Expo cip bio etanol por tecnologia lignocelulosa 28.11.2012

PRODUCCION DE BIOETANOL

A PARTIR DE

«LIGNOCELULOSAS»(Fibra vegetal)

Preparado por:Ricardo Bisso Fernández

Ing. CIP. Petroquímico

Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

28-11-2012

LA BIOTECNOLOGIA EN LA SUSTENTABILIDAD

Recursos biológicos con producción de energía

YFuentes de Carbono

Renovables

http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=A1LnST3w4WQ&feature=endscreen

MENU DE EXPOSICIÓN

1) Crisis del Petróleo y Sustentabilidad

2) Demanda y Uso de Combustibles Alternos

3) Uso de Bio combustibles y Políticas

4) Biotecnología como alternativa energética

5) Lignoceluosa como Fuente de producción de ETANOL

6) Conclusiones

Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima






6) Conclusiones

MENU DE EXPOSICIÓN


http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm

Tipo de energía primaria 1973 2000 2005

Renovables y biomasa 10,6 11 10

Geotérmica, solar y eólica 0,1 0,5 0,5

Carbón 24,4 23,5 25,3

Petróleo 46,2 34,9 35

Gas natural 16 21,1 20,7

Nuclear 0,9 6,8 6,3

Hidráulica 1,8 2,3 2,2

Totales 100 100 100

Total (Millon Ton equivalente en petróleo)

6.128 9.963 11,435

Fuente: International Energy Agence,Key World Energy Statistics, 2007

Energía primaria consumida en el mundo

1. Crisis de Petróleo y Sustentabilidad


Región Producción (*) Porcentaje Reserva en años

Europa 18,7 1,8 % 7-8

Asia-Pacífico 43,8 4,2 % 15,5

Norte América 63,9 6,1 % 13,5

Ex-Unión Soviética 65,4 6,2 % 21

África 75,7 7,3 % 27,5

Centro/Sud-América 96 9,1 % 39

Oriente Medio 685,6 65,3 % 87

Total 1050 100 % 40,3

1. El consumo en 10 años se incrementará en 20 millones de barriles diarios

2. Al mismo ritmo de crecimiento, en el 2020 la demanda rondará los 115 millones de barriles diarios.

3. Se estima en que la tasa de caída anual en cuanto a producción corresponde a un 5 %.

4. Esto supone que en 10 años habrá un déficit cercano a los 60 millones de barriles diarios.

http://www.sindominio.net/singuerra/reserves_petroli.html http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm

• EEUU es el primer consumidor de petróleo (25 % del total) y ha incrementado su demanda en un 17% en la última década, mientras Europa lo hizo en un 7 %. Resaltar el incremento del 47 % en el Estado español (consumo de más de 1,5 millones de barriles diarios) que también contrasta con el de los países de la Unión.

• Cada estadounidense consume 18 veces más petróleo que un Chino. Si China consumiera en la misma proporción que los americanos necesitaría de 90 millones de barriles diarios, casi 15 millones más que toda la producción mundial diaria (según consumo por día en 2001).

Reservas de Petróleo y Déficit Futuro


Precios y Costos del Petróleo

http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm


¿Y que es lo que pretendía Kioto, después de todo? un acuerdo,alcanzado en 1997, que pretende que el mundo emita en el año2012 sólo el 95% de los gases nocivos y de efecto invernadero, queya emitía en 1990 . (Donde el principal contaminante es el CO2)

Paradoja: Kyoto y los fumadores

Zonas/países %

Estados Unidos 21,4

Europa de los 27 14,6

Japón 4,5

Rusia 5,7

China 18,8

India 4,2

Corea 1,7

Brasil 1,2

Canadá 2

México 1,4

Otros 24,4

Total 100

El reparto de las emisiones de CO2producidas por las energías fósiles en

el año 2005

Fuente: International EnergyAgence,Key World Energy Statistics,

2007

Además de la negativa de los EE.UU. a suscribir eseProtocolo (país que emite exactamente el porcentaje dela energía que consume), ahora parece que Rusia diceque tampoco lo ratificará e incluso su presidente haseñalado, con toda la crudeza del mundo, que a Rusia,de clima tan frío, le puede venir bien un calentamientoglobal de algún grado centígrado que otro.

El mayor logro “ecológico” de los últimos veinte años, ha sido el intento de poneren marcha el denominado Protocolo de Kioto.

