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OPORTUNIDADES DE LA BIOENERGÍATransición Energética y Oportunidades en
el Sureste Mexicano
Alfredo Martínez JiménezDpto. Ingeniería Celular y Biocatálisis
Instituto de Biotecnología – UNAM
[email protected]://pbr322.ibt.unam.mx/~alfredo/
Tabasco: 26 Marzo, 2009
UJAT, AMC, UNAMGobierno Edo. Tabasco
Esquema de la presentación
Factores que Impulsan la Introducción de Biocombustibles de Segunda GeneraciónEstado del Arte en la Producción de Bio-Etanol (Bio-Diesel)La necesidad de Bio-Combustibles de Segunda GeneraciónOtos BiocombustiblesLactatos y Plásticos Bio-DegradablesBio-Refinería
El Petróleo en México y los Combustibles FósilesAcumulación de CO2
Cambio ClimáticoCalentamiento Global del Planeta
El PetróleoAgotamientoIncrementos en Precios Contaminación - DerramesEmisionesDependencia EconómicaEnergética Nacional
(Automóviles, transporte de carga,E. Eléctrica domestica e Ind)
Energías renovables
EólicaHidráulica
MaremotrizGeotérmica
NuclearSolar
= Electricidad
Biomasa:Combustibles líquidos y
Gaseosos y sólidosTransporte - IndustriaProductos Refinerías
+Acumulación de ProductosNO Biodegradables
2020, SENER, SHCP, Presidencia: 2015
Martínez et al. 2006
Factores que Impulsan la Introducción de Biocombustibles
CEPAL - GTZ 2008
BioEtanolBioDiesel
Vision 20 years• Given that in 20 years the main form of
transportation fuel will still be liquid fuel, the technological vision for 2020-30 is that bio-fuels will evolve to those that will integrate seamlessly into current transportation refining to end use fuel systems: Bio-ethanol, bio-diesel and other liquid and gaseous bio-fuels need to be produced
• Look for solutions: Biotechnology
SENER, Marzo 2008
Tecnologías MadurasProducción de Etanol Carburante
Azúcar de Caña + Levaduras Etanol
En Brasil: 30 años de experienciaMás de 50 millones litros/día
En EUA: 20 años de experiencia2008: Más que Brasil
Almidón de Maíz + Amilasas GlucosaGlucosa + Levaduras Etanol
China, India, Colombia
Caso México y otos Países: Etanol Carburante
Sustrato Costo Costo Prod. Et-OHdebido al Sustrato
(pesos/kg) pesos/L
Glucosa 8-11.0Sacarosa 8-11.0
Costo Gasolina8 - 10 pesos/L
Buscar Alternativas Biotecnológicas
Glucosa 2 Etanol + 2 CO2Sacarosa 4 Etanol + 4 CO2
Rendimiento Teórico: 0.51gETANOL / g(GLC o SAC)
0.64 LEtOH/kg
Maíz: Importaciones 18 millones tonExcedentes sacarosa: Mercado – Alimentos – Costos - Tierra
2da Generación de Biocombustibles
Producción sustentable
BioBioBio---CombustibleCombustibleCombustible
AzAzAzúúúcarescarescaresAlmidAlmidAlmidóóónnn
LignocelulosaLignocelulosaLignocelulosa Bio-Transformación
Hidrólisis
COCOCO222
AzAzAzúúúcarescarescares
CombustiónFijación de CO2 y Energía
Ciclo Artificial
CO2
Nitrógeno
Producción de lignocelulosa, acondicionamiento e hidrólisis, construcción de microorganismos que conviertan eficientemente
azúcares en bio-combustibles, eficiencia energética en la purificación de combustibles, reducción de emisiones nocivas, reciclamiento de
CO2.
Martínez et al. 2006
MÉXICO• Ley de Promoción y Desarrollo de los
Bioenergéticos de 1º febrero de 2008. Ley reglamentaria de los artículos 25 y 27, fracción XX de la Constitución Federal. Establece incentivos para la promoción y desarrollo de los bioenergéticos.
