimentaria, se lograría la generación de 9008 m3/año de biogás y 12090 t/año de fertilizante orgánico.
Conclusiones. El uso del efluente para la generación de biogás representa una alternativa viable debido a que el sistema anaerobio no requiere demasiado espacio; además, permitiría el tratamiento del efluente, el cumplimiento de la normatividad vigente, así como generar dos subproductos, biogás y fertilizante orgánico, de alto valor agregado.
Bibliografía 1Uçkun E., Trzcinski A. P., Liu Y. (2015). Platform chemical production
from food wastes using a biorefinery concept. J. Chem. Tech.
Biotech. 90(8), 1364-1379. 2 APHA, AWWA, WEF. (2012). Standard methods for the examination
of water and wastewater, 22nd edition. 3 Mubarak A., Howald R., Woodriff R. (1977) Elimination of chloride
interferences with mercuric ions in the determination of nitrates by the
phenosulfuric acid method. Anal. Chem. 49(6), 857-86.
Parámetro Técnica
SSV Método 2540 E
DQO Método 5220 A
DBO5 Método OXYTOP®
Nitrógeno total Método Kjeldahl 4500- Norg B
Amonio Método 4500-NH3 (fenato)
Nitratos Mubarak et al. (3)
P total e inorgánico Método 4500-PF
Sulfatos Método 4500- SO42- E
Potasio Absorción atómica
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
DISEÑO Y ANÁLISIS DE SISTEMAS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN PARA LA MEZCLA
ACETONA-BUTANOL-ETANOL
Jaime David Ponce-Rocha, Nematihuani Morales-Espinosa, Fernando Israel Gómez-Castro, Ricardo Morales-
Rodriguez
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Guanajuato, Guanajuato, Guanajuato, CP 36050, México.
Palabras clave: ABE, acetato de hexilo y heptilo, diseño molecular.
Introducción. El uso de biomasa lignocelulósica como materia prima es una de las alternativas para reducir las problemáticas globales relacionadas al cambio climático, demandas energéticas y las fluctuaciones en los precios en los petro-combustibles. Lo anterior abre la oportunidad al desarrollo de biocombustibles líquidos, tal es el caso del biobutanol, dado que presenta propiedades similares a la gasolina que facilitan su uso como una mezcla. Sin embargo, el elevado costo en pretratamientos previos de material lignocelulósico, zona de fermentación acetona-butanol-etanol, y sección de separación y purificación, se han convertido en uno de los principales problemas en este proceso. Dada la demanda excesiva de energía y el potencial del butanol como biocombustible, el principal objetivo de este trabajo es generar secuencias de destilación/extracción líquido-líquido a modo de reducir dichas demandas del proceso, además de contar con factibilidad económica. Por ello se generaron dos secuencias utilizando dos agentes de extracción, los cuales fueron simulados, evaluados económicamente y realizando un análisis de la demanda energética en Aspen plus ®. Metodología. En el presente trabajo se analizó el proceso de producción de butanol a partir del pretratamiento de 28,886.6 kg/h de bagazo de caña. La metodología se lista a continuación: 1) Colección de datos y análisis del estado del arte: revisión bibliográfica del proceso de síntesis y purificación ABE, selección de materias primas, selección del modelo termodinámico, diseño molecular de agentes de extracción y técnicas de separación/purificación; 2) Simulación del proceso: generar configuración del proceso, diseño de equipos mediante métodos cortos, simulación rigurosa y análisis de sensibilidad; 3) Costo de equipos: uso de la suite Aspen process economic analyzer y bases de datos externas; 4) Análisis de configuraciones del proceso: comparación y selección de la mejor configuración del proceso basado en criterios de eficiencia, económicos y demanda energética. Resultados. Basado en la metodología y un estudio realizado por Morales-Espinosa et al.[1] se pudo colectar la información necesaria para realizar la simulación. A través de diseño molecular se encontró que el acetato de hexilo (AHEX) y acetato de heptilo (AHEP) son potenciales agentes de extracción en el proceso de extracción líquido-líquido. [1] Los agentes se evaluaron en la configuración I (AHEX) y la II (AHEP y AHEx). Dadas las propiedades fisicoquímicas de los compuestos, así como las
condiciones de operación, el proceso se simuló en Aspen plus V 8.8 utilizando el modelo de NRTL y la ecuación de estado Hayden-O‘Connell. La configuración I incluyó 1 columna de ELL seguida de 3 columnas de destilación. La configuración II incluyo 2 columnas de ELL y 5 columnas de destilación. La Tabla 1 incluye los resultados del análisis de todo el proceso de producción incluyendo la sección de pretratamiento, hidrólisis enzimática, fermentación y las configuraciones propuestas para la sección purificación.
Tabla 1. Resultados de evaluación económica y energética para las
dos propuestas de purificación obtenidas. Precio butanol 1.6 USD/kg Criterio Config. I Config. II
Inversión (US$) 86,824,200 91,158,400
Valor neto presente (VPN), MUS$
10.6 4.8354
Tasa interna de retorno (TIR), %
23.02 21.32
Tiempo recuperación (TR), años
9.7 10.7
Demanda energética [KW]
130,753.1 147,373.3
Base masa, % de pureza
recupera ción
pureza recupe ración
Acetona 98.88 98.88 94.00 98.88
Butanol 99.50 99.26 99.00 99.00
Etanol 53.55 96.50 96.33 99.00
Conclusiones. El AHEX en la mejor opción con base en el análisis económico, pero el etanol no cumple con el estándar para comercializarse. En el caso de la config. II la pureza de todos los componentes tiene purezas para ser comercializable lo que genera que la TR sea equivalente a la config. I aunque el número de unidades sea mayor. Los resultados inducen a la posibilidad e investigar en el futuro el utilizar la mezcla de AHEX y AHEP como agente de extracción. Agradecimiento. Los autores agradecen a la
Secretaría de Innovación, Ciencia y Educación Superior del estado de Guanajuato por el apoyo a esta investigación (convenio: 100/2017 UG). Bibliografía. 1. Morales-Espinosa, N., Sánchez-Ramírez, E., Quiroz-Ramírez, J.J.,
Segovia-Hernández, J.G., Gómez-Castro, F.I., Morales-Rodriguez, R.
(2017). Comput-Aided Chem Eng. 40, 697-702.
2. Morales-Rodriguez, R., Gamiño-Arroyo Z., Gómez-Castro, F.I.,
Samarti-Rios, L., Sanchez-Morales, M., Avalos-Farfán, S., Perez-
Cisneros, E.S., Rodriguez-Gomez, D., Alvarado-Morales, M.,
Enríquez-Poy, M. (2015). Memorias del International energy Congress
2015. Ciudad de México, 7 – 11 Septiembre.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS DEL FRUTO DE LA YACA COMO INSUMO PARA LA
PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES.
Emmanuel Alejandro Aguilar López, Ana Alejandra Vargas Tah, Agustín Jaime Castro Montoya.
División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de
Hidalgo. General Francisco J. Múgica S/N, Felicitas del Río, Morelia, Michoacán, 58030, México.
Palabras clave: Materiales lignocelulósicos, insumo, caracterización.
Introducción. Nayarit es el principal productor de Yaca
(Artocarpus heterophyllus Lam), produciendo al año 30
mil toneladas, de las cuales 13 mil se exportan, 8 mil se
distribuyen al mercado nacional y el resto no cumple los
requerimientos de calidad1. El peso promedio de una
fruta oscila entre 3 y 12 kg; sin embargo, sólo se
consumen los pequeños frutos internos, desechándose
el resto del fruto. Estos residuos podrían tener potencial
para emplearse en la producción de biocombustibles ó
químicos de interés industrial en la región de producción
del fruto. Se sabe que la composición de los frutos
depende del suelo en el que se cultivan2. Debido a que
no hay reportes al respecto en México, la
caracterización del fruto y sus desechos nos permitirá
determinar su potencial como insumo para la
producción de biocombustibles.
Metodología. La Yaca fue separada en sus diversos componentes (cascara, fibra, pétalos, semilla y pulpa) para determinar la composición porcentual de cada uno de ellos. El jugo del fruto fue extraído y sus azúcares fueron determinadas por HPLC. Cada uno de los componentes de la yaca fueron caracterizados
mediante protocolos de la NREL3 para determinar el contenido de humedad, cenizas, lignina y carbohidratos estructurales. Todos los experimentos fueron realizados por triplicado.
Resultados. Como se observa en la tabla 1, el fruto
interno (pulpa) representa el 25.11% del peso total,
mientras que el 74.89% restante son desechos, los
cuales, podrían emplearse como insumo para la
producción de biocombustibles.
Tabla 1. Composición porcentual de las partes de la Yaca.
%Semilla %Cascara/pétalos %Fibra %Pulpa
5.74 25.54 43.62 25.11
El análisis de los jugos de la pulpa muestra que éstos
están constituidos por 52% de sacarosa, 34% de
glucosa y 14% de fructosa. (Fig 1).
Figura 1. Concentraciones de los principales azúcares presentes en
el jugo de Yaca.
Como se observa en la tabla 2, los pétalos y la fibra de
la yaca contienen 58.44 y 53.6 % de azúcares
estructurales respectivamente.
Tabla 2. Composición porcentual de lignina y carbohidratos
estructurales en el material lignocelulósico de la Yaca
Composición (%)
Cascara Fibra Pétalos
Glucanos 8.78 45.28 49.23
Xilanos 2.61 8.35 9.21
Cenizas 5.75 8.00 6.49
Lignina 31.33 26.42 8.38
Conclusiones. La caracterización realizada mostró que cerca del 75 % de la fruta de la Yaca es material residual y que el 50 % de éste material está constituido por azúcares que pueden ser aprovechadas para la producción de etanol carburante ó químicos de origen renovable.
Agradecimiento. Emmanuel Alejandro Aguilar López
agradece a CONACYT por la beca otorgada para realizar sus estudios de maestría.
Bibliografía. 1. SIAP. Cierre de Producción Agrícola por Cultivo. (2014).
http://www.siap.gob.mx/cierre-de-la-produccion-agricola-por-cultivo/.
2. Rahman M., Nahar N., Mian A., Mosihuzzaman M.
(1998) Variation of carbohydrate composition of two forms of fruit from
jack tree (Artocarpus heterophyllus L.) with maturity and climatic
conditions.
3. Sluiter A., Hames B., Ruiz R., Scarlata C., Sluiter J., Templeton D.,
Crocker D. (2012) Determination of Structural Carbohydrates and
Lignin in Biomass. NREL.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN CONTINÚA DE BIOHIDROGENO UTILIZANDO CULTIVOS
BACTERIANOS MIXTOS A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES
Diego Patlán Zarazúa1*, Carolina Mejía-Saucedo, Julián Carrillo-Reyes
Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Blvd. Juriquilla 3001 C.P. 72630, Querétaro, México.
Palabras clave: biocombustible, hydA, PCR cuantitativa.
Introducción. El suero de leche (SL) es el principal subproducto de la fabricación de queso, el cual tiene una carga orgánica entre 60 y 80 g DQO/L y cuyo principal componente es la lactosa (Guimarães et al., 2010). En México se generan más de 1.6 millones de toneladas de SL al año (SAGARPA, 2009). Debido su alta disponibilidad es un potencial sustrato para la producción de hidrógeno (H2), potencial biocombustible, mediante fermentación oscura. En inóculos complejos como lodos anaerobios existen géneros productores de hidrógeno como Clostridium y Enterobacter. Además otros microorganismos
Resultados. La expresión del gen hydA
estuvo presente todos los cultivos analizados.
El secuenciamiento del gen 16s encontró
predominante bacterias pertenecientes a
Lactobacillaceae, atribuida al suero de leche y
Clostridiaceae, ambas familias encontradas
comúnmente en cultivos productores de
hidrógeno. El reactor que mostró una
producción más estable fue el inoculado con
suero de leche autofermentado, atribuido a la
mayor riqueza de especies bacterianas.
Tabla 1. Productividad de reactores con diferentes
inóculos coexisten en las comunidades que pueden actuar como consumidores de hidrógeno, o inclusive competir por el sustrato, desestabilizando la producción de BioH2 (Hung et al., 2011). El objetivo del presente trabajo fue evaluar distintos inóculos bacterianos en reactores continuos, y su efecto en la productividad de hidrógeno al utilizar SL como sustrato.
Metodología. Se operaron 3 reactores
continuos completamente agitados (1 L) con
un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 10
horas, y una concentración de carbohidratos
de 10 g/L. Los inóculos evaluados fueron lodo
anaerobio mesófilo y SL autofermentado. Se
evaluó la productividad de hidrógeno y la
producción de otros metabolitos microbianos
como ácidos y alcoholes. Las distintas
poblaciones microbianas seleccionadas se
evaluaron tomando muestras de biomasa y se
extrajo el ADN, en donde se determinó la
abundancia del gen hydA mediante PCR
cuantitativa, así como la comunidad
bacteriana general por secuenciamiento
masivo (MiSeq) basado en el gen universal
16s rADN.
Conclusiones. El SL es un sustrato viable
para la producción de biocombustibles, su uso
como inóculo es más práctico que otros,
debido a la carga microbiana que poseen.
Agradecimientos. Al CONACYT proyecto 255537 y Fondo de Sustentabilidad Energética proyecto 249590.
Bibliografía.
1. Guimarães, P.M.R., Teixeira, J.A., Domingues, L., 2010.
Biotechnol. Adv. 28, 375–384.
2. Hung, C.-H., Chang, Y.-T., Chang, Y.-J., 2011.
Bioresour. Technol. 102, 8437–8444.
3. SAGARPA, 2009. Escenario Base del Sector
Agropecuario en México, Proyecciones 2009 - 2018.
Inóculo VVPH (L/L-h)
Mesófilo con glucosa (control)
63.6 ±15.0
Mesófilo con SL 29.7±6.6 Autofermento de SL 42.5 ±11.2
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
DISEÑO DE UN SISTEMA DE SENSADO Y MONITOREO EN TIEMPO REAL DE
TEMPERATURA, OXIGENACIÓN, POTENCIAL DE HIDROGENO, HUMEDAD Y PRODUCCIÓN
DE METANO EN UN PROCESO DE BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA, APLICADO A LAS
CONDICIONES AMBIENTALES DE HERMOSILLO SONORA. Eliel Eduardo Montijo Valenzuela1, Flor Ramírez Torres1, Aureliano Cerón Franco1, Alán Eduardo Ruíz Ruíz1
1Instituto Tecnológico de Hermosillo, 1Departamento de metal-mecánica. Ave. Tecnológico y Periférico Poniente S/N
C.P. 83170 Colonia Sahuaro, Hermosillo Sonora, México, [email protected]
Palabras clave: Biomasa, biogás, sensores.
Introducción. El estado de Sonora se caracteriza por ser una zona con productividad agrícola y ganadera. Para 2014, las actividades primarias (agricultura, cría y explotación de animales, aprovechamiento forestal, pesca y caza), representaron un 6% del Producto Interno Bruto (PIB) total del estado (INEGI, 2015), lo que lo hace una entidad potencial en el aprovechamiento de la energía de la biomasa. López U. (2015), establece que dentro del inventario de residuos producidos en Sonora, susceptibles de generar biogás como fuente energética, son producidas 883,714.97 toneladas equivalentes de petróleo (TEP) anuales. Sujeto a esta justificación, la biomasa generada en el estado puede ser aprovechada en forma de biogás. Según Gutiérrez G., et al. (2012), los procesos de biodigestión anaeróbica, dependen de las condiciones y variables del medio donde se reproducen las bacterias metanogénicas. El objetivo general de esta investigación es sensar y monitorear las variables principales que afectan los procesos de biodigestión; temperatura, potencial de hidrogeno (pH), oxigenación y humedad, y correlacionarlas con la producción de biogás, mediante un sistema de monitoreo en tiempo real. Metodología. Para el desarrollo del diseño del sistema se recopiló información de las variables y factores que afectan el proceso de biodigestión, una vez analizados, se seleccionaron las principales variables que afectan de forma directa el proceso, que incluyen la temperatura, el pH, la oxigenación y la humedad. Posteriormente se seleccionaron los instrumentos y elementos integrales del sistema de monitoreo y sensado, todos estos dispositivos electrónicos de uso comercial y mencionados a continuación. Para la medición de la temperatura se usará un sensor digital LM35, este tiene la ventaja de que no necesita ningún tipo de calibración y se maneja en rangos de los -55 °C a 150 °C. Para la medición de pH se usará un electrodo de medidor de tipo analógico industrial, la sonda opera con un voltaje de entrada de 5 ± 0.2 Vac y una corriente de 5-10 mA y los rangos de concentración de detección de 0 – 14, donde 0 indica el valor máximo de acidez, 7 un valor neutro y 14 el valor máximo de alcalinidad. Para la medición de la humedad, se utilizará el sensor FC-28, que se basa en un divisor de voltaje ajustable mediante un potenciómetro (resistencia variable), este arroja valores en porcentaje. Para determinar la oxigenación y la producción de metano presentes en el
proceso, se utilizarán sensores electroquímicos de la serie MQ de Arduino©, el MQ-131 para medición de oxígeno y el MQ-214 para la medición de metano, reflejados en ppm (partes por millón). Todos los sensores mencionados estarán conectados a una placa de circuito impreso Arduino© Mega, que cuenta con puertos de entradas y salidas analógicas y digitales. Los valores captados por los sensores, estarán siendo visualizados en tiempo real en una aplicación de Visual Studio, así mismo se guardarán de forma automática en una base de datos de Microsoft Excel. Resultados. El proceso de producción de biogás por
medio de biodigestión anaerobia, aplicado a la ciudad
de Hermosillo, puede ser de dos tipos; en verano (mayo
a octubre), cuando la temperatura es mayor a los 25 °C,
la producción es del tipo mesophilica, y en invierno
(noviembre a abril), cuando la temperatura es menor a
25 °C, la producción es del tipo psycrophilica, el sistema
detecta temperaturas de hasta -55 a 150 °C, siendo las
temperaturas óptimas de producción de 25 a 35 °C.
Para los rangos de pH en el proceso de biodigestión, se
tomó como referencia un pH de 6.5 a 7.5 como óptimo
para las bacterias metanogénicas, por debajo de los 6.5
en la escala de pH, las bacterias disminuyen su
actividad, y por debajo de un pH de 5.5 detienen su
actividad. El nivel de humedad se consideró como alto
en un 90%, óptimo de un 80-90% y bajo cuando era
menor al 80%. Conforme el proceso de biodigestión se
acelera, las ppm de oxígeno disminuyen y la producción
de metano aumenta. Todas las variables se visualizan
en tiempo real y se almacenan en una base de datos.
Conclusiones. En base al monitoreo y sensado de los
procesos de generación de energías renovables como
el biogás, podemos correlacionar los picos de
producción con las condiciones óptimas de biodigestión,
por lo que en futuras investigaciones, se pueden
adicionar al proceso, sistemas de control que ayuden a
linealizar los parámetros ideales de producción.
Bibliografía. INEGI. (2015). Producto Interno Bruto por entidad federativa 2014.
México.
López U. (2015). Inventario de recursos energéticos de biomasa
biodegradable en Sonora. Universidad Politécnica de Cantaluya,
España, 28-49.
Gutiérrez G., Moncada M., Meza A., Félix J. y Gortárez M. (2012).
Ide@s. 7 (85), 881-894.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES A PARTIR DE PAJA DE TRIGO
UTILIZANDO CEPAS DE Clostridium.
Lorena G. Castillo Rubio1, Ivonne Figueroa1, Marisol Pérez2, Christian Hernández1, Arturo Sánchez3, Idania Valdez- Vazquez1*
1Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Querétaro, México. 2Posgrado en Biociencias, DICIVA, Universidad de Guanajuato, Irapuato, México.
3Laboratorio de Futuros en Bioenergía, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN. Jalisco, México Email:*[email protected]
Palabras clave: Fermentación acetobutílica, Biocombustibles 2G
Introducción. La producción de ácidos grasos volátiles (AGV´s) es una etapa importante en la fermentación acetobutílica. Los AGV´s acidifican el medio y activan la etapa solventogénica donde se re-asimilan estos productos para su transformación en solventes (acetona, butanol y etanol) [1][2]. El objetivo de este trabajo fue evaluar la producción de AGV´s de dos microorganismos del género Clostridium con características hidrolíticas y fermentativas, utilizando como sustrato paja de trigo fermentada (PTF) proveniente de un reactor productor de H2
[3].
Metodología. Para la producción de AGV´s se evaluaron dos cepas: Clostridium cellulovorans (Cc) y Clostridium beijerinckii (Cb). Ambas cepas fueron cultivadas en medio PYG hasta alcanzar una densidad
1200
900
600
300
0
0 40 80 120 160
Tiempo (h)
Acético Butírico Butanol Etanol
óptica entre 0.8-1.2. Después, se inocularon 26 mL del cultivo en botellas serológicas de 150 mL bajo condiciones anaerobias. El volumen de trabajo total fue de 130 mL, que incluyeron 34 g de PTF. Para análisis de AGV´s se utilizó un cromatógrafo de gases Varian 3300 con detector de flama ionizada y una columna Zebron ZB-FFAP 15 X 0.53 X 1[3]. Para cuantificación de glucosa, se utilizó el equipo de análisis enzimático YSI 2900D.
Resultados. La Fig.1 muestra el perfil de producción de AGV´s por la cepa Cb. Se observa que inicialmente, la PTF, contiene principalmente ácido butírico (aB) y ácido acético (aA). Al término de 160 h, el crecimiento de Cb derivó en la producción de 443 mg/L de aB, 188 mg/L de aA, 15 mg/L de butanol y 69 mg/L de etanol. En la cinética de Cc (Fig.2), la PFT no aporta la misma cantidad de aB, presentándose en menor cantidad que el aA. La cepa Cc muestra una producción de 15 mg/L de aB y consumo del aA que no se refleja en producción de butanol y acetona hasta las 160 h.
Conclusiones. La cepa Cb presentó mayor producción de AGV´s, sin embargo no se observa el inicio de una etapa solventogénica, esto debido a que el sustrato no cuenta con azúcares suficientes para producir la cantidad necesaria de aB, tal que el pH disminuya y active el metabolismo solventogénico del microorganismo. En la cepa Cc se observa una producción de aB menor, ya que la conversión de azúcares hidrolizados a AGV´s es menor por parte de este microorganismo.
Fig. 1. Cinética de producción de AGV´s por C. beijerinckii.
400
300
200
100
0
0 40 80 120 160
Tiempo (h) Acético Butírico Butanol Etanol
Fig. 2. Cinética de producción de AGV´s por C. cellulovorans.
Agradecimiento. Se agradece al Fondo de Sustentabilidad Energética (CONACYT-SENER), Centro Mexicano de Innovación Bioenergética, Clúster Bioalcoholes (247006).
Bibliografía. 1. X. Yang, M. Xu, and S. T. Yang (2015) Metab. Eng. 32: 39–48. 2. J. Lee, H. P. Blaschek (2001) Appl. Environ. Microbiol. 67 (3–12): 5025–5031. 3. I. Valdez-Vazquez, M. Pérez-Rangel, A. Tapia, G. Buitrón, C. Molina, G. Hernández, L. Amaya-Delgado (2015) Fuel 159: 214–222.
Pro
du
cto
s (m
g/L)
P
rod
uct
os
(mg/
L)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCION DE HIDROGENO Y COMBUSTIBLES LIQUIDOS EN REFINERIAS DE
PETROLEO A PARTIR DE BIOMASA LIGNOCELULOSICA
Felipe de Jesus Ortega_García*, Elizabeth Mar Juárez
Instituto Mexicano del Petróleo Eje Central Lázaro Cárdenas No152. México, D.F. CP 07730. México.
Palabras clave: energía renovable, gasificación, fisher-tropsch
Introducción. El hidrógeno es una materia prima muy importante para la industria de la refinación que se produce en las refinerías mediante los procesos de reformación de naftas y reformación catalítica de hidrocarburos con vapor de agua, que son costosos y emiten grandes cantidades de CO2 (1). En este trabajo se presenta un estudio teórico sobre la viabilidad de procesar biomasa (lignocelulosa) para producir hidrógeno mediante un sistema acoplado de gasificación de lignocelulosa y permutación de monóxido de carbono, además se adiciona un reactor de síntesis mediante el cual el hidrógeno y el monóxido de carbono se transforman en combustibles líquidos.
Metodología. Para convertir la lignocelulosa en combustibles líquidos se propone un proceso que incluye un secador y un triturador para acondicionar la lignocelulosa, un reactor de gasificación, un reactor permutador, un reactor Fischer-Tropsch y un sistema de separación de productos que operaría de la manera siguiente: La lignocelulosa se alimenta a un secador para eliminar la humedad, el secador es calentado aprovechando el calor del bióxido de carbono (CO2) caliente que sale del reactor de permutación. La biomasa se tritura a fin de facilitar su transformación química y se alimenta a un gasificador donde se produce gas de síntesis (monóxido de carbono e hidrógeno) (2-4). Parte del monóxido del CO producido se alimenta a un reactor de permutación donde en presencia de vapor de agua, es convertido en bióxido de carbono e hidrógeno, el cual se mezcla con el hidrógeno y el monóxido de carbono producidos en la gasificación y se alimentan al reactor de síntesis Fischer-Tropsch, donde se transforman en gasolina y diesel.
Resultados. Considerando únicamente el sistema de gasificación y permutación, a partir de 2200 toneladas de lignocelulosa se podrían obtener alrededor de 230 toneladas de hidrógeno que podrían sustituir la producción de hidrógeno actual que se realiza mediante la reformación del gas natural.
Cuando se adiciona el reactor de síntesis, a partir de 2200 ton de lignocelulosa es posible obtener 1630 barriles de combustibles líquidos cuyo balance económico bruto es muy atractivo, alrededor de 630 USD por tonelada de biomasa alimentada, lo cual deja un amplio margen de utilidad para cubrir los costos inherentes al proceso.
.
Fig. 1. Esquema de proceso para la transformación de la
lignocelulosa en hidrógeno y combustibles líquidos.
Conclusiones. Este estudio muestra que es posible producir hidrógeno y combustibles líquidos a partir de la biomasa, que el proceso es económicamente viable y que su integración a un sistema de refinación podría ayudar a disminuir las emisiones de bióxido de carbono fósil.
Bibliografía. 1. HOLLADAY, J., HU, J., KING, D.L., WANG, Y. (2009). Catalysis
Today, Vol. 139, 244-260.
2. RAPAGNÁ, S., JAND, D., FOSCOLO, P.U. (1998). International
Journal of Hydrogen Energy, Vol. 23, 551-557.
3. ENCINAR, J.M., GONZÁLEZ, J.F., GONZÁLEZ, J. (2012). Fuel
Processing Technology, Vol. 75, 27-43.
4. GIL, J., CORELLA, J., AZNAR, M., CABALLERO, M. (1999).
Biomass and Bioenergy, Vol. 17, 389-403.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
VALORIZACIÓN DE PORCINAZA COMO SUSTRATO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL MICROALGAL EN RACEWAY DE 200L
Luis Fernández Linares, Eduardo Flores Aguilar, Kevin Ángel González Falfán, Alejandra Gutiérrez Márquez
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología-Instituto Politécnico Nacional (IPN). Departamento de Bioprocesos. Av. Acueducto s/n, Barrio la Laguna Ticomán. Ciudad de México. C. P. 07340.
alexgtzmarquez@gmail,com
Palabras clave: Biomasa, valorizables, microalgas
Introducción. El biodiesel microalgal no es producido actualmente a nivel comercial debido a los altos costos de producción. Encontrar alternativas que disminuyan los costos y el impacto ambiental son fundamentales, algunas de estas son el empleo de aguas residuales y tratadas y/o porcinaza como medios de cultivo. La porcinaza es una importante fuente de nutrientes para la producción microalgas, presentan altas concentraciones en nitrógeno amoniacal y fósforo, así como alta demanda química de oxígeno (Boursier, et al., 2005). Nuestro grupo ha determinado hasta 3275 mg/L de amonio, 279 mg/L de nitratos y 22,416 mg/L de DQO, en la porcinaza fresca. El presente trabajo establece la producción de un consorcio microalgal empleando porcinaza como sustrato, empleando cultivo semicontinuo en RW de 200 L bajo condición de invernadero
Metodología. Se ha cultivado un consorcio microalgal proveniente de aguas residuales en régimen semicontinuo en 4 RW de 200L con un Volop de 150 L, bajo condiciones de invernadero. Se utilizó porcinaza como sustrato, alimentado el reactor con la porcinaza necesaria para alcanzar una concentración inicial de 80 mg/L de NH4. Se han llevado a cabo 3 ciclos de 13 días cada uno, después de cada ciclo se cosecha el 50% del volumen y se alimenta con agua y porcinaza (15 L). Se determinó diariamente pH y densidad óptica, en 2 RW: OD, NH4, NO3, pH, temperatura con sondas Hydrolab; cada tercer día: NH4, NO3
-, NO2-PO4
3- y DQO; y al final del ciclo: pigmentos, lípidos, carbohidratos y proteína.
Resultados. El pH de los medios se ha mantenido entre 8 y 9, que favorece el crecimiento microalgal (Park et al., 2011), sin embrago a pH altos el amonio se puede perder por stripping. En los primeros 4 días del ciclo la DO disminuye y el oxígeno disuelto tiende a cero, entrando en una fase anoxica de 4 días (Fig.1), esto debido al metabolismo microbiano: posteriormente incrementan ambos parámetros, llegando a la saturación de oxígeno. El nitrógeno amoniacal desaparece al tercer día, debido a la actividad microbiana y microalgal; observándose un aumento de los nitratos y nitritos, indicando la presencia de bacteria nitrificantes.
La DQO y PO43- se redujeron de 1000 a 500, y de 53
a 9 mg/L, respectivamente. La producción de biomasa fue de 0.595 g/L, los pigmentos se duplicaron a lo largo de cada ciclo (Fig 2) indicando el incremento de la biomasa. La producción de lípidos, carbohidratos y proteína fueron de 0.095,
0.111 y 0.122 g/L, con una composición en biomasa representada en la Fig.3.
Figura 1. Variación del O2 disuelto (OD) y Temperatura durante los ciclos de cultivo.
Figura 2 Variación de la Clorofila (crecimiento microalgal)
1.80
Lipidos Carbohidratos Proteínas
Pigmentos Otros
Figura 3 Composición de biomasa microalgal en %.
Conclusiones: Se han realizado tres ciclos de cultivo empleando porcinaza como sustrato y tratándola simultáneamente. Se han obtenido producciones biomasa y lípidos de 0.6 y 0.1 g/L; disminuyendo la DQO, nitrógeno total y fósforo del residuo.
Agradecimiento. A CONACYT por otorgar la beca de
posgrado (544914) y al Proyecto CONACYT No. 247402 y al SIP20170982
Bibliografía 1. Boursier, H., Béline F.; E. Paul E. 2005., Piggery wastewater characterisation for biological nitrogen removal process design, Bioresour. Technol. 96 (3). 351–358. 2. Park, J.B.K., Craggs, R.J., Shilton, A.N. (2011). Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology.102: 35-42
35
30
25
20
15
10
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Temperatura OD
20
18
16
14
12
10
15.71
18.57
20.65
10/8
/2017
10/3
/20
17
0
10/3
/2017
9/3
0/2
017
0
9/2
7/2
017
0
9/2
8/2
017
9/2
4/2
017
0
9/2
3/2
017
9/2
1/2
017
0
9/1
8/2
017
0
9/1
8/2
017
9/1
5/2
017
0
9/1
3/2
017
9/1
2/2
017
0
9/9
/201
7 0
: 9/8
/2017
9/6
/201
7 0
:
9/3
/2017
9/3
/201
7 0
:
8/3
1/2
017
0
8/2
9/2
017
8/2
8/2
017
0
8/2
4/2
017
8/2
5/2
017
0
8/2
2/2
017
0
8/1
9/2
017
0
Tem
pera
tura
(°C
)
Pig
me
nto
s T
ota
les (
ug
/mL
)
OD
(%
)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DEL PRETRATAMIENTO HIDROTÉRMICO SOBRE BAGAZO DE AGAVE
Marcela Sofía Pinoa, Rosa M. Rodríguez-Jasso
a,b, Michele Michelin
c, Ricardo Morales-Rodriguez
d,b, Héctor A. Ruiz
a,b
a Grupo de Biorrefinería, Departamento de Investigación en Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad
Autónoma de Coahuila, 25280, Saltillo, Coahuila, México, b Clúster de Bioalcoholes, Centro Mexicano de Innovación
en Bioenergía, cCentro de Ingeniería Biológica. Universidad de Minho. Braga, Portugal, 4710-057,
dDepartamento de
Ingeniería Química. Universidad de Guanajuato. Guanajuato, México, 36050.
*Email: [email protected]
Palabras clave: Biorrefinería, Biomasa, Celulosa.
Introducción. La biorrefinería de segunda generación
es considerada una alternativa promisoria para la
producción de bioetanol y productos de alto valor
agregado a partir de materiales lignocelulósicos (1).
México es uno de los mayores productores de bagazo
de agave a nivel mundial. El bagazo de agave (BA) es
una biomasa lignocelulósica que se compone
principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina. La
producción de bioetanol de segunda generación
involucra tres etapas principales: pretratamiento,
hidrólisis enzimática y fermentación (2). El
pretratamiento hidrotérmico (PH) consiste en someter
la biomasa a altas presiones y temperaturas en un
medio acuoso, lo que permite modificar la estructura
del material y solubilizar parcial o totalmente la
hemicelulosa, obteniéndose una fase sólida rica en
hemicelulosa, 17.3% de lignina, 9.9% de extractivos y
7.7% de cenizas en base seca. Por otro lado, en la
Figura 1 se presentan los resultados del pretratamiento
hidrotérmico, donde se observa que a medida
incrementan las condiciones de severidad de los
tratamientos, la concentración de celulosa y lignina
aumentan en la fracción sólida, mientras que el
contenido de hemicelulosa disminuye en el sólido
como resultado de la solubilización de ésta en la
fracción líquida.
50
45
40
35
30
celulosa y lignina insoluble con potencial aplicación
como azúcares fermentables (3). El presente trabajo
tiene como objetivo evaluar diferentes condiciones de
tratamiento hidrotérmico sobre bagazo de agave para
identificar aquella que produzca la concentración más
elevada de celulosa en el sólido pretratado.
25
20
15
10
5
0
160°C, 10160°C, 30160°C, 50190°C, 10190°C, 30190°C, 50
Celulosa
Lignina
Hemicelulosa
min min min min min min
Metodología. El BA fue provisto por una empresa local
productora de tequila (Destilería Leyros, Guadalajara,
México). La materia prima fue secada y molida para
subsecuentemente determinar su composición
fisicoquímica por medio de hidrólisis ácida cuantitativa
de acuerdo al método descrito por Ruiz et al (3). El
cual permitió determinar el contenido de los principales
azúcares (glucano, xilano, arabinano y grupos acetilo)
por medio de cromatografía líquida de alta resolución
(HPLC). Mientras que la cuantificación de la lignina
insoluble se llevó a cabo por gravimetría.
Posteriormente, el bagazo de agave fue sometido a un
pretratamiento hidrotérmico en un régimen isotérmico
en un reactor de acero inoxidable con un controlador
de temperatura PID. Los tratamientos se realizaron a
160 y 190°C por períodos de tiempo de 10, 30 y 50
min con una relación biomasa-agua de 1:10 (m/v). Las
fases obtenidas fueron separadas, siendo el
hidrolizado caracterizado por HPLC, mientras que el
sólido pretratado fue analizado con la misma técnica
de la materia prima (3).
Resultados. La composición fisicoquímica del bagazo
de agave resultó en 25.6% de celulosa, 18.3% de
Condiciones
Fig. 1. Composición (% base seca) de sólido pretratado hidrotérmicamente
Conclusiones. El pretratamiento hidrotérmico es un
método eficiente para el fraccionamiento del BA en sus
principales componentes. La condición de 190°C por
30 min es la que presenta la concentración de celulosa
más elevada en la fracción sólida indicando una
potencial susceptibilidad enzimática.
Agradecimiento. Proyecto Ciencia Básica SEP-
CONACYT No. Ref. 254808. Titulado: Estudio de
inhibición de la celulasa en la hidrólisis enzimática de
residuos de agave pretratados mediante un proceso
hidrotérmico.
Bibliografía. 1. Maitan-Alfenas, G. P., Visser, E. M., Guimarães, V. M (2015).
Curr. Opin. Food Sci. 1, 44-49
2. Caspeta, L., Caro-Bermúdez, M. A., Ponce-Noyola, T., Martínez,
A. (2014). Appl. Energy. 113, 277-286.
3. Ruiz, H., Ruzene, D., Silva, D., Quintas, M., Vicente, A., Teixeira,
J. (2011). Appl Biochem Biotechnol. 86(1), 88-94.
Con
ce
ntr
aciò
n (
%b
ase
se
ca
)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRETRATAMIENTO HIDROTERMICO EN PENCAS DE AGAVE AMERICANA TIPO L DE LA REGIÓN
SURESTE DE COAHUILA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
César D. Pinales-Márquez a,b
, Rosa M. Rodríguez-Jaso a,b
, Héctor A. Ruiz a,b
a
Grupo de Biorrefinería, Departamento de Investigación en Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad
Autónoma de Coahuila, 25280, Saltillo, Coahuila, México, b Clúster de Bioalcoholes, Centro Mexicano de Innovación
en Bioenergía. *Email: [email protected]
Palabras clave: Biorrefinería, Auto hidrólisis, Biocombustibles.
Introducción. La cantidad de biomasa existente
representa una oportunidad para desarrollar productos
necesarios para la humanidad, donde los materiales
lignocelulósicos resultan ser materias primas idóneas
para la generación de biocombustibles y de
compuestos de alto valor agregado, bajo el concepto
de una Biorrefinería. El pretratamiento hidrotérmico de
los materiales lignocelulósicos es una gran alternativa,
ya que mejora las condiciones para la producción de
bioetanol aunado a que el proceso solo usa agua y
altas temperaturas para ser llevado a cabo y además
permite la generación de otros productos (1). La
investigación de nuevas plantas puede revelar fuentes
no alimentarias de materias primas valiosas, como las
hojas de agave, las cuales han sido utilizadas para la
creación de bebidas alcohólicas, dejando fibras
celulósicas y productos químicos, lo cual despierta un
interés para el uso del agave para la producción de
biocombustibles (2).
Metodología. Análisis de la materia prima. La materia
prima fue previamente analizada, usando el método de
hidrólisis ácida cuantitativa (HAC) junto con la
determinación le la lignina insoluble (CLK), con el fin
de conocer la cantidad inicial de azucares que tenía la
materia prima (3). Pretratamiento hidrotérmico. El
pretratamiento hidrotérmico fue llevado a cabo de
manera isotérmica, en una relación 1:10 material agua,
siguiendo un diseño de experimentos de factor central,
el cual tomaba como primera variable el tiempo de
retención en el reactor el cual tenía rangos de (10-50)
min y como segunda variable la temperatura la cual
varió en los rangos de (150-190) °C para después ser
analizado tanto en la fase líquida como en la sólida
después del pretratamiento. durante este proceso, es
necesario registrar graficas que representen el
calentamiento con respecto al tiempo y así poder
calcular el factor de severidad (R0) el cual nos ayudará
para realizar correlaciones entre las concentraciones
resultantes del pretratamiento y lo severo que resultó
para el material el pretratamiento. (4)
Resultados. A continuación, se mostrarán los
resultados obtenidos mediante el análisis de la materia
prima y cambio generado en la composición del
material tras el pretratamiento hidrotérmico en la fase
sólida.
Tabla 1. Azucares iniciales y lignina insoluble (Klason) de la materia prima expresados en porciento en peso. (w/w) %
Componente Agave americana L
Arabinano 13
Xilano 1.3
Glucano 29.89
Lignina insoluble 13.65
Fig. 1. Aumento en las concentraciones de glucano en la fase sólida
del material pretratado.
Conclusiones. Mediante esta experimentación se
observó un aumento en la concentración de celulosa
en la fase sólida del material después del
pretratamiento al ser llevada a cabo la dilución de la
xilosa y la arabinosa (hemicelulosa).
Agradecimiento. Proyecto CONACYT-SENER-
SUSTENTABILIDAD ENERGÉTICA del ―Centro
Mexicano de Innovación en ioenergía‖, No. Ref.
249564. Titulado: ―Cluster ― iocombustibles
Lignocelulósicos para el Sector Autotransporte‖.
Bibliografía. 1. Ruiz H. A.., Rodríguez-Jaso R. M., Fernández B. D., Vicente A. A,
Teixeira J. A. (2013). Renewable Sustainable Energy Rev. Vol. (21).
pág. (35-51).
2. Cobin K. R., Byrt C. S., Henderson K. G., Lahnsetin J., Fincher G.
B., Betts N. S. and Burton R. A. (2015). Plos One. Vol. 10 (8) pág. (1-
23)
3. Ruiz H. A., Ruzene D. S., Silva D. P., Quintas M. A. C, Vicente. A.
A. Teixeira J. A., (2011). J Chem Technol Biotechnol. Vol. (86) pág.
(88-94)
4. Ruiz H. A., Cerqueira M, A., Silva H. D., Rodriguez-Jasso R. M.,
Vicente A. A., Texeira J. A. (2013) vol. (92). Carbohydrate Polymers.
Vol. (2154-2162) pág. (2154-2162).
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
USO DEL BAGAZO DEL AGAVE EN TERMINOS DE UNA BIOREFINERIA
Yamaguchi Torres V.a, Marcela Pino
a, Rosa M. Rodríguez-Jasso
a,b, Héctor A. Ruiz
a,b.
a Grupo de Biorefineria , Departamento de Investigación en Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas,
Universidad Autónoma de Coahuila, C.P.25280, Saltillo ,Coahuila, México. b
Clúster de Bioalcoholes, Centro Mexicano de Innovación en Bioenergía
Email: [email protected]
Palabras clave: Pretratamiento hidrotérmico, bagazo de agave
Introducción. La gran demanda de combustible fósil
va en aumento a la par de la contaminación generada
por el consumo de la misma, la búsqueda de
alternativas que reduzcan la generación de
contaminantes (1) y que a la vez que provenga de una
fuente renovable, en términos de una biorefinería de
segunda generación en la cual los residuos
agroindstriales sirven de materia prima renovable (2).
