Caracterización química de Caracterización química de EucalyptusEucalyptus globulusglobulus yy E. E. nitensnitenspara la producción de para la producción de bioetanolbioetanol

Carolina ParraCarolina Parra, , AlexánderAlexánder Berrocal, Berrocal, Juanita Juanita FreerFreer,, Jaime Rodríguez, Jaime Rodríguez, Miguel Espinosa,Miguel Espinosa, Jaime BaezaJaime Baeza

Universidad de Concepción

Taller Internacional de Taller Internacional de BioenergíaBioenergía para un para un Desarrollo Sustentable Desarrollo Sustentable

Viña del Mar, 2004Viña del Mar, 2004

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles

ETANOL (incluye ETBE)BIODIESELBIOGAS

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles

E-5E-10E-85E-95

90% del consumo de

biocombustibles

ETANOL

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBeneficios uso Beneficios uso biocombustiblesbiocombustibles

AMBIENTALES

SEGURIDAD ENERGETICA

DESARROLLO ECONOMICO

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles

Biofuels in the Future“Although grain, sugar and oil crops to be important biomass resources the use of lignocellulosic biomass is essential in the longer terms”

“International Energy Agency Bioenergy. Annual Report 2003

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNMaterias PrimasMaterias Primas

La producción de Biomasa en el mundo es de 170 billones de ton/año.

El 70% es aportado por losbosques.

La madera es 50% celulosay 20-25 % hemicelulosa.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera

MaderaMadera

Sustancias de baja masa Sustancias de baja masa molecularmolecular

Sustancias Sustancias MacromolecularesMacromoleculares

Materia Materia OrgánicaOrgánica

Materia Materia InorgánicaInorgánica

ExtraíblesExtraíbles CenizasCenizas

LigninaLigninaPolisacáridosPolisacáridos

Celulosa Poliosas

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera

Estructura de la CelulosaEstructura de la Celulosa

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera

Hemicelulosa de madera dura

Hemicelulosa de madera blanda

Estructura Estructura de Ligninade Lignina

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNPlantaciones ForestalesPlantaciones Forestales

Fuente: INFOR 2000

Otros155.712 ha

Pino radiata1.474.773 ha

Eucalipto358.616 ha

Total: 2 millones ha

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNVentajas de usar Pino ó EucaliptoVentajas de usar Pino ó Eucalipto

MaderaBlanda

MaderaDura

Pino EucaliptoCelulosa 35-55% 40-60 %

HemicelulosaHexosasPentosas

12-15%8-10%

2-7%12-15%

Lignina 28-31 15-22%Crecimiento Lento Rápido

Fuente: Mansilla, 1991; Hills, 1982

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNEvaluación de PinoEvaluación de Pino

“Effect of tree age on variation of Pinus radiata D Don. Chemical

composition.”

J. Chil. Chem. Soc. 49, Nº 3: 251-256 (2004)

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNDistribución de Eucalipto en ChileDistribución de Eucalipto en Chile

212 1 1074 2184

42868

2869221765

129535

82063

56864

11528

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

I II III IV V VI VII VIII IX X M

Región

Supe

rfic

ie (h

a)

Arauco31%

Bio Bio33%

Concepción24%

Ñuble12%

Fuente: INFOR, CONAF, Empresas. 1998

0

2

4

6

8

10

12

20012002

20032004

20052006

20072008

20092010

20112012

20132014

20152016

20172018

Periodo (años)

Vol

umen

(mill

ones

m3 ss

c/añ

o)E. globulus E. nitens Total

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNDisponibilidad Futura de Madera de EucaliptoDisponibilidad Futura de Madera de Eucalipto

Fuente: INFOR. Informe Técnico No 151, 2000.

BIOETANOL BIOETANOL Laboratorio Recursos RenovablesLaboratorio Recursos Renovables

Evaluación Material Lignocelulosicodisponible.Definir Recurso Forestal Optimo para el ProcesoOptimización Procesos Tradicionales

PretratamientosConversión Química

EnzimáticaDesarrollo de un Proceso No Tradicional

Procesos Organosolv

OBJETIVOOBJETIVO

Determinar rendimiento biomásico de plantaciones de eucalipto y los rendimientos potenciales para la producción de bioetanol

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Simulación del crecimiento y rendimiento de los árboles.Estudio de la composición química de árboles de diferente rango de edad.Estimación de la producción de bioetanol.Proyección de la producción de bioetanol.

MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSMuestras de maderaMuestras de madera

E. globulus E. nitens1-3 -4-6 4-6

7-10 7-1011-15 11-1516-20 16-2021-25 21-2526-30 ->30 -

Rangos de edad (años)

MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSDeterminación de AzúcaresDeterminación de Azúcares

Hidrólisis con ácido Sulfúrico72% H2SO4, 30 ºC, 30 min.