Esto es exactamente igual, en todos los sentidos, que ladeclaración de un fumador empedernido, que hoy se fuma 100cigarrillos diarios (05 cajetillas), jura y rejura solemnemente quehará un esfuerzo serio y que en el año 2025 ya sólo fumará 95cigarrillos diarios. (El juramento hace constar que se le permitirá“comprar” humo a los que no fumen mucho y necesiten dinero).







6) Conclusiones

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2. Demanda de Combustibles Alternos

La gasolina y el diesel son todavía los combustibles reyes de lacadena de suministro, pero los combustibles alternativos estánbalanceando la escala más hacia lo verde.


Una creciente cantidad de personas cree que los combustiblesalternativos jugarán un rol más amplio en los coches y camionesdel futuro. De acuerdo con Larry West, tal interés ha sido impulsadopor tres importantes consideraciones:

� Tienen, generalmente, menos emisiones que contribuyanal smog, la contaminación del aire y el calentamientoglobal.

� La mayoría no provienen de fuentes fósiles finitas y sonsostenibles.

� Pueden ayudar a las naciones a convertirse enenergéticamente independientes.

Combustibles Alternativos

� Con esto en mente, la Ley de 1992 del Departamento de Políticas Energéticasde los EEUU, consideró ocho combustibles alternativos como notables,algunos están en uso y otros son considerados de naturaleza másexperimental:

1) Etanol 2) Gas natural3) Electricidad4) Hidrógeno5) Propano6) Biodiesel7) Metanol8) Combustibles P Serie


� Sin importar la diferenciación, los combustibles en esta lista tienen elpotencial de servir como alternativas totales o parciales a la gasolina y eldiesel.

COMBUSTIBLE DESCRIPCIÓN

1) ETANOL Una alternativa basada en alcohol al fermentar y destilar cosechas, como las de maíz, cebada o trigo. Puede ser mezclado con gasolina para incrementar los niveles de octano y mejorar la calidad de las emisiones.

2) GAS NATURAL El gas natural es un combustible que quema limpio y está disponible ampliamente en muchas partes del mundo a través de instalaciones que suministran gas natural a las casas y las empresas

3) ELETRICIDAD La electricidad puede ser usada como un combustible alternativo para los vehículos eléctricos o de celdas de combustible. Los vehículos movidos con electricidad almacenan la energía en baterías que se recargan enchufando el vehículo en una fuente convencional de electricidad. Los vehículos de celdas de combustible se mueven con electricidad que es producida a través de una reacción electroquímica, que ocurre cuando el hidrógeno y el oxígeno se combinan.

4) HIDROGENO El hidrógeno puede ser mezclado con gas natural para crear un combustible alternativo para vehículos que usen ciertos tipos de motores de combustión interna. El hidrógeno también se usa en vehículos de celdas de combustible que se mueven con electricidad producido por la reacción electroquímica cuando el hidrógeno y el oxígeno se combinan en la celda

5) PROPANO (GLP) es un subproducto del procesamiento natural del gas natural y la refinación de petróleo. Ampliamente utilizado para cocinar y calentar, el propano es también un combustible alternativo popular para vehículos

6) BIODIESEL El biodiesel es un combustible alternativo basado en grasas vegetales o animales, aún aquellas recicladas de restaurantes que las han usado para cocinar. Los motores de vehículos pueden ser convertidos a quema de biodiesel en su forma más pura, y este también puede ser mezclado con diesel y usado en motores no modificados

7) METANOL El metanol, también conocido como alcohol de madera, puede ser usado como combustible alternativo en vehículos flexibles en ese sentido, que están diseñados para usar M85, una mezcla de 85% de metanol y 15% de gasolina, pero los fabricantes no están produciendo más vehículos para ser movidos con CH3.OH

8) COMBUSTIBLES P SERIES

son una mezcla de etanol, líquidos del gas natural y metil-tetrahidrofurano, un solvente derivado de biomasa. Los combustibles P Serie son combustibles alternativos claros y de alto octanaje que puede ser usado en vehículos flexibles

8 Combustibles Alternativos


COMBUSTIBLE POSITIVO NEGATIVO

1) ETANOL Los materiales son renovables Los subsidios al etanol tienen un impacto negativo en los precios de los alimentos y su disponibilidad.

2) GAS NATURAL Camiones y coches con motores diseñados especialmente producen menos contaminación perjudicial que la gasolina o el diesel

La producción de gas natural crea metano, un gas de invernadero que es 21 veces peor que el CO2 para el calentamiento global.