• PEMEX debe cumplir con la norma NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI-2005, que establece que la gasolina de las Zonas Metropolitanas del Valle de México, Guadalajara y Monterrey deben contener 2,7 % de oxígeno (en peso). Esto puede lograrse mezclando 11% de MTBE (en volumen), o 7.7% (en volumen) de etanol anhídrido.
• SENER anunció( Mayo 2008) un programa para la substitución del MTBE por etanol (6% en la gasolina), a ser iniciado en 2010.
• Se espera el Decreto Regulatorio para la Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos, para diciembre 2008.
Oportunidades Desarrollo I C y T e iBiofertilización y fijación de energía. Cultivos energéticos y pastos de
crecimiento rápido. Acondicionamiento e hidrólisis de residuos agroindustriales. Microorganismos que conviertan eficientemente
azúcares en bio-combustibles. Eficiencia Energética. Análisis de Emisiones. Aspectos políticos, rurales, ambientales y sociales.
BioBioBio---CombustibleCombustibleCombustible
AzAzAzúúúcarescarescaresAlmidAlmidAlmidóóónnn
LignocelulosaLignocelulosaLignocelulosa Bio-Transformación
Hidrólisis
COCOCO222
AzAzAzúúúcarescarescares
CombustiónFijación de CO2 y Energía Ciclo
Artificial CO2
PurificaciónFertilizantesBiológicosBacterianos
TabascoBiomasa:
SolAguaTierra
Residuo AgroindustrialLignocelulosa
Hidrólisis de hemicelulosa
Hidrólisis enzimáticay fermentación
Fermentación(pentosas)
Destilación
Deshidratación
Combustible paraproducir energía
para la planta(Vapor y Electricidad)
Microorganismosmodificados
para producir etanol
Jarabe deHemicelulosa
CO2CO2
SólidosLignina
Celulosa yLignina
Celulasas
Etanol diluido (>40 g/L)
Etanol 95%
Etanol 100%
Detoxificación
Esquema del Proceso
Martínez et al. 2006
Potencial de Producción con Caña
• Jugos 75 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 7,500 LETOH/ha• Bagazo (300 kg/Ton, 50% humedad)• 55 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 5,500 LETOH/ha
• Jugos + Bagazo• 130 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 13,000 LETOH/ha
• Rastrojo (300 kg/Ton, ~20% humedad)• 70 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 7,000 LETOH/ha• Uso Integral de Caña de Azúcar: • ~ 20,000 L de Etanol por Ha
$
Aserrín yViruta
Pastos de crecimientorápido
Rastrojo de maíz
Bagazos:De cañaDe Agave
Desechos Bosques
Papel
Fuentes de materia prima
Science Feb. 2007
~ 7,300 L/ha ~ 6,000 L/ha
Production Cost and Energy Balance
Science 2007
Investigación sobre Biocombustibles en Estados Unidos
• Estados Unidos ha invertido 12 mil millones de dólares desde 2001 en el desarrollo de varias tecnologías de combustibles alternativos
• Durante los pasados 5 años, el USDA otorgó$900 millones en apoyo a biocombustibles
• Política de apoyo a tecnologías para diversificar el suministro de energía
• Ley Agrícola de Estados Unidos (propuesta) -$1,600 millones en 10 años para nuevas tecnologías
USDA Marzo 2007
Technological goals1. Many opportunities remains to optimize ethanologenic biocatalyst2. Raw materials (lignocellulose) is different for each country or
region. So process development is case specific.3. Thermochemical (pre-treatments and distillation) need to be
energy efficient4. Enzymatic hydrolysis of cellulose needs to be optimized
Wyman. Trends in Biotechnol. 2007.
My vision:Politics are very important. Biomass production is
fundamental. We need to avoid competence with food and feed, and take care of land usage. Sustainable methodologies are essential for all the chain process.