2,5% H2SO4, 120ºC, 60 min.Neutralización

HPLC Columna Aminex HPX-87P

MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSSimulación del crecimiento de los árbolesSimulación del crecimiento de los árboles

Simulador de Crecimiento EUCA 2000 V3.0

Densidad inicial 1250 árboles/haSin manejo silvicultural2 zonas por especie con Indice de Sitio diferente

Volumen m3 ssc/ha

Etanol (L/t) = Azucares (%) * ph * pe * pt * pg * pl* (0,01)

MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSEstimación Teórica de la Producción de EtanolEstimación Teórica de la Producción de Etanol

Fuente: U.S. Department of Energy, 2003

Azúcares = Sumatoria de hexosas ó pentosas anhidras;

ph = 1,11 lb hexosas/1 lb azúcar polimérico ó1,136 lb pentosas/1 lb azúcar polimérico;

pe = 0,51 lb etanol/1 lb hexosas;pt = 2000 lb etanol/1 tonelada de hexosas; pg = 1 gal etanol/6,55 lb de etanol; pl = 1 litro etanol/0,26gal; L = litros; t = tonelada de materia seca.

Rendimiento (L/ha) = Ethex * Db * V * 0,001

MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSRendimiento Teórico de la Producción de EtanolRendimiento Teórico de la Producción de Etanol

Fuente: U.S. Department of Energy, 2003

Ethex = Cantidad de etanol que se produce por tonelada de materia seca a partir de las hexosas

Db = Densidad básica de la maderaV = Volumen de madera que se produce por hectárea (m3

sólidos sin corteza/ha).

RESULTADOS Y DISCUSIÓNRESULTADOS Y DISCUSIÓN

RESULTADOS Y DISCUSIÓNRESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para determinar la edad óptima de una plantación, con una mayor producción de Bioetanol se debe relacionar la productividad del bosque a diferentes edades con la cantidad de azúcares presentes a cada edad.

GLUCOSA % b.s. XILOSA % b.s.Rango edad

(años) E. globulus E. nitens E. globulus E. nitens1-3 44,9 - 16,2 -4-6 47,9 42,2 15,2 17,0

7-10 48,5 43,2 15,0 16,1

11-15 50,2 49,3 15,7 14,9

16-20 53,2 46,4 13,0 15,1

21-25 53,2 45,0 14,3 15,7

26-30 55,9 - 13,6 ->30 55,0 - 13,4 -

COMPOSICIÓN QUÍMICACOMPOSICIÓN QUÍMICAAzúcares Azúcares E. E. globulusglobulus y y E. E. nitensnitens

ESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLE. E. globulusglobulus

97 91 90 94 78 87 82 80

345353336337318308302284

0

100

200

300

400

1-3 4-6 7-10 11-15 16-20 21-25 26-30 >30Edad (años)

Eta

nol (

L/to

n)

Hexosas PentosasEucalyptus globulus

ESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLE. E. nitensnitens

269 276312 297 288

102 9689 91 94

0

100

200

300

400

4-6 7-10 11-15 16-20 21-25Edad (años)

Eta

nol (

L/to

n)

Hexosas Pentosas

Eucalyptus nitens

CONCLUSIONCONCLUSIONParcialParcial

El rango de edad de máxima producción de bioetanol es de 20-25 años para E. globulus y de 11-15 añospara E. nitens. Utilizando el incremento medio de la producción de bioetanol, se determinó que la edad óptima de corta es entre los 7-10 años para ambas especies.

SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOSIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOE. E. globulusglobulus

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Edad (años)

Vol

umen

(m3 ss

c/ha

)

Valle Alto Valle Bajo Costa Alto Costa Bajo

SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOSIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOE. E. nitensnitens

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Edad (años)

Vol

umen

(m3 ss

c/ha

)

Valle Alto Valle Bajo Precordillera Alto Precordillera Bajo

PROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPlantaciones de Plantaciones de E. E. nitensnitens

Eucalyptus nitens

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

4-6 7-10 11-15 16-20

Edad (años)

Etan

ol (L

/ha)

Precordillera AltaPrecordillera BajaValle AltoValle Bajo

PROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPlantaciones de Plantaciones de E. E. globulusglobulus

Eucalyptus globulus

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1-3 4-6 7-10 11-15 16-20

Edad (años)

Etan

ol (L

/ha)

Costa AltoCosta BajoValle AltoValle Bajo

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

La proyección de la producción de bioetanol en diferente sitios de la VIII Región, permitió establecer que los terrenos con indice de sitio altos son los más adecuados para obtener una mayor producción.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Para E. globulus el rango de edad óptimo es de 7-10 años para los cuatro sitios estudiados. Para E. nitens los rangos de edad varían dependiendo del sitio evaluado, suelos con indice de sitio alto el rango es de 4-6 años, y de 11-15 años para suelo con indice de sitio bajo.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Los rango de edad obtenidos, como óptimos para una mayor producción de bioetanol, indican que el tiempo de permanencia de las plantaciones deberían ser cortos. Estos tiempos podrían ser menores dependiendo del tipo de suelo que se utilice y de la densidad de la plantación.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

De acuerdo con la información obtenida sería interesante la evaluación de plantaciones de corta rotación para aumentar la biomasa y obtener mejores rendimientos.

Los autores agradecen el apoyo de

Innova-BíoBio-Abengoa (Proyecto 03-

A1-153) y Fondecyt (Proyecto

N°1040614).

AGRADECIMIENTOSAGRADECIMIENTOS

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNEstimación de la producción de etanol de Estimación de la producción de etanol de Pinus radiataPinus radiata D DonD Don

Rango Edad(años)

EtanolHexosas(L/ton ssc)

EtanolHexosas + Pentosas

(L/ton ssc)

1-3 316 3754-6 325 367

7-10 367 40711-15 380 41316-20 381 41521-25 402 42926-30 401 430>30 361 392