En el estado de Jalisco, México en el periodo de (2014-
2017) se utilizaron 2071 toneladas de agave para la
producción de tequila, del cual aproximadamente un
40% se convierte en bagazo de agave el cual es
considerado como residuo (3). Un material
lignocelulósico es aquel que está compuesto por
hemicelulosa, celulosa y lignina, el cual mediante el
sometimiento a un pretratamiento se logra una
separación y obtención de los componentes. El
pretratamiento hidrotérmico es un proceso que
únicamente utiliza agua como reactivo, el cual en bajo
condiciones de temperatura de (150-230ºC) y
presiones (5-25 kg/cm^2), los enlaces hidrogeno
presentes en el agua se debilitan permitiendo la auto-
ionización dando lugar a iones hidronio en el medio
actuando como catalizador, los grupos acetiles
presentes en la hemicelulosa también contribuyen a la
formación de iones hidronio y debido al aumento del
pH se logra modificar la estructura del material
permitiendo la solubilización de la hemicelulosa en la
fase liquida y la retención de la celulosa y lignina en el
fase sólida (4).
En el presente trabajo se tiene como objetivo conocer
la cinéticas de depolimerización de la hemicelulosa
sometidas en diferentes rangos de tempera y tiempo
de retención en el proceso hidrotérmico.
Metodología.
El bagazo de agave proporcionado por la destilería
Tequila Fortaleza ubicada en Tequila Jalisco será
caracterizado fisicoquímicamente primero será molido
en un molino de cuchillas (Arthur H. Thomas Co.,
Philadelphia, PA.) para obtener un tamaño de partícula
(0.5-2mm), la humedad será determinada en una
termo balanza Ohaus (Ohaus MB23, USA), para la
determinación de extractivos se utilizara la norma
TAPPI 204 os-76 1978 con el sistema de extracción
llamado Soxhlet, la determinación de cenizas sera
realiza bajo la norma TAPPI T 15 os-58 1978 y por
último se realizara una hidrolisis acida cuantitativa para
la determinación de azucares presentes en el bagazo
de agave usando la técnica reportada por Ruiz y col.
(5), la fase liquida se analizara por medio de
cromatografía liquida de alta resolución y la fase solida
se conoce como lignina Klason.
Una vez caracterizada la materia prima, se realizara el
pretratamiento hidrotérmico en un rector de acero
inoxidable de un litro, en intervalos de temperatura de
150-200ºC y en intervalos de tiempo 10-60 min
obteniendo dos fases una sólida y liquida, de la fase
liquida será llevada al analizar al cromatógrafo de alta
resolución en el cual se determinara el contenido de
hemicelulosa solubilizada.
Resultados
Tabla 1. Caracterización del bagazo de agave base seca.
Compuesto %
Celulosa 21.79 ± 0.655
Hemicelulosa 13.08 ± 0.187
Lignina 19.60 ± 0.867
Extractivos 20.13 ± 1.993
Cenizas 7.13 ± 0.115
Conclusiones.
El bagazo de agave cuenta con los componentes
necesarios para el pretratamiento y es adecuado para
los próximos estudios cinéticos de la depolimerización
de la hemicelulosa en el pretratamiento hidrotérmico,
en términos de una biorrefinería.
Agradecimiento. Los autores agradecen el apoyo
brindado al Proyecto Ciencia Básica SEP-CONACYT
No. Ref. 254808.
Bibliografía. (1) Espinoza Pérez A., Camargo M., Narváez Rincón P., Alfaro
Marchant M., Renewable and Suitable Energy Rev. 2017. Vol (69):
350-359
(2)K. Bardhana S., Gupta S, M.E. Gorman, Haider M.. Renewable
and Suitable Energy Rev. 2015. Vol (51): 506-520.
(3) Perez-Pimienta J., Flores-Gómez C., Ruiz H., Sathitsuksanoh N,
Balan V., Costa Sousa L., Dale E., Singh E., Simmons B. Bioresour.
Technol. 2016. Vol (211): 216-233.
(4) Ruiz H., Rodríguez-Jasso R., Fernandez D., Vicente A., Teixeira
J.. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2013. Vol (21): 35-51.
(5) Ruiz H., Ruzene D., Silva P.,Quintas M., Vicente A., Teixeiraa J..
J Chem Technol Biotechnol. 2011.Vol(86): 88-9.
DESARROLLO Y EVALUACIÓN DE UN BIODIGESTOR RÍGIDO MODELO DM1
Laura Velez 1, Oscar M. Martínez 2, Neín Farrera 1,3, Fidel Antúnez1, Yanshy Hernández1,Joel Moreira1,3
1Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Instituto de Ciencias Básicas y Aplicadas. Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables. Libramiento Norte Poniente 1150, Colonia Lajas Maciel C.P 29039, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.2Universidad Politécnica de Chiapas. Maestría en Energías Renovables. Carretera Tuxtla-Villaflores KM. 1+500, Las Brisas, C.P 29150 Suchiapa, Chiapas.3Universidad del Valle de México. Blv. Los Castillos 375, Montes azules C.P
29056, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: desechos orgánicos, digestión anaerobia, biogás
Introducción. El estado de Chiapas cuenta con una población ganadera de 2, 670, 583 cabezas, siendo de los principales productores a nivel nacional, a causa de ello, se generan grandes cantidades de estiércol que afectan gravemente aire, suelo, agua y lo más importante la salud de la población. Una de las alternativas para disminuir esta problemática es el desarrollo e implementación de biodigestores para el aprovechamiento de este tipo de residuos orgánicos en la producción de biogás y bioabono.
Objetivo: Desarrollar y evaluar un biodigestor rígido modelo DM1 para la producción de biogás y bioabono a partir de estiércol bovino.
Metodología. El biodigestor se construyó con un recipiente de polietileno de alta densidad (PEAD) y además cuenta con un sistema de agitación manual de policloruro de vinilo (PVC). Este dispositivo tiene un volum9en de 1100 litros de los cuales 900 litros se utilizaron para la mezcla estiércol-agua y el resto se utilizó para almacenar el biogás. Durante la producción de biogás se monitorearon los parámetros característicos del proceso como cantidad y calidad de biogás mediante un analizador de gases portátil multitec 540, pH, temperatura (interna, suelo y ambiente) a través de termopares conectados a un datalogger USB-TEMP-AI, presión, remoción
de H2S, AGV totales con la ecuación Total VFA=131,340 * (VpH4.0-VpH5.0) * NH2SO4 / Vsample] [3.08 * VpH4.3 * NH2SO4 / Vsample * 1,000]-10.9 [1], DQO mediante el método de reflujo cerrado y alcalinidad con la ecuación TAC= Vol. de H2SO4 a 0.1N*250 [2].
Resultados. Este dispositivo se alimentó con 360 kg de estiércol bovino y 540 litros de agua. En un tiempo de retención de 32 días la producción total de biogás fue de 5923.8 litros, con un promedio de 312 litros de biogás por día (Figura 2), una concentración máxima de metano de 66% (Figura 1) en condiciones normales de presión (1 atm) y temperatura (25 ºC), lo que significa que se puede cocinar con este tipo de biocombustible durante 2-3 horas/ día. Además se presentaron variaciones de temperatura interna de ±0.1 ºC/ hora, lo cual es favorable para las bacterias ya que no debe haber variaciones bruscas de temperatura, un pH promedio de 7.1 que indica un medio relativamente neutro sin riesgos de acidificación o alcalinidad en el proceso y una eficiencia en la remoción de materia orgánica de 66% en términos de DQO. Por otro lado, se
removió en promedio un 94.5% del H₂S contenido en el biogás, mediante la utilización de un filtro con virutas de hierro, esto permitirá su futura aplicación en sistemas térmicos y generación eléctrica con bajas implicaciones [3].
Figura 1. Concentración de Figura 2. Producción de
CH4, CO2 y O2 vs tiempo biogás vs tiempo.
Conclusiones. Se logró obtener un sistema de biodigestión con los elementos y condiciones necesarias para la transformación de la materia orgánica en un
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGRAGADO MEDIANTE LA OXIDACIÓN CATALITICA DEL GLICEROL
B. Zapata, S. Castillo, Rafael Martínez -Palou, Gerencia de Transformación de Biomasa, Instituto Mexicano del Petróleo, Eje Central Lázaro
Cárdenas Norte 152, 07730, CDMX. E-mail: [email protected] Palabras claves: ácido láctico, ácido glicérico, catalizador de Pt soportado
Introducción. Hoy en día la producción de biodiesel es a gran escala debido principalmente a la incentivación de los gobiernos y el desarrollo de fuentes renovables. En la reacción de transesterificación el 10% del se convierte en glicerina. La alta producción de biodiesel genera un excedente de glicerol crudo que el mercado del glicerol ya no puede absorber [1]. Se han propuesto varios procesos catalíticos para transformar el glicerol en químicos con alto valor agregado como el ácido láctico, ácido glicérico y poligliceroles [2]. El ácido láctico se usa en la industria alimentaria, farmacéutica y para la síntesis de polímeros biodegradables principalmente. En el presente estudio se propone llevar a cabo la reacción de oxidación catalítica del glicerol mediante materiales a base de Pt soportado en diferentes soportes con el objetivo de mejorar el desempeño catalítico y selectividad de los catalizadores reportados.
Metodología. Los materiales propuestos se sintetizaron por impregnación del metal (Pt y/o Pd) en el soporte mediante intercambio iónico. La caracterización se llevó a cabo mediante Fisisorción de nitrógeno, espectroscopía de infrarrojo FT-IR y Microscopía electrónica de transmisión principalmente. La reacción de oxidación se llevó a cabo en un reactor parr a 100 °C, y presiones entre 45 – 90 psi, en un medio básico o libre de una base, durante 5- 24 horas de reacción. El mecanismo de reacción propuesto se muestra en la Figura 1.
Fig. 1. Mecanismo de conversión del glicerol [3].
Resultados. En la Tabla 1 se resume la caracterización de los catalizadores usados.
70
60
50
40
30
20
10
0
CATALIZADORES
Fig. 2 Resultados de conversión de glicerol.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
AC. LACTICO AC. GLICO AC. ACETICO ERITRITOL
Productos
Fig. 3 Selectividad en la conversión del glicerol.
Los resultados muestran materiales catalíticos activos en la oxidación del glicerol Figura 2, como los nanotubos de carbón y alúminas soportadas con platino y con Pd (NC-PtR y Al1-PdR respectivamente). La selectividad como lo esperábamos fue máxima hacia ácido láctico (ALAC). Conclusiones. Es posible obtener ácido láctico principalmente, mediante la oxidación catalítica del glicerol y mediante la selección de un catalizador a base de platino o de paladio como alternativa viable para llevar a cabo esta reacción a una escala superior. Agradecimientos. Se agradece el apoyo a través del proyecto D.61036 ―Ruta de alternativas tecnológicas para la producción de químicos de alto valor a partir de residuos de base biológica‖ Bibliografía 1. Phithakcrotchanakoon C (2015) J. Polim. Environ. 23, 38-44. 2. Arcanjo M (2017) Catalisis Today 279, 317-326. 3. Perushothamana (2014) Appl. Catal. B: Environ. 147, 92-100.
Sele
cti
vid
ad
%
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO PARA LA MEZCLA ACETONA-
BUTANOL-ETANOL UTILIZANDO ACETATO DE HEPTILO COMO AGENTE DE SEPARACIÓN
Xochitl Muñoz-Mosqueda, Jacqueline Bravo-García, Zeferino Gamiño-Arroyo, Ricardo Morales-Rodriguez
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Guanajuato, Guanajuato, Guanajuato, CP 36050, México.
Palabras clave: Diseño de moléculas, extracción líquido-líquido, acetato de heptilo
Introducción. La producción de biocombustibles a partir de biomasa lignocelulósica ha cobrado un interés especial debido a los problemas ambientales. El butanol ha sido identificado como un biocombustible potencial, por sus diversas ventajas en comparación con el bioetanol.[1] La producción de butanol por vía biotecnológica ha sido realizada empleando bacterias del género Clostridium, en el cual se produce acetona, butanol y etanol (ABE). Uno de los retos del producto de la fermentación es su separación y purificación. Existen diversos estudios donde se han evaluado diferentes configuraciones de proceso,[2] sistemas basados en membrana, la adsorción con adsorbentes diversos,[3] la extracción con gas y la extracción líquido-líquido (ELL), la cual puede ser una alternativa factible, porque cuando se incorpora al diagrama de flujo puede eliminar la necesidad de destilación azeotrópica. La clave de un proceso eficaz de ELL reside en la posibilidad de disponer de un disolvente adecuado, no tóxico, barato y fácilmente recuperable. En un trabajo anterior,[4] el diseño del agente de extracción para este sistema se realizó utilizando el programa computacional de diseño molecular Computer-Aided Molecular Design (CAMD), el cual proporcionó una lista de componentes orgánicos como candidatos potenciales; entre los posibles se seleccionó el acetato de heptilo debido a su costo, disponibilidad en el mercado y baja toxicidad.[4] Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es determinar de manera experimental la efectividad del proceso de ELL en una mezcla modelo de ABE más agua utilizando acetato de heptilo como agente de extracción, para la recuperación de butanol como componente de interés. Metodología. El primer paso fue realizar la curva de calibración de la acetona, butanol y etanol, para ello se tomaron como referencia las fracciones másicas obtenidas en el domo de la columna de ELL en un estudio previo.[4] La solución de alimentación se preparó a partir de las fracciones másicas de entrada a la columna de ELL en un estudio previo,[4] para posteriormente ponerse en agitación constante, dejar reposar y que ocurra la separación de las fases ABE más acetato de heptilo y agua. La concentración del agente extractante influye significativamente en la recuperación del butanol por lo que se llevó a cabo la experimentación variando la relación (R) de la mezcla ABE más agua con respecto al acetato de heptilo. La determinación de composiciones en la fase orgánica se realizó a través de cromatografía de gases. Resultados. La Tabla 1 muestra las fracciones másicas de los componentes acetona, etanol
y butanol presentes en la fase orgánica de la extracción de la solución de alimentación con acetato de heptilo.
Tabla 1. Fracción másica de ABE en la fase orgánica y la fracción
másica de ABE* obtenida en la simulación de trabajos previos.[4]
Componente Fracción Másica a la salida de la columna
R 1:1 R 1:2 R 1:8 R 1:7
Acetona 0.0763 0.0508 0.0237 0.0193*
Etanol 0.0294 0.0188 0.0069 0.0076*
Butanol 0.2408 0.1493 0.0493 0.0503*
Como se muestra en la Tabla 1, al aumentar la concentración del agente de extracción, la recuperación de butanol así como de los componentes acetona y etanol, disminuye significativamente por la dilución. Haciendo referencia a la relación 1:8 la cual es tomada como la óptima según la bibliografía revisada para este proyecto, se aprecia que experimentalmente se obtuvieron fracciones másicas para los componentes ABE muy parecidas a las que se esperaban teóricamente, indicando tanto una buena extracción de la solución preparada como una alta efectividad del proceso. Además como se menciona en la referencia, en relaciones mayores a 1:7, la cantidad de agua tiende a 0. [4]
Conclusiones. Con base en los resultados obtenidos se puede concluir que es muy factible la recuperación butanol como producto de interés por medio de un proceso de ELL usando acetato de heptilo como agente de extracción. Se observó que a una mayor concentración del agente de extracción en la mezcla, la recuperación de los componentes ABE se ve afectada considerablemente; experimentalmente se logra obtener a dichos componentes con un alto rendimiento. Por lo anterior, el acetato de heptilo resulta ser una muy buena alternativa para realizar la extracción de los componentes ABE con singular interés en la producción del butanol como alternativa de fuente de energía, por medio de una vía biotecnológica. Bibliografía. [1] Morales Rodriguez, R., Gamiño Arroyo, Z., Gómez Castro, F.,
Samarti Rios, S., Sanchez Morales, M., Avalos Farfán, S., Perez
Cisneros, E., Rodriguez Gomez. D., Alvarado Morales, M. & Enríquez
Po, M. (2015). Memorias del International Energy Congress, 227-235.
[2] Patrascu, I., Bîldea, C. & Kiss, A. (2017), 177, 49-61.
[3] Merwe, A., Cheng, H., Görgens J. & Knoetze, J. (2013). Fuel, 105,
451-458.
[4] Morales Espinosa, N., Sánchez Ramírez, E, Quiroz Ramírez, J.,
Gómez Castro, F., Gamiño Arroyo, Z., Segovia Hernández, J.,
Hernández Escoto, H., Hernández Castro, S., Rodriguez Gomez, D.,
Morales Rodriguez, R. (2016). Memorias del XXXVII Encuentro
Nacional de la AMIDIQ, 197-202.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
90.00
70.00
50.00
30.00
10 15 20 25
días
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN UN SISTEMA EN CODIGESTIÓN ANAEROBIA EN FASES A PARTIR
DE BIOMASA GENERADA EN UNA PLAZA COMERCIAL
Ma. Estela Montes Carmona1, Alejandra Vásquez Márquez1, Yolanda Lagunes Paredes2, Gabriela Cárdenas Guevara2
1Instituto de Ingeniería, Universidad Veracruzana. S.S. Juan Pablo II. Fracc. Costa Verde. C.P. 94294. Boca del Río,
Ver. México. 2 Facultad de Ingeniería, Universidad Veracruzana. Ave. Ruiz Cortines. Fracc. Costa Verde. C.P. 94294.
Boca del Río, Ver. México [email protected]
Palabras clave: lodos residuales, fracción orgánica, estabilización
Introducción. La generación de aguas residuales en
los centros comerciales es altamente estacional.
Grandes picos se generan a ciertas horas del día,
cuando el centro presenta alta afluencia de público. De
manera similar, en temporadas altas (navidad, por
ejemplo), el volumen de agua residual generado se
incremente de manera importante. Adicional a lo
anterior, las áreas de comida generan alta
concentración de grasas y materia orgánica resultado
de su operación normal (1). La digestión anaerobia
ofrece una alternativa factible para el tratamiento de
estos residuos ya que además de disminuir la carga
orgánica por medio de la degradación ofrece la
posibilidad de generar una energía renovable (2).
Evaluar la generación de metano y la estabilidad del
proceso de codigestión de lodos residuales
provenientes de una Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales y fracción orgánica de los Residuos Sólidos
Urbanos provenientes de un centro comercial ubicado
en la zona conurbada Veracruz-Boca del Río.
Metodología. Se evaluó un sistema de codigestión anaerobia en fases usando como sustrato biomasa municipal (lodos residuales de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas y la fracción orgánica de los residuos sólidos) generados en un centro comercial, operado en rango mesofílico (3). El sistema cuenta con dos biodigestores ambos de acero inoxidable y con un volumen total de trabajo de 50 litros.
Resultados. Se alimentó con una carga de 0.72 kg ST /m3.d, 1.37 kg DQO /m3.d, temperatura y pH promedio de 34.7°C y 7.28 respectivamente. Se valoró el sistema durante 47 días y se midieron parámetros como Sólidos Totales, Sólidos Volátiles, DQO, volumen del biogás y riqueza de metano.
Fig. 1. Porcentaje de eliminación de DQO en el sistema en fases
Tabla 1. Valores promedio obtenidos en lel digestor en fases.
Parámetros
Promedio
ST (Kg/m3) 16.64
SV (Kg/m3) 10.41
DQO (Kg/m3) 18.67
pH 7.28
Temperatura ( oC ) 34.90
TRH ( d ) 33
% Elim. ST 30.27
% Elim. SV 46.21
% Elim. DQO 60.01
Flujo (L/d) 17.33
F (m3) Kg DQO elim. 0.44
F (m3) Kg SV elim. 1.40
AGV´s/ Alcal. 0.27
Riqueza de biogas (%) 60
Conclusiones. Con los datos obtenidos se confirma que el tratamiento anaerobio en fases cumple su finalidad, los porcentajes de eliminación de ST, SV y DQO muestran la eliminación de la materia orgánica. Se estabilizó el lodo generado y la riqueza de metano es aceptable.
Agradecimiento. Al Programa para el Desarrollo
Profesional Docente (PRODEP) SEP por el financiamiento otorgado y a la plaza comercial por las facilidades brindadas.
Bibliografía. 1. Xingbao G., Xiao L., Wei W. (2016). Renewable Energy. 96, págs.
1086-1092.
2. Tchobanoglous, G., Vigil S., Theisen H. (1994). Gestión integral de
residuos sólidos. España. Mc Graw Hill.
3. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. (2013).
Diagnóstico Básico para la Gestión Integral de Residuos
% e
limin
ació
n d
e
DQ
O
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA, FENOLÓGICA Y BIOQUÍMICA DE GENOTIPOS DE
COYOL Acrocomia aculeata (JACQ), PARA DETERMINAR SU POTENCIAL PARA LA
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN MÉXICO.
Víctor Hugo Díaz Fuentes
1; Pablo Amín Ruiz Cruz
1; Carlos Hugo Avendaño Arrazate
1; Leobardo Iracheta Donjuan
1;
Wendy Nájera Domínguez1. Campo Experimental Rosario Izapa. INIFAP. Tuxtla Chico, Chiapas. C. P. 30870.
Palabras clave: Biocombustibles, Acrocomia, México.
Introducción. En razón de su riqueza florística, en México existen muchas especies con potencial para la obtención de materias primas para la producción de biocombustibles. En ese contexto destaca el coyol Acrocomia aculeata (Jacq.), palma monocotiledónea que se distribuye en las áreas tropicales y subtropicales de México, Centro y Sudamérica. En México se distribuye en la vertiente del Pacífico, de Sinaloa a Chiapas y, en la vertiente del Golfo, de San Luis Potosí a Yucatán. Los estudios realizados sobre esta especie han demostrado que posee un alto potencial para la producción de biodiesel. Colombo et al (2017), reportan que puede producir hasta 5,000 litros de aceite/ha/año-1, que supera ampliamente a otras especies que son actualmente utilizadas para la producción de biocombustibles en México, como el piñón Jatropha curcas L. y la higuerilla Ricinus communis L. cuyos rendimientos promedios máximos en variedades mejoradas son de 1,100 litros de aceite/ha/año-1 (Díaz, et al, 2015). Estos atributos permiten considerar a A. aculeata como una alternativa viable para la obtención de aceite como insumo para la producción de biodiesel en México. Sin embargo, no existen estudios sobre la diversidad genética de la especie en México, y sobre todo, su potencial para producir biodiesel.
El objetivo del estudio fue caracterizar desde el punto de vista productivo, morfológico y bioquímico genotipos de A. aculeata, para determinar el potencial de la especie para la producción de biodiesel en México.
Metodología. El ámbito geográfico del proyecto comprendió los estados de Chiapas y Oaxaca. Se realizaron las siguientes actividades: a). Ubicación de poblaciones naturales de la especie; b). Colecta y caracterización morfológica y bioquímica de genotipos; c) Caracterización edafoclimática de las áreas de distribución natural de la especie; c) Caracterización fenológica in situ y, d). Selección y multiplicación de genotipos superiores por su producción de frutos y contenido de aceite.
Resultados. En el área de estudio la especie se
distribuye a alturas de 0 a 700 m, en regiones con clima cálido-subhúmedo,
principalmente en suelos cambisoles o regosoles, con un rango de precipitación de 800 a 2000 mm anuales. Las poblaciones naturales se conforman por pocos individuos (< 3), relativamente dispersos entre sí, en áreas destinadas a la agricultura de temporal o pastizales. En el área de estudio, la floración ocurre durante el período marzo-septiembre. El desarrollo del fruto abarca de 11 a 13 meses. La maduración del fruto ocurre un año después de la floración. La altura promedio de los individuos caracterizados fue de 5.10 m y 4 racimos /individuo, con 106 a 357 frutos/racimo. El peso de los frutos se encuentra en el rango de 24.2 a 50.9 g. El peso del mesocarpio de 5,4 a 13.2 g. El contenido de aceite del mesocarpio se encuentra en un rango de 30.5 a 51.7%, lo cual, en un escenario de 400 árboles/ha-1, equivale a un rendimiento potencial de aceite de hasta 2,681 l/ha/año-1, factible de incrementarse, toda vez que dicho rendimiento estimado corresponde a palmas silvestres, sin manejo agronómico.
Conclusiones. 1. Conservadoramente, se estima que A. aculeata posee un potencial de producción de aceite mayor de de 2,600 l/ha/año-1. 2. Su potencial productivo de aceite, supera a otras especies actualmente utilizadas en México para la producción de biodiesel. 3. La especie representa una alternativa viable para ampliar la matriz de insumos para la producción de biocombustibles en México 4. Es necesario continuar la investigación orientada al desarrollo de tecnología para el cultivo de dicha especie en México.
Bibliografía. Colombo, C. A., Chorfi B. L. H., Díaz, B. G., Ferrari, R. A. 2017.
Macaúba: A promising tropical palm for the production of vegetable
oil. OCL. DOI:10.1051/ocl/2017038. 9 p.
Díaz, F. V. H., Iracheta D. L., Solís, B. J. L., Basulto, G. J. A.,
González, J. A. Rico, P. H. R. 2015. Nuevos clones de piñón
mexicano (Jatropha curcas L).) para la producción de
biocombustibles en México. Desplegable informativa Num. 21.
INIFAP. CIRPAS. Campo Experimental Rosario Izapa. Tuxtla Chico,
Chiapas. 6 p.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE GENOTIPOS DE MORINGA Moringa oleífera Lam., PARA
LA PRODUCCIÓN DE SEMILLA, COMO INSUMO PARA PRODUCIR BIODIESEL EN MEXICO.
Víctor Hugo Díaz Fuentes
1; Agustín Rueda Sánchez
2; Héctor Rómulo Rico Ponce
3; Jorge Alberto Basulto Graniel
4;
Alberto González Jiménez5; Wendy Nájera Domínguez
1; Pablo Amín Ruíz Cruz
1.
1Campo Experimental Rosario Izapa. Tuxtla Chico, Chiapas. C. P. 30870.
2Campo Experimental Altos de Jalisco.
INIFAP. Tepatitlán, Jalisco. C. P. 47600. 3Campo Experimental Valle de Apatzingán. INIFAP. Antúnez, Michoacán. C.
P. 60871. 4Campo Experimental Mocochá. INIFAP. Mérida, Yucatán. C. P. 97454.
5Campo Experimental Las
Huastecas. INIFAP. Estación Cuauhtémoc, Tamaulipas. C. P. 89610. [email protected];
Palabras clave: Selecciones, moringa, biocombustibles
Introducción. La moringa Moringa oleífera Lam es un árbol de rápido crecimiento utilizado desde la antigüedad con diferentes propósitos. En los últimos años su cultivo se ha incrementado en las áreas tropicales y subtropicales del mundo debido al ―redescubrimiento‖ de sus aplicaciones y el descubrimiento de otras nuevas en la nutrición humana, la medicina y la industria. Actualmente entre sus principales usos destacan el consumo de sus hojas deshidratadas o en forma de harina. Sus semillas contienen de 34 a 45% de aceite (Díaz, et al., 2015). El aceite obtenido de sus semillas cumple con los estándares internacionales para su uso como biocombustible (Rashid et al., 2008). Debido a su alto contenido de aceite, calidad industrial del mismo, la facilidad de su cultivo y su amplia adaptación, es que la moringa ha sido considerada como una alternativa viable para la producción de biodiesel en México. Sin embargo, la tecnología de producción de moringa en México es limitada, entre lo que se destaca la carencia de materiales genéticos con características de amplio rango de adaptación y, alto potencial de rendimiento de semilla y contenido de aceite.
En el contexto de dicha problemática, se evaluaron 20 genotipos de moringa, con el objetivo de identificar su potencial de producción de semilla como insumo para producir biodiesel en México y, seleccionar al menos un genotipo sobresaliente por adaptabilidad ambiental, rendimiento de semilla y contenido de aceite.
Metodología. Los ensayos de evaluación se establecieron en el año 2013 en cinco Campos Experimentales del INIFAP ubicados en los estados de Chiapas, Michoacán, Tamaulipas, Yucatán y Jalisco. El diseño experimental fue de bloques al azar con cuatro repeticiones donde los tratamientos fueron los 20 genotipos de moringa. Las plantas se establecieron a distancias de 3 x 3 m entre líneas y plantas. Durante 3 años (2014-2016) se evaluó el desarrollo en altura, número de frutos por árbol, peso del fruto, número de semillas por fruto y rendimiento de semilla.
Resultados. Se seleccionaron dos árboles denominados SELMOR 01 y SELMOR 02 que registraron los mayores rendimientos de semilla y pertenecientes a las genotipos con mayor rango de adaptabilidad en las localidades de estudio. Los mismos se consideran selecciones élite de la especie, con potencial de producción de aceite de 1,278 y 1,088 toneladas ha-1 respectivamente al tercer año de establecidos en el terreno definitivo (Cuadro 1).
Cuadro 1. Rendimiento de semilla (k.ha-1) y aceite (ton.ha
-1) de
selecciones de moringa.
Selecc.
Cont. Aceit e (%)
Rendimiento de semilla (k.ha
-1)
Rendimiento de aceite
(ton.ha-1)
Año 1
Año 2
Año 3
Año 1
Año 2
Año 3
Selmor 01
37.7 0.38 1,07 4.24 0.11 0.32 1.27
Selmor 02
42.2 0.27 0.98 3.23 0.09 0.33 1.08
Conclusiones.
1. Se dispone de las selecciones de moringa SELMOR 01 y SELMOR 02, con potencial de rendimiento de aceite de 1 a 1.2 ton.ha
-1 al tercer año de sembradas.
2. Dicho potencial es similar al de piñón Jatropha curcas e higuerilla Ricinus communis, actualmente promovidas en México para la producción de insumos para biocombustibles. 3. Moringa representa una alternativa viable para ampliar la matriz de insumos para la producción de biocombustibles en México
Bibliografía. 1. Díaz, F. V. H., Avendaño, A. C. H., Reyes, R. A. L. 2015. Moringa (Moringa oleífera Lam). Diversidad en México. INIFAP. CIRPAS. Campo experimental Rosario Izapa. Folleto Técnico Num. 35. Tuxtla Chico, Chiapas, México. 67 p. 2. Rashid, U.; Anwar, F.; Moser, B.R. & Knothe, G. 2008. Moringa oleifera oil: a possible source of biodiesel. Bioresour. Technol. 2008 Nov;99(17):8175-9. [En línea]. Disponible en https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18474424. (Consultado 04 julio 2015).
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
MEJORA SOBRE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE LA DIGESTIÓN
ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS DE LA INDUSTRIA
PROCESADORA DE MANGO
Karla Denisse Luna Avelar1, Adela Barrera Lopez2, Nildia Yamileth Mejías Brizuela2, Angel Valdez Ortiz1, Lourdes Janeth Germán Báez1, David Ulises Santos Ballardo2*.
1.- Facultad de Ciencias Químico-Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa, Culiacán, Sinaloa.
2.- Universidad Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa.
Palabras claves: Residuos orgánicos de mango, pre-tratamientos, biogás.
Introducción. El biogás es un biocombustible constituido
principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono
(CO2), es obtenido mediante el proceso de digestión
anaerobia (DA) de materia orgánica [1]. En la última
década, diversos autores han analizado el empleo de
diferentes tipos de materias primas para ser sometidas al
proceso de DA para la producción de este biocombustible,
destacando los residuos orgánicos provenientes de
alimentos debido a sus bajos costos, por lo que la
conversión de dichos residuos biodegradables, además de
liberar energía alternativa en forma de biocombustibles,
tienen un gran potencial de reducir los problemas
ecológicos de vertederos, lo que podría brindar estabilidad
social, ambiental y económica [2]. Debido a esto, la DA
está entre las tecnologías más prometedoras para el
tratamiento de desechos orgánicos alimenticios, donde es
de suma importancia tratamientos previos que conlleven a
la mejora de la biodisponibilidad a los microorganismos
degradadores. Lo anterior, aseguraría la factibilidad
económica del proceso anaeróbico. La presente investigación muestra el efecto de diferentes
pre-tratamientos sobre la digestión anaerobia para la
producción de biogás a partir de residuos orgánicos de
mango (ROM).
Metodología. Se obtuvieron los ROM provenientes de la
industria procesadora Mazazul Organics S.A. de C.V.
ubicada en el municipio de El Rosario, Sinaloa. Estos
fueron secados, triturados y molidos para obtener una
harina de ROM (sustrato) [3], se determinaron los sólidos
totales (ST) y los sólidos volátiles (SV) [4], y se aplicaron
diferentes pre-tratamientos al sustrato: térmico [5], físico [5]
y biológico [6], variando condiciones de trabajo para para
determinar su efecto sobre la producción de biogás.
Posteriormente se realizó la DA de 1.2 g SV ROM en
frascos herméticamente sellados. Las pruebas se
realizaron en condiciones mesofílicas (37 ± 1 °C) durante
25 días. La eficiencia de las diferentes condiciones de pre-
tratamientos fue evaluada a partir de la producción diaria y
acumulada de biogás, misma que fue medida utilizando el
método de desplazamiento de un líquido mediante un
eudiómetro, empleando un ANOVA unifactorial y
comparación de medias Fisher (LSD, p ≤ 0.05).
Resultados. Al analizar estadísticamente los datos, se
obtuvo diferencia significativa entre los pre-tratamientos
aplicados, sin embargo, los pre-tratamientos térmicos de
70 y 80 °C no presentaron diferencia significativa,
constatando que ambos son los más eficientes en cuanto
a la producción diaria y acumulada de biogás a partir de la
DA de ROM, cabe mencionar, que a fin de ahorro
energético y económico, se eligió el pre-tratamiento
térmico a 70 °C como el más eficiente.
Conclusiones. La biodegradabilidad de los residuos
orgánicos de alimentos puede verse afectada por la
naturaleza de la materia prima, dificultando la
disponibilidad de nutrientes a los microorganismos, y
generando producciones nulas de biogás; dentro de los
diversos pre-tratamientos estudiados se obtuvo que los
pre-tratamientos térmicos se mostraron más eficientes que
los biológicos y los físicos; dentro de éstos un proceso de
70 °C por 1 hora fue el que se consideró más adecuado
para generar un incremento en la producción de biogás a
partir de BR de Mango.
Bibliografía.
1. Bouallagui H, Cheikh R Ben, Marouani L, Hamdi M. (2003). Bioresour
Technol. 86:85–89.
2. Capson G, Rouez M, Crest M. (2016). Rev Environ Sci Biotechnol
15:499–547.
3. Tapia M, Pérez B, Cavazos J, Mayett Y. (2013). Rev Mex Agronegocios.
32:258–266.
4. APHA. (1999). En: Standard methods for the examination of water and
wastewater. American Public Health Association. pp 1220.
5. González C, Sialve B, Bernet N, Steyer JP. (2012). Bioresour Technol.
110:610–616.
6. García T, Torres A, Fernández J, Martínez J. (2015). Rev la Fac Ing
UCV. 30:27–35.
Agradecimientos. A la Universidad Politécnica de
Sinaloa por facilitar sus instalaciones para la realización
de esta investigación. A CONACYT por el apoyo
económico otorgado.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EXTRACCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOS DE ASERRÍN DE MADERA DE Pinus patula POR EXPLOSIÓN SÚBITA DE VAPOR Y HPLC
Edna Elena Suárez Patlán, Patricia Aguilar Sánchez, Noel Carrillo Ávila, Casimiro Ordoñez Prado y
Martha Elena Fuentes López. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, Km. 56.5 Carretera Federal México-Puebla, San Martinito Tlahupan, Puebla, C.P.
74100. [email protected]
Palabras clave: explosión súbita de vapor, Pinus patula, azúcares reductores.
Introducción. El método de explosión súbita de vapor consiste en someter un material lignocelulósico en contacto directo con vapor a altas presiones, el vapor se libera de manera súbita para que cause rompimiento en la matriz celular (1). Este proceso se basa en la acción hidrolítica del vapor a altas temperaturas que hidroliza los enlaces lignino- celulósicos, la solubilización de la hemicelulosa y eliminación de los grupos acetilo (2). Desde el punto de vista ambiental, es un método poco contaminante, sin embargo, presenta dos dificultades; la producción de agentes inhibidores como furfural, ácidos orgánicos e hidroxi- metilfurfural (HMF) (3), este método ha sido implementado con éxito en la producción de hidrolizados con alta concentración de azúcares reductores (1).
Metodología. El proceso de explosión súbita de vapor consistió en someter la muestra de
aserrín de madera a una presión de 40 kg/cm2
durante 15 minutos de residencia para posteriormente hacer una descompresión súbita que generó una explosión interna. El hidrolizado se sometió a determinación de azúcares reductores mediante el método colorimétrico dinitrosalicílico (DNS) en un espectrofotómetro HACH DR 500, longitud de onda única a 575 nm. Posteriormente se analizaron en HPLC con una velocidad de inyección de 1 ml/min, 490 psi de presión y 55ºC de temperatura, columna shodex 10 con curvas de calibración de xilosa, arabinosa, glucosa, manosa, galactosa, 5HMF y furfural.
Resultados. Los resultados se analizaron como un diseño al azar con el programa
estadístico SAS, se les realizó una comparación múltiple de medias por el método de Fisher. Se encontró que el aserrín de Pinus patula tiene un contenido de 41.18% de celulosa y 20.90% de hemicelulosas. Con una
presión de 40 kg/cm2 y 15 minutos de residencia se obtuvo un rendimiento promedio de azúcares reductores de 33% por cada 100 g de aserrín base seca. Los hidrolizados de aserrín de Pinus patula obtenidos mediante explosión súbita de vapor contienen glucosa y xilosa principalmente, 5HMF en bajas concentraciones y rastras de glicerol y ácido acético. Las concentraciones de xilosa van de 4 a 6 g/L, las de glucosa de 2 a 8 g/L y las de 5HMF de 0.5 a 1.5 g/L.
Conclusiones. El aserrín de Pinus patula se
autohidrolizó en condiciones de 40 kg/cm2 de presión y 15 minutos de residencia, obteniendo hasta 35% de azúcares reductores, 8% de xilosa y 26% glucosa.
Agradecimiento. Recursos Fiscales INIFAP
Bibliografía. 1. Triana, C. F. (2010), Producción de etanol a partir de residuos provenientes del cultivo del café (Tesis de maestría) Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
2. Lozanoff, J., Heinichen, S., Marchi, G., Risso, E. (2007). Bioenergía Revisión de tecnologías emergentes, Observatorio de Políticas Públicas, Consultado en: http://frre.utn.edu.ar/IIJCyT/clean/files/get/item/2151 Basurto, R., Escamilla, A., Moya, S., Ramírez, E.,
3. Becerra, J., (2012). Composición química, digestibilidad y cinética rumial de la digestión de residuos agrícolas tratados con explosión de vapor. Revista Mexicana de Ciencias Pecuarias 3, 407–424.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES DIVERSOS
Elizabeth Rodrigueza, Roberto Bolañosa, Manuel Garcíaa, Victor Ladrilleroa, Alejandra Riveraa, Raciel Miñóna, Sara Sánchezb, Cristina Castellanosa, Alejandro Guzmán a, Luis Arellanoa, Elizabeth Leóna, Oscar Aguilara, Nahomy Marinob, Gustavo Dávilaa.
Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, Tecnología Ambientala, Biotecnología Médica y Farmacéuticab. Guadalajara, Jalisco C.P. 44207. [email protected]
Palabras clave: biogás, fermentación, recuperación de recursos
Introducción. En 2013 el potencial disponible para generación energética a partir de biomasa en México se estimó en 580 GWh/año. Cantidad suficiente para aportar 50% del objetivo a producir con bioenergías (20% del total) en 2027 [1]. El potencial para producción de biogás se compone principalmente de residuos urbanos y ganaderos, no obstante otros desechos agroindustriales son atractivos para la producción de hidrógeno debido a su producción puntual y alto contenido de azúcares fermentables. Los objetivos del equipo de CIATEJ son caracterizar residuos tales como pulpa de café, suero de leche, bagazo de agave y vinazas tequileras y optimizar la fermentación anaerobia para la producción de hidrógeno.
Metodología. El potencial para producción de hidrógeno (H2) se evalúa con base en 3 técnicas de caracterización principales: 1) Contenido de materia fermentable en substratos (azúcares, DQO, proporción carbono/ nitrógeno - C/N-); 2) Potencial de producción de hidrógeno en fermentaciones por lote; 3) Remoción de inhibidores (fenoles, hidroximetilfurfural –HMF-) y evaluación del efecto en la producción de H2. Como principales resultados se obtuvieron parámetros cinéticos y tasas productividad, indispensables para el diseño de reactores y sus condiciones de operación.
Resultados. La variación en el contenido de azúcares, DQO y proporción C/N se debe principalmente a las características fisicoquímicas de los substratos y su origen (Tabla 1). Las diferencias en contenido de materia fermentable determinarán las cargas orgánicas para la producción de H2. Adicionalmente se debe considerar la adición de nutrientes en caso que la relación C/N se encuentre fuera del intervalo 25-30.
Tabla 1. Caracterización bioquímica de los substratos. Substrato Azúcares
(g dextrosa/L) gDQO/L Proporción
C/N
Pulpa de café 20 90 33 Vinazas 7-12 18-45 40-80 Suero de leche 36 98 30
Bagazo de Agave 9 25 N.D.
Una disminución en la productividad de hidrógeno durante la fermentación se ha relacionado con la presencia de compuestos inhibidores tales como compuestos fenólicos, furfurales y ácidos orgánicos, especialmente para substratos provenientes de procesos a alta temperatura [2]. La comparación de vinazas tequileras mostró un contenido de compuestos inhibidores mayor, y menor productividad de H2, en vinazas provenientes de agave cocido en comparación con vinazas de agave sin cocer (Tabla 2). El tratamiento de las vinazas con una resina neutra (Amberlite FPX-66) removió más del 85% de fenoles e HMF, reduciéndose el tiempo de
fermentación y produciéndose una mayor cantidad de hidrógeno por gramo de DQO en lote (Tabla 2).