BUT DEVELOPING COUNTRIES ALSO CAN DEVELOP THEIR OWN TECHNOLOGIES, WE DO NOT NEED TO WAIT FOR THE BIG COMPANIES TO DEVELOP THEM AND LATER DEPEND ON THEM. BIOTECHNOLOGY IS FUNDAMENTAL FOR THIS TECHNOLOGIES.
Alfredo Martínez 2006
Bioethanol & Enzyme Market
3raGeneración
3raGeneración
LignocelulosaBio-Etanol
Bio-Butanol
OleaginosasNO
comestiblesBiodiesel
PetróleoGasolina
DieselGas LP
AlmidónSacarosa
Bio-EtanolAceites de
PlantasBio-DieselDesechosOrgánicos
MetanoLeña
CO2Algas y
CianobacteriasH2 Fotobiológico
Bio-DieselBio-Petróleo
Bio-TurbosinaDesechos orgánicos
Celdas de combustiblebacterianas
Bio-electricidad
1raGeneración
1raGeneración
FósilesFósiles
2daGeneración
2daGeneración
Flex-Fuel Vehicles
2da y 3ra Generación
University of MinnesotaBiofuels Databasehttp://www.biofuelsdatabase.org/Lawrence P. Wackett
BUTANOL
ALCANOSALQUENOS
2da Generación DIESEL-MICROBIANO
3ra Generación: Aceites a Partir de Algas
• Algas + Luz Solar + CO2 + Minerales (Agua de Mar) Masa Celular (Proteínas + Carbohidratos) + lípidos (Bio-Diesel)
Limitación de NutrientesLimitación de NitrógenoAcumulación de Lípidos
Garibay-Hernández, REMBIO 2008
Potencial
3215
8
Producción estimada de biodiesel considerando los parámetros lipídicos máximos derivados del presente estudio. Se considera un sistema de producción de estanque abierto de 1 ha de superficie y 20 cm de altura, 80% TAGs, 80% de eficiencia de trans-esterificación, producción durante el 90% del año y densidad del biodiesel de 0.864 kg/L:
24,000 L BIODIESEL/Ha/año0.4% Superficie del PaísAlimentando airePRODUCCIÓN: Tons/ha/año
Volteamos la Tortilla (¿En Tabasco?)
CH2OH
OH
OHO
OH
OH
OH
O
OH
O
O
O
O
OO
OHHO
CH3
CH3
CH3
O
O
On
Láctico Dímero PLAGlucosa
Polímeros Renovables y Biodegradables
Potencial Biotecnológico
PentosasXilosaArabinosa
HexosasGlucosaManosaGalactosaFructosa
Acidos UrónicosGalacturonatoGlucuronato
Piruvato2-Propanol
1,2 y 13Propanodiol
Acetona EtanolButanol
Lactato
Succinato
Butirato
PropionatoAcetato
Alanina
Xilitol
Enzimas: Amilasas, Proteasas y Celulasas
Residuos Agroindustriales
HidrógenoElectricidad
• Plásticos• Polímeros• Solventes• Fenólicos• Resinas (furfural)
• Ac. grasos• Ac. orgánicos• Pigmentos• Detergentes
• Etanol• Butanol• Propanol• Metano• Bio-Diesel• Bio-Gasolina• Bio-Queroseno
• Bio-Electricidad
Integra los procesos de conversión de biomasa para obtener combustibles, electricidad y productos químicos (plásticos, resinas, intermediarios, etc.).
Base de una nueva industria cimentada en materiales biológicos biodegradables, renovables, sustentables, menos contaminantes.
BioBio--refinerrefinerííaa
Biomasa
PlataformaBioquímica
PlataformaTermoquímica
Combustibles,Productos yMaterialesQuímicos
Calor yElectricidad
Residuos
Gas
Gases
Azúcares
Tabasco Biorefinería
Combustibles BiolCombustibles Biolóógicos Renovablesgicos Renovables
BioBio--EnergEnergíías de 2da y 3ra Generacias de 2da y 3ra GeneracióónnBioBio--EnergEnergíía Sustentablea Sustentable
GraciasGracias