Tabla 2. Contenido de compuestos inhibitorios en vinazas tequileras,
potencial (H) y máxima velocidad (Rmax) de producción de H2. Substrato Fenoles
(mg/L) HMF (mg/L)
H (mLH2/gDQO)
Rmax (mLH2/gDQO-h)
(h)
VAC 257 224 26.6a 4.6 28
VAC/R 34 26 63.6 4.7 9 VASC 68 21 41 6.4 28
VASC/R 0 <0.5 92 5.7 8
, tiempo antes de detectar producción de hidrógeno. VAC, vinazas de Agave cocido. VASC, vinazas de Agave sin cocer. R, Tratamiento con resina
Un estudio específico de la adsorción de compuestos fenólicos mostró que el carbón activado tiene tasas y capacidades de adsorción más altas, comparado con resinas neutras (Fig. 1), promoviendo el uso de materiales renovables y más económicos para la purificación de los substratos para fermentación.
Fig. 1. Absorción de compuestos fenólicos en carbón activado (CA) y
resinas neutras (XAD4, FPX66).
De manera paralela, el efecto de los compuestos inhibitorios en la producción de hidrógeno se estudia a nivel molecular a través de la transcripción de genes funcionales activos en las rutas de acidogénesis y solventogénesis de la bacteria pura Clostridium acetobutylicum ATCC 824, comúnmente predominante en fermentaciones anaerobias para la producción de hidrógeno.
Conclusiones. Las diferencias en características de los substratos evaluados suscitan la utilización de diferentes configuraciones, pretratamientos y tipos de reactores para optimizar la producción de hidrógeno en procesos continuos. Agradecimientos. Fondo CONACYT–Ciencia Básica- 2013- 222677. Fondo CONACYT SENER-247006. Fondo CONACYT-Problemas Nacionales-2015-1214. Bibliografía. [1] SENER 2013 https://www.goo.gl/bNS6zj [2] S. I. Mussatto, C. Roberto. Bioresour Technol (93) 1–10. 2004.
EVALUACIÓN DE LOS CRITERIOS E INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD NECESARIOS PARA LA
PRODUCCIÓN Y USO DE BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS: EL CASO DE LA LEÑA
René Martínez-Bravo
b, Raúl Tauro
a,b, Alfredo Fuentes
b
a Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, Universidad Nacional Autónoma de México (IIES-
UNAM), Antigua Carretera a Pátzcuaro 8701, CP 58190, Morelia, Michoacán, México
b Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México (FI-UNAM), Avenida Universidad 3000, Cd.
Universitaria, CP 04510, Ciudad de México, D.F., México.
Palabras clave: biomasa sólida, leña, sustentabilidad, indicadores, biodiversidad, emisiones de GEI.
Introducción. A nivel mundial la biomasa sólida contabiliza al menos el 10% de la producción de energía mundial (1) y de acuerdo a la (2), en Latinoamérica la biomasa sólida aporta el 13.5% del total de la energía producida. En México, el uso de leña se ha mantenido constante a través del tiempo (3), mientras que el uso de carbón y el interés en los pellets experimentan un crecimiento (4). Al ser los bosques los principales proveedores de la materia prima, es imperativo que se establezca una regulación para que el manejo de la biomasa se realice bajo esquemas de sustentabilidad, ante la presión inminente que como recurso energético se prevé ocurrirá. Esta nueva valoración de la biomasa requiere que la producción y la provisión de materia prima provenga de cadenas de suministros equitativas y estratégicas (5).
El objetivo de este trabajo es obtener los criterios e indicadores (C&I) que se han diseñado para el aprovechamiento de la leña bajo las dimensiones de sustentabilidad a nivel mundial, y valorar cuáles de ellos son los más adecuados para ser replicados en México de acuerdo a las condiciones del sector forestal, al manejo silvícola y como motor de desarrollo social.
Metodología. Se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva acerca de los C&I de sustentabilidad aplicados a los biocombustibles sólidos (BCS), en particular para la leña. La bibliografía fue analizada para: 1) identificar en cual dimensión de sustentabilidad se han desarrollado más criterios y 2) detectar los criterios e indicadores de la sustentabilidad coincidentes bajo los principios: a) ambiental, b) social y c) económico.
Tras el análisis de los indicadores para medir el desempeño de cada uno de los criterios que resultaron claves, se depuraron y propusieron los más convenientes para aplicarse en el manejo y uso de leña en México.
Resultados. El resultado arrojo el uso de 300 indicadores mismos que permiten evaluar los criterios sustentabilidad del manejo de la leña. En el análisis de la matriz de C&I del aprovechamiento de la leña,
destacaron los siguientes criterios clave en áreas específicas:
a) Protección de la biodiversidad b) Manejo forestal sustentable c) Reducción neta de emisiones de GEI y e) Desarrollo social y prosperidad económica
Es destacable que se lograron recabar 11 publicaciones que abordan la importancia de normar el manejo de la leña bajo criterios de sustentabilidad. Sin embargo la gran mayoría (72%) son publicaciones posteriores a 2010, año en que fue publicado el trabajo de la (6), por lo que gran parte de los C&I utilizados provienen de esta fuente bibliográfica. Existe otro conjunto de trabajos previos al 2010 que abordan la importancia de los C&I, sin embargo abordan el tema desde los biocombustibles en general con cierta inclinación a la regulación de los biocombustibles líquidos. Por otro lado, la dimensión de la sustentabilidad que ha desarrollado el mayor número de indicadores para leña es la dimensión ecológica (55%). La otra dimensión en la que se han diseñado indicadores de forma destacada es la social (30%). En esta dimensión, se han logrado identificar 15 criterios que norman y protegen a los miembros de la sociedad que participan en las actividades del manejo de la leña.
Conclusiones. Los resultados muestran que los C&I de sustentabilidad deben ser un componente esencial para el MFS de la leña en el caso de México. La dimensión de la sustentabilidad que ha mostrado mayor desarrollo de indicadores es la ecológica, contrariamente, la dimensión económica es la que menos indicadores presenta. Sin embargo, empieza a despertar interés para impulsar proyectos energéticos con materia prima forestal o en proyectos de mitigación de carbono para la obtención de certificados de reducción de emisiones.
Agradecimiento. El presente trabajo forma parte del
proyecto FSE CONACYT SENER SUSTENTABILIDAD No 246911. Proyecto PAPIIT 101315
CUANTIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS
AGROINDUSTRIALES (PLÁTANO, PAPAYA Y MANGO)
Eduardo de los Santos Palacios, Bianca Yadira Pérez Sariñana, Sergio Saldaña Trinidad, Martha Patricia Parra
Revuelta, Francisco Isaí López Vázquez. Universidad Politécnica de Chiapas, C.P. 29150, Suchiapa, Chiapas, México, e-
mail:[email protected]
Palabras clave: residuos agroindustriales, biocombustible, biogás
Introducción. El biogás es gas combustible que se
produce de forma natural o dispositivos específicos a
partir de materia orgánica. La generación de este biogás
por descomposición anaerobia es una técnica
considerada útil para tratar residuos biodegradables, ya
que se genera un combustible, y un efluente que puede
ser suministrado como abono energético. La
composición química del biogás depende de dos
factores; el material empleado en la digestión y la
tecnología utilizada para el proceso. El biogás contiene
entre el 55-70 % de metano, entre 30-45 % de dióxido
de carbono y <5 % de trazas de otros gases
(considerados impurezas) [1].
Metodología. Durante el proceso de investigación; se
llevó a cabo la extracción de pulpa de la materia
orgánica; mango (Mangifera indica), papaya (Carica
papaya) y plátano (Musa paradisiaca). Se utilizó como
inóculo lodo residual de una planta de tratamiento de
aguas residuales. Se utilizaron frascos serológicos en
los cuales se establecieron las siguientes condiciones;
un volumen de trabajo de 100 mL por cada frasco, una
durante los 9 primeros días alcanzando una producción
máxima de 52.73 mL, donde se mantuvo constante
hasta el día 20. Para el plátano alcanzó una máxima
producción de 63.02 mL durante los primeros 15 días, y
se mantuvo constante hasta el día 20, y para el mango
alcanzó una producción máxima de 165.73 mL en los
primeros 10 días, este se mantuvo hasta finalizar el
experimento.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tiempo (dias)
temperatura constante de 37 ± 1 ºC y un PH de 7.9 ± Papaya Mango Plátano
0.1 [3]. Para la cuantificación de biogás, se empleó el
método de desplazamiento volumétrico, con una
solución de hidróxido de potasio (KOH) a 1 M, el tiempo
de fermentación fue de 20 días, todas las pruebas se
realizaron por triplicado [2].
Resultados. Durante el proceso de digestión anaerobia
de tres residuos agroindustriales para la producción de
biogás se obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 1. Producción total de biogás de residuos agroindustriales.
Papaya (mL) Mango (mL) Plátano (mL)
52.73 165.73 63.2
Se determinaron los sólidos solubles totales de los
residuos orgánicos para identificar los azúcares.
Tabla 2. Sólidos solubles totales los residuos agroindustriales.
Papaya (°Bx) Mango (°Bx) Plátano (°Bx)
2.4 5.1 4.0
En la figura 3 se muestra el proceso de fermentación
anaerobia de los residuos agroindustriales. La
producción de biogás tiene una diferencia dependiendo
de la materia usada, en los cuales influyen los SST.
Para el residuo agroindustrial de papaya podemos notar
que la producción de biogás fue
Figura 3. Producción de biogás en el proceso de digestión
anaerobia.
Conclusiones. Podemos comprender que para el
proceso de digestión anaerobia depende de la cantidad
de SST de los residuos agroindustriales, ya que es un
parámetro que ayuda a tener una mayor producción de
biogás. El residuo agroindustrial que alcanzó la
producción más alta de 165.73 mL de biogás fue
mango, debido a la cantidad SST presentes en la
materia.
Agradecimiento. Al laboratorio de Química del Centro
de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías
Renovables (CIDTER), de la Universidad Politécnica de
Chiapas.
Bibliografía. 1. IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. (2007). Biomasa: Digestores anaerobios, 1-43.
2. X. Xu, J.Y. Kim, Y.R. Oh, J.M. Park, Production of biodiesel from
carbon sources of macroalgae, Laminaria Japonica. Bioresour. Technol. (2014). 169 455–461.
3. Wanqin Zhang, Quanyuan Wei, Shubiao Wu, Dandan Qi, Wei Li,
Zhuang Zuo, Renjie Dong. (2014). Applied Energy, 128 175-183.
Pro
du
cció
n d
e b
iog
ás (
mL
)
COMPOSICION QUIMICA Y PROPIEDADES TERMICAS DE BIOMASA LEÑOSA DE LA SELVA
BAJA DEL ESTADO DE YUCATAN.
Sergio Rodríguez, Santiago Duarte, Gonzalo Canché
Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán
Calle 43 No. 130 Col Chuburná, 97219, Mérida. Yucatán, México, [email protected].
Palabras clave: análisis elemental, lignocelulosa, procesos termoquímicos.
Introducción. Los usos tradicionales de la biomasa leñosa o leña es su combustión para la obtención de energía para cocinar, calentar agua y para calefacción. Sin embargo, estos métodos son ineficientes en el aprovechamiento de la energía contenida en la leña (1). Algunas formas modernas de la utilización de la energía de la biomasa incluyen su conversión a combustibles líquidos (metanol y etanol), combustibles gaseosos (biogás o syngas) y a la producción de electricidad a través de su combustión o del aprovechamiento de los productos recuperados de procesos térmicos [2]. En estas aplicaciones, la composición de la biomasa leñosa es muy importante. Demirbas [3] reportó que la presencia de extraíbles incrementa la capacidad calorífica de la biomasa. También se ha reportado que los extraíbles inhiben la formación de gas y carbón y favorecen el rendimiento de bioaceite en la pirólisis de la lignocelulosa. Debido a lo anterior, es necesario caracterizar la biomasa leñosa previa a su uso en estas aplicaciones.
Este trabajo, y como una forma de explorar uso de biomasa leñosa en procesos termoquímicos, se determinó la composición química y las propiedades térmicas de las especies más abundantes en la selva baja del Estado de Yucatán.
Metodología. Se colectaron ramas de 4 especies de la selva baja caducifolia del Estado de Yucatán, el material se redujo de tamaño y se secó al sol. El material se molió y tamizó, la fracción retenida en mallas 40 y 60 se usaron para su caracterización química mediante la determinación de extraíbles, lignina Klason y holocelulosa. Se determinó la composición elemental de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON). Usando ecuaciones reportadas en la literatura se calculó el poder calorífico superior (PCS) de la biomasa leñosa.
Resultados.
En la tabla 1 se puede observar que el contenido de extraíbles fue del orden del 13 al 35%, siendo la especie P. piscipula la que presentó el mayor contenido de extraíbles. Con respecto al contenido de lignina éste fue menor del 21% para la mayoría de las especies, lo que se puede deber a que se usarán ramas jóvenes que están menos lignificadas en comparación con las ramas secas o el tronco de los árboles. El contenido de holocelulosa varió del 53 al 63%. En análisis elemental (Tabla 2) las muestras
mostraron contenidos de carbón del 44%, 5% de hidrógeno y 50% de oxígeno. No se detectó la presencia de nitrógeno. Se obtuvieron valores de PCS del orden de 16,000 kJ/kg, que son similares a los reportados para otras especies.
Tabla 1. Composición química de la biomasa leñosa.
Biomasa leñosa
Extraibles Totales
(%)
Lignina (%)
Holocelulosa (%)
L. Latilisiliquum 23.5 19.9 56.6
P. piscipula 35.7 14.0 50.3
C. gaumeri 28.4 17.6 54.0
H. albicans 15.4 21.6 63.0
Tabla 2. Composición elemental CHONS y poder calorífico de
biomasa leñosa.
Biomasa leñosa
Composición (%) Poder calorífico superior (kJ/kg)
Carbón Hidrógeno Oxigeno
L. Latilisiliquum 43.8 5.6 50.5 16,760
C. gaumeri 44.7 5.9 49.4 17,500
H. albicans 42.7 5.6 51.6 16,300
Conclusiones. La composición química de la biomasa leñosa presentó un alto contenido de extraíbles y bajo contenido de lignina. Los valores de PCS son adecuados para usar estas especies para fines energéticos.
Agradecimiento. Al Fondo Sectorial Conacyt-Sener
sustentabilidad por su apoyo al proyecto Uso de biomasa
leñosa como biocombustible sólido para la generación
de energía eléctrica en zonas rurales con clave 249581.
Bibliografía. 1. Harry Hoffmann; Götz Uckert; Constance Reif; Klaus Müller;
Stefan Sieber. 2015. Regional Environmental Change 15, 1191–
1201.
2 Uzun, A. Pütün y E. Pütün. 2005, Bioresource Technology 97, 569-
576.
3. A. Demirbas. 2005, Energy Sources, vol. 27, pp. 451-462.
CARACTERIZACION DE LOS PRODUCTOS LIQUIDOS Y SOLIDOS OBTENIDOS DE LA
PIROLISIS DE LA BIOMASA LEÑOSA .
Santiago Duarte, Rocío Borges, Gonzalo Canché
Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán
Calle 43 No. 130 Col Chuburná, 97219, Mérida. Yucatán, México, [email protected].
Palabras clave: bioaceite, biocarbón, procesos termoquímicos.
Introducción. Algunas formas modernas de la utilización de la energía de la biomasa leñosa, incluyen su conversión a combustibles líquidos (metanol, etanol, bioaceite), combustibles gaseosos (biogás o syngas) y a la producción de electricidad a través de su combustión o del aprovechamiento de los productos recuperados de procesos térmicos [1]. Dentro de la conversión térmica, se encuentra la pirólisis que es un proceso termoquímico que consiste en la degradación térmica de la biomasa en ausencia de oxígeno, dando como resultado la formación de productos sólidos, líquidos y gaseosos. A través de la variación de los parámetros del proceso como el tipo de biomasa, la temperatura máxima, la rampa de calentamiento y el tiempo de residencia, es posible influir en la distribución y características estos productos [2,3]. Este trabajo, y como una forma de explorar uso de la biomasa leñosa en procesos termoquímicos, se caracterizaron los productos sólidos y líquidos obtenidos en la pirolisis de dos de las especies más abundantes en la selva baja del Estado de Yucatán.
Metodología. Se colectaron ramas de 4 especies de la selva baja caducifolia del Estado de Yucatán, el material se redujo de tamaño y se secó al sol. El material se molió y tamizó, la fracción retenida en mallas 40 y 60 se para las pruebas de pirolisis. Los productos obtenidos se caracterizaron mediante espectroscopia de infrarrojo, microscopia electrónica de barrido (carbón) y cromatografía de gases acoplado a detector de masas (CG-masas) [bioaciete].
Resultados. En la tabla 1 se puede observar que el rendimiento de productos de la pirolisis de la biomasa tuvo el siguiente comportamiento: bioaceite > biocarbón > gas. El rendimiento más alto de bioaceite (45.4%) fue para la especie L. latisiliquum (Tzalam); mientras que la especie B. Simarouba presentó el mayor rendimiento de biocarbón. En los espectros de FTIR (Figura 1) se aprecian los cambios en los grupos funcionales presentes en la biomasa original y en los productos de la pirólisis. Se puede observar que el bioaceite muestra un espectro de FTIR muy parecido al de muestra original, ya que se aprecia la presencia de grupos OH, carbonilos de ésteres y enlaces C-O. Por CG-masas, se detectó la presencia de grupos furanos, esteres, cetonas, etc. provenientes de grupos volátiles y de la descomposición térmica de la lignocelulosa. El espectro de FTIR del biocarbon
muestra la ausencia de grupos oxigenados (alcoholes, ácidos, etc.) mostrando lo picos característicos de enlaces C-C de anillos aromáticos.
Tabla 1. Rendimiento de productos obtenidos de la pirolisis de la
biomasa leñosa.
Muestras
Peso de la fracción (%)
Biocarbón bioaceite Gas
L. Latisiliquum
(Tzalam)/ 34.3 45.1 20.6
H. Albicans
(Chukum) 30.5 42.3 27.2
B. Simarouba
(Chaka) 35.2 44.2 20.6
Tzalam
Bioaceite
Carbón
4000 3500 3000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400
Temperatura (°C)
Fig. 1. Espectros de Infrarrojo de la biomasa leñosa y los productos obtenidos de su pirolisis.
Conclusiones. En la pirolisis de la biomasa leñosa produce mayor cantidad de bioaciete en comparación con los productos líquidos y gaseosos. El biocarbón presenta pocos grupos oxigenados, por lo que se espera que tenga mayor poder energético que la leña.
Agradecimiento. Al Fondo Sectorial Conacyt-Sener
sustentabilidad por su apoyo al proyecto Uso de biomasa
leñosa como biocombustible sólido para la generación
de energía eléctrica en zonas rurales con clave 249581.
Bibliografía. 1. Uzun, A. Pütün y E. Pütün. 2005, Bioresource Technology 97,
569-576.
2. C. Mullen, A. Boateng, N. Goldberg, I. Lima, D. Laird y K. Hicks.
2010. Biomass and Bioenergy 34, 67-74
3. A. Demirbas. 2005, Energy Sources, vol. 27, pp. 451-462.
Tra
nsm
isió
n (
%)
VI REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
DISEÑO, DIMENSIONAMIENTO, FABRICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE ESTUFA Y HORNO DE LEÑA
DE SEGUNDA GENERACIÓN
Vincent Bossy; Edgar Tafoya, Estufas Y Combustibles Limpios Puebla 5-A Col Revolución Pátzcuaro Michoacán. CP
61609
[email protected]; [email protected]
Palabras clave. Innovación, diseño, encendido, aire, fogata, flama, mezclas, leña, materiales
Introducción. Los hornos y estufas de leña construidas c
on mampostería se vuelven mas eficientes y modernas. L
a instalación y el dimensionamiento de esta segunda ge
neración de tecnologías es impostergable. Para ello exist
en elementos relevantes a considerar para su diseño y co
nstrucción in situ. En nuestros prototipos el encendido es
rápido; el flujo del aire natural fue calculado: tanto para la
cámara de combustión como para todo el cuerpo de la es
tufa y horno. La potencia de la fogata estimada es por arri
ba de los 450 o C lo cual permite lograr mezclas que pro
mueven el triple T (turbulencia, tiempo y temperatura). Si
empre y cuando el combustible de leña que se use este p
or debajo del 20% de humedad en un diámetro de 2 pulg
adas de ancho x 35 cm de largo. Además de la selección
adecuada de materiales aislantes, refractarios y transmis
ores de calor, elementos clave a considerar en el diseño
de estos prototipos.
Metodología. Los prototipos fueron un horno y una estuf
a que funcionaron con una cámara de combustión diseña
da para encender una fogata con un mínimo de 0,5 a má
ximo 1 kilo de leña con cargas cada 20 minutos. En la est
ufa prototipo se instaló una plancha de 50 cm de ancho x
100 cm de largo. Mientras que el horno, la caja metálica
usada para hornear tuvo dimensiones de 55 cm de fondo
x 55 cm de ancho x 40 cm de altura. La innovación tecn
ológica es la cámara de combustión que trabaja a puerta
cerrada con inyección de aire natural debajo de la fogata.
Esta tecnología permite alcanzar mayores temperaturas
en la plancha o caja del horno contra una estufa mejorad
a o ecológica. Pero sobre todo evita la contaminación en
su totalidad al interior de las cocinas. Al mismo tiempo fu
nciona emitiendo bajas emisiones de carbono como resul
tado de su eficiencia en la cámara de combustión.
Resultados. Después de realizar un ciclo de cocinado en
la estufa de plancha: hacer 1kilo de tortillas, hervir 1/2 kil
o de frijol, cocinar 1/2 kilo de arroz, cocinar 6 huevos frito
s y hervir 2 litros de agua demostramos que la plancha al
canza suficiente temperatura para cocinar todos los cocid
os al mismo tiempo con muy bajo consumo de leña, apro
ximadamente 4 a 5 kilos de leña. La fogata es lo suficient
e potente para calentar en forma homogénea toda la sup
erficie del comal, con una variación de 100 o C entre la z
ona más caliente 400 o C contra la zona más fría 300 o C
. Por otra parte en el horno se cocino un pan de miel* par
a lo cual se pre-calento el horno durante 30 minutos utiliz
ando 1 kilogramo de leña para después hornear la porció
n durante 45 minutos a fuego medio 175 – 180 o C utiliz
ando 2 kilos más de leña hasta estar cocido
Fig. 1. Cuadro explicativo deL TIPO DE DISPOSITIVO Estufa de Plancha y Horno.
Conclusiones. Es necesario validar los resultados obteni
dos por nuestra evaluación de los prototipos en un labora
torio certificador que utilice el protocolo de prueba: Ciclo
de cocinado controlado y otros pertinentes. Con algunas
mejoras y un manual para el usuario creemos que ambos
prototipos están listos para atender cierta demanda ya qu
e son estufas ideales para utilizarlos en comedores comu
nitarios y pequeños emprendimientos usando como comb
ustible leña
Nota.
*Es una porción que contiene 1 k de harina integral. ½ litro de leche; 8 huevos; ½
taza de nuez picada, canela molida al gusto, 4 cuchardas de bicarbonato, ½ taza de pasas, un puño de harina blanca para enharinar
Agradecimientos al GIRA AC por financiar ambos
prototipos así como confiar en el emprendimiento.
V REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA LA REFORMA ENERGÉTICA Y LOS COMBUSTIBLES FORESTALES
Emilio de los Ríos Ibarra Consultor Independiente Mérida Yuc. 97070 [email protected]
Palabras clave: política energética, combustibles forestales, desarrollo rural
Introducción
A partir de una análisis de la política, derivada de la reforma energética para fomentar la producción de energías renovables, se señala que no se dio la menor consideración a algunas alternativas.
Se analizan dos proyectos de parques de energía solar fotovoltaica en Yucatán, el primero: de 310 Mw, en la región de Ticul, el segundo en Valladolid Yucatan, de de 70 MW. Se desmontaran 640 ha de vegetación secundaria de selva tropical sub caducifolia para el primero y 197 ha para el segundo.
Lejos de cuestionar la necesidad de generar energías ―limpias‖ y reducir el calentamiento global, si se cuestiona la escala de los proyectos y el hecho de hacerlos a costa de los recursos forestales y sin sin ninguna consideración de otras alternativas.
Análisis
Recordemos que la generación de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos, no presenta, como otras opciones de generación eléctrica economías de escala, es decir no hay diferencia significativa de costos y o eficiencia entre una planta de algunos kW de potencia instalada y otra de mayor tamaño. Tampoco hay evidencia alguna, de que en los sitios donde se pretende instalar las plantas, la irradiación solar sea superior a otras áreas del Estado de Yucatán. En consecuencia, no existe ventaja alguna de hacer instalación del tamaño donde se se pretende.
La convocatoria de la subasta favoreció la energía renovable en Yucatán, con base en un déficit en la generación de electricidad. Déficit, derivado de problemas en el suministro de gas natural, no de carencias en plantas de generación térmica. Ya que estas se construyeron hace solo unos años, bajo una política que favorecía la instalación de plantas de ciclo combinado que usaban un ―combustible limpio‖ como se pregonaba era el gas natural.
La existencia misma de la planta de ciclo combinado en la región de Valladolid abre una alternativa a la generación del vapor mediante biomasa que aprovecharía el potencial productivo de la zona, la vía férrea para el transporte con amplios beneficios sociales, alternativa que nunca se considero.
Conclusiones
Resulta pues evidente que los proyectos responden a la oportunidad surgida de la reforma energética y no a criterios técnicos económicos y menos sociales.
Es evidente y hay consciencia sobre la importancia de los servicios ambientales que prestan los terrenos cubiertos con vegetación natural, se le retribuye por estos servicios a los dueños de estos terrenos y en se invierte para restaurar terrenos degradados. Por lo tanto es absurdo desmontar terrenos con selva para instalar paneles fotovoltaicos cuando abundan terrenos degradados y sitios cuyo uso actual es compatible con la instalación de paneles fotovoltaicos.
A nivel local, en el Estado de Yucatán, la población carece de alternativas de aprovechamiento de su tierra, los recursos forestales son sub aprovechados,
Bibliografía
MIA Ticul 1 (31YU2016E0017)
MIA Ticul 2 (31YU2016E0026)
MIA Parque solar Valladolid (31YUE2016E0036)
http://apps1.semarnat.gob.mx/consultatramite/i
nicio.php
La reforma energética y los combustibles forestales
Emilio de los Ríos Ibarra
A partir de una análisis de la política, derivada de la reforma energética para fomentar la producción de energías renovables, se señala que no se dio la menor
consideración a algunas alternativas.
Se analizan dos proyectos de parques de energía solar fotovoltaica en Yucatán, el primero: de 310 Mw, en la región de Ticul, el segundo en Valladolid Yucatan, de
de 70 MW. Se desmontaran 640 ha de vegetación secundaria de selva tropical
sub caducifolia para el primero y 197 ha para el segundo.
Lejos de cuestionar la necesidad de generar energías “limpias” y reducir el
calentamiento global, si se cuestiona la escala de los proyectos y el hecho de
hacerlos a costa de los recursos forestales y sin sin ninguna consideración de
otras alternativas.
Recordemos que la generación de energía eléctrica mediante paneles
fotovoltaicos, no presenta, como otras opciones de generación eléctrica
economías de escala, es decir no hay diferencia significativa de costos y o
eficiencia entre una planta de algunos kW de potencia instalada y otra de mayor
tamaño. Tampoco hay evidencia alguna, de que en los sitios donde se pretende
instalar las plantas, la irradiación solar sea superior a otras áreas del Estado de
Yucatán. En consecuencia, no existe ventaja alguna de hacer instalación del
tamaño donde se se pretende.
La convocatoria de la subasta favoreció la energía renovable en Yucatán, con base
en un déficit en la generación de electricidad. Déficit, derivado de problemas en el
suministro de gas natural, no de carencias en plantas de generación térmica. Ya
que estas se construyeron hace solo unos años, bajo una política que favorecía la
instalación de plantas de ciclo combinado que usaban un “combustible limpio”
como se pregonaba era el gas natural.
La existencia misma de la planta de ciclo combinado en la región de Valladolid
abre una alternativa a la generación del vapor mediante biomasa que
aprovecharía el potencial productivo de la zona, la vía férrea para el transporte
con amplios beneficios sociales, alternativa que nunca se considero
Resulta pues evidente que los proyectos responden a la oportunidad surgida de
la reforma energética y no a criterios técnicos económicos y menos sociales.
Es evidente y hay consciencia sobre la importancia de los servicios ambientales
que prestan los terrenos cubiertos con vegetación natural, se le retribuye por
estos servicios a los dueños de estos terrenos y en se invierte para restaurar
terrenos degradados. Por lo tanto es absurdo desmontar terrenos con selva para
instalar paneles fotovoltaicos cuando abundan terrenos degradados y sitios cuyo
uso actual es compatible con la instalación de paneles fotovoltaicos.
CONTENIDO DE HUMEDAD, VOLÁTILES, CENIZAS, CARBÓN FÍJO Y GRANULOMETRÍA EN CARBÓN VEGETAL DE Prosopis sp. COMERCIALIZADO
EN EL ESTADO DE NUEVO LEÓN
Carlos De la Cruz-Montelongo1*
, Artemio Carrillo-Parra2, Almendra Marisol González Chavez
1
1Instituto Tecnológico del Valle del Guadiana, Durango km 22.5 carretera Durango-México
2Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera de la UJED, Boulevard del Guadiana 500
*Correo electrónico: [email protected]
El carbón vegetal es un producto forestal de gran producción y comercialización en México; en la actualidad este producto ha tenido un gran incremento en su demanda. Existen en el mercado diversas marcas que ofrecen la mejor calidad, sin embargo no es claro si hay diferencia entre las mismas. Por lo anterior, el objetivo del presente estudio fue determinar la calidad de carbón de mezquite (Prosopis sp.) de tres marcas comerciales distribuidas en el estado de Nuevo León. Se seleccionaron al azar tres bolsas de cada una de las tres marcas estudiadas. Las variables analizadas fueron contenido de humedad, material volátil, carbón fijo, cenizas conforme a la norma internacional American Society for Testing and Materials (ASTM D 1762-84) y la granulometría de las piezas de carbón se determinó mediante el uso de cribas de <2X2cm, 2x2cm, 5x5cm con la finalidad de calcular el porcentaje de cada fragmento de carbón. Los resultados que se obtuvieron fueron: marca 1(M1), Contenido humedad 4.94 %, Volátiles 24.95%, Cenizas 8.65 % y Carbón fijo 61.43%. Marca 2 (M2), Contenido de humedad 4.83%, Volátiles 22.74%, Cenizas 5.36% y Carbón fijo 67.05%. Marca 3 (M3), Contenido de humedad 4.99%, Volátiles 33.98%, Cenizas 7.22% y Carbón fijo 53.79 %. El estudio granulométrico dio como resultado un mayor tamaño en sus fragmentos en M1 con un 43% acumulado en la criba 5x5cm, teniendo así una mejor calidad en cuanto apreciación al público por su mayor tamaño. Se realizó un ANOVA con una significancia de p<0.05; el contenido de humedad no tuvo diferencias significativas en los tres tratamientos; material volátil reflejo una total diferencia en sus tratamientos; en cenizas M1 presentó mayor cantidad de cenizas, optando así por tener una mejor calidad en las marcas M2 y M3, y carbón fijo que es de las más importantes por ser materia sólida, la obtuvo M2 con 67.05% siendo el más alto.
Palabras clave: Carbón, Calidad, Análisis.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ADECUACIÓN Y APROVECHAMIENTO TÉRMICO SEMICONTINUO DE SEMILLA DE TEJOCOTE
Carlos Lozano*, Adrián Lozano, Aarón García, Osvaldo García y Alberto Bojórquez, PMT Grupo Industrial, Metepec, C.P. 52169. *Mail: [email protected]
Palabras clave: Biomasa de Testa Dura, Polvos Biomásicos, Combustión Deflagrante.
Introducción. Si bien actualmente es extensamente estudiado el potencial energético de los residuos agroindustriales (1), es necesario estudiar las particularidades del tipo y tamaño de industria que los genera, con el fin de desarrollar y proponer soluciones tecnológicas de acuerdo a cantidad de generación, así como a tipo de proceso a ser implementadas. Así, el objetivo del proyecto fue la adecuación y aprovechamiento térmico de semillas de testa dura, tales como las de tejocote (Crataegus sp.), de difícil disposición (2). Igualmente, se desarrolló e implementó la tecnología deflagrante a nivel artesanal semicontinuo, la cual se adecua al tipo de proceso por lotes que genera este residuo.
Metodología. Para la adecuación de la biomasa se adquirió un molino de martillos, con motor de 30 HP y con cortantes intercambiables, los cuales fueron evaluados por producción con respecto a dureza. La dureza de los mismos fue de 40, 45 y 50 RC. En el caso de la implementación de la tecnología deflagrante a nivel artesanal semicontinuo, se diseñó y fabricó un termoreactor, con capacidad de 600 kw, utilizando materiales de bajo costo (sin dejar de considerar los factores de seguridad para altas temperaturas), a ser encandilado y alimentado por medio de un dosificador de combustible sólido para hornos ladrilleros, con el fin de que el sistema pudiera ser utilizado en campo para el proceso primario de extracción de pulpa. La biomasa utilizada fue de zafras de años anteriores y por lo tanto no fue necesario su secado (Fig. 1).
Resultados. Se realizó la evaluación, diseño y fabricación de un sistema para la adecuación y combustión de semilla de tejocote. El molino adquirido obtuvo mejores resultados de producción (500 kg/h) utilizando cortantes 50 RC, lo cual resulta evidente por el tipo de material y la tecnología utilizada. Por otro lado, en la etapa de combustión no se encontraron diferencias significativas en el uso de biomasa con un año, dos años y tres años de antigüedad, lo cual se debe a la testa dura de la semilla, la cual ofrece protección a la degradación física, además de darle características hidrófobas, de relevancia en su combustión. A continuación, se presenta la gráfica (T/t), de la prueba de la Fig. 1, en la cual resalta el mayor poder calorífico de la semilla de tejocote, con respecto a la madera de pino utilizada para encandilar el termoreactor. Es importante mencionar que los costos de fabricación y de operación de la tecnología deflagrante semicontinua se reducen en más de un tercio con respecto a su contraparte industrial.
Fig. 2. Combustión de semilla de tejocote, catalizada por la combustión de madera de pino.
Conclusiones. Es posible utilizar la tecnología desarrollada para el aprovechamiento térmico semicontinuo con semillas de testa dura provenientes de procesos alimenticios artesanales de tejocote, tamarindo, durazno, mango, etc., utilizando molinos comerciales para su adecuación, lo cual además de proponer alternativas térmicas económicas para los mismos, entre otros procesos semicontinuos, resuelve las crecientes dificultades de disposición de este tipo de residuos.
Bibliografía. 1. Tauro, R., Ghilargi, A., García, C. y O. Masera. (2016). Recursos biomásicos. En: Estado del arte de la bioenergía en México. García, C. y O. Masera. RTB-CONACYT, México. 2. Valdez-Vazquez, I., Acevedo-Benítez, J. y C. Hernandez-Santiago (2010). Distribution and potential of bioenergy resources from agricultural activities in Mexico. RenSustEnR. 14 (7): 2147-2153.
Fig. 1. Sistema de adecuación y combustión de semilla de tejocote a nivel microindustrial.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Y ABONO ORGÁNICO MEDIANTE CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS Y ESTIÉRCOL PORCINO
Osiris Cuevas
I, Joel Moreira
I, P.J. Sebastian
II
I Posgrado en Materiales y Energéticos Renovables, UNICACH, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas
II Instituto de Energías Renovables – UNAM, Temixco, 62580, Morelos; México.
Palabras claves: Digestón anaerobia, co-digestión, residuos orgánicos, biogás, estiércol porcino
Introducción. Una tecnología ampliamente aplicada
para tratar los residuos sólidos orgánicos y purines de
cerdo es la digestión y co-digestión anaerobia
(Angelidaki et al, 2009), la cual produce un gas
combustible con una alta proporción de metano (mayor
al 60%). Además, dicha tecnología reduce las
emisiones de gases de efecto invernadero (Rincón et
al, 2010). En este trabajo se pretende llevar a cabo co-
digestiones anaerobias a escala laboratorio con la
fracción orgánica de residuos sólidos urbanos y
estiércol porcino para remover materia orgánica en
términos de Demanda Química de Oxígeno (DQO), y
por otro lado evaluar la producción de metano,
disminuyendo así los impactos de contaminación
ambiental. Asimismo, se pretende con esto obtener
abono orgánico, como producto benéfico en la
agricultura.
Metodología. El diseño experimental comprendió 10
tratamientos experimentales (6 mezclas y 4 controles)
para realizar pruebas de BMP (biochemical methane
potential) siguiendo la metodología estándar propuesta
por Owen et al., (1979). Todas las muestras se
realizaron por triplicado. Las 6 mezclas consistieron de
los sustratos EP:RMALM y EP:RIER en proporciones
70%:30%, 50%:50% y 30%:70% para las 2 mezclas;
los controles positivos constaron de 100% EP, 100%
RMALM, 100% RIER y 100% lodo activado, donde
RMALM, son los Residuos orgánicos del Mercado
Adolfo López Mateos; RIER son los Residuos
orgánicos del Instituto de Energías Renovables, y EP
corresponde a Estiércol Porcino, esquematizados en la
Tabla 1.
Resultados. Los resultados indican un incremento en
la producción de biogás conforme el tiempo, hasta
llegar al término del proceso a los 43 días. La gráfica
demuestra que el aumento en la producción de biogás
se relaciona a la degradación de la materia orgánica
(DQO), disminución de la cantidad de sólidos (ST y
STV) y degradación de la materia que contenga
nitrógeno (NTK)
Conclusiones. En este estudio se observó el
comportamiento de la digestión y co-digestión
anaerobia en diferentes tipos de materia orgánica y en
diferentes proporciones de mezclas. Los resultados
sugieren que la digestión y co-digestión anaerobia en
reactores tipo batch en condiciones mesofílicas a
temperatura ambiente, es un tratamiento eficiente para
la remoción de los residuos orgánicos provenientes de
diferentes fuentes, como son: domésticos, municipales
y ganaderos; para la producción de energía. La
materia orgánica tratada, a su vez, pudiera ser una
fuente de nutrientes de alta calidad, en la producción
de abonos orgánicos.
Fig. 1. Comportamiento de las cinéticas de BMP de las digestiones y codigestiones anaerobias en términos de DQO.
Tratamiento Sustrato Co-sustrato EP 100% EP
RMALM 100% MALM RIER 100% RIER Inóculo 100% Lodo Activado
E1 70% EP 30% RMALM E2 70% EP 30% RIER E3 50% EP 50% RMALM
E4 50% EP 50% RIER E5 30% EP 70% MALM E6 30% EP 70% RIER
Tabla 1. Proporciones de composición de los tratamientos en las pruebas de cinética de BMP.
Bibliografía. 1.I. Angelidaki, M. Alves, D. Bolzonella, L. Borzacconi, J. L. Campos,
A. J. Guwy, S. Kalyuzhnyi, P. Jenicek and J. B. van Lier.. Water
Science & Technology—WST, 59.5, 2009.
2. Rincón, B.; Banks, C. & Heaven, S. Biochemical methane potential of winter wheat (Triticum aestivum L.): 101 (2010) 8179–8184.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE CELULOSA DE RASTROJO DE MAÍZ
Adriana Margarita Longoria Hernández1, Alfredo Martínez Jiménez
2.
1Instituto de Energías Renovables, Universidad
Nacional Autónoma de México, Temixco, Morelos, 62580, México. 2 Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional
Autónoma de México. Cuernavaca, Mor. 62250 México. [email protected]
Palabras clave: pretratamiento termoquímico, hidrólisis enzimática, fermentación alcohólica.
Introducción. El etanol carburante se obtiene
principalmente de la fermentación de carbohidratos
provenientes de caña de azúcar y granos de maíz. En
México, estas materias primas son una parte importante
de la dieta humana, por lo que no están disponibles
ampliamente para la producción de etanol. Los residuos
agroindustriales representan una alternativa viable
puesto que tienen altos contenidos de celulosa (20-
50%) y hemicelulosa (20-40%) (1, 2). El rastrojo de maíz
alcanza una producción anual de 4.8 millones de
toneladas por lo que representa una fuente potencial
para la producción de etanol. El objetivo de este trabajo
fue comprobar la producción de etanol a partir de
celulosa de rastrojo de maíz.
Metodología. Al rastrojo de maíz se le realizó un
tratamiento termoquímico con ácido sulfúrico al 2%
(RM-PT). Se determinó el contenido porcentual de
glucano, xilano y lignina. Para la hidrólisis enzimática se
utilizaron los complejos enzimáticos de Novozymes
NS50013 (endo y exocelulasas) y NS50010
(glucosidasa) con una carga de sólidos del 2 y 10%. Los
ensayos de hidrólisis enzimática se llevaron a cabo en
reactor para alta carga de sólidos. Para la fermentación
alcohólica se utilizaron levaduras a 37 ºC, pH 5 y cultivo
estático.
Resultados. El pretratamiento termoquímico del
rastrojo de maíz permitió remover la fracción
hemicelulósica (xilano) y se obtuvo un material
enriquecido en celulosa (glucano) y lignina, adecuado
para hidrolizarlo a glucosa y producir etanol (Tabla 1).
Tabla 1. Composición de los materiales utilizados.
Material Xilano (%) Glucano (%) Lignina (%)
RM 19.30.3 35.50.5 19.80.9
RM-PT 2.80.4 53.13.2 34.90.2
RM-PT-HE 0.70.1 26.01.3 61.52.6
RM: Rastrojo de maíz; RM-PT: RM pretratado; RM-PT-HE: RM-PT
hidrolizado enzimáticamente.
Con baja carga de sólidos (2%), la eficiencia de la
hidrólisis enzimática aumenta 34% con el
pretratamiento ácido realizado al rastrojo de maíz
(Figura 1). Con mayores cargas de sólidos, la eficiencia
de hidrólisis del material sin pretratar es menor, lo que
hace indispensable el uso de rastrojo de maíz
pretratado para la sacarificación enzimática.
Fig. 1. Eficiencia de hidrólisis enzimática del rastrojo de maíz pretratado (RM-PT) y sin tratramiento (RM) con 2% de sólidos.
En la Figura 2 se observa que la hidrólisis enzimática
alcanza una eficiencia del 81% y la subsecuente
fermentación a etanol de los azúcares liberados
representa el 93% con respecto al máximo teórico.
Fig. 2. Eficiencia de los procesos de hidrólisis y fermentación realizados al RM-PT con carga de sólidos de 10%.
Se propone que la separación de la lignina presente en
el material pretratado y mayores cargas de sólidos
puede llevar a una mayor eficiencia en la liberación de
azúcares y a la obtención de títulos de etanol
superiores.
Conclusiones. Con el uso de material pretratado se
logró un aumento en la eficiencia de la hidrólisis
enzimática y, en consecuencia, se obtuvieron mejores
títulos de etanol, logrando una conversión neta del 75%
de glucano en etanol.
Agradecimiento. Proyecto No. 424 del Programa
Cátedras CONACyT y FONCICYT ERANet-LAC C0013
– 248192.
Bibliografía. 1. Saha BC. (2003) Ind. Microbiol. Biotechnol. 30: 279-291.
2. Sun Y, Cheng T. (2002) Bioresource Technol. 83:1-11.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
USO DE CÁSCARA DE MANGO Y DE UNA LEVADURA NATIVA DEL ESTADO DE SINALOA
PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN.
Laura Ivonne Beltrán Arredondo1, Lesly Xiomara Machado Velarde1, David Larrondo López2 y Claudia Castro
Martínez3. 1Facultad de Ciencias Químico Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa. Culiacán, Sinaloa, México.
C.P. 80013. 2ITESM, Campus Sinaloa. Culiacán, Sinaloa, México. C.P. 80100. 3Depto. de Biotecnología Agrícola,
CIIDIR-IPN Unidad Sinaloa. Guasave, Sinaloa, México. C.P. 81101. Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: Residuos agroindustriales, Hidrólisis enzimática, Fermentación.
Introducción. En las últimas décadas ha aumentado el interés del uso de biomasa vegetal residual para la obtención de bioetanol (1). El proceso de producción de bioetanol requiere de un pretratamiento de la biomasa, la sacarificación enzimática para la obtención de azúcares y la fermentación alcohólica de dichos azúcares, proceso llevado a cabo por levaduras (2). En el estado de Sinaloa se genera una gran cantidad de residuos de mango, obtenidas principalmente de los traspatios, que puede ser aprovechada en la obtención de bioetanol, dándole así valor agregado al fruto y sus subproductos como la cáscara.
El objetivo del presente trabajo es establecer un sistema de producción de bioetanol a partir de cáscara de mango, empleando una levadura nativa del estado de Sinaloa.
Metodología. Se obtuvieron muestras de mango regional de Guasave, Sin. La cáscara fue secada, molida y caracterizada en su composición estructural. Después se llevó a cabo un pretratamiento con H2SO4 al 2% v/v, separando la fase líquida de la sólida. Se realizó la sacarificación enzimática de la fase sólida con una celulasa comercial durante 72h. Los azúcares obtenidos de la sacarificación, así como los de la hidrólisis ácida fueron concentrados y utilizados en la elaboración de medios de cultivo, donde se evaluó el crecimiento de una levadura aislada de la región (P02) (3). Los azúcares reductores fueron medidos por la técnica de DNS (4).
Resultados. Se cuantificó el contenido de celulosa y
lignina de las muestras de cáscara de mango, el
porcentaje de sus componentes estructurales se
muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Composición estructural de cáscara de mango
Componente estructural Porcentaje (%)
Lignina 19.08
Celulosa 57.4
Hemicelulosa y otros componenetes 23.52
Posteriormente se llevó a cabo el pretratamiento con
H2SO4 al 2% v/v de la cáscara de mango, se obtuvo una
concentración de azúcares reductores de 32.28 g/L en
la fase líquida. Por otra parte, se realizó la hidrólisis
enzimática de la fracción sólida pretratada, colocando
30 U/g de biomasa de celulasas comerciales de T.
viride, teniendo una liberación de azúcares reductores
de 4.01 g/L a las 72 h de incubación. Finalmente se
evaluó el crecimiento de la levadura nativa P02 en los
azúcares obtenidos. Se elaboraron medios de cultivo
con 2.5 g/L de los azúcares obtenidos de la fracción
líquida de pretratamiento (PFL), 2.5 g/L de azúcares
obtenidos de sacarificación enzimática (SFS) y con 5
g/L de una mezcla 1:1 de ambos azúcares (PFL+SFS).
La levadura P02 tuvo su mayor crecimiento en el medio
de cultivo que contenía la mezcla de azúcares
(PFL+SFS), alcanzando una DO de 4.0 a las 72 horas
de incubación. En los medios PFL y SFS alcanzó su
mayor crecimiento a las 48 h de incubación con una DO
de 2.23 y 3.12, respectivamente (Fig.1).
Fig. 1. Cinética de crecimiento de la levadura P02 en azúcares
obtenidos de la degradación de cáscara de mango.
Conclusiones. Es posible establecer un sistema de
producción de bioetanol 2G a partir de cáscara de
mango, ya que se logró degradarla a azúcares
fermentables, los cuales pueden ser metabolizados por
la levadura nativa P02, cepa que es capaz de crecer en
azúcares de 5 y 6 C.
Agradecimiento. Proyecto SIP-IPN 2017 y CONACYT.
Bibliografía. 1. K.A. Chandel A y O. Singh (2011), App Microbiol Biotechnol,
89:1289-1303.
2. Sarkar N, Ghosh SK, Bannerjee S. y Aikat K. (2012), Renewable
Energy, 37:19-27.
3. O. Ortiz-Zamora, R. Cortés-García, M. Ramírez-Lepe, J. Gómez-
Rodríguez y M.G. Aguilar-Uscanga, (2009) Journal of Food Process
Engineering. 32: 775-786.
4. Miller G, Blum R, Glennon W y Burton A. (1959), Anal Biochem,
2:127–132.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
IDENTIFICACIÓN DE MICROALGAS PARA USOS BIOENERGÉTICOS.
2Miguel Antonio Nava Figueroa,
2Daniela Aranda Valladares,
1Emilio Arenas Guerrero,
1Adriana Margarita Longoria
Hernández, 1Sebastian Pathiyamattom Joseph.
1Instituto de Energías Renovables-UNAM, Temixco, Morelos 62580.
2Universidad Politécnica del Estado de Guerrero, Taxco de Alarcón, Guerrero 40321. [email protected].
Palabras clave: aislamiento de microalgas, identificación morfológica, microscopía SEM.
Introducción. La búsqueda de fuentes de materias
primas amigables con el medio ambiente, altamente
eficientes en la generación de productos de alto valor y
biocombustibles, es un aspecto importante debido
principalmente al deterioro del medio ambiente (1). En
contraste con fuentes de biomasa utilizadas para la
producción de biocombustibles de primera generación,
las microalgas no involucran la competencia con la
producción de alimentos y el uso de suelo cultivable.
Presentan ventajas tales como sus altas tasas de
crecimiento y mayor rendimiento de biomasa en
comparación con plantas. Tienen la capacidad de
crecer en ambientes diversos como agua salada, dulce
e inclusive en aguas residuales, además de tener un
gran campo de aplicación en la industria alimentaria,
energética, agrícola y ambiental.
El objetivo de este trabajo es identificar especies de
microalgas en cuerpos de agua de Temixco, Morelos y
enfocar su aprovechamiento para la producción de
bioenergéticos y productos de alto valor.
Metodología. Se tomaron muestras de agua en un
canal de riego, una fuente y un río, todos ellos
localizados en Temixco, Morelos. Se aislaron
microalgas presentes en dichas muestras utilizando el
método de aislamiento por pipeta (2).
Las especies de microalgas aisladas se colocaron en
medio de cultivo F2 y se mantuvieron en crecimiento
durante un mes. Posteriormente, se tomaron imágenes
utilizando un microscopio de luz e imágenes en
microscopio electrónico de barrido (SEM). Para la toma
de imágenes en SEM, previamente, las muestras de las
microalgas aisladas fueron fijadas con una solución de
glutaraldehído al 2.5%. Las imágenes de SEM
facilitaron la identificación morfológica de las microalgas
aisladas.
Resultados. Hasta el momento, se ha logrado la
identificación de cinco especies de microalgas, las
cuales se pueden observar en la Figura 1.
Principalmente se encontraron diatomeas y algas
verdes. De acuerdo a la literatura, las microalgas
aisladas podrían ser de gran utilidad en diversos
campos, como la producción de bioenergéticos y
productos de alto valor.
Por ejemplo, se sabe que algunas diatomeas generan
un gran porcentaje de lípidos aptos para la producción
de biodiesel, además de que contienen pigmentos útiles
en la instria cosmética y de alimentos.
Fig. 1. Microalgas aisladas en Temixco, Morelos. Imágenes de campo claro y SEM de microalgas aisladas en cuerpos de agua de Temixo, Morelos.
Conclusiones. La identificación de especies de
microalgas nativas o adaptadas a las condiciones
ambientales locales es de gran importancia para su
utilización en los sectores de la industria de alimentos,
de energía, en agricultura y ambiental. Además se
contribuye al desarrollo científico y tecnológico, ya que
permiten abrir nuevas líneas de investigación.
Agradecimiento. Los autores agradecen al M. en F.M.
José Campos Alvarez por su apoyo para la obtención
de las imágenes de microscopía SEM.
Bibliografía. 1. Harun, R, Singh, M, Forde, GM, Danquah, MK. Renew. Sustainable
Energy Rev. 14(3): 1037–1047.
2. Arredondo-Vega, BO, Voltolina, D. (2007) Métodos y herramientas
analíticas en la evaluación de la biomasa microalgal. Centro de
Investigaciones Biológicas del Noroeste, México.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES EN BIOMASA DE OPUNTIA
HIDROLIZADA CON ÁCIDO DILUIDO
Abimael Iván Ávila-Lara
1, Carlos Escamilla-Alvarado
1, José Antonio Pérez-Pimienta
2, Elvira Ríos-Leal
1, Rubén Morones-
Martínez1, Julián Cano-Gómez
1, Mónica Alcalá
1
1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León.
2Universidad Autónoma de Nayarit, Área de Ciencias Básicas e Ingeniería, 63155, Tepic, Nayarit.
3Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Cinvestav, Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, 07360
Ciudad de México. email: [email protected]
Palabras claves: nopal, biomasa, ácido sulfúrico
Introducción. Opuntia es una especie de gran
abundancia en zonas áridas y semiáridas, con una
capacidad excepcional de producir biomasa en
condiciones climáticas desfavorables para la mayoría de
las especies vegetales debido a su alta eficiencia en
condiciones limitadas de agua (1). Debido a su
composición (ácido úrico, ácido oxálico, pectina,
glucosa, galactosa, arabinosa, xilosa, manosa, proteína)
los cladodios de Opuntia son de gran potencial para su
conversión a bioproductos como: bioetanol, biogás y
químicos de valor agregado (1). El objetivo de este
trabajo fue evaluar la producción de azúcares
reductores a partir de Opuntia mediante una hidrólisis
con ácido diluido.
Metodología. Para conocer los efectos e interacciones
de la concentración de ácido, tiempo de reacción y la
carga de sólidos en la generación de azúcares
reductores a partir de Opuntia, se realizó un diseño de
experimentos factorial 23 con 4 puntos centrales (2,3).
Los ensayos del factorial se realizaron por duplicado,
mientras que los puntos centrales servirán para conocer
el comportamiento del sistema en sus niveles centrales
y para la determinación del error experimental (Tabla 1).
Tabla 1. Factores y condiciones para el diseño experimental.
Factores Unidades Niveles
-1 0 1
Concentración de ácido. % (p/p) 1 2 3
Tiempo de reacción Min 25 45 65
Carga de sólidos % (p/p) 4 8 12
La biomasa de Opuntia proviene de productores de
nopal de Michoacán. Se determinó la caracterización
físico química de la biomasa de Opuntia. La biomasa se
secó y se molió a un número de malla menor a 70. Se
efectuó la hidrólisis ácida bajo los factores de la Tabla 1
y se determinaron la concentración de azúcares
reductores por la técnica de Miller (DNS).
Resultados. En la Tabla 2 se muestra la caracterización
fisicoquímica de Opuntia, mientras que la concentración
de azúcares reductores bajo las mejores condiciones se
muestra en la Tabla 3.
Tabla 2. Caracterización físico química de Opuntia.
Parámetro (%) base seca
Celulosa 12.92
Hemicelulosa 19.07
Lignina 15.78
Sólidos totales 92.57
Sólidos volátiles 77.63
Cenizas 22.36
Proteínas 23.03
Tabla 3. Condiciones óptimas para biomasa Opuntia.
Concentración de ácido
sulfúrico %(p/p)
Tiempo de reacción
(min)
Carga de sólidos %(p/p)
Azúcares reductores
(g/L)
2.1 33.8 8.5 28.540
Conclusiones. Opuntia es un tipo de biomasa
adecuada para la obtención de azúcares fermentables
que puedan ser procesados por métodos
biotecnológicos.
Bibliografía. 1. Nascimiento-Santos, T., Damilano-Dutra, D., Gomes-do Prado, A., Berzerra-Leite, F., Rodrigues- de Souza, R., Cordeiro- dos Santo, D., Moraes- de Abreu, C., Ardaillon-Simoes, D., Morair-Jr, M., Cezar- Menezes, R. Potential for biofuels from the biomass of prickly pear cladodes: Challenges for bioethanol and biogas production in dry áreas, Bioresour. Technol. 85 (2016) 215-222.
2. Avila-Lara, A., Cambero-Flores, N., Perez-Pimienta, J. Mendoza- Perez., Messina-Fernandez, S., Saldaña-Duran, C., Jimenez-Ruiz, E., Sanchez-Herrera, L. Optimization of alkaline and dilute acid pretreatment of agave bagasse by response surface methodology, Front. Bioeng. Biotechnol. 3:146 (2015) 1-10.
3. Escamilla-Alvarado, C., H. M. Poggi-Varaldo, T. Ponce-Noyola, E. Ríos-Leal, I. Robles-Gonzalez and N. Rinderknecht-Seijas (2015). "Saccharification of fermented residues as integral part in a conceptual hydrogen-producing biorefinery." International Journal of Hydrogen Energy 40(48): 17200-17211.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUFA ECOLÓGICA INTEGRAL.
Fidel E. Antúnez1, , Joel Moreira
1,2 Neín Farrera
1,2, Oscar Martínez
1, Guillermo Ibáñez
1.
1Universidad de Ciencias y
Artes de Chiapas (UNICACH) Instituto de Ciencias Básicas y Aplicadas (ICBA). Libramiento Norte Poniente 47,
Caleras Maciel, 29000 Tuxtla Gutiérrez, Chis. 2Universidad del Valle de México (UVM), De Los Castillos 375, Sin
Nombre, Villas Montes Azules, 29000 Tuxtla Gutiérrez, Chis.E-mail: [email protected]
Palabras clave: cocción de alimentos, bioenergía, leña.
Introducción. En México se han implementado diversos tipos de estufas ecológicas en aras de solucionar las diversas problemáticas causadas por el uso de la leña en fogones abiertos [1,2]. La mayoría de estos dispositivos solo han sido enfocados a satisfacer la necesidad de cocción de alimentos, desaprovechando parte del calor generado durante el proceso, el cual podría ser utilizado en aplicaciones tales como, secado de productos agropecuarios, ahumado, secado de ropa y calentamiento de agua y/o aire.
El objetivo del presente trabajo es desarrollar y evaluar una estufa ecológica que aproveche de forma integral la energía generada durante la combustión de leña y que además de la cocción de alimentos permita el secado de productos, la generación de vapor, agua y aire caliente para diversas aplicaciones, horneado a baja temperatura y ahumado de alimentos.
Metodología. El trabajo se dividió en dos etapas, en la primera se diseñó y construyó el dispositivo básico con la potencialidad de integración de los aditamentos para diversas aplicaciones en función de las necesidades específicas de cada comunidad rural. En la segunda etapa se realizó la evaluación del dispositivo, utilizando una metodología propia, que incluye elementos considerados en las nacionales [2] e internacionales [3] y parámetros relacionados con el desempeño de los aditamentos que componen la estufa integral.
Resultados. Se obtuvo un dispositivo que además de la capacidad para la cocción de alimentos acepta diversos componentes tales como; generador de vapor, agua y aire caliente, horneado a baja temperatura, ahumado y secado de productos (figura 1).
En la evaluación del dispositivo se logró obtener la
eficiencia térmica y el tiempo de cocción de alimentos,
emisiones generadas, tiempo de secado de productos
agropecuarios, tiempo de calefacción de un área
establecida, la variación de la temperatura del agua y
el aire, cantidad de leña consumida durante un día de
operación y la eficiencia global del sistema.
Figura 1. Estufa ecológica integral con sus aditamentos.
Conclusiones. Se obtuvo una estufa ecológica que permite aprovechar de forma integral la energía generada en el proceso de combustión, contando con diversos aditamentos, planteando una solución real a los problemas específicos de las diferentes zonas rurales. Durante la evaluación se demostró que el desempeño del dispositivo con implementos tiene ventajas sustanciales en comparación al dispositivo básico de referencia.
Agradecimiento. A la Universidad de Ciencias y Artes de Chipas y a la Universidad del Valle de México, a todos los colaboradores que participaron de forma directa o indirecta en cada una de las etapas del proyecto y a los pobladores de las zonas rurales chiapanecas que han permitido diversas investigaciones para el posible desarrollo del proyecto.
Bibliografía.
[1] L. Ramirez, ―Construccion, Implementación y Evaluación de
una Estufa Ahorradora de Leña,‖ Universidad de CIencias y Artes de Chiapas, 2015.
[2] O. Martíez, ―Desarrollo de un laboratorio y una metodología
para la evaluación de estufas ecológicas.,‖ Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, 2016.
[3] ―Red Mexicana de ionería,‖ Estufas Ecologícas, 2016. .
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE HIDROLIZADOS ÁCIDOS DE Agave tequilana Weber EN LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO EN UN REACTOR ANAEROBIO EN LOTE
SECUENCIAL
Karla M. Muñoz-Páez, Elba L. Albarado Michi, Germán Buitrón, Idania Valdez Vazquez. Instituto de Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, Universidad Nacional Autónoma de México, Blvd. Juriquilla 3001, Querétaro, México. E-
mail: [email protected]
Palabras clave: biohidrógeno, estabilidad
Introducción. El bagazo de agave es un residuo lignocelulósico de la industria del tequila y su revalorización como sustrato para la producción de hidrógeno está supeditada al uso de un pre-tratamiento debido a la complejidad de su composición. Uno de los pre-tratamientos es con ácido diluido, durante este proceso se liberan azúcares, pero también furfural e hidroximetil furfural que se consideran inhibidores de la fermentación a ciertas concentraciones. Para sustratos con inhibidores potenciales, el uso de un reactor anaerobio en lote secuencial (ASBR) podría favorecer a la aclimatación del inóculo (1).
El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la concentración de hidrolizados de agave sobre la producción de hidrógeno en un ASBR. Metodología. El sistema consistió en un ASBR de 1.5 L de volumen útil operado como sigue: 6 min de llenado; 24 h de reacción; 60 min de sedimentación, y 8 min de llenado, con una tasa de recambio de 50% (V/V) a un pH de 5.5 a 35 °C. Como inóculo se utilizó 30 g de un lodo anaerobio tratado térmicamente (104 °/24 h). Las concentraciones de hidrolizado ácido de bagazo de Agave tequilana usadas fueron: 6.3, 9.0 y 11.4 g/L de carbohidratos totales. Resultados. El arranque del reactor se realizó operando en lote a una concentración de 6.3 g/L, estabilizándose después 11 ciclos con una productividad de 201 ± 10 mLH2/L d.
Fig 1. Productividad de hidrógeno
En el ciclo 21 se incrementó la concentración de hidrolizados a 9 g/L, con lo que la productividad se deterioró un 89 %, para después estabilizarse en 298 ± 19 mLH2/L después de 10 ciclos. Con el aumento de 42 % de carbohidratos totales se obtuvo un incremento del 48 % en la productividad. Después del ciclo 33 se observó que la productividad decayó, y en el ciclo 41 se adicionó una solución de nutrientes para promover la producción de hidrógeno sin observarse una
recuperación en la productividad. En el ciclo 43, se realizó otro incremento en la productividad de hidrógeno pero la productividad no se favoreció. De manera general, la producción de metabolitos disminuyó cuando disminuyó la productividad de H2. Durante todos los ciclos el ácido acético fue el principal metabolito soluble. La estructura de la comunidad microbiana se modificó con el incremento de las concentraciones de hidrolizado (Fig. 2). La abundancia de especies de Clostridium, microorganismos dentro de los que hay productores de hidrógeno, aumentó de un 3 % (ciclo 9) a un 14 % (ciclo 18) en la etapa de estabilidad a 6 gCT/L, y de 9 % (ciclo 29) a 14 % (ciclo 40) al final de la etapa de estabilidad de la etapa a 9.0 g/L. Finalmente, cuando ya no se observó producción de hidrógeno, la abundancia decayó a un 5 % en el ciclo 43.
100
80
60
40
20
0
9 18 29 40 43
Ciclos
Mitsuokella multacida Lactobacillus harbinensis Prevotella sp
Lactobacillus casei Megasphaera cerevisiae Enterobacter sp
Clostridium beijerinckii Clostridium oryzae Clostridium luticellarii
Lactococcus lactis Clostridium algifaecis Clostridium sp
Lactobacillus buchneri Propionibacterium acidipropionici Lactobacillus hilgardii
Pseudomonas sp Ethanoligenens sp Unclassified, Betaproteobacteria
Acetobacter peroxydans Unclassified, Clostridia Acetobacter lovaniensis
Citrobacter sp Pectinatus frisingensis Clostridium carboxidivorans
Acetobacter sp < 1 % Sin clasificar
Fig 2. Estructura de la comunidad microbiana
Conclusiones. La productividad de hidrógeno se incrementó 48 % con el aumento de la concentración de hidrolizados de 6.3 a 9.0 g/L. El proceso no fue estable a la concentración de 9.0 g/L. La producción de hidrógeno a partir de hidrolizados de Agave tequilana es factible, pero son necesarios más estudios enfocados en la estabilidad del proceso. Agradecimiento. Se agradece el apoyo financiero por
parte del Fondo de Sustentabilidad Energética SENER- CONACYT, Clúster Biocombustibles Gaseosos, Proyecto 247006 Bibliografía.
1. Buitron, G., Kumar, G., Martinez-Arce, A., y Moreno, G. (2014). Int. J of Hydrogen Energ, 39(33), 19249-19255.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCION DE ENZIMAS CELULASAS Y XILANASAS CON Pleurotus ostreatus Y CEPA TSO46
CULTIVADOS SOBRE PAJA DE TRIGO
Sara Roxana Maldonado Bustamante, Edey Azeneth Ciprian Uribe, Ruth Alejandra Zúñiga Zamora, Iram Mondaca
Fernández, Sergio De los Santos Villalobos, Pablo Gortares Moroyoqui, María Mercedes Meza Montenegro, José de
Jesús Balderas Cortés. Dirección de Recursos Naturales, , Instituto Tecnológico de Sonora, 5 de Febrero 818 sur,
Ciudad Obregón, Sonora, C.P.85000, México.
Palabras clave: actividad enzimática, celulasas (cel), xilanasas (xil).
Introducción. La biomasa lignocelulósica es abundante y está presente tanto en cultivos como en residuos agrícolas. La lignocelulosa es una matriz de tres polímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina, de mayor a menor proporción. Para darle un valor agregado al material lignocelulósico existen diferentes métodos ya sea químicos, físico-químicos y biológicos. Para los métodos biológicos se utilizan hongos de pudrición blanca ampliamente estudiados para la deslignificación, sin embargo, el buscar cepas nativas es para asegurar la sobrevivencia del inóculo en sustratos naturales (1)
Este trabajo está enfocado en determinar la capacidad
xilanasas la cepa nativa TSO46 ya que fue recolectada de campos agrícolas donde se cultiva trigo.
Fig. 1. Actividad enzimática de Pleurotus ostreatus y TSO46 en
fermentación sólida sobre paja de trigo.
que tienen Pleurotus ostreatus (P.o) y la cepa nativa
TSO46 para la secreción de enzimas celulasas y xilanasas usando paja de trigo como inductor.
Metodología. Se utilizaron Pleurotus ostreatus
(comercial) y la cepa TSO46 cultivados en Agar extracto
de malta a 30°C. Se emplearon 3 gramos secos de paja de trigo molida por matraz a los que se les añadieron
(X 1000) 12
10
8
6
4
2
0
Medias y Errores Estándar (s interna)
A
PO 5
Cepas
950
850
750
650
550
450
350
Medias y Errores Estándar (s interna)
B
PO 5
CEPAS
1:4 (S/L) de solución nutritiva (2). El experimento
consistió en ocho unidades experimentales por cepa.
Cada tres días se realizó la extracción enzimática,
seguida de centrifugación a 8500 r.p.m. por 15 minutos
para determinar la actividad enzimática de
endoglucanasas (E.C. 3.2.1.4) usando solución al 1%
de carboxilmeticelulosa como sustrato y actividad de
xilanasas (EC 3.2.1.8) usando solución al 0.5% de
xilano como sustrato. La medición de la actividad
enzimática se dió con la producción de azúcares
reductores medidos con el método de Miller (1954) en
ambas enzimas. Se realizó la prueba de diferencia de
medias con un valor α=0.05, análisis realizado en
Statgraphics plus 5.1
Resultados. Se estudió la producción de cel y xil en P.o. comercial y en la cepa nativa del Valle del Yaqui TSO46. Se puede observar en la figura 1 el comportamiento de la actividad enzimática de cada enzima. La cepa TSO46 tuvo tendencia a aumentar su actividad xilanolítica, presentando la mayor actividad enzimática a los 12 días, aunque otros autores obtuvieron su máximo a los 8 días (2) siendo mayor que P.o. Se puede deducir que tuvo mejor respuesta en
Fig. 2. A) Diferencia de medias de actividad enzimática xilanolítica de P.o. TSO46 B) Diferencia de medias de actividad enzimática
celulolítica de P.o. TSO46.
En este estudio, la producción de cel y xil entre ambas cepas evaluadas al día 12 muestra una diferencia significativa según la diferencia de medias.
Conclusiones. Se logró determinar que la cepa TSO46
tiene mayor actividad de xil y cel en paja de trigo. Las cepas son viables para el tratamiento de material lignocelulósico.
Agradecimiento. Proyecto ITSON
PROFAPI_2017_0090
Bibliografía.
(1) Quintero, Feijoo, Lema (2006) . Vitae, Revista de la facultad de
química farmacéutica (13) 61-67
(2) Thakur S, Shrivastava B, Ingale S, Kuhad R, Gupte A. (2013)
Biotech
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Análisis Energético en la Planeación Óptima de la Producción de Biobutanol. J.J. Quiroz-Ramíreza, E. Sánchez-Ramíreza, Gabriel Contreras-Zarazuaa, César Ramírez-Márqueza J.G. Segovia-
Hernández*
a Universidad de Guanajuato, Campus Guanajuato, División de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de
Ingeniería Química, Noria Alta S/N, Guanajuato, Gto., 36050, México.
*E-mail: [email protected]
Palabras clave: Butanol, Biocombustible, ahorro de energía.
Introducción. La creciente demanda energética mundial ha motivado la búsqueda de fuentes de energía alternativas como un substituto a mediano y largo plazo para los combustibles de fuentes fósiles, las cuales también deben tomar en cuenta el daño al medio ambiente. Recientemente se ha centrado la atención en alternativas renovables que puedan partir de materia prima lignocelulósica atender dichas demandas. Debido a las propiedades fisicoquímicas que presenta el butanol, se ha incrementado el interés para su desarrollo y posible obtención vía fermentación con el propósito de poder implementarlo como combustible.
Metodología. Se propone una programación de materias primas que son alimentadas al proceso integrado, calendarizando cada una de ellas con el fin de poder alcanzar las máximas productividades, concentraciones, rendimientos de butanol así como los mínimos requerimientos energéticos, menores costos y el menor impacto ambiental [1]. Enseguida se implementa un reactor con fermentación, sacarificación y separación simultánea, con el objetivo de conseguir un mayor rendimiento, productividad y concentración constante de butanol, finalmente una tercera etapa la cual consta de un proceso de purificación, para lo cual se evalúan 4 diferentes esquemas de separación en busca de minimizar el TAC y el impacto ambiental medido a través del ecoindicador 99. Para evaluar tales indicadores se realiza un proceso de optimización multi- objetivo por medio de un algoritmo de evolución diferencial con lista tabu (DETL) [2].
Resultados. Después del proceso de optimización la figura 1 muestra los procesos analizados bajo optimización multiobjetivo, así como los mejores parámetros de diseño encontrados para cada secuencia. La mejor secuencia encontrada fue la SFS- 3C la cual mostro los mejores valores de las funciones objetivo analizadas, estos valores se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Rresultados de las funciones objetivo de la mejor
secuencia encontrada.
Funciones Objetivo SFS-3C
TAC ($/kg butanol) 0.138
EI99 ($/kg butanol) 0.132
BEN (MJ/kg butanol) 7.62
IES (MJ/kg glucosa) 7.37
El balance de energía neta (BEN) mostro un valor de 7.62 MJ/kg butanol lo que contrasta con la energía dada por el butanol que es de 30.5 MJ/kg butanol, lo cual
vuelve al proceso confiable para su implementación. Del mismo modo el índice de energía de separación (IES), el cual mide cuanta energía es producida en el proceso muestra un valor de 7.37 MJ/kg glucosa invertida en el proceso.
Fig. 1. Balance de masa y energía de todo el proceso considerado
Conclusiones. En términos generales, todo el proceso que considera la etapa de separación por medio del esquema SFS-3C muestra los mejores índices con 0.138 $/kg de butanol, 0.132 puntos/kg de butanol, y 2586 toneladas/año de TAC, EI99, y producción anual respectivamente. Por otra parte, el esquema SFS-3C presentó los menores requerimientos de energía por kg de butanol producido con 7.62 MJ/kg de butanol, que es sólo 24% de la energía contenida en 1 kg de butanol.
Bibliografía.
1. Van der Merwe A. B., Cheng H., Gorgens J. F., Knoetze J.
H., Comparison of energy efficiency and economics of process
designs for biobutanol production from sugarcane molasses.
Fuel, 2013, 105, 451-458.
2. Srinivas M. y Rangaiah G. P., Differential Evolution with
Taboo List for Solving Nonlinear and Mixed-Integer Nonlinear
Programming Problems, Ind. Eng. Chem. Res, (2007)
Vo
lum
en
acu
mu
lad
o d
e H
2
(mL
/L)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BAGAZO DE AGAVE DESLIGNIFICADO CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO ALCALINO Y SACARIFICADO CON MEZCLAS ENZIMÁTICAS
Karen Lizeth Galindo-Hernández1, Felipe Alatriste-Mondragón1, María de Lourdes Berenice Celis-García1, Jorge Arreola- Vargas2, Elías Razo-Flores1,
1IPICYT A.C., División de Ciencias Ambientales. Camino a la Presa San José 2055, C.P. 78216, San Luis Potosí, SLP. 2Universidad Tecnológica de Jalisco, Luis J. Jiménez 577, 1° Mayo, C.P. 44979, Guadalajara, Jal.
Palabras clave: Hidrógeno, deslignificación, sacarificación enzimática
Introducción. El bagazo de Agave tequilana Weber es
un sustrato potencial para la producción de hidrógeno por
su alto contenido de polisacáridos (celulosa y
hemicelulosa) y por ser un residuo muy abundante en
México. Sin embargo, la presencia de la lignina y la
estructura heterogénea de la hemicelulosa impiden que
exista una disponibilidad adecuada de dichos
polisacáridos, lo cual ocasiona que durante el proceso de
sacarificación se obtengan bajos rendimientos y
productividades [1]. Por ello, es necesario aplicar un
pretratamiento alcalino seguido de una hidrólisis
enzimática con una mezcla de enzimas, que logren tanto
la eliminación de la lignina como la hidrólisis completa de
la celulosa y hemicelulosa. Por otro lado, los rendimientos
de producción de hidrógeno a partir de hidrolizados
enzimáticos de bagazo de A. tequilana en sistemas en
lote (1.2-3.4 mol H2/mol hexosa) y en continuo (0.34-1.53
mol H2/mol hexosa) han sido bajos comparados con el
rendimiento teórico (4 mol H2/mol hexosa),
probablemente debido a que el hidrolizado que se utiliza
como sustrato proviene de un tratamiento enzimático
donde se trata bagazo sin pretratamiento y solo se
emplea un tipo de enzima durante el proceso [2,3].
Debido a lo anterior, es de interés implementar mezclas
enzimáticas con actividades celulolíticas y
hemicelulolíticas que incrementen la conversión de
glucanos durante el proceso de sacarificación del bagazo
previamente deslignificado y, por consiguiente, al utilizar
los hidrolizados como sustrato en la producción de
hidrógeno, mejoren sustancialmente los rendimientos de
los procesos.
Metodología. Bagazo de A. tequilana se sometió a un pretratamiento con PHA bajo condiciones descritas previamente [4], con el objetivo de eliminar la lignina (deslignificación). Posteriormente, se trató el bagazo deslignificado con una mezcla de enzimas (celulasa y hemicelulasa) y se obtuvo un hidrolizado, el cual se caracterizó mediante la determinación de azúcares totales (AT) [5]. Por último, se utilizó dicho hidrolizado para la producción de hidrógeno en ensayos en lote, en los que se utilizó una concentración de sustrato de 5 g AT/L, con una relación sustrato/inóculo de 2.7, a pH 7.5 y 37 °C.
Resultados. En los ensayos de producción de hidrógeno en lote a partir del hidrolizado del tratamiento con la
mezcla enzimática: celulasa, más hemicelulasa (Figura 1) se produjo un volumen máximo acumulado de hidrógeno de 1401.6 ± 13 mL H2/L en 64 h, un rendimiento molar de 3 moles H2/mol hexosa y un rendimiento a nivel de proceso de 123 L H2/kg de bagazo).
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (h)
Figura 1.. Producción acumulada de hidrógeno en lote a partir del
hidrolizado obtenido del tratamiento con la mezcla de enzimas: (celulasa más hemicelulasa).
Por otro lado, los metabolitos generados durante la cinética de producción de hidrógeno fueron únicamente acetato y butirato, 3453.2 ± 47 y 3334 ± 27 mg/L, respectivamente.
Conclusiones. La deslignificación del bagazo de A. tequilana y la hidrólisis del mismo con una mezcla de enzimas (celulasas más hemicelulasas) tuvo un efecto positivo en los rendimientos molares y globales de la producción de hidrógeno, lográndose un proceso de fermentación eficiente.
Agradecimiento. Beca CONACYT 692654 y financiamiento del Fondo SENER-CONACYT Sustentabilidad Energética, CEMIE-Bio, Clúster Biocombustibles Gaseosos 247006.
Bibliografía. [1] Núñez, H., Rodríguez, L., & Khanna, M. (2011) GCB Bioenergy, 3(1),
43–57.
[2] Arreola-Vargas, J., Flores-Larios, A., González-Álvarez, V., Corona-
González, R., Méndez-Acosta, H. (2016) International Journal of
Hydrogen Energy.(41) 897-904.
[3] Contreras-Dávila, C., Méndez-Acosta, H., Arellano-García, L.,
Alatriste-Mondragón, F., Razo-Flores, E. (2017) Chemical Engineering
Journal. (313) 671-679.
[4] Su, Y., Du, R., Guo, H., Cao, M., Wu, Q., Su, R., & He, Z. (2015)
Food and Bioproducts Processing, 94, 322–330.
[5] DuBois, M., Gilles, K., Hamilton, J., Rebers, P., & Smith, F. (1956)
Analytical Chemistry, 28(3), 350.
Hidrolizado enzimático
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Sistema piloto de digestión anaerobia en dos etapas: Operación del reactor de
hidrólisis/acidogénesis
Rosalinda Campuzano Ángeles, Florina Ramírez Vives, Gonzalo Ortiz Rodríguez, Alejandro Ferreira Rolón, Jesús
Jonathan Hernández Díaz, Oscar Monroy Hermosillo. Departamento de Biotecnología-Universidad Autónoma
Metropolitana Unidad Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, 09340 Iztapalapa, Ciudad de México,
México. Correo: [email protected]
Palabras clave: Ácidos grasos volátiles, FORSU, biogás
Introducción. La producción de biogás a partir de la
digestión anaerobia (DA) de la fracción orgánica de los
residuos sólidos urbanos (FORSU) es una tecnología
probada a nivel industrial (1). La DA consiste en una
serie de reacciones bioquímicas complejas catalizadas
por diferentes microorganismos, los cuales pueden
dividirse en dos grupos (2). Para proveer las
condiciones óptimas a cada grupo, la DA se puede
dividir en dos etapas, mejorando el rendimiento del
proceso (3). En la primera etapa (etapa limitante) se
desarrollan las reacciones de hidrólisis y fermentación,
produciendo principalmente ácidos grasos volátiles
(AGV), alcoholes, CO2 e H2, que posteriormente son
utilizados por las archeas metanogénicas para la
producción de metano en la segunda etapa (4). El
objetivo de este trabajo es evaluar la producción de
compuestos solubles y de AGV en lixiviado obtenido de
un reactor piloto de hidrolisis/acidogénesis de FORSU
para su posterior metanización.
Metodología. Se operó el reactor piloto de 3.3 m3
alimentando de lunes a viernes residuos de la cafetería.
Los residuos son molidos y alimentados a un reactor de
hidrólisis anaerobia de lecho escurrido (RHALE) y el
digestato y el lixiviado generado son retirados del
reactor. El lixiviado es mezclado con agua residual y
alimentado a un reactor UASB para la producción de
metano. La FORSU, el digestato y el lixiviado son
caracterizados. Las determinaciones se realizan con
base en métodos estandarizados.
Resultados. La cantidad de residuos alimentados varía
de forma importante ya que depende de la cantidad que
se puede recolectar; varía entre 25 y 224 kg/d con un
promedio de 113 kg/d con una carga promedio de 5.2
±3.3 kgSV/m3·d. La planta ha procesado 11 toneladas
de FORSU durante el año 2017 produciendo 12 m3 de
lixiviado. En la Tabla 1 se presentan las principales
características de la FORSU, la alta desviación
estándar se debe a la variedad de comida que se
prepara y a los periodos estacionales. En la Fig. 1 se
presentan las características del lixiviado a través del
tiempo, se comparan la DQOt, la DQOs y los AGV
(como DQO) y se observa claramente el incremento de
los tres parámetros después del día 125, a partir del cual
los AGV corresponden al 55% de la DQO soluble. El
incremento se debe a que se hizo una reducción del
tamaño de partícula de la FORSU alimentada al RHALE
de 5 cm a 1.1 cm.
Los principales compuestos solubles son ácido acético
y etanol. Se está recuperando cerca del 40% de la
DQO de la FORSU en el lixiviado con lo cual se han
producido 194 kg de metano (272 m3) en el reactor
UASB. Tabla 1. Características promedio de la FORSU alimentada al
RHALE (n=43).
Parámetro FORSU (g/kg)
ST 163±41
SV/ST 0.9±0.03
DQO 225±86
NK 4.7±1.4
Carbohidratos 104±35
Proteínas 18±9.8
Grasas 8.2±4.5
Fig. 1. Características de los lixiviados
Conclusiones. Se debe disminuir el tamaño de
partícula para incrementar la recuperación de material
orgánico en el lixiviado tomando como base que a nivel
laboratorio se han logrado recuperaciones del 70% de
la DQO de la FORSU, lo cual permitirá obtener una
mayor producción de metano en el UASB.
Agradecimiento. Al Fondo sectorial CONACyT-
SENER-Sustentabilidad energética No. 247006.
Bibliografía:
1. Thomé-Kozmiensky, K. J., Thiel, S., 2012. Waste Management,
Volume 3: Recycling and Recovery. TK Verlag Karl Thomé-
Kozmiensky. Nuevo Ruppin, Alemania. ¨Pp. 517-526.
2 Batstone, D. J., Keller, J., Angelidaki, I., Kalyuzhnyi, S.V.,
Pavlostathis, S. G., Rozzi, A., Sanders, W.T.M., Siegrist, H., Vavilin,
V. A., 2002. Water Sci. Technol.. 45 (10), 65-73.
3. Rodríguez-Pimentel, R. I., Rodríguez-Pérez S., Monroy-Hermosillo,
O., Ramírez-Vives, F., 2015. Water Sci. Technol, 72 (3), 384-390.
4. Shah, F. A., Mahmood, Q., Shah, M. M., Pervez, A., Asad, S. A.,
2014. Sci World J, 2014, 1-21.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Determinación de emisiones fugitivas provenientes de estufas de leña usadas en México y Centro
América; contribución a los protocolos internacionales (ISO).
V. Ruiz1,*, J. Vázquez, O. Masera
2.
1,2 Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad (IIES), Universidad Nacional Autónoma de México
(UNAM), Morelia, 58190.
*e-mail: [email protected]
Palabras clave: Biocombustibles sólidos, emisiones intramuros, material particulado.
Introducción. En México 23 millones de personas
cocinan con leña. La leña es usada principalmente para
cocción en fogones y estufas. Las estufas con chimenea
reducen los impactos a la salud ya que expulsan los
gases de combustión fuera del cuarto de cocinado.
Actualmente la OMS (2014) supone que las tasas de
emisión (CO y PM2.5) hacia el cuarto de cocinado de
estas estufas se encuentran en un rango de 1% a 50%
(25%±10%) de las emisiones totales lo que provoca
controversia a nivel mundial sobre el verdadero
desempeño de estos dispositivos ya que los ubica en
niveles de evaluación 0 (el mas bajo) (ISO).
Fig. 1. Tren de muestreo para determinar tasas de emisión fugitivas y
en la chimenea.
Metodología.
1. Emisiones fugitivas
𝑮 = 𝒈𝑰𝒏 + 𝒈𝑪𝒉
𝒈𝑰𝒏
2. Niveles internacionales usados para la evaluación de
contaminantes intramuros en una prueba de
ebullición de agua; Niveles 0-4 para CO y PM2.5.
Resultados. La fracción de las tasas de emisión fugitivas
de estufas de leña se encuentra en 53% para PM2.5 y
11% para emisiones de CO. Los niveles de evaluación
de las estufas con leña se encuentran en Niveles 4 para
CO y 3 a 4 para PM2.5.
Fig. 2. Niveles de contaminates intramuros (CO y PM2.5) en una prueba
de ebullición de agua. Circulos blancos refrentan alto poder y negro
bajao poder de operación de las distintas estufas.
Conclusiones. Las tasas de emisión fugitivas de estufas
con chimenea son menores a lo supuesto por la OMS.
Las tasas de emisión de este tipo de dispositivos deben
medirse y no suponerse en 25±10%. Este arreglo debe
compartirse con laboratorios de evaluación de América
Latina y África.
Agradecimiento. Investigación financiada por la GACC,
UNAM-IIES, LINEB y el Clúster de Biocombustibles
Sólidos para la Generación de Térmica y Eléctrica,
Donde,
𝒇 = 𝑮
SENER-CONACYT- 2014 No. 246911.
G= Tasa de emisión total (mg min-1 o g min-1);
gIn = Tasa de emisión intramuros o fugitiva (mg min-1
o g min-1
);
gCh = Tasa de emisión en la chimenea (mg min-1
o g min-1
); f= Fracción de intramuros (fugitivas) como fracción de
emisiones totales;
Bibliografía. 1. WHO 2014. Indoor Air Quality Guidelines: household Fuel Combustion.
Johnson M., Edwards R., Morawska L., Smith K. and Nicas M. Review 3: Model for linking household energy use with indoor air quality.
2. ISO 19867-1:2015, Clean cookstoves and clean cooking solutions- Harmonized laboratory test protocols.
7.0
6.0
5.0
Pats4ar.0i Tier (4,3)
3.0
2.0 ONIL
Tier (4,4)1.0
Patsari Tier (4,3)
Ecostufa Tier (4,3)
Mera-Mera Tier (4,3)
ONIL Tier (4,3)
0. Mera-Mera 0 Tier (4,4)
Tier (4,4) Ecostufa TIER 4
0.00 Emisiones intramuros de monoxido de carbono (g min-1)
0.01 0.02 0.03 0.04
Emis
ion
es
intr
amu
ros
de
mat
eri
al
par
ticu
lad
o 2
.5 m
icra
s (m
g m
in-1
)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ANÁLISIS DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES DEL APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS COMO
BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS: ESTUDIO DE CASO DE UNA EMPRESA FORESTAL EN JALISCO
Mitzi Ariadna Contreras Gallegos, Escuela Nacional de Estudios Superiores – Universidad Nacional Autónoma de México;
Morelia, Michoacán, C.P. 58190, [email protected]
Palabras clave: astilla, aserrín, análisis de ciclo de vida.
Introducción. La centralización de la matriz energética de
México hacia las fuentes fósiles ha generado repercusiones ambientales, sociales y económicas, entre las cuales destacan el aumento de las concentraciones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) [1]. Ante dicho contexto, cobra especial relevancia la bioenergía, energía renovable obtenida a partir de la biomasa, es decir, de la materia constitutiva de los seres vivos, sus excretas y sus restos no vivos [2]. En el 2015, ésta representó únicamente el 4.36% de la producción de energía primaria en México y un 5.7% del consumo energético total nacional [3]. Pese a que se le considera como una fuente neutral en términos de emisiones de carbono, hay emisiones adicionales a lo largo del ciclo de vida de la producción de los bioenergéticos [2]. El presente trabajo tiene como objetivo analizar cuáles son los impactos ambientales potenciales, en términos de emisiones de GEI, del aprovechamiento de los residuos de una empresa forestal (EF) en Jalisco para producir dos biocombustibles: astilla y aserrín. Dicho caso fue seleccionado dentro del marco del proyecto denominado ―Estudio de viabilidad, barreras e impactos de opciones de aprovechamiento de recursos forestales para energía renovable‖ (ENERFOR), realizado por la Universidad Nacional Autónoma de México.
Metodología. La metodología a desarrollar consistirá en el
desarrollo de un Análisis de Ciclo de Vida (ACV), la cual se
refiere al proceso de recopilar y evaluar las entradas,
salidas y los impactos ambientales potenciales de un
sistema-producto durante su ciclo de vida [5]. El ACV será
empleado para analizar las emisiones de GEI de la
producción de astilla y aserrín. De acuerdo con la ISO
14040[5], las fases con las que cuenta un ACV son las
siguientes: definición del alcance y objetivos, análisis de
inventario, evaluación de impactos e interpretación. Para
el desarrollo del análisis se empleará la herramienta
Biograce-II. La unidad funcional será definida como 1 MJ
de energía generado por el biocombustible en cuestión.
Resultados. Para el ACV, se realizó una descripción
general del funcionamiento de la empresa forestal con la
que se trabajó. En ésta destacan los siguientes productos
con posible uso energético: leña, astilla, aserrín, carbón
vegetal y carbonilla. Una descripción general de la EF
puede observarse en la Figura 1 y, en la Figura 2 se
muestran las cadenas a analizar en el presente trabajo.
Fig. 1 Funcionamiento general de la EF
Fig. 2 Límites sistema a evaluar
Conclusiones. Se concluye que los impactos, en términos de emisiones de GEI, de la producción de aserrín y astilla en la EF analizada son similares; siendo el aserrín el biocombustible sólido forestal con mayor cantidad de emisiones por MJ de energía entregado. Para ambas cadenas productivas, el proceso unitario que genera mayor impacto es el consumo de energía eléctrica en las etapas de aserrío y astillado.
Agradecimientos. Al Dr. Carlos Alberto García Bustamante, al Dr. Ricardo Musule, al Ing. Jesús Aguirre, al Mtro. Daniel Cohen, a la Dra. Teresita Arias Chalico y a los y colaboradores del proyecto ENERFOR.
Bibliografía.
[1] C. A. García, E. Riegelhaupt y O. Masera, «Escenarios de
bioenergía en México: potencial de sustitución de
combustibles fósiles y mitigación de GEI,» Revista Mexicana
de Física, vol. 2, nº 59, pp. 93-103, Octubre 2013.
[2] C. O. Masera, F. Coralli, B. C. García, E. Riegelhaupt, C. T.
Arias, G. J. Vega, J. R. Díaz, P. G. Guerrero y L. Cecotti, La
bioenergía en México. Situación actual y perspectivas, vol.
Cuaderno Temático No. 4, Red Mexicana de Bioenergía,
A.C., 2011.
[3] SENER, «Balance Nacional de Energía 2015,» Secretaría de
Energía. Secretaría de Planeación y Transición Energética.
Dirección General de Planeación e Información Energéticas.,
México, 2016.
[4] T. M. Johnson, C. Alatorre, Z. Romo y F. Liu, México: estudio
sobre la disminución de emisiones de carbono (MEDEC),
Washington, DC: Banco Mundial, 2009.
[5] ISO, «Environmental management - life cycle assessment -
reuirements and guidelines (ISO 14044),» International
Organization for Standardization, Geneva, 2006.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
FORESTALES: ESTUDIOS DE CASO EN MÉXICO.
Daniel Cohen-Salgado1, Carlos García-Bustamante
2, Teresita Arias-Chalico
3, Enrique Riegelhaupt
3, Jorge Odenthal
1,
René Martínez-Bravo1, Raúl Tauro
1, Quetzalcóatl Orozco-Ramírez
1, Omar Masera
1
1 Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, UNAM, Morelia, Michoacán, C.P. 58190; 2. Escuela Nacional de Estudios Superiores (ENES) Unidad Morelia, UNAM, Morelia, Michoacán, C.P. 58190; 3. Red Mexicana de Bioenergía, A.C., Morelia, Michoacán
C.P. 58190; correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: Barreras, Potencial, Bioenergía
Introducción. Estudios recientes coinciden en señalar
que los recursos forestales son la más importante
fuente potencial de energía de la biomasa que México
dispone1,2,3
. Se estima que la biomasa forestal puede
proveer entre 1400 y 2400 PJ/año, o 16% a 28% de la
energía primaria usada en el país en el año 20154.
Este alto potencial energético contrasta con el bajo uso
actual de la biomasa, pues en 2015 sólo se utilizaron
290 PJ4. Esto significa que hay (por lo menos) cinco
veces más energía disponible que la que se aprovecha
actualmente.
El presente estudio evalúa la factibilidad de producción
de carbón vegetal, astilla combustible, corteza
combustible, pellet de madera, aserrín, leña de monte
y de residuos industriales, como transportadores
energéticos forestales (TEF) en empresas forestales
de México, e identifica las barreras para el desarrollo
de la producción de energía con biomasa forestal.
Metodología. En una muestra de 58 empresas
forestales (sociales y privadas) en 12 estados del país,
se seleccionó 10 casos donde la producción de TEF es
técnicamente viable. Los criterios de selección
principales fueron: 1) la disposición a vender
biocombustibles forestales, 2) la transparencia y
acceso a la información, 3) la gobernanza de la
empresa, 4) el volumen de madera disponible, y 5) la
accesibilidad física a la empresa y sus recursos. Se
realizaron los análisis técnicos y económicos de la
producción actual y potencial de los diferentes TEF en
cada empresa. La información se obtuvo mediante
entrevistas estructuradas.
Resultados. Se estimó que hay volumen que puede
ser aprovechado en las 58 empresas: de los 677,020
m3vta autorizados para su corte anual, 243,452 m
3vta
no son extraídos del campo y se quedan en pie (36%).
Además, 66,424 m3vta corresponden con residuos del
aprovechamiento y 148,944 m3rta son coproductos de
los centros de transformación. Tanto el volumen no
extraído en campo, como los residuos del
aprovechamiento y los coproductos del proceso de
transformación son las fuentes de materia prima para
los TEF. La mitad de las empresas (50%) producen y
comercializan TEF (como la astilla en cinco casos de
Jalisco y Durango, y el pellet en un caso en Durango)
para demandantes de biomasa en el sector industrial y
doméstico en las regiones donde se ubican. En la
mayoría de los casos, el análisis económico de la
producción de TEF como producto principal indicó que
no generan ganancias relevantes. Sin embargo,
considerándolos como coproductos de procesos de
transformación existentes, sus ganancias son
relevantes. Otro beneficio de la comercialización de
coproductos es que se reducen los riesgos de
incendios por acumulación de desechos y los costos
asociados a su disposición. En algunos casos, la
producción y comercialización de algunos TEF es
factible económicamente, por la demanda constante de
la industria (p. ej. tequileras en Jalisco y tableros en
Durango). En la mayoría de los casos, el precio al
usuario final es mayormente determinado por los
costos de transporte. En algunos casos, los
coproductos de la transformación de la madera tienen
usos no energéticos de alto valor en el mercado, y no
resulta conveniente destinarlos a producir TEF.
Conclusiones. La posibilidad de producir y colocar
TEF en el mercado nacional es muy heterogénea en el
país. En algunas empresas es una actividad viable
técnica y económicamente, que está en proceso de
desarrollo; en otras, sólo es posible producirlos como
coproductos de otros procesos; y en otros casos el uso
no energético de los coproductos es más rentable que
su uso como energético. De cada caso estudiado, se
identificaron barreras para el mejoramiento de su
producción, buscando impulsar el uso de la biomasa
forestal como una fuente de energía relevante. Dentro
de las principales barreras identificadas en las
empresas, destacan: 1) la falta de mercado para los
TEF, 2) las deficiencias tecnológicas de las empresas,
3) la falta de conocimiento técnico y disposición, 4) la
baja capacidad gerencial y de organización, 5) la
dificultad para obtener financiamientos, y 6) la baja
propensión a invertir recursos financieros propios.
Agradecimiento. Este proyecto está financiado por el
Fondo de Sustentabilidad Energética de la Secretaría
de Energía y el Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (Proyecto SENER CONACYT FSE 2013-
05- 219797).
Bibliografía.
1. Johnson, T.M., Alatorre, C., Romo, Z., Liu, F. (2010) México:
Estudio sobre la disminución de Emisiones de Carbono (MEDEC).
The World Bank, Washington D.C.
2. Red Mexicana de Bioenergía (2011) La Bioenergía en México:
Situación actual y perspectivas. REMBIO, México.
3. Rios, M., Kaltschmitt, M. (2013). Biomass Conv and Biorefinery, 3
(3), pp. 239-254.
4. Secretaría de Energía (2016) Balance Nacional de Energía 2015.
SENER, México.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Utilización de la hemicelulosa para la obtención de prebióticos en una biorrefinería.
Héctor Toribio, Lorena Pedraza, Rebeca Romo, Andrés Llanes, Esther Sánchez, Universidad Iberoamericana,
Departamento de Ingeniería y Ciencias Químicas, Ciudad de México, 01219, [email protected].
Prebióticos, hemicelulosa, biorrefinería.
Introducción. El uso de residuos agroindustriales Resultados. En la Tabla 1 se presenta la composición
como el olote de maíz en un biorrefinería necesita de los materiales sólidos obtenidos en el proceso de generar productos de valor agregado que permitan producción de los XO‘s. De acuerdo al balance de alcanzar el punto de equilibrio económico en un masa se determinó que el rendimiento de los XO‘s en horizonte corto de tiempo. Para alcanzar este objetivo función a la hemicelulosa presente en el olote se propone utilizar la mayor cantidad de las tres pretratado es del 58.8% y por cada Kg de olote se fracciones que componen la pared celular vegetal. El producen aproximadamente 0.05-0.06 Kg de XO‘s. propósito del siguiente estudio es presentar la Considerando un precio aproximado de los prebióticos producción de prebióticos (XO‘s) a partir de olote de comerciales de entre 20-23 € por cada 100 g se maíz utilizando un enfoque de biorrefinería, pueden ganar entre 434-499 pesos por Kg de material presentando una sección de este sistema (Figura 1). procesado. Además, se tienen otras tres corrientes que
son la xilosa que se dirige a la producción de xilitol, el Metodología. La producción de XO‘s se hizo por material rico en celulosa que se puede utilizar para medio de una hidrolisis enzimática de xilano obtenido generar licores ricos en glucosa para uso posterior y la de un proceso de delignificación [1]. El proceso lignina que es una base importante para diferentes comienza con la molienda de olote de maíz () en un productos en el mercado y en vía de desarrollo. molino, el material es pretratado utilizando un tratamiento termoquímico moderado [2] en un reactor de 70 L de volumen de trabajo donde se obtienen dos corrientes una líquida rica en xilosa () que se destina a la producción de xilitol y un sólido rico en celulosa y lignina. El sólido se delignificó utilizando un proceso de oxidación [3] en un reactor de 20 L que produjo dos efluentes, un sólido rico en celulosa () y un líquido que contiene xilano y lignina de donde se recuperó el
Tabla. 1. Composición química de materiales sólidos obtenidos en el proceso de producción de prebióticos.
Olote Olote pretratado Olote delignificado
Componente % peso
Celulosa 34.02 57.82 78.66
Hemicelulosa 33.29 15.37 7.53
Lignina ácida 10.21 6.16 4.62
Lignina alcalina 11.11 18.88 8.38
Cenizas y extractivos 11.37 1.78 0.81
xilano mediante un proceso de concentración, precipitación con alcohol (), sedimentación, filtración Conclusiones. El arreglo de los procesos y el análisis y secado. La solución etanólica () que se retiró sistemático de las corrientes generadas en una durante la sedimentación y filtración se destina a la biorrefinería permite aprovechar la mayor parte del recuperación de lignina. El xilano seco se hidrolizó material lignocelulósico, como la hemicelulosa, a favor enzimáticamente utilizando un xilanasa comercial () de estructurar un sistema de procesamiento a escala laboratorio generando XO‘s () de económicamente factible y sustentable. A partir de un aproximadamente 3-30 unidades monoméricas con conjunto de procesos químicos y biológicos en una una polidispersidad de 7. biorrefinería se pueden producir prebióticos a partir de
un residuo agroindustrial como el olote obteniendo una mayor ganancia económica.
Agradecimiento. Proyecto FICSAC 132010 y proyecto CONACYT CB-2010/15645.
Bibliografía. 1. Pedraza, L., Toribio, H., Romo, R., Arreola, S., & Guevara, M.
(2014) J. Chem. Biol. Physic. Sci., Section A: Food Biotechnogy;
Special Issue, 4(5), 1-5.
2 Pedraza-Segura, L., Toribio-Cuaya, H., & Flores-Tlacuahuac, A.
(2013) Ind. Eng. Chem. Res., 52(15), 5357-5364.
3. Toribio, H. (2016) Tesis de Doctorado. Universidad
Fig. 1. Diagrama de flujo de procesos para la sección de producción
de prebióticos en una biorrefinería a partir de olote de maíz.
Iberoamericana A.C., Ciudad de México.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
POTENCIAL BIOENERGÉTICO DE RESIDUOS AGRÍCOLAS EN EL ESTADO DE CHIAPAS
Oscar Manuel Martínez1, Cristina Blanco1, Manuel Palacios1, Joseph Sebastián2, Laura Velez3
1 Universidad Politécnica de Chiapas. Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables, Maestría en Energías Renovables. Carretera Tuxtla-Villaflores KM 1+500,
Las Brisas, 29150 Suchiapa, Chiapas.2 Instituto de Energías Renovables (IER-UNAM). Xochicalco, Azteca, 62588 Temixco, Mor.3Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, Centro de Investigación
y Desarrollo Tecnológico en Energías Renovables. Libramiento norte poniente 1150 C.P 29000, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: biomasa, energía, cultivos
Introducción. En México tres cuartas partes de las publicaciones de investigación (70,1%) se han centrado en el uso de la biomasa como energía renovable, la energía solar (19,2%), geotérmica (4,5%), el viento (4,0%) y, finalmente, la energía hidroeléctrica (2,2%), en el periodo de 1982 a 2012 [1].
Por otro lado el estado de Chiapas en el 2015, la superficie cultivada fue de 1, 445,690 hectáreas, con una producción agrícola de 16, 256, 638 millones de toneladas, siendo el primer productor mexicano de café y plátano; el segundo de papaya, mango y cacao, así como el tercero de tabaco [2], asimismo como consecuencia de la actividad agrícola se generan grandes cantidades de residuos orgánicos con un gran potencial para la generación de energía, por tal razón la agricultura puede contribuir de manera significativa a la producción de bioenergía a partir de la transformación de los residuos agrícolas sin comprometer la producción destinada a la alimentación.
Metodología. Se realizó la estimación de 6 residuos agrícolas producidos en el estado utilizando el potencial de residuo bruto por cultivo, (cantidad teórica de residuos que se puede generar), en el cual se considera el área del cultivo i en el estado j (hectáreas), el rendimiento del cultivo i en el estado j (tonelada/hectárea), la proporción de producción de residuos del cultivo i en el estado j. La Cantidad de residuos disponibles para fines energéticos que toma en cuenta el factor de disponibilidad del cultivo i en el
estado j. El potencial energético por cultivo considerando el potencial bioenergético de n cultivos en el estado j (MJ), el potencial de residuos disponibles del cultivo i en el estado j (toneladas) y el poder calorífico del cultivo i en el estado j (MJ/Ton) [3].
Conclusiones. De los 6 residuos agrícolas estudiados el cultivo de maíz es el que mayor destaca por lo tanto puede considerarse como buena fuente de materia prima dado que se cosecha todo el año teniendo una mayor producción en el ciclo otoño-invierno siendo un cultivo que puede ser utilizado para la generación de energía. La cantidad de residuos de arroz, cacahuate, frijol, sorgo y trigo es menor a quinientas mil toneladas, cabe mencionar que los residuos de arroz solo se generan en la temporada primavera-verano por lo que sería conveniente utilizarlos en combinación con otros residuos.
Resultados. Los resultados arrojaron que en
el estado se producen 55 cultivos de los cuales 34 son perennes, 15 de año agrícola, 3 de otoño-invierno y 3 de primavera verano.
Tabla 1. Residuos disponibles en el estado de Chiapas y su potencial energético.
Promedio anual
Cultivo Residuos disponibles Potencial bioenergético
(Ton) (MWh)
Arroz 588.78248 2306.06656
Cacahuate 0.6312 2.924562
Frijol 12891.22994 58153.817
Maíz 1229186 5636838
Sorgo 47230.62286 187151.4877
Trigo 129.180032 592.39857
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
BIODEGRADACIÓN DE BENCENO, TOLUENO Y XILENO MEDIANTE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE
MICROBIANA.
D. Rodríguez Hernándeza, J. A. Rodríguez de la Garzaa*, L.J. Ríos Gonzáleza, Y. Garza Garcíaa, M. M. Rodríguez
Garzaa, S. Y. Martínez Amadorb.
a Departamento de Biotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila, Blvd. V.
Carranza S/N, Col. República, 25280 Saltillo, Coahuila, México. [email protected] d Departamento de Botánica, b Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista, 25315 Saltillo, Coahuila,
México. *[email protected].
Palabras clave: biodegradación, BETEX, celda de combustible microbiana.
Introducción. Una celda de combustible microbiana (CCM) es un dispositivo con la capacidad de generar de energía eléctrica mediante el aprovechamiento del potencial de oxidación de los microorganismos. Los microorganismos presentes en al ánodo de una CCM, pueden oxidar distintos substratos o donadores de electrones, tales como, glucosa, agua residual o hidrocarburos y empelan el electrodo anódico como aceptor de electrones, por ende, las celdas de combustible microbianas degradar distintos sustratos y simultáneamente generar energía eléctrica [1-2]. El objetivo del presente estudio fue evaluar la biodegradación de benceno, tolueno y xileno en una CCM.
Metodología. Para la formación de la biopelícula, se cortaron trozos de tela de carbono de 100 cm2 y se adhirieron al cilindro central de un reactor anular de biopelícula modelo 1320 de la marca BioSurface Technologies. Se tomó una muestra de 300 ml de lodo anaerobio de una planta tratadora de aguas residuales y se le agregaron 800 ml de medio mineral para lodo anaerobio y se monitoreo por 60 días hasta que se formara y madurara la biopelícula, para posteriormente cambiar el medio, por medio mineral para lodo anaerobio adicionado con 250 PPM de cada uno de los hidrocarburos (Benceno, Tolueno y Xileno).
Se utilizó una CCM de doble compartimento, con un volumen de 11.5 L en el cátodo y 0.95 L en el ánodo, separados por una membrana de Nafión 117. En el compartimento catódico se añadió medio que contenía 1000 PPM de benceno, tolueno y xileno. En el compartimento catódico se empleó un biocátado con microalgas alimentadas con el agua residual sintética. La cuantificación de benceno, tolueno y xileno fue llevada a cabo mediante cromatografía de gases.
Resultados. La biodegradación del benceno hasta las 400 PPM, y como se puede observar en la figura 1 en la celda de combustible microbiana la concentración de benceno disminuyó consistentemente hasta alcanzar una concentración de 516 PPM a las 48 horas de operación, llegando a menos de 400 PPM en la hora 60. La biodegradación de tolueno alcanzo una
concentración de 510 PPM en solo 36 horas. La biodegradación de xileno llegó a una concentración de 577 PPM en 48 horas.
1200
1000
800
600
400
200
0
0 50 100 150 200
Tiempo (horas)
Fig. 1. Biodegradación de benceno, tolueno y xileno en celda de
combustible microbiana a 120 horas de operación.
0,5
0
0 2 4 6 Tiempo (días)
Fig. 2. Voltaje generado en la celda de combustible microbiana durante el proceso de biodegradación de benceno, tolueno y xileno.
Conclusiones. La CCM logró biodegradar en más de un 90% el benceno tolueno y xileno en un tiempo de 6 días.
Agradecimientos. Al COECYT Coahuila por apoyo
financiero para llevar a cabo el proyecto.
Bibliografía. 1. Morris J., Jin S., Crimi B., Prudend A. (2009). Microbial fuel
cell in enhancing anaerobic biodegradation of diesel.
Chemical Engineering Journal. 146 (1): 161-167.
2. Pant D., Singh A., Van Bogaert G., Alvarez Gallego Y., Diels
L., Vanbroekhoven K. (2011). An introduction to the life
cycle assessment (LCA) of bioelectrochemical systems
(BES) for sustainable energy and product generation:
Relevance and key aspects. Renewable and Sustainable
Energy Reviews. 15 (2):1305-1313.
Tolueno (MFC)
Xileno (MFC)
Benceno MFC
Voltaje
Co
nce
ntr
ació
n d
e
hid
roca
rbu
ros
(PP
M)
Vo
ltaj
e (v
olt
s)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED
MEXICANA DE BIOENERGÍA
SACARIFICACIÓN ENZIMÁTICA DE PERICARPIO DE MAÍZ PRETRATADO CON H2SO4 DILUIDO Y SIN PRETRATAR PARA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
Diana Victoria Melo Sabogal, Eduardo Castaño-Tostado, Jorge Noel Gracida-Rodríguez, Blanca Estela García-
Almendárez, Aldo Amaro-Reyes, Carlos Regalado-González. DIPA. Facultad de Química, Universidad Autónoma de
Querétaro, Cerro de las campanas S/N Querétaro, 76010. México. E-mail:[email protected]
Palabras clave: biomasa, conversión de celulosa, glucosa
Introducción. La biomasa lignocelulósica es un recurso renovable altamente disponible, con gran potencial para satisfacer la demanda mundial de energía (1). Entre estas se encuentra el pericarpio de maíz (PM), subproducto obtenido a partir de la molienda húmeda del maíz. Los principales componentes del PM son la hemicelulosa (30-50%), celulosa (15-20), almidón (10-25%) y lignina (2%) (2). Su compleja estructura dificulta su uso para la producción de bioetanol, requiriéndose de etapas a) pretratamiento y b) sacarificación enzimática (SE) donde los componentes sean hidrolizados en azúcares simples que puedan ser fermentados posteriormente (3). El objetivo de este trabajo fue evaluar la obtención de azúcares fermentables (AF) a partir de la sacarificación enzimática de PM pretratado con H2SO4 diluido y sin pretratar para posterior producción de bioetanol.
Metodología. Se realizó la sacarificación enzimática de PM pretratado con H2SO4 al 2% (v/v) y sin pretratar (60.6% y 16.8% de celulosa, b.s), utilizando la enzima Cellic Ctec2. Se aplicó un diseño factorial 22
completamente aleatorizado, los factores fueron el tipo de material (pretratado y sin pretratar) y la cantidad de sólidos (5% y 7% p/v). Se utilizaron matraces de 125 mL con un volumen de 30 mL, una solución de citrato de sodio 0.5 M (pH 4.8), 7 µL/mL de cicloheximida (10% v/v) como agente antimicrobiano y una dosis enzimática de 40 UPF/g de celulosa. Las soluciones fueron incubadas a 50°C y 150 rpm durante 96 h. Se determinó la concentración de azúcares reductores (AR) por DNS, glucosa (G) con kit enzimático R-Biopharm en un espectrofotómetro, y el porcentaje (%) de conversión de celulosa (CC). Los tratamientos se realizaron por triplicado.
Resultados. Las concentraciones de AR y G obtenidas durante la sacarificación enzimática de PM, así como el % de CC se presentan en la figura 1 (a, b y c). Los perfiles de sacarificación presentaron similar comportamiento para ambas cantidades de sólidos, tanto para el PM sin tratar, como para el pretratado. La hidrólisis de PM sin pretratar permitió la obtención de 29.3±1.3 g de AR/L (Fig. 1a) y 4.3±0.4 g de G/L (Fig. 1b) cuando se trabajó con 7% de sólidos, mientras que para 5% se obtuvieron concentraciones más bajas: 22.4±2.7 g de AR/L y 3.071±0.527 g de G/L; los % de conversión de celulosa fueron de 36.2±3.5 y 36.1±6.2%, respectivamente, al terminar el tiempo de hidrólisis (Fig. 1c).
Los AR incrementaron 5.8 (5% sólidos) y 5.1 (7% sólidos) veces al usar el hidrolizado ácido de PM, obteniéndose 129.7±7.7 y 148.8±9.6 g/L, respectivamente (Fig. 1a). La cantidad de glucosa también incrementó 9.8 y 7.9 veces para 5% y 7% de sólidos hidrolizados, obteniéndose 30.0±2.4 y 34.2±2.4 g/L (Fig. 1b). El % de CC para estos tratamientos a las 96 h de hidrólisis fue de 98.4±7.8 y 80.0±5.6%, para la biomasa hidrolizada (5 y 7% de sólidos, respectivamente) (Fig. 1c).
Figura 1. Sacarificación enzimática de pericarpio de maíz pretratado y sin tratar. a. Concentración de azúcares reductores.
b. Concentración de glucosa. c. Conversión de celulosa. Los resultados se presentan como la media de tres réplicas ±
desviación estándar.
Conclusiones. La SE permitió una buena CC del PM y la obtención de AF. La SE tuvo un mejor efecto cuando se pretrató la biomasa. Debido a que se observaron comportamientos similares con ambas cantidades de sólidos y en base al % de CC, podría usarse la cantidad más baja para la producción de bioetanol.
Agradecimiento. Al CONACYT por la beca No.
5829099 para MCT.
Bibliografía. 1. Payne, C. M., et al., (2015). Chem. Rev., 115(3), 1308–1448. 2. Leathers, T. (2003). FEMS Yeast Res., 3(2), 133–140. 3. Gusakov, A. V. (2011). Trends Biotech., 29(9), 419.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Estudio de viabilidad técnica y sustentabilidad de dos combustibles de transporte alternativos
Adonai J. Ávila Álvareza, Julio C. Gómez Mancilla
b, Arturo Manzo Robledo
a, Rogelio Sotelo Boyás
a
Instituto Politécnico Nacional, aESIQIE,
bESIME-Z, Ciudad de México, 07738
Palabras clave: amoniaco, hidrógeno, gasolina
Introducción. Uno de los mayores problemas de la
Ciudad de México (CdMX) es su contaminación
ambiental, principalmente debido a la combustión
ineficiente y excesiva de combustibles fósiles. Esta
combustión además produce una gran cantidad de
gases de efecto de invernadero (GEI), lo que puede
contribuir a aumentar los efectos del cambio climático.
Además, una gran cantidad de la gasolina consumida
en el país es importada. Por otra parte en la CdMx el
uso de automóviles eléctricos o híbridos está exento
de algunos impuestos por su casi nula contaminación.
Esta tecnología, sin embargo, proviene del extranjero y
además de ser costosa y de difícil acceso a la mayoría
de la población, su sustentabilidad a condiciones de la
CdMX no ha sido estudiada. Este trabajo propone por
tanto la evaluación de la sustentabilidad, a través de
un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) de dos
combustibles alternativos. El alcance de este trabajo
es el ACV considerando la determinación de la huella
de carbono y el consumo de energía y agua, y un
estudio técnico-económico de dos combustibles a
usarse en autos híbridos o eléctricos. Los objetivos
específicos en el trabajo fueron estudiar la viabilidad
técnico-económica de producir amoniaco e hidrógeno
a partir de residuos sólidos o líquidos, estudiar la
sustentabilidad del uso de amoníaco e hidrógeno,
obtenidos de gas natural, en motores de combustión
interna y en celdas de combustible, y estudiar la
sustentabilidad del uso de amoníaco e hidrógeno,
obtenidos.
Metodología. Los dos combustibles alternativos considerados en el presente trabajo, son a base de hidrógeno y amoniaco, respectivamente, los cuales pueden obtenerse por procesos industriales a partir de gas natural, o bien a partir de biomasa. Tanto el amoniaco (NH3) como el hidrógeno (H2) pueden producirse por medio de métodos electroquímicos, que también se han considerado en el presente trabajo. Se estudió también el uso de residuos sólidos o líquidos para obtener estos dos combustibles. Su desempeño se evaluó en motores de combustión interna y se comparó con gasolina. Se evaluaron estas opciones tanto ambiental como técnicamente para determinar cuál es la mejor tecnología. El ACV de cada opción se realizó usando el programa SimaPro y la base de datos de Ecoinvent. La viabilidad técnica se evaluó mediante el uso del simulador de procesos Aspen Plus. La unidad
funcional fue de 1 km de distancia viajado para la fabricación del vehículo, la operación el mantenimiento y el desecho final del mismo. La producción tanto de H2 como de NH3 también se consideró en el ACV.
Resultados. Se evaluó el ciclo de vida global tanto de amoníaco como de hidrógeno. Los resultados indican un mayor impacto ambiental para el primer caso. La producción de gasolina se consideró a partir de petróleo crudo. El ACV realizado en este estudio muestra que las emisiones de CO2 con amoníaco son ca. una tercera parte de las de la gasolina, cuando el NH3 se produce de manera electroquímica, sin embargo cuando este se produce a partir de gas natural, hay un incremento de ca. 5% de emisiones con respecto al uso de gasolina. El potencial de calentamiento global de amoníaco resultó de ca. 0.1 kg CO2 eq. Entre los factores de mayor huella de carbono se encontró la producción de amoniaco. El uso de hidrógeno de igual forma representó una menor cantidad de emisiones de CO2 que la gasolina, considerando las mismas condiciones de tiempo de vida del motor y del convertidor catalítico. Se obtuvo una economía de combustible de casi el doble de la gasolina usando hidrógeno. Al considerar también la producción de hidrogeno con el método tradicional de reformación con vapor, hubo un incremento sustancial de las emisiones de carbono. Aun así, el estudio de viabilidad técnica indica que sí es posible el uso de amoníaco como combustible en motores de combustión interna, con pocas adecuaciones.
Conclusiones. El uso de combustibles libres de carbono produce menos emisiones de gases de efecto de invernadero que las originadas con el uso de combustibles fósiles. El amoníaco también se puede usar en otras aplicaciones donde actualmente se usan combustibles fósiles, lo cual contribuiría a reducir los efectos de cambio climático. El hidrógeno es un combustible sustentable cuya producción puede aún mejorarse, para reducir costos e impacto ambiental, y en un largo plazo puede ser una excelente opción como combustible de transporte además de que puede producirse de múltiples fuentes renovables.
Agradecimiento. Se agradece al IPN por su apoyo a
través del proyecto SIP 20172067.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN COMPARATIVA DE FLOCULACIÓN DE LAS MICROALGAS NANNOCHLOROPSIS OC Y DUNALIELLA TERTIOLECTA INDUCIDA POR DIFERENTES
AGENTES QUÍMICOS Miguel Saldarriaga González
1 Nildia Yamileth Mejias Brizuela
2, Fidel Juliano Gómez Cordoba
2,
David Ulises Santos Ballardo2.
1.- Facultad de Ingeniería, Ingeniería en Energía, Universidad de Medellín Colombia 050026 2.- Maestría en Ciencias Aplicadas, Unidad Académica de Ingeniería en Energía, Universidad
Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa 82199. *[email protected]
Palabras claves: Microalgas, floculación, biomasa.
Introducción. La producción de biodiesel por medio de
cultivos energéticos de tercera generación es
relativamente joven. A pesar de ello los resultados
obtenidos son prometedores al compararlos con el diésel
de yacimientos fósiles [1]. Para la recolección de biomasa
a partir de medios de cultivos de microalgas,
procedimientos como la floculación se han convertido en
uno de los más populares por la facilidad al proceder, el
tiempo que demanda y su post-tratamiento útil como
nuevo inóculo, por lo que evidenciar la utilidad de ciertos
compuestos químicos es aceptado para determinar el
mejor desempeño [2]. El presente trabajo evalúa el efecto
de diferentes agentes químicos para la floculación de las
microalgas Nannochloropsis oc y Dunaliella tertiolecta.
Metodología. Se cultivaron las microalgas
Nannochloropsis oc y Dunaliella tertiolecta, en el medio
f/2 [3], con luz, aireación y temperatura constante con el
fin de asegurar su crecimiento, se cuantificó densidad
celular hasta los 30x106 cel/mL y 2x10
6 cel/mL para
Nannochloropsis oc y Dunaliella tertiolecta,
respectivamente. Estos cultivos se sometieron a la prueba
de jarras con Al2(SO4)3 acuoso en concentraciones de 0.5
hasta 1.5 mol/L, se comparó con NaOH [4] y H2SO4 1 M
con el fin de buscar el mayor concentrado celular de las
microalgas y determinar el pH óptimo de floculación de
las especies. El tratamiento se realizó por triplicado y
consideró tiempo de floculación, volumen gastado (mL), y
densidad celular (cel/mL). Se determinó la eficiencia de
floculación empleando la ecuación dada por Yussof [5]
( ) 𝑑𝑖−𝑑𝑓
Tabla 1, muestra la eficiencia de floculación de las
microalgas en estudio. De igual manera, se obtuvo de los
sobredrenados una muestra posible inóculo para un
cultivo posterior.
Nannochloropsis oc Dunaliella tertiolecta
HIDROXIDO DE SODIO (BASE) 98,032% 99,783%
ACIDO SULFURICO (ACIDO) 1,691% 53,718%
SULFATO DE ALUMINIO (SULFATO) 14,920% 15,237%
Tabla.1 Eficiencia de floculación mediante la prueba de jarras de los
agentes químicos empleados para recolección de biomasa de las
microalgas Nannochloropsis oc y D. tertiolecta.
Conclusiones. El mejor desempeño para la recuperación
de la biomasa celular de microalgas se obtuvo con el
agente alcalino (NaOH 1M), al generar la sedimentación
en menor tiempo (30 min) y a pH bajo (10.8), por lo tanto
se obtiene a menor costo concentrados microalgales
adecuados para aplicaciones en bioenergía, así como
inocuidad, debido a que sobredrenado puede ser
reutilizado siempre y cuando exista el ajuste de pH.
Agradecimientos. A la Unidad Académica de Ingeniería
en Energía de la Universidad Politécnica de Sinaloa, sus
investigadores y laboratoristas por brindar la oportunidad
y apoyo para la realización de la tesis de licenciatura, al
Dr. Aarón Salazar y la Dra. Claudia Amezcua del
Programa de Biotecnología UPSIN por facilitar equipos y
laboratorios, a los compañeros de grupo Daniela López y
Karla Luna por la colaboración en los conteos celulares.
Bibliografía
1. Ummalyma SB, Mathew AK, Pandey A, Sukumaran RL.
𝐸𝑓 % = [ 𝑑𝑖
] 𝑥100 (1) (2016). Bioresour Technol. 213: 216-221. 2. C Gonzalez, R Muñoz. (2017). Harvesting of microalgae:
Donde 𝑑𝑖 es la densidad post-floculación y 𝑑𝑓 es la densidad tras el
tratamiento.
Resultados. Por medio de prueba de jarras con un
tiempo de 30 minutos por cada muestra analizada, se
constató una mejor respuesta de la base (NaOH) para
ambas especies de microalgas, al aumentar a 10.8 el pH
del medio de cultivo, logrando superar en tiempo y
eficiencia el resto de los agentes químicos empleados. La
overview of process options and their strengths and
drawbacks. Microalgae-based biofuels and bioproducts form
feedstock cultivation to end-products. C Gonzalez, R Muñoz.
Woodhead publishing. United Kingdom. 113-127.
3. Olaizola M. (2003). Commercial development of microalgal biotechnology: from the test tube to the marketplace. Elsevier Science.
4. F Yusoff. (2009). Effect of different flocculants on the flocculation performance of microalgae, Chaetoceros, calcitrans, cells. African Journal of Biotechnology Vol. 8 (21)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INHIBICIÓN DE CEPAS PRODUCTORAS DE XILITOL EN PRESENCIA DE
PRETRATADO DE RASTROJO DE MAÍZ
1Aidé Guadalupe Bermúdez-Medrano, 1Jorge Martín Barreto-González, 1Divanery Rodríguez-
Gómez, 2Ricardo Morales-Rodríguez.
1 Coordinación de Ingeniería Bioquímica, Instituto Tecnológico Superior de Irapuato, Irapuato,
36821. 2Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Guanajuato, Guanajuato, 36050.
Email: [email protected]
Palabras clave: Biomasa, inhibición, residuo agroindustrial
Introducción: El xilitol es un polialcohol de cinco carbonos, es un edulcorante no calórico que proporciona efectos benéficos a la salud y sirve como precursor de otros azúcares no convencionales. Una alternativa importante al método químico para la producción de xilitol es su producción por medio del uso de levaduras a partir de xilosa. El rastrojo de maíz puede ser potencialmente transformado, esta transformación depende de un pretratamiento efectivo que permita eliminar la lignina. El objetivo de este estudio fue analizar el efecto inhibitorio del pretratado del rastrojo de maíz sobre cepas de Meyerozyma guilliermondii nativas de México y realizar una comparativa con cepas de colección de los géneros M. guilliermondii y Candida mogii.
Metodología: Se realizaron cinéticas de
crecimiento de dos cepas denominadas cepa 3 y cepa 4 de Meyerozyma guilliermondii (cepas nativas de México) y de dos cepas de colección denominadas M. guilliermondii ATCC58070 y Candida mogii ATCC18364. Se trituró y se tamizó el rastrojo de maíz, se le
agregó H2SO4 al 10% y se colocó en autoclave a 120°C durante 5 min. Se separó la fracción líquida y se neutralizó. Se colocaron 20 mL del pretratado más 70 mL de xilosa (30 g/L) y base nitrogenada de levadura (YNB 6.7 g/L). El medio control contenía 20 mL de Glucosa en lugar del pretratado. Los cultivos se mantuvieron en una incubadora a 30°C y 140 rpm. Se midió el pH, peso seco y consumo de sustrato por medición de azúcares reductores por la técnica de DNS [1].
Resultados: En la tabla 1, se puede observar
como el pretratamiento favoreció el
crecimiento (Xmáx) de todos los
microorganismos, excepto la cepa 3 donde no
hubo inhibición. La cepa que presentó mayor
crecimiento en el medio con el pretratado fue
la de C. mogii.
Tabla 1. Resumen de parámetros obtenidos. CS es
consumo de sustrato en % a 168 h de cultivo. Xmáx es
biomasa máxima a 72 h. Inhibición de crecimiento.
Variables
Cepa 3 Cepa 4
Control
Pretratado
Control
Pretratado
CS [%]
86.75
98.50
97.87
99.96
Xmáx [g/L] 0.0049 0.0044 0.0055 0.0061
Inhibición [%] - 9.56 - -11.85
Variables
ATCC58070 ATCC18364
Control
Pretratado
Control
Pretratado
CS [%]
97.13
87.95
99.28
97.13
Xmáx [g/L] 0.0019 0.0073 0.0005 0.0060
Inhibición [%] - -292.86 - -1018.7
Conclusiones: Las cuatro cepas presentaron un mayor crecimiento en presencia del pretratado de rastrojo de maíz en comparación con el medio control. Al no encontrarse inhibición de crecimiento de los microorganismos productores de xilitol en presencia de pretratado de rastrojo de maíz puede considerare una opción factible para su uso dentro de una biorefinería sustentable
Agradecimientos: PRODEP-SEP (# Proyecto: DSA/103.5/16/10541) e ITESI por el financiamiento.
Bibliografía:
[1] Gil DB, Bocourt EC, Maqueira YD (2006). Determinación de azúcares reductores totales en jugos mezclados de caña de azúcar utilizando el método del ácido 3, 5 dinitrosalicílico. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar. XL (2): 45-50. [2] Granström, T. ― iotechnological production of xylitol with candida yeasts‖. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy Helsinki University of Technology, Department of Chemical Technology. 2002.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Separación de ABE mediante columnas de pared dividida asistida por extracción líquida -
líquida E. Sánchez-Ramíreza, J.J. Quiroz-Ramíreza, Gabriel Contreras-Zarazuaa, César Ramírez-Márqueza ,J.G. Segovia-
Hernándeza*
a Universidad de Guanajuato, Campus Guanajuato, División de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de
Ingeniería Química, Noria Alta S/N, Guanajuato, Gto., 36050, México.
*E-mail: [email protected]
Palabras clave: Butanol, DWC, Ahorro de energía, Controlabilidad.
Introducción. El biobutanol está recibiendo gran interés de los sectores académico y de la industria, y algunas empresas ya están enfocadas en renovar las plantas de bioetanol para producir biobutanol. Actualmente se ha comprobado que la recuperación de butanol de calidad combustible por destilación no es económicamente sostenible. Por otro lado, diseños híbridos, obtenidos combinando extracción líquido- líquido y destilación, resultaron ser una alternativa válida. Las columnas de pared dividida, como una de las alternativas de destilación intensificadas más prometedoras, se exploraron aquí en combinación con la extracción líquido-líquido.
Metodología. En el presente trabajo se consideran diseños híbridos, destilación asistida por extracción líquido-líquido, haciendo énfasis en alternativas con columnas de pared divididas (DWCs). Los DWCs ya han demostrado ser una solución efectiva para la separación de biocombustibles [1]. Sin embargo, las aplicaciones de la DWC para la separación de biobutanol no han sido completamente exploradas. Las diferentes alternativas se obtuvieron siguiendo un procedimiento de síntesis preciso evitando cualquier actividad de generación inventiva. Todos los diseños aquí presentados se evaluaron bajo un marco de optimización global, minimizando el costo total anual (TAC), el eco indicador 99 (EI99) como indicador ambiental, y el número de condición (CN) como índice de controlabilidad del proceso. Todas ellas utilizando un algoritmo estocástico híbrido, evolución diferencial con lista tabu (DETL) [2].
Resultados. Todas las alternativas fueron optimizadas utilizando una triple función objetivo compuesta por el costo total anual, el eco indicador 99 y el número de condición. Las alternativas se compararon con la destilación de columna simple asistida líquido-líquido. En la mejor configuración seleccionada, la corriente de extractante se alimenta a una DWC equipado con dos rehervidores y una corriente de rectificación lateral. Para esta configuración se observó una reducción del 22% del TAC y del 18% del EI99 junto con un número de condición menor. Otras dos configuraciones alcanzaron un rendimiento prometedor con menos del 5% de diferencia en comparación con la mejor alternativa y una mejor controlabilidad. Las configuraciones propuestas nunca han sido
consideradas para la separación ABE y representan una posibilidad concreta de mejorar la competitividad.
Fig. 1. Diseños híbridos considerando una columna de extracción
líquido-líquido y DWC
Tabla 1. Resumen de resultados de las funciones objetivo de las secuencias estudiadas
Funciones Objetivo Fig 1(a) Fig 1(b) Fig 1(c) Fig 1(d)
TAC [k$ año-1] 108.5 105.5 115.5 101.7
EI99[kpuntos año-1 ] 13.7 12.9 14.3 13.3
CN 1402 1.7 1.2∙1017 3.9
Conclusiones. Entre todas las configuraciones consideradas, la extracción líquido-líquido combinada con un DWC equipado con dos reboilers y un rectificador lateral, alcanzó una reducción del 22% y del 18% del índice económico y ambiental respectivamente. Al mismo tiempo, también se mejoró la controlabilidad en comparación con la secuencia de destilación de columna simple asistida por lıquido-lıquido hıbrido considerada como referencia.
Bibliografía.
1. 29. Kiss AA. Novel applications of dividing-wall column
technology to biofuel production processes. J Chem Technol
Biotechnol, 2013;88:1387-1404
2. Srinivas M. y Rangaiah G. P., Differential Evolution with
Taboo List for Solving Nonlinear and Mixed-Integer Nonlinear
Programming Problems, Ind. Eng. Chem. Res, (2007)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO CELULAR DE LA MICROALGA DUNALIELLA TERTIOLECTA EN DIFERENTES MEDIOS DE CULTIVO PARA
PRODUCCIÓN MASIVA Fidel Juliano Gómez Cordoba1*, Nildia Yamileth Mejias Brizuela1, Claudia Amezcua Vega1, David
Ulises Santos Ballardo1, Miguel Saldarriaga Gonzalez2. 1.- Maestría en Ciencias Aplicadas, Universidad Politécnica de Sinaloa, Mazatlán, Sinaloa 82199.
2.- Facultad de Ingeniería, Ingeniería en Energía, Universidad de Medellín, Colombia, 050026.
Palabras clave: crecimiento celular, D. tertiolecta, biodiesel.
Introducción. En la actualidad existe una marcada
tendencia hacia la búsqueda de combustibles de baja
emisión de carbono, más limpios. En los escenarios
planteados, los combustibles líquidos (biodiesel y
bioetanol) se generan para ser mezclados con gasóleo y
gasolina respectivamente. El biodiesel como combustible
renovable ha ido ganando auge mundial debido a sus
ventajas económicas, ambientales y sociales. Puede
emplearse en cualquier motor diésel con ligeras o nulas
modificaciones, es biodegradable, poco tóxico, con baja
emisión de monóxido de carbono y azufre, etc. [1]. Muchos
investigadores han demostrado el potencial de varias
especies de microalgas para producción de biodiesel, así
como también los beneficios ambientales que presentan,
por lo que es un tema de amplio interés, sin embargo,
todavía no hay una cepa ideal, dado los múltiples factores
que influyen en el crecimiento y producción lipídica [2]. El
objetivo del trabajo fue identificar el medio de cultivo que
permita un máximo crecimiento celular de la microalga
Dunaliella tertiolecta para su producción masiva bajo
condiciones de laboratorio para obtención de biodiesel.
Metodología. El crecimiento celular de D. tertiolecta, se
desarrolló en los medios de cultivo f/2 [3] y Erdschreiber
[4], ambos ricos en nutrientes (NO3 y PO4), sales
inorgánicas, vitaminas y difieren en el contenido de nitratos
(12 g/L y 10 g/L respectivamente) así como en la adición
de otros metales trazas (Cu y Zn) en el medio f/2. Se
utilizaron volúmenes de 1L bajo luz y temperatura
constante. Cada tratamiento se realizó por triplicado con
una densidad celular inicial de 5X105 cel/mL. Se determinó
mediante espectrofotometría la longitud de onda específica
de D. tertiolecta en los dos medios de cultivo, a través de
un barrido de absorbancia desde 400 nm hasta 800 nm.
Finalmente, se realizaron los conteos celulares diarios
durante 21 días usando cámara de Neubauer y un
microscopio bifocal con un objetivo de 40X de zoom previo
a la fijación de la muestra con lugol.
Resultados. La espectrofotometría arroja una longitud de
onda de 680 nm para los picos de máxima absorbancia de
D. tertiolecta. La mayor densidad celular para la microalga
se alcanzó en el medio de crecimiento f/2 (2.1X106 cel/mL)
el día 19, siendo para el medio Erdschreiber (7.33X105
cel/mL) alcanzada el día 10. Estos valores coinciden con
los reportados por Calderón y col. (2X106 cel/mL) en
condiciones de laboratorio empleando f/2, mientras que,
Mishra y col. reportaron un número máximo de 5X105
cel/mL empleando el medio Erdschreiber.
Grafica 1. Concentraciones celulares diarias, ● medio erdschreiber,
medio f/2.
Conclusiones. Los cultivos de D. tertiolecta presentaron
un comportamiento sigmoidal con los valores máximos de
crecimiento 7.5X105cell/mL con el medio ersheiber y
2.1X106cell/mL en el medio f/2. Determinando que el medio
f/2 es ideal en los casos que se desee tener mayor cantidad
de biomasa, a pesar que el tiempo de cultivo es mayor.
Bibliografía.
1. Huang G., Chen F., Wei D., Zhang X., Chen G. (2010). Appl. Energy. 87(1), 38-
46.
2. SinghJ., Gu S., (2010). Renew. Sust Ener Rev. 14(9), 2596-2610
3. Guillard, R., Ryther J., (1962). Microbiol. 8: 229-239. 4. Chen M., Tang H., Ma H., Holland T., Simon K., Salley S. (2011) Bioresource
Technology 102, 1649-1655.
5. Calderon A., Felipe R. (2003) Ecología Aplicada 2(1), 1726-5474. 6. Mishra A., Mandoli A., Jha B. (2008) Microbiol Biotechnol 35: 1093-1101.
Agradecimientos. A CONACYT por el apoyo económico otorgado, al Acuario Mazatlán por proporcionar la cepa, a la Biblioteca del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología Unidad Mazatlán por facilitar el acceso a su base de datos, a la Unidad Académica de Ingeniería en Biotecnología y a la Unidad Académica de Ingeniería en Energía por prestar sus laboratorios.
24.00
20.00
16.00
12.00
8.00
4.00
0.00
1 6 11 Días
16 21
N.C
. X1
05
cel
l/m
L
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DEL PRETRATADO DE BAGAZO DE AGAVE SOBRE EL CRECIMIENTO DE
LEVADURAS PRODUCTORAS DE XILITOL
1Jorge Martín Barreto-González, 1Aidé Guadalupe Bermúdez-Medrano, 2Ricardo Morales-
Rodríguez, 1Divanery Rodríguez-Gómez.
1Coordinación de Ingeniería Bioquímica, Instituto Tecnológico Superior de Irapuato, Irapuato, Gto.
C.P. 36821 2Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Guanajuato, Guanajuato, C.P.
36050. Email: [email protected]
Palabras clave: Inhibición, biomasa, M. guilliermondii
Introducción: En la actualidad el xilitol tiene múltiples usos entre los cuales se encuentran un agente anti-caries, también como edulcorante que no afecta a las personas diabéticas, además de sus aplicaciones en la industria alimenticia y farmacéutica, por lo que su obtención mediante una ruta biotecnológica es una opción viable y de bajo costo cuando se usan residuos agroindustriales, estos permitirán el aprovechamiento del mismo y así poder obtener un producto de alto valor agregado y poder aprovechar un residuo. El objetivo de este estudio fue analizar el efecto inhibitorio del pretratado del bagazo de agave sobre cepas de Meyerozyma guilliermondii aisladas de una planta tequilera de México y realizar una comparativa con la cepa de colección del mismo género M. guilliermondii.
Metodología: Se llevaron a cabo cinéticas
de crecimiento de las cepas 3 y 4 de
Meyerozyma guilliermondii aisladas de una
planta de agave tequilera y de la cepa M.
guilliermondii ATCC58070. Se llevó a cabo el
pretratamiento del bagazo de agave con
𝐻2𝑆𝑂4 al 10% por 5 min a 120 °C. Se realizó
un filtrado y la parte liquida se neutralizó. Se
midieron los azúcares reductores y se
colocaron 20 mL del pretratado más 70 mL
de solución de xilosa (30 g/L) y base
nitrogenada de levaduras (YNB, 6.7 g/L),
mientras que el medio de cultivo control se
reemplazó el pretratado por glucosa
ajustándolo a la misma concentración. Los
cultivos se mantuvieron en una incubadora a
30 °C con 140 rpm. Se tomaron muestras
para medir pH, peso seco y consumo de
sustrato por técnica de DNS [1].
Resultados: En la Tabla 1 se presenta el
resumen de los parámetros evaluados
durante el cultivo. Las cepas nativas de
México tuvieron mayor producción máxima
que la cepa de colección. Además el
crecimiento en presencia de pretratado con
respecto al control fue mayor siendo de 22%
y 38% para la cepa 3 y 4 respectivamente.
Por el contrario, la cepa de colección
presentó 37% de inhibición. El consumo de
sustrato fue superior en el medio con
pretratado para todas las cepas.
Tabla 1. Resumen de los parámetros obtenidos en el cultivo de M. guilliermondii, siendo CS: consumo de sustrato; Xmax: biomasa máxima a las 168 horas de
fermentación.
CS [%] Xmax [g/mL] Inhibición [%]
Control
Cepa 3 71.49 0.0046 -
Cepa 4 67.14 0.0045 -
ATCC58070 70.66 0.0034 -
Pretratado
Cepa 3 89.56 0.0056 -22.91
Cepa 4 90.87 0.0063 -38.97
ATCC58070 90.50 0.0022 36.56
Conclusiones: La utilización de bagazo de
agave como sustrato para la producción de
xilitol es una opción viable para las dos cepas
aisladas de México.
Agradecimientos: PRODEP-SEP (#
Proyecto: DSA/103.5/16/10541) e ITESI por
el financiamiento.
Bibliografía: [1] SinghGil DB, Bocourt EC, Maqueira YD (2006). Determinación de azúcares reductores totales en jugos mezclados de caña de azúcar utilizando el método del ácido 3, 5 dinitrosalicílico. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar. XL (2): 45-50. [2] Parajó, J.C.; Domínguez, H.; Domínguez, J.M. (1998a) ― iotechnological production of xylitol. Part1: Interest of xylitol and fundamentals of its biosynthesis‖. Bioresource Technology 65:191-201 .
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
USO DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN LA PRODUCCIÓN DE ENDOGLUCANASAS POR LA
CEPA NATIVA Cladosporium sp.
L. Denise Castro-Ochoa1, Sandy R. Hernández-Leyva1, Laura I. Beltrán-Arredondo2 y Claudia Castro-Martínez1. 1Instituto Politécnico Nacional, CIIDIR-Sinaloa. Depto. de Biotecnología Agrícola. Blvd. Juan de Dios Bátiz Paredes,
C.P. 81101, Guasave, Sinaloa, México. 2Universidad Autónoma de Sinaloa, Facultad de Ciencias Biológicas, Ciudad
Universitaria, C.P. 80013, Culiacán, Sinaloa, México. Correo electrónico: [email protected].
Palabras clave: celulasas, SSF, residuos agroindustriales
Introducción. La fermentación en estado sólido (SSF) es una de las estrategias más importantes empleadas en la industria para la producción de enzimas. En los últimos años, SSF está ganando más interés como estrategia adecuada para el reciclaje de residuos ricos en nutrientes. SSF facilita no sólo las posibilidades de bioconversión de agro-residuos a productos de valor agregado, sino que también permite el reciclaje eficiente de materiales lignocelulósicos con el gasto de menor energía (1). En estudios previos del grupo de trabajo, se identificó una cepa nativa, Cladosporium sp. productora de enzimas celulolíticas, con posible aplicación en la sacarificación de biomasa lignocelulósica para la producción de bioetanol 2G. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de diferentes residuos lignocelulósicos en la producción de endoglucanasa en el microorganismo mediante SSF.
Metodología. SSF se realizó en matraces Erlenmeyer (250 mL) conteniendo 1 g de biomasa lignocelulósica sin tratar (rastrojo de maíz, soya, garbanzo y ramas de moringa) y adicionados con 10 mL de medio basal B (2). El pH del medio se ajustó a 5.0 y como inóculo se añadió 1mL de una suspensión de esporas (1x106
esporas/mL). Los microorganismos se incubaron a 28°C por 5 días en condiciones estáticas. El extracto enzimático de cada cultivo se obtuvo por la adición de 15 mL de buffer de acetatos (50 mM). La mezcla se filtró y centrifugó; el sobrenadante libre de células se empleó como extracto enzimático crudo. La influencia del contenido de humedad en la producción de enzima se evaluó variando la relación (p/v) de biomasa lignocelulólsica y medio basal (1:5, 1:10, 1:25). La actividad celulolítica (CMCasa) se cuantificó empleando carboximetilcelulosa como sustrato (3).
Resultados. Al analizar la producción de actividad endoglucanasa empleando como sustrato diferente biomasa lignocelulósica, se observó un incremento de la actividad enzimática a partir del día 2 de cultivo, en tres de los sustratos analizados: garbanzo, soya y maíz, siendo éste último el sustrato que indujo una mayor producción de endoglucanasa al tercer día de fermentación (Fig. 1). Considerando éste resultado, se eligió al rastrojo de maíz como sustrato para la inducción de endoglucanasas.
Fig. 1. Producción de actividad endoglucanasa por Cladosporium
sp., utilizando diferentes residuos lignocelulósicos.
Los resultados obtenidos, respecto a la evaluación de diferentes relaciones de rastrojo de maíz (sin pretratar y pretratado H2SO4) y medio basal en la producción de endoglucanasas, se presentan en la Tabla1. La mayor actividad endoglucanasa se obtuvo en el medio de cultivo sólido conteniendo 1g de rastrojo de maíz sin pretratar y 10 mL de medio basal, a los tres días de cultivo. Resultados similares se observaron con la relación 2/25 aunque en un tiempo mayor (4 días). Debido a la inhibición del crecimiento del microorganismo en el medio de cultivo con rastrojo pretratado, no se detectó actividad celulolítica en éstos.
Tabla 1. Producción de actividad endoglucanasa en medio sólido por
Cladosporium sp., utilizando maíz sin pretratar y pretratatado.
Conclusiones. Se logró la producción enzimas celulolíticas en Cladosporium sp, utilizando biomasa lignocelulósica de bajo costo como sustrato.
Agradecimiento. Proyecto financiado por SIP2015-
2016 y beca de posdoctorado (97235) CONACYT.
Bibliografía. 1. Behera SS, Ray RC. (2016). Solid state fermentation for production of microbial cellulases: recent advances and improvement strategies. Int J Biol Macromol. 86: 656-669 2. Mendels M, Weber J. (1969). The production of cellulase. Adv Chem series. 95:391-414. 1. osh T.K., 1987. Measurement of cellulase Activities. Pure and
Appl Chem. 59(2): 257-268.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ELABORACIÓN DE BRIQUETAS A PARTIR DE BAGAZO DE Agave cupreata
García Zintzún Aideé Itandehui, Pacheco Torres Fernando, Barrera Cortés Cinthya Dianeyra Alejandra, Nieto Martín
Diana. Tecnológico Nacional de México. Instituto Tecnológico de Morelia. Departamento de Química y Bioquímica.
Morelia, Michoacán. C.P. 58120. [email protected]
Bioenergía, Energías alternativas, Combustible sólido.
Introducción. Las briquetas son un tipo de biocombustible sólido, densificado y elaborado principalmente de aserrín, sin embargo, se ha utilizado gran variedad de biomasa, como lo es en el presente trabajo, donde se ha utilizado bagazo de agave. Este producto es de gran importancia ya que es un tipo de energía renovable y además de combustión limpia. Las briquetas de bagazo de agave tienen como objeto abastecer de combustible a los productores de mezcal, primeramente, la microempresa ―Don Mateo de la Sierra‖, Morelia, Michoacán, para la cocción del agave, lo que les generaría una disminución en los costos de producción además de tener un proceso amigable con el medio ambiente.
Metodología. El bagazo fue obtenido en la vinata
procesadora de mezcal ―Don Mateo de la Sierra‖. Posteriormente fue sometido a un secado, seguido de una molienda; el producto molido fue tamizado para la obtención y clasificación de distintos tamaños de partícula, lo cual se ilustra en la Tabla 1, junto con las diferentes formulaciones y sus respectivas características, ya que es posible que el tamaño de partícula influya en las propiedades fisicoquímicas finales de las briquetas. Finalmente, el material fue adicionado con aglutinante elaborado a base de harina de trigo comercial y compactado mediante pistolas de silicón, para un secado final hasta alcanzar una humedad menor al 20%.
Resultados. Fueron formuladas 4 mezclas distintas, con el tamaño de partícula del bagazo de agave como principal diferencia. Cada muestra fue evaluada con base, principalmente, en los parámetros establecidos por la norma europea UNE-EN ISO 17225-2:2014, obteniendo los valores de las Tablas 1 y 2.
Tabla 1. Valores obtenidos en la determinación de los parámetros principales para la mezcla. Los valores colorimétricos fueron obtenidos según el código de colores HTML.
En todas las muestras se observó la ausencia de flama, además de una alta energía para iniciar el calentamiento de la briqueta, probablemente esto se deba al aglutinante y a su forma, ya que hubo una mejor combustión en briquetas con perforaciones interiores, la Tabla 2 muestra los valores obtenidos al respecto. No obstante, en todas se observó un largo tiempo de combustión (90 min aproximadamente). Se determinó también el porcentaje de humedad seca de la materia prima obteniendo un valor del 12% y 17% en la briqueta.
Tabla 2. Valores obtenidos en la determinación de la capacidad calorífica. Donde Q=calor (calorías). Mezcla Muestra (g) ∆T (°C) Q/g
1-2 81.713 46 56.29 3 57.824 29 50.15
4 69.114 26 37.62
Conclusiones. La mezcla 1 demostró tener las características adecuadas para un combustible sólido, sin embargo, se necesita de una mayor fuerza de compresión para evitar grietas en las briquetas, así como el exceso de humedad. Por otro lado, se deberá experimentar con una formulación sin aglutinante, ya que este pudo haber afectado la combustión. Sin embargo, esto mismo aporta valiosas propiedades como la disminución de riesgo de quemaduras, ya que la carbonización de las briquetas facilita el calentamiento indirecto, lo que puede resultar bastante útil.
Agradecimiento. A José F. Covian Nares por su infinito apoyo en el desarrollo del producto y a Mariana Álvarez Navarrete por brindarnos las bases teóricas.
Bibliografía 1. LLETMX. (2017). Pellet México. Obtenido de:
http://pellet.mx/pellet-mexico/
2. E-EN ISO 17225-2:2014. Biocombustibles sólidos. Especificaciones y clases de combustibles. Parte 2: Clases de pélets de madera. 12 de Noviembre de 2014.
3. O. FAOstat. Disponible en: http://faostat3.fao.org/home/
4. MBIO. (2011). LA BIOENERGÍA EN MÉXICO. Situación
actual y perspectivas. Edición original publicada por RED
MEXICANA DE BIOENERGÍA, A.C.
Parámetro Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla 3 Mezcla 4
TP 1-2mm + <500µm
2-4mm + <500µm
1-0.5mm + <500µm
<500µm
Diámetro 4 cm 4.5 cm 4.55 cm 4.4 cm Altura 2 cm 2.5 2.3 cm 2.5 cm Color #3C312D #503F3A #8E6437 #432F18
Olor Suave olor
a agave Suave olor
a agave
Suave olor a agave
Fuerte olor a agave
Textura Fibrosa Altamente
fibrosa Fibrosa Fibrosa
Friabilidad 1 1 1 1
Densidad 0.511 kg/m3
0.500 kg/m3
0.515 kg/m3
0.525 kg/m3
Dureza 3.12
kg/cm2
2.5 kg/cm2
2 kg/cm2
3.19
kg/cm2
Caída 1.9 m 1 m 1.45 m 1.8 m
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SCENEDESMUS ACUMINATUS, FUENTE DE ENERGÍA ALTERNATIVA.
Luz Adriana Vizcaíno Rodríguez1, 2, Juan Luis Caro Becerra1, Ramiro Luján Godínez1, Pedro
Alonso Mayoral Ruiz1.
Universidad Politécnica de la Zona Metropolitana de Guadalajara (UPZMG)1. Ingeniería en
Biotecnología. Carretera Tlajomulco Santa Fé km 3.5 no 595. Col. Lomas de Tejeda, C.P. 45640.
Instituto Tecnológico de Tlajomulco2. Ciencias Básicas. Km.10 Carretera a San Miguel Cuyutlán-
Mpio. Tlajomulco de Zúñiga, Jalisco. C.P. 45640. Tlajomulco de Zúñiga Jalisco, México.
Fitoplancton, energía solar, fotosíntesis.
Introducción: El cultivo de microalgas, es una
fuente renovable de biocombustibles, los
cuales, se obtienen a partir de la fermentación
de biomasa o bien de la transesterificación de
triacilgliceroles (1). S. acuminatus se ha
reportado como una especie prometedora en
la producción de biodiesel, debido a que
sintetiza ácido oleico 23.2%, acido esteárico
19.55%, acido palmítico 19.34%, ácido
palminoleico: 11.73%, ácido linoleico 9.75 %,
ácido hexadecadienoico 3.81% y otros, con
rendimiento de biomasa de 3.24 g/L (2).
Metodología: El trabajo se realizó en el
laboratorio de bioquímica microbiana de la
UPZMG. El cultivo, se purificó a partir de
muestras de fitoplancton obtenidas en la
Laguna de Cajititlán Jalisco México, en
Diciembre de 2016. Establecimiento del
cultivo. Se empleó medio comercial:
Cyanobacteria BG-11 Fresh Water Solutión y
Bold Modified Basal Fresh Water Nutrient
Solution BMBFW, marcha Sigma-Aldrich.
Propagación de cultivo: se utilizó un
biorreactor de 1 litro de capacidad, la
oxigenación se realizó mediante recirculación.
Extracción de grasas: método soxhlet.
Resultados: se aisló una cepa nativa de
Scenedesmus acuminatus (ver figura 1). El
medio de cultivo, con mejor resultado para el
establecimiento del cultivo fue BMBFW.
Después de 72 h de incubación, se dosificó
una solución nutritiva a base de sulfatos,
nitratos y fosfatos (3 ppm c/u) (ver Figura 2).
A los 15 días de incubación se recuperó 50%
de rendimiento en peso seco de grasa. Los
rendimientos son mayores respecto de los
reportados en literatura 18 % (2).
Fig.1. Cultivo de Scenedesmus acuminatus purificado
a partir de la Laguna de Cajititlán.
Fig. 2. Cultivo in vitro de Scenedesmus acuminatus
reactor de 1 litro de capacidad.
Conclusiones: Se estableció una cepa de S.
acuminatus y de acuerdo a las condiciones de
cultivo, se obtuvo un rendimiento del 50% de
peso seco en ácidos grasos.
Agradecimiento: Fuente de financiamiento
PRODEP ID Actividad 11780.
Bibliografía:
(1) Viviane l., Melão m., Moura A.2011. Plankton diversity
and limnological characterization in two shallow tropical
urban reservoirs of Pernambuco State, Brazil. An Acad
Bras Cienc Vol 2 pág.pág. 537-550.
(2). Yuwalee U., Sawitree T., Ramaraj R. 2015. Biodiesel
from green alga Scenedesmus acuminatus. International
Journal of Sustainable and Green Energy. Vol. 4(1:1) pág-
pág.1-6.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN SUSTENTABLE DE Jatropha curcas L, FUENTE DE INSUMOS ENERGÉTICOS
Ivonne Toledo-García, Marco Antonio Rogel, Gabriela Guerrero, Esperanza Martínez-Romero
Centro de Ciencias Genómicas-UNAM, Programa de Ecología Genómica, Cuernavaca, CP 62210
Palabras clave: biofertilización, rizosfera, gen 16S ribosomal
Introducción. El biodiesel es un sustituto del petrodiesel que se puede adquirir a partir de aceites vegetales o grasas animales a través de un proceso químico, la transesterificación. La Jatropha curcas L. no tóxica, representa un recuso vegetal importante para este fin a partir del aceite de sus semillas. Siendo una fortaleza institucional del CCG, la colección y caracterización de microorganismos benéficos y su utilización como biofertilizantes (entre otras opciones) en diversos cultivos (1), así como contar con una colección de germoplasma de J curcas no tóxica verificadas por HPLC (2) y manejar novedosas herramientas de la Genómica que incluyen tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, la bioinformática y el seguimiento de un conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio integral del funcionamiento, el contenido, la evolución y el origen de los genomas, nos ha permitido realizar el presente estudio tanto en laboratorio como en campo para un estudio ―in situ‖ de su respuesta a la biofertilización.
El objetivo (s) del trabajo fue analizar microorganismos promotores de crecimiento en este cultivo, establecer la relación planta-bacteria ―in vivo‖ e ―in situ‖ para la producción sustentable y la obtención de aceite de semillas de J curcas L certificadas como no tóxicas, con un menor costo ambiental y económico (3).
Metodología. 1) Se seleccionaron ecotipos y material vegetativo (semillas, plántulas y estacas) variedad no tóxica, adecuado para las pruebas de bioinoculación con ocho inoculantes del CCG, cuantificando las variables altura, diámetro del tallo, yemas y hojas de las plántulas, con la determinación del crecimiento, a partir del momento de la inoculación tanto en plántulas como en estacas de diferentes ecotipos y hasta los 45 días después de inocular (Tr), tanto en condiciones de luz y temperatura controlada como en campo. Para compararlos, se utilizaron dos biofertilizantes comerciales de la Biofábrica Siglo XXI que contiene Azospirillum brasilense (A), Glomus intrarradices (G) y Rizobium etli y el de ―La Abeja‖ que contiene Trichoderma, Glomus intrarradices, Bacillus thuringiensis. 2) Se realizó la identificación de las bacterias de la fase rizosférica de plántulas de J curcas biofertilizadas en campo utilizando el método de secuenciación del gen 16S ribosomal (4) a los 45 de bioinoculación.
Resultados.
Tabla 1. Tratamientos en condiciones de temperatura y luz controlada Tr (Tiempo real)
Diámetro Altura
T2 CCG Rp 0.90 11.93
T4 CCG Bd-1 1.03 16.77
T5 CCG Bd-2 0.97 12.93
T6 CCG Rt 0.90 12.67
T10 G + A 1.13 15.17
T11 Biofábrica 1.10 14.47
T12 CCG +G +A 1.03 13.03
T13- 8 CCGs 0.90 12.00
Control 0.90 10.63
Diámetro y altura en cm a los 45 ddi.
Conclusiones. En plántulas bioinoculadas en campo, se pudieron aislar de la fase rizosférica e identificar por secuenciación del 16S, 4 especies incluídas en los bioinoculantes que nos permiten reforzar su utilización en este cultivo, creando un nicho de oportunidad para la producción sustentable de Jatropha curcas L.
Agradecimiento.
A SAGARPA-CCYTEM, proyecto CCD60927
Bibliografía.
1. Peralta-Díaz, H. (2007). Biofertilización, Bacterias Promotoras del Crecimiento y Biofumigación. Azospirillum., Micorriza y Rhizobium, Biofertilizantes Microbianos en una Agricultura Sustentable. En: Agricultura Sustentable y Biofertilizantes. Ed. Lira-Saldívar
R.H y Medina-Torres J. CIQA, UAA Antonio Narro. Mex. Cap.8:121-132.
2. Haas W, Sterk H, Mittelbach M. (2002). J. Nat.
Prod., 65(10):1434-40.
3. Landeros S. C, Hernández R. S. L, López V.
M. C y Ortega L.A. (2002). Pérdidas de nitrógeno (N-NO3) proveniente de fertilizantes en los ingenios La Gloria y El Modelo del estado de Veracruz. Avances de investigación del Colegio de Postgraduados Campus Veracruz. Tepetates, Veracruz,
México (2002). 4. Stackebrandt E, Goebel BM. (1994). Int. J.
Syst. Bacteriol. 44: 846-849.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Evaluación del consumo de energía por molienda de diferentes fracciones de residuos orgánicos y
determinación de su potencial de producción de metano.
Rosalinda Campuzano Ángeles, Florina Ramírez Vives, Gonzalo Ortiz Rodríguez, Alejandro Ferreira Rolón, Jesús
Jonathan Hernández Díaz, Oscar Monroy Hermosillo. Departamento de Biotecnología-Universidad Autónoma
Metropolitana Unidad Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, 09340 Iztapalapa, Ciudad de México,
México. Correo: [email protected]
Palabras clave: Potencial bioquímico de metano, FORSU, metano
Introducción. Las características y composición de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) son claves en el potencial de recuperación de nutrientes y en la producción de biogás, y además afecta a la calidad del digestato (1). La FORSU se compone de diversas fracciones con diferentes
las que se puede obtener la mayor energía. La cantidad de energía consumida durante la molienda representa entre el 0.1 al 0.6% de la energía que se puede generar con el metano producido, lo cual representa un consumo mínimo.
características físicas, químicas y bromatológicas, las Tabla 1. Características de las fracciones
fracciones predominantes afectan la producción de Parámetro Fruta Pan Naran Mezcla
metano de la FORSU (2). La reducción de tamaño de la ST (g/kg) 77 588 156 202 FORSU incrementa el área superficial en contacto con SV/ST 0.91 0.79 0.95 0.89 los microorganismos mejorando la producción de metano (3). Las características de estos residuos les
DQO (g/kg) 121 463 340 346
confiere diferentes propiedades que afectan la energía CH (g/kg) 52.8 421 112 120
requerida durante su molienda Este trabajo busca Proteínas 4.5 52.5 8.6 13
determinar la cantidad de energía que se consume (g/kg)
durante la molienda de las diferentes fracciones de la Grasas 2.2 3.6 1.3 12
FORSU en relación con la energía que se puede (g/kg) generar con el metano producido. Aporte a la 37.6 11.8 33.6 17
Metodología. Se muestrearon 4 fracciones que FORSU (%)
comúnmente son encontradas en la FORSU (pan, naranja, fruta y residuos mezclados). Durante la molienda con un molino de martillos de 5HP se midió la cantidad de energía consumida al utilizar una malla de
Energía consumida
(kWh/T )
2.45 2.07 4.38 3.14
salida de 5/16‖ y el tiempo requerido para moler una Tabla 2. Producción de energía
determinada cantidad de cada fracción. Cada fracción fue caracterizada en el laboratorio y usada como sustrato en una prueba de potencial bioquímico de metano con el equipo AMPTS de Bioprocess Control para determinar la energía que es posible producir con cada una. Resultados. La Tabla 1 presenta las características de las fracciones estudiadas, así como la energía
Fracción Producción de metano
Producción de metano
Producción de energía
consumida durante su molienda. Las fracciones mayoritarias son los residuos de fruta y de naranja, esta última se separa de la fruta por su alto aporte y es la que presenta el mayor consumo de energía mientras que el pan el menor consumo. Los resultados de la prueba de potencial bioquímico de metano se resumen en la Tabla 2. Para la prueba se usaron lodos granulares anaerobios de un reactor UASB y se usó una relación en SV inóculo-sustrato de 4. La prueba duró 40 días a 35°C. La mayor producción de metano con respecto a tonelada de fracción corresponde al pan y la menor a la fruta. De esta forma por cada tonelada de FORSU (con la composición de esta prueba) los residuos de fruta, pan, naranja y la mezcla permitirían producir 135, 283, 312 y 138 kWh, respectivamente, para un total de 868 kWh/T de FORSU. Siendo el pan y la naranja las fracciones con
Conclusiones. La reducción del tamaño de partícula permite incrementar el área superficial de los residuos y lograr altas producciones de metano con un consumo mínimo de energía durante la molienda. Las fracciones que aportan una mayor producción de energía son los residuos de pan y de naranja. Es necesario hacer pruebas de consumo-producción de energía a menor tamaño de partícula.
Agradecimiento. Al Fondo sectorial CONACyT- SENER-Sustentabilidad energética No. 247006. Bibliografía: 1. Al Seadi, T., Lukehurst, C., 2012. Quality management of digestate
from biogas plants used as fertiliser. IEA Bioenergy.
2 Campuzano, R., González-Martínez, S., 2016.Bioresour. Tech.. 54,
3-12.
3. Zhang, Y., Banks, C. J., 2013.. Waste Manage. 33 (2), 297-307.
(Nm3/TSV) (Nm3/T) (kWh/Ton)
Fruta 505 36 360
Pan 518 240 2400
Naranja 627 93 930
Mezcla 448 81 810
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÓLISIS DE LA FRACCIÓN HEMICELULÓSICA DE OLOTE
DE MAÍZ PARA SU BIOCONVERSIÓN A XILITOL
Omar Jorge Trujillo Anguiano, Dora Cecilia Valencia Flores, Miguel Ángel Zamudio Jaramillo, Mariana Álvarez
Navarrete. Instituto Tecnológico de Morelia. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Morelia,
Michoacán. C.P. 58120. Correo electrónico: [email protected]
Palabras clave: edulcorante, xilosa, tamaño de partícula.
Introducción. El xilitol es ampliamente estudiado,
en distintas revisiones se reporta su proceso de
producción a partir de D-xilosa y las vías
metabólicas para su conversión a xilitol (González-
Hernández, 2011; Rafiqul, 2013) el cual es un
excelente edulcorante debido a su dulzor
aproximado al del azúcar de mesa, aporta un 40%
menos calorías y previene la caries dental. Se
tiene la expectativa de fermentar xilosa usando
como materia prima hemicelulosa (Misra et. al,
2013) la cual es fácil de obtener a partir de
residuos agrícolas. Son obtenidos alrededor de
170 kg de olote de maíz por cada tonelada de
grano de maíz y en el último año comercial México
ha producido 26 millones de toneladas.
Optimizar la hidrólisis de la fracción hemicelulósica
de olote de maíz para su bioconversión a xilitol.
Metodología. Se planteó un diseño de
experimento Box-Wilson para estudiar cinco
tamaños de partícula contra cinco concentraciones
de ácido sulfúrico, las concentraciones de ácido
sulfúrico fueron variados desde 1.4 hasta 2.1 %
(v/v) para y los números de malla Tyler utilizados
fueron de 16, 32, 60, 115 y 250 para el tamaño de
partícula, con un total de 13 tratamientos que se
realizarán por triplicado. El olote de maíz se lavó y
se secó durante 6 h a 105 °C en un secador de
bandejas Blue M. Un molino eléctrico fue utilizado
para moler el olote de maíz. En 50 mL de
disolución de ácido sulfúrico, se disolvieron 5 g de
polvo de olote según el tratamiento de la muestra,
para ser procesadas en autoclave por 15 min a
121 °C. Las muestras se microfiltrarán para ser
analizadas en un equipo de cromatografía de
líquidos HPLC (Waters Alliance 2695) acoplado a
un detector de índice de refracción.
Posteriormente, se realizará la regresión no-lineal
y se validará el modelo obtenido.
Resultados. Se observa que el tamiz de malla
Tyler 32 es el que retuvo mayor cantidad de masa,
la expectativa es que los tamaños de partícula
más finos liberen una mayor concentración de
xilosa, ya que esta fracción posee una mayor área
superficial. Tabla 1. Análisis granulométrico.
Malla Tyler
Tamaño de partícula promedio
(mm)
Porcentaje de masa retenida
(%)
Porcentaje de masa
retenida acumulada
(%)
16 1.5 27.11 27.11
32 0.75 38.98 66.10
60 0.375 18.64 84.74
115 0.1875 10.16 94.91
250 0.094 5.08 100
Conclusiones. Un menor tamaño de partícula
puede liberar mayor cantidad de xilosa, sin
embargo, esto también facilita la entrada de agua
a la partícula, reduciendo significativamente el
volumen obtenido de hidrolizado.
Agradecimientos. Al TecNMX, al Instituto
Tecnológico de Morelia, al Cuerpo Académico de
Biotecnología y al PRODEP por el apoyo
financiero para el fortalecimiento del convenio
CAB/ITM convocatoria 2017.
Bibliografía. 1. González-Hernández Juan Carlos, Á.-N. M.-H.-J. (2011).
BioTecnología, vol (15): 22-47.
2. Rafiqul M., S. S. (2013). Food Reviews International, vol
(29): 127-156.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
DESARROLLO DE UN METODO DE ESTIMACION DE PARAMETROS CINETICOS DE MODELOS CON
INHIBICION POR PRODUCTO, VARIOS SUSTRATOS LIMITANTES MEDIANTE REGRESION NO
LINEAL
Zamudio Jaramillo Miguel Angel, Alvarez Navarrete Mariana, Argüello Jessica, Toledo, Cassandra, Barrera Cortes,
Cynthia Deyanira, Departamento de Ingeniería química y bioquímica, Instituto Tecnológico de Morelia, Morelia,
Michoacan, México, [email protected].
Modelación, Bioprocesos, fermentaciones.
Introducción. En muchos bioprocesos como la fermentación alcohólica, la determinación de los parámetros cinéticos en fermentaciones es uno de los problemas más comunes en la modelación matemática de bioprocesos. Existen varios métodos ya desarrollados para el modelo de Monod sin embargo las investigaciones han sido limitadas en el caso de modelos más complejos, por ejemplo el caso de inhibición por producto y la presencia de más de un sustrato limitante. El objetivo de este trabajo es desarrollar una metodología capaz de estimar los parámetros de las ecuaciones cinéticas de los modelos de inhibición por producto.
Metodología. El modelo más común para simular procesos con inhibición por producto son las ecuaciones diferenciales [1,2]:
Resultados. En el 90% de los casos el método fue capaz de estimar los parámetros reales con relativa exactitud y la Figura 1 muestra dos ejemplos del tipo de ajuste que se logró con el método empleado.
𝑑𝑐𝑥 𝑐𝑠 𝑐𝑝 𝑛 Fig. 1. Ejemplo de curva ajustada con el método empleado. El
𝑑𝑡 = µ𝑚𝑎𝑥 (𝑘𝑠 + 𝑐𝑠
) (1 − 𝑐𝑝𝑚𝑎𝑥
) 𝑐𝑥 modelo incluye términos de muerte celular.
𝑑𝑐𝑠 = −𝑌𝑠𝑥
𝑑𝑡
𝑑𝑐𝑥
𝑑𝑡 Conclusiones. Este método permite obtener los parámetros del modelo de inhibición por producto a
𝑑𝑐𝑝 𝑑𝑐𝑥 partir de una sola curva de crecimiento. Dada la = 𝑌𝑠𝑝
𝑑𝑡 𝑑𝑡 En las que los parámetros a estimar son las constantes µmax, ks, Ysx, y Ypx, n y cpmax. El método de estimación consiste en lo siguientes pasos: 1. Estimación inicial de los parámetros mediante correlaciones empíricas de prueba desarrolladas. 2. Resolución del sistema de ecuaciones diferenciales usando el método de Euler. 3. Cálculo de la suma de cuadrados del error y del coeficiente R2. 4. Optimización de la suma de cuadrados del error mediante el método de Máximo Gradiente. Para poderlo desarrollar como herramienta simple, se hizo en el software Microsoft Excel. Para desarrollar el método se usaron 16 conjuntos de parámetros ficticios que arrojaron de curvas de crecimiento, consumo de sustrato y formación de producto, a los cuales se les agregó un error aleatorio con distribución normal y con media variable de acuerdo con un diseño experimental propuesto. Se creó un diseño experimental que contenía como variables de experimentación 4 variables (el nivel de los factores, el % de error introducido, la relación entre el parámetro ks y µ𝑚𝑎𝑥 . Para comparar la capacidad del método se compararon los parámetros obtenidos por el método con los parámetros reales.
versatilidad del método de Euler para resolver ecuaciones diferenciales simultáneas, es posible adaptarlo para casos de inhibición por sustrato, consumo de mantenimiento, muerte celular o más de un sustrato limitante. La presencia de errores experimentales no parece afectar la capacidad de realizar el ajuste y tiene poca influencia en la exactitud de los parámetros obtenidos. Esto puede contribuir al desarrollo de modelos más robustos en la producción de biocombustibles por fermentación.
Agradecimiento. Es agradece el Instituto Tecnológico de Morelia por las facilidades otorgadas en el presente proyecto.
Bibliografía.
1. Han, K., & Levenspiel, O. (1988). Extended Monod kinetics for
substrate, product, and cell inhibition. Biotechnology and
Bioengineering, 32(4), 430-447.
2. Levenspiel, O. (1980). The Monod equation: a revisit and a
generalization to product inhibition situations. Biotechnology and
bioengineering, 22(8), 1671-1687.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INTENSIFICACIÓN DEL PROCESO DE BIODIESEL MEDIANTE LA INTEGRACIÓN DE MASA Y
ENERGÍA.
Hugo Osvaldo Pacheco Jiménez, Rogelio Sotelo Boyás, Jorge Eduardo Montiel Castillo.
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Departamento de Ingeniería Química Petrolera, Ciudad de México, 07738, [email protected].
Palabras clave: Simulación, Análisis Pinch, Optimización.
Introducción. En la intensificación de procesos se busca el desarrollo de procesos más eficientes, a través de la disminución del tamaño de los equipos, integración de calor y además obtener una menor cantidad de residuos1. En este trabajo, la intensificación se aplica a la producción de biodiesel, buscando disminuir el tamaño del reactor, y el precalentamiento de aceite. Otro de los factores a considerar es el ahorro significativo del agua durante el proceso. El biodiesel en este trabajo se produce a partir de aceite de higuerilla, a temperatura de 60°C y presión atmosférica. Un valor alto (97% peso) de rendimiento de esteres metílicos se requiere mantener con los cambios realizados. Logrando así un biodiesel con la calidad deseada. El objetivo es aplicar intensificación de procesos mediante la integración de masa y energía, y obtener resultados favorables al proceso, que en un proceso convencional de producción de biodiesel.
Metodología.
Material. La materia prima utilizada en este proceso, es
aceite de higuerilla, además se utilizó metanol para
llevar a cabo la reacción de transesterificación, y como
catalizador KOH (potasa).
Método. A través de integración de calor y mediante un mezclador estático se busca aplicar intensificación del proceso. Otro de los aspectos del proceso, a considerar es la optimización de los recursos, en particular del agua, ya que, se usó aceite como fluido de calentamiento dentro del intercambiador de calor, ahorrando significativamente. mediante la separación de los productos con ayuda de una centrífuga, se busca un tiempo menor y ahorro del mismo, a diferencia de un proceso convencional donde se usa como medio separación la decantación. Se llevó a cabo, con ayuda de Aspen Plus ®, la simulación del proceso, y un análisis Pinch del mismo, para determinar el ahorro de energía en el proceso.
Resultados. A través de la simulación en Aspen Plus, y el análisis Pinch posterior, se determinó el ahorro de energía dentro del proceso. En la Tabla 1, se muestra el balance de materia de dicho proceso. Otra de las características y resultados dentro del proceso, fue el ahorro significativo de agua, al evitar el uso de la misma, incluso dentro del intercambiador de calor, usando el
mismo aceite usado como carga, como fluido de enfriamiento y recirculando a la carga principal.
Tabla 1. Balance de Materia del Proceso.
Aceite 60.00 L/hr 1.000 L/min
Potasa 0.34 L/hr 0.006 L/min
Alcohol 22.19 L/hr 0.370 L/min
Total 82.54 L/hr 1.376 L/min
Fig. 1. Simulación del Proceso realizada en Aspen Plus.
Conclusiones.
Con base a los resultados obtenidos se identificó un ahorro significativo de energía, gracias a las integraciones de calor, y con los equipos instalados, a diferencia de los procesos convencionales, además uno de los factores principales a considerar es evitar el uso de agua, con lo que se ahorran recursos. Es importante mencionar que mediante al uso de una centrífuga como medio de separación obtenemos un tiempo menor, teniendo una producción más eficiente dentro del proceso.
Agradecimiento. A la Secretaria de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México (SECITI) por el financiamiento del Proyecto ICyTDF/153/2012.
Bibliografía. 1. El Halwagi, M. Process Integration for Susteinable Desing:
Systematic Tool and Industrial Aplications. 2011. Texas A&M
University,
2 Likozar, B, Andrej P, Janez L. Transesterification of oil to biodiesel
in a continuous tubular reactor with static mixers: Modelling reaction
kinetics, mass transfer, scale-up and optimization considering fatty
acid composition. 2015. Engineering, National Institute of Chemistry,
Hajdrihova, Slovenia.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA DETERMINACIÓN DE HUELLA DE CARBONO EN LA FASE AGRÍCOLA DE TRIGO Y MAÍZ
PARA PRODUCCIÓN DE ETANOL 2G
Carolina Arellano-Hernández1, Julio Sacramento-Rivero2, Christian Hernández1, Idania Valdez-Vazquez1* 1Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Querétaro, México
C.P. 76230, *[email protected]. 2Faculta de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán. Mérida, Yucatán, México C.P. 97203,
Palabras clave: Biomasa lignocelulósica, Impactos ambientales, Índice de residuo
Introducción. El sector transporte generó en 2010 el 38% de las emisiones de gases efecto invernadero
(GEI) a nivel nacional(1). El etanol de segunda generación (2G) es una alternativa para disminuir estos GEI. La materia prima utilizada para este biocombustible es biomasa lignocelulósica (BL), la cual se encuentra disponible en diversos residuos agrícolas. Sin embargo, poco se conoce de las emisiones de GEI del proceso de producción de este biocombustible en México. Para ello, una herramienta muy útil es la huella de carbono (HC), que se define como el total de emisiones de GEI emitidas a la atmósfera por algún
proceso o actividad(2). El objetivo de este trabajo fue determinar la HC en la fase agrícola de producción de biomasa lignocelulósica de maíz y trigo con potencial para la producción de etanol 2G.
Metodología. Se analizaron tres casos de estudio (agroecosistemas), dos de trigo localizados en los municipios de Mexicali (Baja California) y Cajeme (Sonora), y uno de maíz localizado en el municipio Guasave (Sinaloa). Estos municipios se seleccionaron por ser de los mayores productores de cereales a nivel
nacional(3). Se determinó la relación BL:grano (índice de
residuo), expresado como fracción másica base seca(3). La HC se calculó siguiendo la metodología de Ali et
al.,(4) y los factores de emisión del IPCC(5) de nivel uno, usando datos obtenidos en visitas de campo. Cabe destacar que para este trabajo no se incluyó el cambio de uso de suelo. Una vez calculada la HC total para cada parcela, se realizó una asignación másica de las emisiones de CO2e entre el producto (grano) y el subproducto (BL), con ayuda del índice de residuo, expresando los resultados kg CO2e/t BL.
Resultados. La Tabla 1 muestra las variedades analizadas, así como el índice de residuo calculado. Las variedades de trigo analizadas tuvieron una generación de BL tres veces mayor que para maíz. La HC calculada para cada caso de estudio se muestra en la Tabla 2. Se observa que para todos los casos, la preparación del terreno contribuye con 50% a 80% del total de emisiones de CO2e, seguido de la etapa de mantenimiento con un rango de 16 a 37%, esto debido a la aplicación de fertilizantes nireogenados y el uso de maquinaria en estas etapas del proceso. Por tipo de cultivo, el maíz tuvo una HC cinco veces mayor que para
trigo. Entre los dos casos de estudio de trigo, se encontró una diferencia del 6% en cuanto a la HC.
Tabla 1. Índice de residuo calculado para trigo y maíz en tres casos de estudio en los estados de Sinaloa, Sonora y Baja California.
Municipio
Emisiones de CO2 e/parcela
HC BL (kg CO2
e/t
HC Grano
(kg CO2 e/t
Pta Sib Mac Cod
Cajeme 2883 64 608 128 141 141
Mexicali 2326 90 156
3 161 151 138
Guasave 10166 48 163
8 257 177 636
Notas: aPreparación del terreno, bSiembra, cMantenimieto, dCosecha
Conclusiones. De las etapas que integran la
producción de BL agrícola, la etapa de preparación del terreno es la que más aporta GEI. Por tipo de cultivo, la BL de maíz tiene una generación de GEI cinco veces mayor que para trigo. Los datos mostrados en este estudio servirán en estudios prospectivos para determinar la HC en biorrefinerías 2G.
Agradecimiento. Este estudio fue financiado por el
fondo de sustentabilidad energética 2014-05 (CONACYT-CENER), el Centro Mexicano de Innovación en Bioenergía, Clúster Bioalcoholes No. 249564.
Bibliografía. 1. SENER, AIE. (2011). Indicadores de Eficiencia Energética en
México: 5 sectores, 5 retos. vol (1): 16-49.
2. Casolani C,Pattara C, Liberatore L. (2016). Land Use Policy. vol (58): 394-402. 3. Valdez-Vazquez I, Acevedo-Benítez J, Hernández-Santiago C.
(2010). Renewable and Sustainable Energy Reviews. vol (14): 2147-
2153. 4. Ali S, Tedone L, Verdini L, De Mastro G. (2016). Cleaner Production vol (140): 608-621.
5. IPCC. (2006) Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories
vol (4): 11.5-11.29.
Municipio Grano Variedad Índice de residuo
(t BL/t grano)
Cajeme Trigo Cirno 2008 1.0
Mexicali Trigo Atil 1.1
Guasave
Tabla 2.Emisi
Maíz
ones de C
DK-2038
O2 e por parcela y
0.3
sus huellas de carbono.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN FÍSICA, MECÁNICA Y ENERGÉTICA DE PELLETS DE ESPECIES
COMUNES TROPICALES
Artemio Carrillo-Parra, Maginot Ngangyo-Heya, Serafín Colín-Urieta, Rahim Foroughbakhch-Pournavab, José
Guadalupe Rutiaga-Quiñones, Fermín Correa-Méndez.
Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera, Boulevard del Guadiana
#501. Ciudad Universitaria, Torre de Investigación C.P. 34120, Durango, Dgo. México. [email protected]
Palabras clave. Aserrín, densificado, poder calorífico,
Introducción. las necesidades de energía con baja
producción de gases efecto invernadero favorecen la
búsqueda de fuentes alternativas de energía.
Objetivos. Determinar y comparar la calidad de los
pellets producidos a partir de las especies comunes
tropicales Acacia berlandieri, Ebenopsis ebano y
Havardia pallens.
Metodología. El aserrín se obtuvo de tres árboles por
especie seleccionados al azar de plantaciones
experimentales, se determinaron las propiedades
físicas y mecánicas, se realizaron análisis proximales y
se determinó el poder calorífico de los pellets. Los
datos se sometieron a pruebas de ANOVA y Kruskal-
Wallis con un nivel de significancia de 0.05.
Resultados. los valores de diámetro, longitud y
relación longitud/diámetro no mostraron diferencias
estadísticas significativas (p>0.05) entre especies. Los
valores de peso retenido, resistencia a la comprensión,
material volátil y poder calorífico mostraron diferencias
estadísticas significativas (p<0.05) entre especies.
Havardia pallens fue mas resistente a la compresión
que A. berlandieri y Ebenopsis ebano. El material
volátil más bajo (72%), el carbón fijo (21%) y el poder
calorífico más alto (19.6 MJ/kg) lo presentó E. ebano.
Conclusiones. El aserrín de Acacia berlandieri y
Ebenopsis ebano es apropiado para la producción de
pellets con fines energéticos debido a su alta densidad,
poder calorífico y bajo contenido de cenizas que
cumplen con los requerimientos de la mayoría de los
parámetros internacionales.
Agradecimiento. Se agradece al Clúster de
biocombustibles sólidos para la generación térmica y
eléctrica por el apoyo brindado en la caracterización de
los pellets.
Bibliografía.
1. van Duren, A., Voinov, O., Arodudu, M.T., Firrisa,
(2015). Where to produce rapeseed biodiesel and
why? Mapping European rapeseed energy efficiency,
Renew. Energy. 74 49–59.
2. Song, J., Song, S.J., Oh, S.D., Yoo, Y. (2015)
Evaluation of potential fossil fuel conservation by the
renewable heat obligation in Korea, Renew. Energy. 79
140–149.
3. Antolín, G. (2006). La gestión y el aprovechamiento
de los residuos en la industria de la madera, Maderas.
Inst. Nac. Tecnol. Ind. Buenos Aires, Argentina. Cuad.
Tecnológico. 29.
4. Lehtikangas, P. (2001). Quality properties of
pelletised sawdust, logging residues and bark, Biomass
and Bioenergy. 20 351–360.
5. Ngangyo-Heya, M., Foroughbahchk-Pournavab, R.,
Carrillo-Parra, A., Rutiaga-Quiñones, J.G., Zelinski, V.,
Pintor-Ibarra, L.F. (2016). Calorific value and chemical
composition of five semi-arid Mexican tree species,
Forests. 7 doi:10.3390/f7030058.
6. Nielsen, N.P.K., Holm, J.K., Felby, C. (2009). Effect
of Fiber Orientation on Compression and Frictional
Properties of Sawdust Particles in Fuel Pellet
Production, Energy Fuels. 23 3211–32
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL CARBÓN DE MEZQUITE (Prosopis spp.) PRODUCIDO EN
FORMA ARTESANAL MEDIANTE LA TÉCNICA DE PARVAS EN COMUNIDADES INDÍGENAS DEL
SUR DE SONORA
Evelyn Amor Jiménez Zavala , Iram Mondaca Fernández, María Mercedes Montenegro , José de Jesús Balderas
Cortés, Raúl Benjamín Reyes Caro, Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Dirección de Recursos
Naturales, Instituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregón, 85000
Palabras clave: pirólisis, madera, biocarbón
Introducción. Carbón y leña son dos insumos ampliamente utilizados en nuestro país para la generación de energía, fundamentalmente para cocinar alimentos y para protección contra el frío. El proceso de carbonización es un proceso de pirólisis o calentamiento sin oxígeno a temperaturas de alrededor de 400 °C (1). El producto final debe cumplir con parámetros de calidad, por ejemplo, densidad, humedad, poder calorífico, friabilidad, tamaño de partícula, materia volátil, carbono fijo, cenizas. La normatividad varía según el país y el uso que se dará al carbón, por ejemplo, un carbón para la industria metalúrgica debe tener una alta concentración de carbono fijo, mientras que para carne asada por lo general se prefiere que la materia volátil sea mas alta que la del carbón para metalurgia para facilitar un encendido rápido. Las tribus indígenas del Sur de Sonora producen carbón como medio de sobrevivencia, sin embargo cada vez es mas difícil conseguir cantidades adecuadas de leña para el proceso, por lo que se hace necesario estudiar sus técnicas de producción para realizar propuestas de mejora.
El objetivo fue el de evaluar la calidad del carbón producido por la técnica de parvas en las comunidades indígenas del Sur de Sonora.
Metodología. Se realizó la producción de carbón de mezquite (Prosopis spp.) por la técnica de parvas en el área del poblado indígena de Pótam, Municipio de Guaymas, de la que se tomaron tres muestras para análisis. Para el desarrollo de la técnica se construyó una chimenea central, rodeada de madera de mezquite producto de podas, seguida de una cubierta de hierba seca y una cubierta final de tierra. Se activó la chimenea central con brasas y hierba seca, tras lo cual se tapó con una lámina y finalmente se cubrió con tierra. Se dejaron una serie de entradas para aire en la base de la parva las cuales sirvieron para el control de la combustión. Al salir humo azul por las entradas de la base se cubrieron con tierra y se dejó enfriar la parva. A modo de comparación se realizó un muestreo de carbón en una tienda perteneciente a una cadena comercial. Como referencia se realizó un proceso de pirólisis de madera de mezquite a 460 °C en un reactor metálico de un litro con salida para materia volátil. De aquí se tomaron tres muestras de carbón para análisis. Se realizó la molienda de todas las muestras, se tamizaron a través de malla
No. 40. Se realizaron por triplicado análisis de humedad (base húmeda), materia volátil, cenizas y carbono fijo según el estándar ASTM D1762-84 (2007).
Resultados. El carbón comercial presenta un contenido mas alto de materia volátil, mientras que en el carbón artesanal se reduce la materia volátil incrementándose el carbono fijo aunque la cantidad de cenizas se incrementó, probablemente por la tierra que se utiliza para la construcción de las parvas. En la pirólisis en reactor metálico se reduce la materia volátil debido a que esta sale del reactor; en el carbón artesanal se observa este comportamiento de pérdida de volátiles al observarlos humedeciendo la tierra de cobertura de la parva. El potencial calorífico promedio para el carbón artesanal obtuvo un valor estimado de 32,089.12 KJ kg-
1, mientras que el carbón comercial obtuvo un valor de 32,925.36 KJ kg-1. Los resultados de comparación de medias entre el carbón comercial y artesanal muestran que existen diferencias significativas (p<0.05) para las variables humedad y materia volátil, excepto para las variables cenizas y carbono fijo. Según la norma EN 1860-2:2005 (2) el carbón artesanal y el del reactor metálico cumplen con estos estándares de calidad, mientras que el carbón comercial no, debido a la concentración de carbono fijo menor al 75%.
Tabla 1. Parámetros de calidad de carbón.
HUMEDAD
MATERIA
VOLÁTIL
CENIZAS CARBONO FIJO
CARBÓN COMERCIAL 4.62% 33% 3.22% 63.78%
CARBÓN ARTESANAL 2.44% 17.29% 6.11% 76.60%
CARBÓN REACTOR 4.50% 11.41% 3.38% 85.22%
EN 1860-2:2005 < 8% ---------------- < 8% > 75%
Conclusiones. El carbón artesanal producido por el método de parvas en las comunidades indígenas del Sur de Sonora cumple con los parámetros de calidad de la norma CSN EN 1860-2.
Agradecimiento. El Toro y Productos Derivados, S.A. de C.V.-Programa de Estímulos a la Innovación de CONACYT, folio 232966.
1 Basu P., (2010). Biomass gasification and pyrolysis : practical
design and theory. Elsevier, UK, 72.
2. European Committee for Standardization (2014). CSN EN 1860-2.
Belgium, 6
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA
XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
CARACTERIZACIÓN DE ASTILLAS DE MADERA EN EL ESTADO DE
CHIHUAHUA, MÉXICO.
Kevin Chávez Hernández1, Andrea Pérez Tello2, José Luis Cruz Munguía2, Faustino Ruiz Aquino1, Noel Carrillo Ávila2, Artemio Carrillo Parra3, José Guadalupe Rutiaga Quiñones4, Nicolás González
Ortega4, Luis Fernando Pintor Ibarra4, Edgar Antonio Sánchez Trujillo3.
1Universidad de la Sierra Juárez. Ixtlán de Juárez, Oax., 68725. 2Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias. San Martinito, Pue., 74100.
3Universidad Juárez del Estado de Durango. Durango, Dgo., 34100. 4Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Mich.,58030
Palabras clave: Poder calorífico, bioenergía, biocombustibles.
Introducción. Uno de los combustibles sólidos que son
subutilizados en nuestro país es la astilla de madera, este
producto es utilizado en calderas por industrias que
requiere energía térmica. Para México no hay sistemas
altamente eficientes para quemar astilla, como tampoco
un sistema para su clasificación que garantice su calidad.
Este recurso forestal podría representar una opción como
fuente de energía, siempre y cuando dependa
mínimamente de los fósiles (1). El presente trabajo tuvo
el objetivo de muestrear cuatro centros de producción de
astilla en el estado de Chihuahua, caracterizando su valor
energético y el tamaño de la partícula, donde este último
es necesario hacerlo manualmente (2). Tanto la
clasificación por tamaño, así como la energía contenida
en este bio combustible sólido de origen forestal, son dos
de los más importantes parámetros a considerar para su
normalización y comercialización internacional.
Metodología. Se colectaron astillas en cuatro industrias
de tres municipios de Chihuahua: Madera, Parral y
Guachochi; se midieron 150 partículas de madera para
determinar su longitud promedio. También se determinó
el poder calorífico de cada astilla en una bomba
calorimétrica Parr a partir de 15 repeticiones. En ambos
casos se aplicó un diseño completamente al azar. Se
utilizó el procedimiento GLM del programa estadístico
SAS®, así como el estadístico de prueba Tukey.
Resultados. De las cuatro muestras colectadas, dos
procedencias de género pino del municipio de Madera,
así como una procedencia del municipio de Parral
registraron la menor distribución en longitud con 27.3,
27.9 y 31.8 mm, respectivamente; éstas, no presentaron
diferencias estadísticamente significativas. En contraste,
astilla también del género pino pero procedente del
municipio de Guachochi, registró el mayor valor de
evaluación con 38.4 mm, quien fue el único caso
significativamente diferente de los cuatro centros
evaluados. En cuanto al poder calorífico, resultaron dos
grupos de medias significativamente diferentes, un centro
productivo del municipio de Madera y el correspondiente
de Parral, forman el grupo de mayor valor para el poder
calorífico con 5,595.5 y 5,534.1 kCal kg-1; mientras que el
agrupamiento con valores de medias menores registró
valores de 4,802.4 y 4,580.0 kCal kg-1, correspondiente a
las industrias de Guachochi y Madera.
Conclusiones. Los centros de producción de astilla
presentan homogeneidad en cuanto al tamaño de
partícula se refiere, pero es necesario la utilización de
mallas más pequeñas si se pretende lograr mayor calidad
en el producto o bien lograr micro-astillas certificadas. El
valor energético de la astilla, depende directamente del
tipo de especie maderable, de tal forma que dichas
fluctuaciones dependen de las especies de pino
utilizadas.
Agradecimientos. Este trabajo fue posible debido al
proyecto SENER-CONACYT 246911, denominado
Clúster de biocombustibles sólidos para la generación
térmica y eléctrica.
Bibliografía.
1. Timmons, D, (2010) Biomass & bioenergy. 34 1419-1425.
2. Hartmann, H, (2006) Biomass & bioenergy. 30 944-953
Biomasa residual de la producción de biodiesel como substrato para la generación de bio H2.
Miguel A. Cortés Carmona
*, Elías Razo-Flores
*, Marcia Morales-Ibarría
**
*División de Ciencias Ambientales, Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A. C., Camino a la presa San José No.
2055, Col. Lomas 4ª Sección, C.P. 78216, San Luis Potosí, SLP, México
**Departamento de Procesos y Tecnología, Universidad Autónoma Metropolitana-Cuajimalpa, Avenida Vasco de Quiroga 4871, Colonia
Santa Fe, Delegación Cuajimalpa de Morelos, C.P. 05348, Ciudad de México, México
Palabras clave: Fermentación obscura, biomasa microalgal residual, pre-tratamiento térmico.
El hidrógeno es un portador
energético atractivo para usarse como
combustible, actualmente se realizan esfuerzos
para identificar fuentes de biomasa que puedan
emplearse directamente en la producción
fermentativa de Bio-H2. La biomasa microalgal
residual (BMR) de la extracción de lípidos es un
substrato potencial para la generación de Bio-H2,
se reporta que se pueden obtener rendimientos de
50 mL H2/g SVBMR (Yang et al., 2011). El objetivo
de este trabajo fue determinar el efecto de un pre-
tratamiento térmico en la producción de H2
utilizando residuos de biomasa microalgal
posterior a la extracción de lípidos.
. Se emplearon sistemas en lote
para la producción de H2, se empleo una
Fig. 1.- Cinéticas de hidrógeno a partir de biomasa microalgal seca sin pre-tratamiento (Cuadrados blancos), BMR (círculos blancos) y finalmente BMR tratada térmicamente.
Tabla 1. Datos cinéticos del ajuste al modelo de
concentración de BMR de 20 g DQO/L y una
concentración de inóculo de 4.5 g SSV/L. Un
control con biomasa microalgal integra fue
estudiado a la par de un control de producción
endógena. Se corrió un ensayo bajo las mismas
condiciones empleando BMR tratada
térmicamente (98ºC, 6h) (Passos et al., 2015).
Resultados. La producción de hidrógeno fue 2
veces mayor al utilizar BMR (21 mL) que al
emplear biomasa integra (10 mL), la velocidad
máxima de producción también fue mayor, una
vez que el pre-tratamiento térmico es aplicado, los
rendimientos de producción aumentaron de 18 a
24 mL/g SV. Los metabolitos solubles presentes
en todos los experimentos fueron principalmente
ácido acético y butírico.
Gompertz para la producción de hidrógeno con BMR.
Conclusiones. La producción de hidrógeno es
eficiente a partir de residuos de biomasa
microalgal, además, un pre-tratamiento térmico
puede potencializar la producción.
Agradecimiento. CONACYT PDCPN-2014-
247402 .
-*Passos, F., Carretero, J., Ferrer, I., 2015. Chem. Eng. J. 279, 667–672.
*Yang, Z., Guo, R., Xu, X., Fan, X., Luo, S., 2011.. Appl. Energy, Special
Issue of Energy from algae: Current status and future trends 88, 3468–3472.
Ensayo λ
(mL/d)
Rendimiento
(mL H2/g SV)
Acético
(mg/L)
Butírico
(mg/L)
BMR 0.55 21 64.7 18.48 1145 784
BMR
(98ºC 6h )
0.41
27.2
63
23.8
2010
667
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
MG1655/pPHBAv MS01/pPHBAv MS01/pPHBAv
2%
% de acumulación de PHB
PRODUCCIÓN DE POLIHIDROXIBUTIRATO POR FERMENTACIÓN: BIOPLÁSTICO
BIODEGRADABLE
Eliseo Ronay Molina Vázquez, Alejandra Vargas Tah, Mario A. Caro Bermúdez, Alfredo Martínez Jiménez. Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto de Biotecnología Universidad Nacional Autónoma de
México. Cuernavaca, Mor., México, 62210, [email protected]
Palabras clave: Bioplásticos, polihidroxialcanoatos, estrategias de cultivo.
Introducción. En los últimos años el uso de plásticos
ha incrementado significativamente, siendo el petróleo la principal materia prima para su producción. La
limitada disponibilidad futura de este recurso aunado a 80%
la preocupación por la conservación del medio ambiente
ha llevado a la búsqueda de diversas alternativas. [1]
Los bioplásticos biodegradables surgen como una
solución a esta problemática. El R-3- polihidroxibutirato 21%
(PHB), que algunos organismos acumulan como fuente de carbono y energía, ha recibido especial atención por sus propiedades comparables a las de plásticos comerciales. Sus mayores cualidades son su biodegradabilidad y biocompatibilidad. La principal limitante para una amplia comercialización de PHB es su alto costo de producción. Sin embargo, este puede ser reducido, mediante la construcción de bacterias productoras más eficientes, y desarrollar mejores estrategias de fermentación [2]. En el presente estudio se implementaron modificaciones metabólicas y de condiciones de cultivo para favorecer la producción de PHB a partir de glucosa en medio mínimo mineral con la bacteria recombinante Escherichia coli.
Metodología. Se utilizaron las variedades de E. coli MG1655 (silvestre) y MS01 (no fermentativa) [3] transformadas con un plásmido que confiere la capacidad de producir PHB (pPHBAv) [1]. Se evaluó la producción del biopolímero en biorreactores de 3 L utilizando medio mineral con glucosa (45 g/L), limitado por nitrógeno y con control de oxígeno para favorecer la producción de PHB.
Resultados. Con la cepa MG1655/pPHBAv se produjo 0.1 g/L de PHB (cerca del 2% de su peso seco).
Mientras que en la cepa MSO1/pPHBAv el título de producción incremento a 1 g/L (20% del peso seco).
Finalmente, con la cepa recombinante MSO1/pPHBAv se determinaron las condiciones de cultivo que favorecieran la producción del biopolímero. La concentración del oxígeno disuelto se mantuvo arriba del 20% reduciendo la formación de ácidos orgánicos y la inducción del plásmido se realizó en una etapa temprana del cultivo, logrando producir 4 g/L de PHB, lo que representa un 80% del peso seco celular. En la figura 1 y tabla 1 se muestra que las estrategias implementadas permitieron incrementar los niveles de producción 40 veces en comparación con la cepa silvestre.
Fig. 1. Acumulación de PHB empleando diferentes estrategias. Modificando únicamente fondo genético (gris) y en combinación con control de oxígeno disuelto y tiempo de inducción (blanco)
Tabla 1 Parámetros cinéticos de las diferentes estrategias
implementas
Cepa
PHB (g/L)
Rendimiento g PHB/g Glc
Ác. acético (g/L)
MG1655 /pPHBAv 0.1 0.003 5.38
MS01 /pPHBAv 0.99 0.03 5.75
MS01 /pPHBAv** 3.81 0.11 3.77 ** Utilizando las condiciones de cultivo determinadas en este trabajo.
Conclusiones. En conjunto, el genotipo no fermentativo, el oxígeno disuelto, y la inducción confirieron a la cepa MS01/pPHBAv acumular hasta 4 g/L de PHB. Es posible conseguir altos niveles de producción de PHB a partir de glucosa en medio mineral. Se requiere escalar el proceso de fermentación y metodologías de purificación de PHB técnicamente factibles y amigables con el medio ambiente.
Agradecimiento. Al apoyo otorgado por CONACYT- FONCICYT ERANet-LAC C0013 – 248192.
Bibliografía. 1. Centeno-Leija, S., Huerta-Beristain, G., Giles-Gómez, M., Bolivar, F., Gosset, G., & Martinez, A. (2014). Improving poly-3- hydroxybutyrate production in Escherichia coli by combining the increase in the NADPH pool and acetyl-CoA availability. Antonie Van Leeuwenhoek, 105(4), 687-696. 2. Choi, J., & Lee, S. (1997). Process analysis and economic
evaluation for Poly(3-hydroxybutyrate) production by fermentation.
Bioprocess Engineering, 17(6), 335.
3. Fernández-Sandoval, M., Huerta-Beristain, G., Trujillo-Martinez, B.,
Bustos, P., González, V., & Bolivar, F. et al. (2012). Laboratory
metabolic evolution improves acetate tolerance and growth on acetate
of ethanologenic Escherichia coli under non-aerated conditions in
glucose-mineral medium. Appl Microbiol And Biotechnol, 96(5), 1291-
1300.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS PRELIMINARES DEL SUBPRODUCTOS FORESTALES
PREVENIENTE DE TRES EMPRESAS DEL ESTADO DE MICHOACÁN.
Luis Fernando Pintor-Ibarra1, Nicolás González-Ortega
1, Rocio Orihuela-Equihua
1, Andrea Pérez-Tello
2,
Noel Carrillo-Ávila2, Edgar Antonio Sánchez-Trujillo
3, Artemio Carrillo-Parra
3, José Guadalupe Rutiaga-Quiñones
1
1Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera,
Morelia, Michoacán, C. P. 58040 2Instituto de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, San Martinito, Puebla, C. P. 74100
3Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera,
Durango, Durango, C. P. 34120
Palabras clave: maderas de pino, análisis químico, subproductos maderables.
Introducción. El estado de Michoacán es uno de los principales productores de madera aserrada del país, cuya producción se basa en maderas de coníferas, principalmente Pinus pseudostrobus, P. teocote,
P. leiopylla, P. douglasiana, P. oocarpa y P. michoacana. Está documentado que en el proceso de transformación de la madera en rollo se genera alto volumen de subproductos maderables y en el caso de dos de las tres industrias visitadas son aprovechados para generar calor y secar artificialmente la madera producida por ellos, sin embargo, todos mostraron interés en buscar nuevas formar de aprovechar su biomasa generada en sus procesos. El objetivo del presente trabajo es realizar la caracterización física y química de los subproductos lignocelulósicos generados en el proceso de transformación de las maderas de pino en tres localidades del estado de Michoacán.
Metodología. Los subproductos del proceso de aserrío para este estudio se recolectaron en tres empresas ubicadas en diferentes partes del estado de Michoacán: Maderería Zamora (Coalcomán), Maderas Preciosas Don Jesús (Aguililla) y Comunidad Ejidal Lázaro Cárdenas (Ciudad Hidalgo). No fue posible recolectar separadamente el material lignoceululósico generado por cada especie de pino que se procesa en cada industria, sino que el material de estudio incluye material de las especies de pino procesadas y que en la mayoría de los casos corresponden a Pinus pseudostrobus, P. teocote, P. leiopylla, P. douglasiana, P. oocarpa y P. michoacana. En subproductos maderables recolectados se determinó la humedad inicial [1], tamaño de partícula [2], contenido de cenizas [3] y contenido de materias volátiles [4]. Los análisis se realizaron por triplicado.
Resultados. Los resultados encontrados de humedad inicial del material lignocelulósico variaron de 8.57 a 46.58%. En relación al análisis de granulometría los resultados muestran variabilidad en la distribución del tamaño de partícula (Tabla 1). El contenido de sustancias inorgánicas, de materiales volátiles y
carbono fijo se encuentran dentro del rango reportado para diferentes tipos de biomasa forestal.
Tabla 1. Distribución granulométrica del material recolectado (%).
Malla (mm)
Maderería Zamora
Maderas Preciosas Don Jesús
Lázaro Cárdenas
Gruesos 2.82 2.71 1.23
2.80 1.26 4.47 1.05
2.00 2.97 11.30 3.77
1.40 10.56 18.57 11.36
1.00 18.93 17.89 18.97
0.50 40.80 25.81 42.44
0.25 17.22 12.30 17.05
Finos 5.94 6.91 4.09
Conclusiones. Según los resultados previos obtenidos en este estudio, la biomasa generada como residuos es susceptible de ser utilizado en la producción de materiales densificados.
Agradecimiento. Los autores agradecen a las empresas Maderería Zamora (Coalcomán), Maderas Preciosas Don Jesús (Aguililla) y Comunidad Ejidal Lázaro Cárdenas, por la donación del material. Asimismo agradecen el apoyo al proyecto SENER- CONACYT-2014-246911 ―Clúster de biocombustibles sólidos para la generación térmica y eléctrica‖, Línea 2 ―Caracterización y estandarización de biocombustibles sólidos para la generación de calor y electricidad‖.
Bibliografía. 1. UNE-EN 14774-1. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de humedad. Parte 1: Humedad total. AENOR. Madrid, España. 10p. 2 UNE-EN 15149-1. (2011). Biocombustibles sólidos. Determinación del tamaño de partícula. Parte 2: Método del tamiz vibrante con abertura de malla inferior o igual a 3.15mm. AENOR. Madrid, España. 15p. 3. UNE-EN 14775. (2010). Biocombustibles sólidos. Método para la determinación del contenido de cenizas. AENOR. Madrid, España. 10p. 4. UNE-EN 15148. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de materias volátiles. AENOR. Madrid, España. 13p
.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS PRELIMINARES DE LA BIOMASA FORESTAL
PREVENIENTE DE CUATRO EMPRESAS DEL ESTADO DE CHIHUAHUA.
Nicolás González-Ortega1, Rocio Orihuela-Equihua
1, Luis Fernando Pintor-Ibarra
1, Andrea Pérez-Tello
2,
Noel Carrillo-Ávila2, Edgar Antonio Sánchez-Trujillo
3, Artemio Carrillo-Parra
3, José Guadalupe Rutiaga-Quiñones
1
1Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera,
Morelia, Michoacán, C. P. 58040 2Instituto de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, San Martinito, Puebla, C. P. 74100
3Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera,
Durango, Durango, C. P. 34120
Palabras clave: maderas de pino, análisis químico, subproductos maderables.
Introducción. El estado de Chihuahua es uno de los principales productores de madera aserrada del país, basándose en maderas de coníferas, principalmente Pinus arizonica, P. engelmannii y P. duranguensis. Es conocido que en el proceso de aserrío se genera gran cantidad de biomasa y en el caso de las industrias visitadas, estos subproductos se venden a empresa de tablero aglomerado o a las mismas comunidades como material combustible, sin embargo todos mostraron interés en el posible uso de esta biomasa para cogenerar energía o producir materiales densificados. El aprovechamiento óptimo de estos subproductos lignocelulósicos se debe basar en sus propiedades físicas y químicas.
El objetivo del presente trabajo es realizar la caracterización física y química la biomasa que se genera en el proceso de transformación de las maderas de pino en cuatro localidades del estado de Chihuahua.
Metodología. El material lignicelulósico para este estudio se recolectó en las empresas forestales Multimaderas y Grupo Gazo y en los ejidos Agua Azul y El Largo, en el estado de Chihuahua. En este caso no fue posible recolectar la biomasa generada por cada especie de pino que se procesa en cada industria, sino que el material de estudio incluye material de las especies de pino procesadas y que en la mayoría de los casos corresponden a Pinus arizonica, P. engelmannii y P. duranguensis. En el material recolectado se determinó la humedad inicial [1], tamaño de partícula [2], contenido de cenizas [3] y contenido de materias volátiles [4]. Los análisis se realizaron por triplicado.
Resultados. Los resultados encontrados de humedad inicial del material lignocelulósico variaron de 37.40 a 55.44%. En relación al análisis de granulometría los resultados muestran variabilidad en la distribución del tamaño de partícula (Tabla 1): Multimaderas (mayor proporción: mallas 1.40 a 0.50mm), Grupo Gazo (mallas 1.00 a 0.25mm), Agua Azul y El Largo (mallas
0.50 a finos). El contenido de sustancias minerales varió de 0.45 a 0.73%. La cantidad de materiales
volátiles y carbono fijo se encuentran dentro del rango reportado para diferentes tipos de biomasa forestal.
Tabla 1. Distribución granulométrica de la biomasa recolectada (%).
Malla (mm)
Multimaderas Grupo Gazo
Agua Azul
El Largo
Gruesos 1.21 1.03 2.23 0.11
2.80 1.34 0.36 0.54 0.02
2.00 9.18 0.71 0.97 0.19
1.40 33.18 2.68 1.51 1.24
1.00 24.49 10.09 3.92 5.47
0.50 22.56 47.10 31.18 39.07
0.25 5.88 29.78 37.30 35.96
Finos 2.12 8.21 22.30 17.90
Conclusiones. De acuerdo a los resultados previos el relativamente bajo contenido de sustancias inorgánicas y el tamaño de partícula del material lo hace susceptible para utilizarlo en la producción de materiales densificados.
Agradecimiento. Los autores agradecen a las empresas Multimaderas y Grupo Gazo y a los ejidos Agua Azul y El Largo, por la donación del material; también al Dr. Concepción Luján Álvarez (UACH) por su apoyo en el contacto con las áreas de colecta. Asimismo agradecen el apoyo al proyecto SENER- CONACYT-2014-246911 ―Clúster de biocombustibles sólidos para la generación térmica y eléctrica‖, Línea 2 ―Caracterización y estandarización de biocombustibles sólidos para la generación de calor y electricidad‖.
Bibliografía. 1. UNE-EN 14774-1. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de humedad. Parte 1: Humedad total. AENOR. Madrid, España. 10p. 2 UNE-EN 15149-1. (2011). Biocombustibles sólidos. Determinación del tamaño de partícula. Parte 2: Método del tamiz vibrante con abertura de malla inferior o igual a 3.15mm. AENOR. Madrid, España. 15p. 3. UNE-EN 14775. (2010). Biocombustibles sólidos. Método para la determinación del contenido de cenizas. AENOR. Madrid, España. 10p. 4. UNE-EN 15148. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de materias volátiles. AENOR. Madrid, España. 13p
.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ESTUDIO PRELIMINAR SOBRE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE RESIDUOS
MADERABLES PREVENIENTES DE TRES EJIDOS DE QUINTANA ROO.
Rocio Orihuela-Equihua1, Nicolás González-Ortega
1, Luis Fernando Pintor-Ibarra
1, Juan José Hernández-Solís
2,
Andrea Pérez-Tello3, Noel Carrillo-Ávila
3, Edgar Antonio Sánchez-Trujillo
4, Artemio Carrillo-Parra
4, José
Guadalupe Rutiaga-Quiñones1
1Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera,
Morelia, Michoacán, C. P. 58040 2Universidad Politécnica de Bacalar, Bacalar, Quintana Roo, C. P. 77930.
3Instituto de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, San Martinito, Puebla, C. P. 74100
4Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera,
Durango, Durango, C. P. 34120
Palabras clave: maderas tropicales, biomasa, análisis químico.
Introducción. La producción de madera en el estado de Quintana Roo se basa en sus maderas tropicales y en el proceso de transformación primaria de la madera se generan grandes volúmenes de biomasa residual. De acuerdo a las entrevistas realizadas en los ejidos donde se recolectó el material lignocelulósico esa biomasa generada no tiene actualmente ninguna utilidad y su almacenaje representa un riesgo de contaminación y foco de incendio. Para aprovechar esta biomasa es necesario determinar sus propiedades para poder sugerir los usos más adecuados, sea dentro de las mismas empresas o en sus comunidades. El objetivo del presente trabajo es realizar la caracterización física y química del material lignocelulósico que se genera en el proceso de aserrío de las maderas tropicales en tres ejidos del estado de Quintana Roo.
Metodología. La biomasa para este estudio se recolectó de aserraderos de tres ejidos del estado de Quintana Roo: Noh-Bec, Petcacab y Tres Garantías. Del primero se recolectó el material lignocelulósico de la madera de katalox (Swartzia cubensis), del segundo de las maderas de tzalam (Lysiloma bahamensis), chacté viga (Caesalpinia platyloba), chicozapote (Manilkara zapota) y katalox (Swartzia cubensis), y del último solamente de caoba (Swietenia macropylla). En esta biomasa de determinó la humedad inicial [1], tamaño de partícula [2], contenido de cenizas [3] y contenido de materias volátiles [4]. Los análisis se realizaron por triplicado.
Resultados. Los valores encontrados de humedad inicial de la biomasa recolectada variaron de 25.1 a 52.4%. En relación al análisis de granulometría los resultados muestran semejanzas en la distribución del tamaño de partícula con mayor proporción en las malla de 0.25 y 0.50mm. El contenido de sustancias minerales varió de 1.3 a 3.4%. La cantidad de materiales volátiles y carbono fijo se encuentran dentro del rango reportado para diferentes tipos de biomasa
forestal. En la Tabla 1 se da como ejemplo el resultado del tamaño de partícula para la biomasa recolectada en el ejido Petcacab.
Tabla 1. Distribución granulométrica de la biomasa recolectada en el
ejido Petcacab (%).
Malla (mm)
Tzalam Chacté
viga Katalox Chicozapote
Gruesos 1.29 7.09 2.76 2.13
2.80 0.45 1.84 2.97 0.40
2.00 1.40 2.28 4.38 1.02
1.40 5.03 3.28 6.87 2.75
1.00 11.16 8.63 13.04 7.61
0.50 42.70 45.30 40.60 38.75
0.25 27.05 28.36 19.67 31.64
Finos 10.87 3.19 9.66 15.66
Conclusiones. De acuerdo a los resultados previos el relativamente alto contenido de sustancias inorgánicas pudiera ser limitante para usar la biomasa en la producción de materiales densificados.
Agradecimiento. Los autores agradecen a los ejidos Noh-Bec, Petcacab y Tres Garantías de Quintana Roo, por la donación del material. Asimismo agradecen el apoyo al proyecto SENER-CONACYT-2014-246911 ―Clúster de biocombustibles sólidos para la generación térmica y eléctrica‖, Línea 2 ―Caracterización y estandarización de biocombustibles sólidos para la generación de calor y electricidad‖.
Bibliografía. 1. UNE-EN 14774-1. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de humedad. Parte 1: Humedad total. AENOR. Madrid, España. 10p. 2 UNE-EN 15149-1. (2011). Biocombustibles sólidos. Determinación del tamaño de partícula. Parte 2: Método del tamiz vibrante con abertura de malla inferior o igual a 3.15mm. AENOR. Madrid, España. 15p. 3. UNE-EN 14775. (2010). Biocombustibles sólidos. Método para la determinación del contenido de cenizas. AENOR. Madrid, España. 10p. 4. UNE-EN 15148. (2010). Biocombustibles sólidos. Determinación del contenido de materias volátiles. AENOR. Madrid, España. 13p
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
EFECTO DE LA RELACIÓN C:N EN LA PRODUCCIÓN DE H2 Y POLIHIDROXIALCANOATOS UTILIZANDO UN CONSORCIO DE BACTERIAS FOTOTRÓFICAS
Luis Francisco Acosta Diosdado y Germán Buitrón, Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de
Tratamiento de Aguas, Instituto de Ingeniería, Unidad Académica Juriquilla, Universidad Nacional Autónoma de
México, Blvd. Juriquilla 3001, Querétaro, Qro., México, 76230
*Tel: +524421926165; e-mail: [email protected]
Palabras clave: Fotofermentación, Bioplásticos, estrés nutricional.
Introducción. Las bacterias púrpura no del azufre
(PNSB), son capaces de utilizar compuestos orgánicos
(AGV´s) como fuente de carbono y energía lumínica para
llevar a cabo el proceso de fotofermentación, en el cual
se produce H2 por acción de la enzima nitrogenasa bajo
condiciones anaerobias (1). Sin embargo, existen otros
productos de valor agregado como los
polihidroxialcanoatos, los cuales pueden acumularse
dentro de las células bacterias en respuesta a
condiciones de estrés nutricional y fuentes de carbono
abundantes (relaciones C:N altas) (2). Estos compuestos
poseen un gran potencial biotecnológico ya que
presentan propiedades similares a los plásticos derivados
del petroleo y pueden ser facilmente degradados por las
enzimas producidas por los microorganismos productores
(3).
En el presente estudio se evalua la producción
simultanea de H2 y Polihidroxialcanoatos en 4 medios de
cultivo con las siguientes relaciones C:N: 30, 15, 5 y sin
fuente de nitrógeno.
Metodología. Los experimentos fueron llevados a cabo
en lote y por triplicado en botellas serológicas de 160ml,
utilizando un consorcio de bacterias púrpura no del
azufre como inóculo (Rhodopseudomonas palustris
69%). La concentración inicial que se utilizó en cada
experimento fue de 300mg/L SSV. Como medio de
cultivo se utilizó un medio sintético (pH 6.5) con acetato
(1200mg/L), propionato (715 mg/L) y butirato (1571mg/L).
Como fuente de nitrógeno se utilizó Glutamato de Sodio,
el cual sirvió para ajustar las diferentes relaciones C:N a
probar. Relación 30:1-(0.87 g/L), 15:1-(1.92 g/L), 5:1-
(31.42g/L) y sin fuente de nitrógeno. Una vez que las
botellas fueron selladas, se extrajo el aire de su interior
con una bomba de vacio para tener condiciones
anaerobias. Las 12 botellas se mantuvieron en agitación
constante utilizando un agitador orbital (60 rpm). Se
utilizaron focos incandecentes como fuente de luz,
ajustando la la distancia a las botellas para tener una
intensidad de 3.5 kLux. La medición de volumen de
biogás y su composición se llevaron a cabo como
describe Guevara-López y Buitrón (4). El contenido de
polihidroxialcanoatos se calculó utilizando cromatografía
de gases de acuerdo a Braunegg G.Sonnleitner B. (5).
Resultados. En la Figura 1 se observa un incremento
significativo en la producción de H2 a partir de la relación
C:N 30. Los rendimientos obtenidos (mLH2/L/h) fueron
los siguientes: 3.9 para C:N-5, 4.2 C:N-15, 9.7 C:N-30 y
19.8 S/N. El mayor porcentaje de polihidroxialcanoatos
acumulados fue de 8.9 (%DCW) con una relación C:N de
30 seguido de 2 (%DCW) con C:N 15 y 1.5 (%DCW) sin
fuente de carbono.
Fig.1 Producción acumulada de H2 bajo distintas relaciones C:N.
Conclusiones: Cuando se incrementa la Relación C:N,
se obtienen mejores rendimientos en la producción de H2
y, se promueve de igual forma, la acumulación de
polihidroxialcanoatos intracelulares, lo cual permite una
mejor revalorización de los residuos.
Agradecimientos: Se agradece el apoyo financiero del
CONACYT Ciencia Básica a través del proyecto 251718.
Bibliografía: 1. Basak N, Kumar A, Das D, Saikia D. (2013) Int. J. Hydrog. Energy. 39 6853-6871 2. Ghimire A,Valentino S, Frunzo L, Pirozzi F, Lens P, Esposito G. (2016) Bioresource Tech. 217 157-164 3. Fradinho J, Domingos J, Carvalho G, Oehmen A, Reis M. (2013) Bioresource Tech. 132 146-153 4. Guevara-López E, Buitrón G. (2015). Int. J. Hydrog. Energy. 40(48):17231–38 5. Braunegg G, Sonnleitner B,Lafferty R.M. (1978) European J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 6,29-37.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SISTEMA FOTOBIOTECNOLÓGICO A LA INTEMPERIE PARA LA OBTENCIÓN DE BIOMETANO CON
BAJO CONTENIDO DE O2.
Tania Tabaco Angoa1, Mariana Franco-Morgado1, Armando González-Sánchez1*,
1Instituto de Ingeniería-UNAM, Área ambiental, Circuito Escolar s/n, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán,
México CDMX, C.P. 04510, [email protected]*
Palabras clave: fotobiorreactor, microalgas-bacterias, biogás, gas natural
Introducción. Los sistemas fotosintéticos en los que participan microalgas y bacterias son capaces de eliminar compuestos indeseables como el CO2 y el H2S del biogás. Éste último puede ser utilizado como fuente de bioenergía mediante su combustión (1,2). Sin embargo, el biogás enriquecido (biometano) obtenido después del proceso fotosintético presenta oxígeno el cual disminuye la concentración de CH4. Una de las estrategias reportadas hasta el momento, es la variación de la relación LRecirculación/GEntrada (L/G) con el fin de disminuir la desorción de oxígeno disuelto evitando su posterior acumulación en el biometano(3). Además de las modificaciones de L/G, es importante explorar la configuración del fotobiorreactor a fin de disminuir de manera sustancial el contenido de O2 en el biometano. Objetivo: Obtener biometano mediante el enriquecimiento de biogás crudo en un fotobiorreactor, en
en la modificación de operación.
Resultados. La Figura 2 muestra el efecto del paso del líquido proveniente del HRAP por la columna empacada. Este paso provocó una disminución en la concentración de OD en líquido de recirculación durante el día, pues fue promovida la desorción previa del oxígeno por el contacto con el material de la columna empacada; lo que podría evitar su desorción en la columna de absorción aumentando la calidad de biometano. Esta novedosa configuración puede ser aplicada en la obtención continua de biometano para los sistemas operados a la intemperie con ciclos de luz y oscuridad naturales, además, de ser aplicadas las estrategias como los cambios de L/G
reportados ampliamente (3). Durante la noche el uso de la columna se debe interrumpir, pues el gradiente de oxígeno cambia.
ODHRAP
OD columna de absorción
concentraciones de oxígeno que cumplan con la NOM- 001-SECRE-2010 para el gas natural, reduciendo el oxígeno disuelto mediante la modificación de la configuración de operación del fotobiorreactor. Metodología. El fotobiorreactor abierto HRAP descrito y
25
Sin columna empacada
20
15
10
5
0
Con columna empacada
operado (1) (Figura 1) se le adicionó una columna abierta (64.5 cm alto y de 3.5 cm diámetro interno) y empacada con tubos de 1cm de alto x 1 cm ancho de poliuretano con un volumen de empaque de 450 mL. Todo el sistema fotobiotecnológico fue expuesto a la intemperie. La columna empacada condujo el líquido provente del HRAP hacia un recipiente de recolección donde fue recirculado hacia la columna de absorción de gases, donde entró en co-corriente con el biogás crudo (CH4 69.5%v, CO2 30%v y H2S 0.5%v). pH, oxígeno disuelto (OD), temperatura e iluminación fueron medidos cada 3 min con el fin de verificar el efecto de la columna empacada como desorbedor de oxígeno antes de su recirculación a la
0 1 2 3 4 5 25 40
20 OD columna de absoricón 35 Temperatura (°C)
15 30
10 25
20 5
15 0
0 1 2 3 4 5
Tiempo(d)
Fig. 2. Concentración de oxígeno disuelto medido en el HRAP, columna de absorción en función de los cambios de iluminación.
Conclusiones. La nueva configuración del sistema HRAP provocó una disminución en la concentración de oxígeno disuelto proveniente del HRAP promoviendo la obtención
columna de absorción.
HHRRAAPP
MS M
Columna
Biometano
Columna de
absorción
de biometano con contenidos de oxígeno similares a la NOM-001-SECRE-2010.
Agradecimiento. Por el financiamiento de SENER-Conacyt 247006 y al PAPIIT-IT100317. Y el soporte técnico de José Abdiel Olmedo Wooder.
Bibliografía. empacada
Recipiente de
recolección
Biogás
sintético
1. Bahr M., Díaz I., Dominguez A., González A., Muñoz R. (2014)
Environmental science & technology. (48): 573-581.
2. Franco M., Alcántara C., Noyola A., Muñoz R., González A.
Fig. 1. Sistema HRAP (High Rate Algal Pond) para la producción de biometano a partir de biogás. En el recuadro rojo se muestra la adición
(2017) Science of the Total Environment. (592): 419-425.
3. Serejo M., Posadas E., Boncz M., Blanco S., García P., Muñoz
R. (2015) Environmental science & technology. (49): 3228-3236
Te
mp
era
tura
(°C
)
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN
NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
Obtención de xilitol a partir de hemicelulosas de olote de maíz
María Fernanda Muñoz Sánchez, Yadira Belmonte Izquierdo, Dora Cecilia Valencia Flores3, Miguel
Angel Zamudio Jaramillo, Mariana Alvarez Navarrete, Instituto Tecnológico de Morelia,
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Morelia, 58120, [email protected]
Palabras clave: alcalino, residuos agrícolas, biorrefinerí
Candida tropicalis mostró crecimiento hasta la
concentración de 50:50 (YPD/ HC) . Candida
guilliermondi. el crecio hasta la concentración de
30:70 (YPD/HC).Debaryomyces hansenii.- se
observó crecimiento en un medio de 100% de
hemicelulosas, suplementado con una disolución
nutritiva conteniendo (NH4)2 SO4,KH2PO4, CaCl2,
FeSO4.7H20, MnSO4.H2O,CoCl2, ZnSO4.7H2O y
MgSO4.7H20
Conclusiones
El tratamiento alcalino mostro ser eficiente para la
extracción de la hemicelulosa del olote de maíz. La
hemicelulosa extraída resulto ser un medio eficiente
para el crecimiento de las levaduras siendo
Debaryomyces hansenii la que presento mayor
crecimiento.
Agradecimientos
A PRODEP por el apoyo financiero para el
fortalecimiento del Cuerpo Académico de
Biotecnología del Instituto Tecnológico de Morelia,
convocatoria 2016.
Bibliografía
1.R.J., S. B. (1999). Pretreatment and enzymatic saccharification
of corn fiber. . Appl Biochem Biotechnol 76:65-77.
2.SAGARPA. (2012). Aprovechamiento de esquilmos y
subproductos en la alimentación del ganado. Sistema de
agronegocios pecuarios.
3.
A.M Sánchez Riaño, A. G. (2012). Producción de bioetanol a partir
de subproductos agroindustriales lignocelulósicos.
4.Vishnu Menon, M. R. (2012). Trends in bioconeversion of
lignocellulose: biofuels, platform chemicals and biorefinery
concept. Elservier.
Introducción
El xilitol es un polialcohol de cinco carbonos que es
de gran interés industrial, este puede ser obtenido
por medio de procesos biotecnológicos utilizando
residuos agrícolas con alto porcentaje de xilosa.
Las hemicelulosas presentes en el olote de maíz
(OM) contienen principalmente xilosa (48-54%) y
representan el 35% del peso seco del OM, el resto
es celulosa y lignina.(1) La cantidad generada de
rastrojo y olote de maíz en México es de 25,500,000
t/año(2).
Objetivo: Obtener xilosa a partir de la hemicelulosa
del olote de maíz, para su conversión en xilitol por
conversión biotecnológica con Candida tropicalis,
Candida guillermondii y Debaryomyces hansenii.
Metodología
El olote es sometido a un tratamiento alcalino con
NaOH, a 50 °C por 4 hrs, lo que produce un
hinchamiento de la biomasa (3). Altera la estructura
de la lignina aumentando la accesabilidad de
enzimas a la celulosa y hemicelulosa. (4) (Vishnu
Menon, 2012). La hemicelulosa obtenida es
precipitada con CH3COOH y etanol para
posteriormente ser utilizada como sustrato por las
levaduras seleccionadas para la bioconversión a
xilitol. El modelo experimental para las
fermentaciones será Box Wilson y los resultados se
cuantificaran por medio de HPLC.
Resultados
Se obtuvo un rendimiento del 34% en la extracción
de la hemicelulosa. En la adaptación de las
levaduras a hemicelulosas de olote.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
INFLUENCIA DE NANOPARTÍCULAS DE Fe0 SOBRE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE LODOS RESIDUALES
Alfredo Córdova; Cristian Carrera; Alejandro Zepeda; Juan Ruiz.
1Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán. Campus de Ciencias Exactas e Ingenierías, Periférico Norte, Km. 33.5, Tablaje Catastral 13615, Col. Chuburná de Hidalgo Inn, C.P. 97203,
Mérida, Yucatán, México. ([email protected]).
Palabras clave: bioenergía; nanotecnología; hierro cero valente.
Introducción. Una opción para la generación de
bioenergía es la biomasa residual. Entre los residuos que
más se generan y se pueden aprovechar para producir
biogás, están los lodos activados residuales (LAR), los
cuales son residuos contaminantes y peligrosos por lo que
deben ser tratados adecuadamente para prevenir riesgos
ambientales. La digestión anaerobia (DA) es la tecnología
más utilizada para estabilizar residuos orgánicos, ya que
produce biogás y biosólidos con potencial uso en
actividades agrícolas [1]. La producción de energía a partir
de biogás es una realidad. Actualmente, Alemania
produce más de la mitad del biogás de toda Europa y es
la nación de mayor producción de energía por biomasa.
México está distante de conseguir las metas de energía
por fuentes renovables y la DA es una alternativa que va
en crecimiento. El método de tratamiento de lodos más
utilizado es la DA; sin embargo, existen limitantes pues
sólo el 40-50% de la fracción orgánica es convertida a
metano (CH4). Diversos aditivos están siendo empleados
para mejorar el proceso. Estudios indican que ciertos
metales juegan un rol importante en el proceso, así como
en el crecimiento y actividad de metanógenos [2, 3]. Se ha
encontrado que el Ni, Co y Fe son cofactores de diversas
enzimas involucradas en la metanogénesis [4, 5].
Considerando lo anterior, el objetivo del presente trabajo
fue evaluar los efectos de las NP´s de Fe0 sobre la DA de
LAR, como una alternativa para mejorar el bioproceso. Metodología. Los efectos en la DA se evaluaron con pruebas de potencial bioquímico de metano (BMP) de 65 d en condiciones mesofílicas. Se emplearon reactores de 2L (Bioprocess Control®) y relación de 2gSV de inóculo
por gSV de lodo. Se adicionaron NP´s de Fe0 en diferentes dosis (3-20mg/gSV). El biogás producido se cuantificó por desplazamiento de agua. Las muestras de LAR fueron recolectadas de una planta de tratamiento en Mérida y concentrado al 3% de sólidos totales (ST). Los ST y SV se cuantificaron de acuerdo a los métodos 2540B y 2540E del Standard Methods. Las NP´s fueron adquiridas de SkySpring Nanomaterials, Inc. (0915SJ, 99.9%, 25nm) y se manipularon bajo atmósfera inerte (LABCONCO- 5220121). La DA se monitoreó midiendo el biogás y pH. Para determinar los rendimientos de biogás (mL/gSV) y remoción de materia orgánica (SV), se cuantificó el
contenido de SV final. Los resultados fueron analizados con GraphPadPrism® para determinar los parámetros cinéticos con el modelo de Gompertz modificado. Se calcularon los rendimientos de biogás y remoción de SV. Resultados. Después de 65 d de DA, la dosis que generó mayor producción de biogás fue 11mg/gSV (10.74L, 636mL/gSV), 5.6 veces más que con lodo crudo (1.6L, 96mL/gSV). Los datos experimentales de biogás presentaron un buen ajuste al modelo de Gompertz
(r2>0.91), excepto la dosis de 11mg/gSV (Fig. 1). La mayor dosis (20mg/gSV) inhibió el proceso. La remoción máxima de SV fue 23.8% y aumentó linealmente con la dosis aplicada excepto con la mayor.
1 2 0 0 0
1 0 0 0 0
8 0 0 0
6 0 0 0
4 0 0 0
2 0 0 0
0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5
T i e m p o d e d ig e s t i ó n ( d í a s )
Fig. 1. Efecto de nanopartículas de Fe0 sobre la producción de biogás.
Conclusiones. La adición de nanopartículas de Fe0 en la
DA de lodos activados residuales (3-11mg/gSV) mejora el comportamiento del proceso en términos de producción de biogás y remoción de SV. Se recomiendan más estudios para determinar el mecanismo por el cual actúan las NP´s y pruebas en semicontinuo para evaluar estabilidad a largos períodos y cargas orgánicas. Agradecimiento. Al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología, por su apoyo económico en la realización de este trabajo (No. de apoyo: 429358). Bibliografía. [1]. Demirel, B. (2016). Process Biochemistry. 51 (2), 308-313. [2]. Juntupally, S., Begum, S., Allu, S.K., Nakkasunchi, S., Madugula, M.,
Anupoju, G.R. (2017). Bioresource Technology. 238, 290-295. [3]. Ganzoury, M., Allam, N. (2015). Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 50, 1392-1404. [4]. Qiang, H., Lang, D., Li, Y. (2012). Bioresourse Technology. 103, 21-
27. [5]. Zhen, G., Lu, X., Li, Y., Liu, Y., Zhao, Y. (2015). Chemical
Engineering Journal. 263, 461-470.
7 m g F e ° / g S V 2 0 m g F e ° / g S V
5 m g F e ° / g S V 1 1 m g F e ° / g S V
3 m g F e ° / g S V 9 m g F e ° / g S V
C r u d o , s in F e °
B io
g á
s a c
u m
u la d
o ( m
L )
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
DILUCIDACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS EN EL PROCESO DE
HIDRODESOXIGENACIÓN DE ACEITES VEGETALES.
Diego Valencia1, Isidoro García-Cruz
1, Víctor Hugo Uc, Luis Felipe Ramírez-Verduzco
1, Myriam A. Amezcua-Allieri
1,
Jorge Aburto1, 1. Dirección de Investigación en Transformación de Hidrocarburos, Instituto Mexicano del Petróleo, Eje
Central Lázaro Cárdenas 152, Col. San Bartolo Atepehuacan, C.P. 07730, Mexico City, Mexico, 2. CBI, Universidad
Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Mexico City, C.P. 02200,
Mexico. Correo electrónico: [email protected].
Palabras clave: Biomasa, DFT, HDO.
Introducción. La producción de combustibles verdes está motivada por el declive en la extracción y procesamiento de los combustibles fósiles y la necesidad de implementar prácticas cada día más amigables con el medio ambiente. La producción de estos combustibles depende en gran medida de la fuente de los mismos. Hay diversas fuentes tales como materiales de desecho, productos del bosque, biomasa, etc.
1 De las fuentes anteriores, utilizar
biomasa proveniente de aceites vegetales no comestibles es la más viable ya que no compromete a los alimentos para su producción. Por otro lado, el uso directo de los biocombustibles como gasolina o diésel es imposible debido a su gran acidez, gran contenido de compuestos oxigenados y contenido de agua. Para la eliminación del oxígeno presente en la biomasa se emplea el proceso de hidrodesoxigenación (HDO).
2
Metodología. Se estudiaron los ácidos grados más representativos que forman los triacilglicéridos. Fueron desde el C8 al C18, para éste último con algunas insaturaciones. Las geometrías fueron optimizadas por medio de DFT utilizando el funcional M06-2X con el conjunto de funciones base 6-31+G(d,p). Se calcularon los valores estándar de ΔH y ΔG para las reacciones más representativas. También se calcularon estas propiedades como función de la presión y la temperatura en el intervalo de reacción de HDO.
Resultados. Las reacciones más representativas de
los ácidos grasos en HDO se muestran en la Fig. 1.
Los valores calculados de ΔH0 y ΔG
0 varían por la
reacción, pero casi se mantienen constantes sin importar el tamaño de la cadena alquílica de los ácidos grasos. El valor de ΔH
0 para R3 está alrededor de -123
kJ/mol, mientras que para R4 el valor de entalpía es endotérmico alrededor de 49 kJ/mol. La reacción de hidrogenación de algunos triacilglicéridos también se estudió por medio de cálculos teóricos. La reacción total se muestra en la Fig. 2.
Fig. 2. Reacción global de hidrogenación de un triacilglicérido.
Los valores de las funciones termodinámicas para la reacción de hidrogenación de la Fig. 2 se muestran en la Tabla 1. Similar a las reacciones de los ácidos grasos, los valores de las propiedades termodinámicas, no varían significativamente por el tamaño ni la simetría de las moléculas.
Tabla 1. Energía de reacción de hidrogenación de triacilglicéridos selectos.
-1
(R1)
(R2)
(R3)
(R4)
(R5)
Fig. 1. Reacciones representativas de los ácidos grasos en HDO. R1-R3 hidrogenación, R4 descarbonilación y R5 descarboxilación.
Las energías de reacción de los triacilglicéridos para formar ácidos grasos son mucho más grandes que las energías para la HDO de los ácidos grasos. Estos resultados tienen coherencia con la mayor reactividad de los triacilglicéridos comparada con la de los ácidos grasos en presencia de H2. Además de las propiedades termodinámicas en condiciones estándar, se calcularon sus valores como función de la presión y la temperatura. El comportamiento depende en gran medida de la
Triacilglicérido Energía de reacción (kJmol ) ΔHr
0 ΔGr
0
Tricaprilina -283.7 -344.2
Tricaprina -283.6 -340.1
Trilaurina -285.4 -347.3
Trimiristina -286.0 -345.5
Tripalmitina -284.4 -346.6
Triestearina -286.0 -351.6
C14-C16-C18 -284.5 -342.9
reacción en estudio. Estos resultados podrían ser de gran ayuda para la mejor comprensión de la distribución de productos y selectividad de estas moléculas en condiciones de HDO a diferentes valores de presión y temperatura. El esquema de reacción de los triacilglicéridos se estableció por medio de cálculos teóricos. Los valores de ΔH
0 y ΔG
0 para cada etapa permiten comprender
de mejor manera la reducción de los grupos carbonilos y la ruptura de enlaces C-O y C-C dentro de estas biomoléculas. Este conocimiento es relevante para la mejor comprensión del procesamiento de biomasa en la producción de combustibles verdes.
Conclusiones. Se obtuvieron valores de energía de reacción consistentes de los de los ácidos grasos y triacilglicéridos en el proceso de HDO, por medio de cálculos teóricos. Estos valores permiten comprender mejor la reactividad de estas moléculas por el tamaño de la cadena alquílica, así como por las condiciones de reacción. Se estableció un esquema de reacción para los triacilglicéridos, que sería muy complicado por métodos experimentales.
Agradecimiento. Proyecto Y.61023 CEMIE BIO
Clúster bioturbosina (Instituto Mexicano del Petróleo), y Laboratorio de Visualización y Cómputo Paralelo ( UAM–I).
Bibliografía.
1. Huber, G.W., Corma, A. (2007). Angew. Chem. Int. Ed.. 46: 7184-
7201.
2. Furimsky, E. (2013). Catal. Today, 217:13-56.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
ENERGÍA A PARTIR DE BIOGÁS EN GRANJAS PORCINAS: CASO DE ESTUDIO EN MÉXICO
Martha Elena Ramírez Islas1, Mario Antonio Cobos Peralta
2, Fabiola Sagrario Sosa Rodríguez
3
1Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, Programa de Energía y Medio Ambiente, Ciudad de México,
09340. 2Colegio de Posgraduados Campus Montecillos, Programa de Ganadería,Texcoco Edo.Mex. 56230.
3Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, Departamento de Economía, Ciudad de México, 02200.
Palabras clave: estiercol porcino, biogas, digestión anaerobia.
Introducción. Existen diferentes tipos de tecnologías
para el tratamiento de las excretas de animales, la
biodigestión anaerobia es una tecnología ampliamente
conocida desde los años 70‘s, pero su aplicación fue
promovida a partir del Protocolo de Kyoto con el
surgimiento del concepto de ―Mercado de Carbono‖ en
respuesta a la preocupación mundial por el tema del
cambio climático. Actualmente la digestión anaerobia
es la opción tecnológica utilizada para la generación de
energías limpias a partir de estiércol (1). Existen
diferentes tipos o diseños de digestores anaerobios
(2,3,4), en países en vías de desarrollo como México
las lagunas anaerobias siguen siendo el principal tipo
de digestor utilizado para tratar las excretas (5).
El objetivo del presente trabajo es evaluar, mediante
un caso de estudio, las condiciones actuales de la
generación de energía eléctrica a partir de la
producción de biogás en una Granja Porcina en
México.
Metodología. La Granja Porcina de estudio se ubica
en el Estado de Puebla. El proceso está integrado por
el tratamiento de las excretas por digestión anaerobia
(DA) y compostaje, así como el tratamiento aerobio de
efluentes líquidos. La caracterización del proceso se
realizó mediante el monitoreo en campo del pH,
potencial REDOX y oxígeno disuelto. Se realizó el
balance de materia mediante la evaluación de los
parámetros de humedad, solidos totales (ST), sólidos
volátiles totales (SVT) y demanda química de oxígeno
(DQO). La producción de biogás se determinó por el
consumo de energía eléctrica y su composición por
cromatografía de gases.
Resultados. La granja tiene una producción de
excretas de cerdo estimada en 9 toneladas diarias con
una humedad del 80% y un contenido de materia
orgánica del 81% (base ST), proveniente de 5000
cabezas de cerdo en promedio. El 57% de la materia
orgánica de las excretas de cerdo que se genera en
los criaderos son tratadas por digestión anaerobia y el
43% por compostaje. Los biodigestores presentaron
una carga orgánica promedio de 0.16 kgSVT/m3.día
(0.05-0.26 kgSVT/m3.día), la cual es adecuada para
lagunas anaerobias (0.06 a 0.08 kgSVT/ m3.día) (2). El
proceso de DA tiene una eficiencia promedio de
remoción de materia orgánica del 61% para la
producción de biogás. De la materia orgánica no
removida el 5% forma parte del efluente líquido y el
34% del digestato.
El proceso de DA muestra una eficiencia de
producción de biogás de 0.66-0.88 m3biogás/kgSVT.
En la figura 1 se observa la generación mensual de
energía eléctrica a partir de la producción de biogás
durante los años 2015 y 2016. Durante el año 2015 se
observa una relación directa con la temperatura
ambiente promedio, en los meses con temperaturas
mayores a 16ºC se registró una producción de energía
mayor a 18,000 kWh, en tanto que en los meses frios
se registran valores menores a 14,000 kWh. En el año
2016 se presentaron problemas de operación en los
motogeneradores registrando menor producción de
energía. El proceso de compostaje presentó una
eficiencia de remoción de materia orgánica del 74%,
con una producción de composta de 7.5 toneladas a la
semana.
Fig. 1. Generación mensual de energía eléctrica a partir de biogas producido por el tratamiento de excretas de cerdo durante los años
2015-2016
Conclusiones. El tratamiento de las excretas de cerdo
son tratadas por digestión anaerobia y compostaje
para su aprovechamiento integral generando energía,
composta y agua tratada. Una granja con 5000
cabezas de cerdo mostró una producción mensual
promedio de energía eléctrica de 19,654 kWh (2015).
Bibliografía. 1. Hristov, A.N., y colaboradores. (2013). Editado por Pierre J.
Gerber, Benjamin Henderson y Harinder P.S. Makkar. Producción y
Sanidad Animal FAO Documento No. 177. FAO, Roma, Italia
2. Safley L. y P. W. Westerman. (1988). Biological Wastes, 23:181-
193.
3. Do Amaral A.C., Airton K., Steinmetz R., Cantelli F., Scussiato L.,
Karin C. (2014). Eng. Agríc., Jaboticabal, 34 (3):567-576.
4. Chae K.J., S.K. Yim, K.H. Choi, W.K. Park, y D.K. Lim. Reference
Code: DAAL-084.
5. FIRCO-SAGARPA (2011). Documento oficial
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
PRODUCCIÓN CONTINUA DE BIOHIDRÓGENO A PARTIR DE VINAZAS VITIVINÍCOLAS EN
REACTORES DE BIOPELÍCULA CON LECHO ESTRUCTURADO
Carolina Mejía Saucedo, Germán Buitrón, Julián Carrillo-Reyes
Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas. Unidad Académica Juriquilla, Instituto de Ingeniería, UNAM, Campus Juriquilla, Blvd. Juriquilla 3001, 76230 Querétaro, México.
Contacto: [email protected]
Palabras clave: fermentación oscura, biocombustibles, residuos orgánicos
Introducción. La estabilidad en la producción de H2 se
ha visto afectada en los reactores de lecho empacado
(1–3),donde con frecuencia, se presentan caídas
dramáticas en la producción. Dicho problema se ha
asociado al exceso de biomasa acumulado en los
soportes, lo cual provoca un cambio en las rutas
metabólicas de los microrganismo (2). Las alternativas
de solución es este problema proponen estrategias para
controlar el crecimiento de la biopelícula mediante
purgas efectuadas en el reactor (1).
El objetivo de este trabajo es proponer una metodología
de operación para la producción de H2 en un reactor de
lecho estructurado alimentado con vinazas vitivinícolas,
utilizando estrategias para impedir la acumulación
excesiva de biomasa dentro del reactor.
Metodología. Se utilizan dos reactores de acrílico de
1.4 L de volumen útil, con tubos de PVC de 1.2 cm de
diámetro como soporte. Dichos reactores se llenaron
con vinaza (pH ajustado a 5.5) y se inocularon con lodo
anaerobio tratado (105 °C por 24 h).
La operación de ambos reactores inició en lote y
posterior se pasaron a modo continuo, con recirculación
de 2 m/h y manteniendo una temperatura de 35° C.
Cuando la producción de H2 se ha visto disminuida, se
realizan purgas totales del medio y los soportes ya con
biopelícula se introducen en medio nuevo para retomar
la producción. La operación se ha dividido en 4
periodos: 1° periodo de colonización de biopelícula de
18 días y al finalizar se efectuó la primera purga. El 2°
periodo de maduración de biopelícula duró 15 días y al
término se aplicó la segunda purga. Los períodos 3 y 4
duraron 4 días, donde la tercera purga se realizó entre
estos dos periodos. El TRH se mantuvo en 4 h hasta el
3° periodo y a partir del 4° se cambió a 5.5 h.
Resultados. En la Tabla 1 se muestran los resultados
promedio de la velocidad volumétrica de producción de
hidrógeno (VVPH) y el rendimiento (Yx/s) obtenidos
durante la operación de los dos reactores (R1 y R2).
Tabla 1. Parámetros operacionales de los dos reactores obtenidos
durante los 4 periodos de operación.
Reactor Periodo Yx/s
(mLH2/gCarbohidrato) VVPH (mLH2/Lreactor-d)
R1
1° 2° 3° 4°
4 ± 11 2 ± 2
188 ± 199 94 ± 193
113 ± 260 28 ± 38
692 ± 460 200 ± 273
R2
1° 2° 3° 4°
4 ± 10 1 ± 1
98 ± 160 98 ± 132
37 ± 74 17 ± 21
334 ± 358 236 ± 228
El 3° periodo presenta los valores más altos tanto para R1 como para R2, mientras que el 2°, los más bajos.
Conclusiones. Durante los periodos de colonización y
maduración de la biopelícula se obtuvieron Yx/s y VVPH
bajos en ambos reactores, sin embargo en este tiempo
se logró seleccionar y aclimatar a los microorganismos
adecuados para la producción de hidrógeno, los cuales
no se han visto afectados al ser retirados del reactor
para realizar las purgas de medio. La estrategia de
operación ha tenido un efecto positivo en la
productividad de hidrógeno, donde los valores de
producción se han visto beneficiados cuando los
periodos de operación han sido menores y las purgas
se aplican con más frecuencia.
Agradecimientos. Se agradece el apoyo financiero
otorgado por el Fondo de Sustentabilidad Energética
SENER - CONACYT (México), a través del proyecto
247006 del Clúster Biocombustibles Gaseosos y
CONACYT 255537.
Bibliografía.
1. Fuess, L. T., Mazine Kiyuna, L. S., Garcia, M. L. & Zaiat, M. (2016). Int. J. Hydrogen Energy. 41: 8132–8145.
2. Fontes Lima, D. M. & Zaiat, M. (2012). Int. J. Hydrogen Energy. 37: 9630–9635.
3. Peixoto, G., Saavedra, N. K., Varesche, M. B. A. & Zaiat, M. (2011). Int. J. Hydrogen Energy. 36: 8953–8966.
IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMÁTICA DE BIOENERGÍA XIII REUNIÓN NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE BIOENERGÍA
SÚPER SORGO: CARACTERIZACIÓN LIGNOCELULOSICA PARA EVALUAR EL
RENDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
Rodríguez Jaime Francisco Javier, Castro Montoya Agustín Jaime, Vargas Tah Ana Alejandra. División de Estudios
de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, General
Francisco J. Múgica s/n Felicitas del Río, Morelia, Michoacán, 58030, MÉXICO. [email protected].
Palabras clave: súper sorgo, material lignocelulósico, caracterización.
Introducción. En la actualidad el etanol ha adquirido un gran valor por la posibilidad de poder usarlo como combustible, ya sea mezclado con gasolina o empleándolo directamente [1]. El súper sorgo (SS) es un insumo que SAGARPA e INIFAP están incentivando para cultivarse en México con el fin de obtener alimento para ganado y producción de etanol. Una ventaja adicional que tiene éste cultivo, es que se puede cosechar cada 3.5 o 4 meses, en comparación con otros cultivos (caña de azúcar 11 a 17 meses) [2]. A la fecha, México no cuenta con estudios que muestren el potencial del SS como insumo para la producción de biocombustibles. En el presente trabajo se caracterizó el material lignocelulósico del SS y el jugo de sus cañas, para evaluar su potencial para la producción de biocombustibles.
Metodología. El súper sorgo fue segado de un campo experimental en Salvatierra, Gto. Cada una de sus partes (hojas, tallos y espiga) fueron separadas para determinar su composición porcentual en la planta. El jugo de los tallos fue extraído y sus azúcares fueron cuantificados por cromatografía de líquidos (HPLC). El material lignocelulósico de cada una de sus partes primeramente fue secado a temperatura ambiente y posteriormente el material fue caracterizado mediante protocolos del NREL [3], para determinar el contenido de humedad, cenizas, lignina y carbohidratos estructurales. Todos los experimentos fueron realizados por triplicado.
Resultados. Los porcentajes de cada componte se
presentan en la tabla 1, donde se observa que las hojas y los tallos se encuentran aproximadamente en la misma proporción.
Tabla 1. Componentes del súper sorgo en base seca (composición porcentual).
La composición de azúcares en los jugos se muestra que el 61% corresponde a Sacarosa, 24% a Glucosa y 15% a Fructosa (Tabla 2). Debido al alto contenido de disacáridos, el jugo podría fermentarse con una levadura para la producción de etanol.
Tabla 2. Caracterización de jugos.
Componente Sacarosa Glucosa Fructosa
Concentración (g/L)
45.708 18.038 11.439
La caracterización lignocelulósica del material mostró que el tallo es la parte de la planta que muestra la mayor disponibilidad de azúcares (61. 6 %), seguido de la espiga y las hojas, con 47 % y 31.68 % respectivamente. Debido al contenido de azúcares estructurales que tiene el material lignocelulósico del SS, éste puede ser empleado en la producción de biocombustibles de segunda generación.
Tabla 3. Caracterización del material lignocelulósico.
Composición (%) Espiga Hojas Tallos
Humedad 17.248 8.416 6.685
Glucanos 37.376 21.915 45.075
Xilanos 6.227 7.795 14.613
Arabinanos 3.612 1.974 1.965
Lignina 18.251 31.132 21.19
Cenizas 4.157 18.67 3.66
Conclusiones. Los resultados mostrados indican que el material lignocelulósico del SS tiene una elevada disponibilidad de azúcares fermentables, al igual que el jugo, por lo que podría empelarse para la producción de biocombustibles ó químicos de origen renovable.
Agradecimiento.
A CONACYT, por la beca recibida para llevar a cabo
éste proyecto durante los estudios de maestría.
Bibliografía. 1. Dra. C. María Teresa Hernández Nodarse, 2007. Tendencias actuales en la producción de bioetanol. Universidad Rafael Landívar, Guatemala. 2. Bueno, G., Cordovez, M. & Delgado, G., (2009). Sorgo dulce: sus potencialidades productivas. ICIDCA. 3. Sluiter A., Hames B., Ruiz R., Scarlata C., Sluiter J., Templeton D., Crocker D. (2012). Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. NREL.
% Espiga % Hojas % Tallos
19.3 39.1 41.6