3) ELETRICIDAD Las celdas de combustible producen electricidad sin combustión ni contaminación

Mucha electricidad se genera hoy de carbón o gas natural, dejando una gran huella de carbono

4) HIDROGENO No emisiones dañinas Coste alto

5) PROPANO (GLP) El propano produce menos emisiones que la gasolina y también existe una gran red de transporte, almacenamiento y distribución para este producto

La producción de gas natural crea metano, un gas de invernadero que es 21 veces peor que el CO2 para el calentamiento global

6) BIODIESEL El biodiesel es seguro, biodegradable, reduce los contaminantes del aire asociados a las emisiones de vehículos, tales como micropartículas, monóxido de carbono e hidrocarburos

Limitadas infraestructuras de producción y distribución

7) METANOL Podría convertirse en un importante combustible alternativo en el futuro como fuente del hidrógenoque necesitan los vehículos de celdas de combustible

Los fabricantes no están produciendo más vehículos que utilicen metanol.

8) COMBUSTIBLES P SERIES

Los combustibles P Serie pueden ser usados solos o mezclados con gasolina en cualquier proporción al adicionarlo simplemente en el tanque

Los fabricantes no están produciendo vehículos.


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6) Conclusiones


3. USO DE BIOCOMBUSTIBLESPolítica y Ecología

∗ LA CALIDAD DEL AIRE EN LAS PRINCIPALES CIUDADES, ES UNO DE LOS

MOTIVOS PARA PROMOVER UNA POLÍTICA COHERENTE DE COMBUSTIBLES

MAS LIMPIOS.

∗ RETRASOS EN LAS RENOVACIONES DE LAS REFINERÍAS , ESTÁN LLEVANDO

AL AUMENTO DE LA IMPORTACIÓN DE COMBUSTIBLES.

∗ LA MAYORÍA DE LOS PAÍSES TIENEN LA OBLIGACIÓN DE

UTILIZAR ETANOL Y BIODIESEL.

∗ LA GASOLINA ES EL COMBUSTIBLE MAS UTILIZADO EN LOS AUTOMÓVILES

EN LA MAYORÍA DE LOS PAÍSES.

∗ NO HAY REGULACIÓN EN COMÚN PARA LA REGIÓN: CADA PAÍS TIENE SUS

PROPIAS REGULACIONES Y ESPECIFICACIONES DE COMBUSTIBLES.

∗ FALTA DE REDES FERROVIARIAS CONFIABLES.Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

Consumo de Gasolina y Diesel en América del SurAño 2011 (billones de litros)

DIESEL +

BIODIESEL

GASOLINA +

ETHANOL

% DIESEL

2011

% DIESEL

2010

ARGENTINA 14.2 7.0 67 69

BOLIVIA 1.4 1.1 57 57

BRAZIL 51.8 46,2 53 52

CHILE (1) 7.8 3.5 69 69

COLOMBIA 4.5 3.3 58 57

ECUADOR (1) 4.8 1.2 60 60

PERU 5.4 1.8 75 74

PARAGUAY 1.3 0.6 67 64

URUGUAY 0.9 0.6 62 68

VENEZUELA 10.5 17.0 38 34

Source: Hart Energy´s International Fuel Quality Center – May 2012(1) 2010 data

Fuente: © The Lubrizol Corporation 2011. All rights reserved.Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

Gasolina/Diesel/Etanol y Biodiesel América del Sur


SITUACIÓN ACTUAL PERÚ

∗ El Gasohol con un grado de 7.8% vol de Etanol, está sustituyendo

gradualmente a todas las gasolinas.

∗ Lima y Callao: E7.8 desde el 15 de Julio del 2011.

∗ 9 provincias en el Sur : Obligatorio desde Diciembre del 2011.

∗ Gasolina sin Etanol: actualmente solo en 5 provincias

(Amazonas, San Martín, Loreto, Madre de Dios y Ucayali).



Comparación Gasolina vs Etanol

Biocombustibles en PERU


Biodiesel Etanol

Tendencia Tipo de Vehículos - Perú

Source – PFC Energy 2012


Tendencia de Tipo de Vehículos - Perú

Source – PFC Energy 2012


Source: Hart Energy´s International Fuel Quality Center – June 2011




CONCLUSIONES

∗ La mayoría de los países viene implementando programas para mejorar

la calidad de las gasolinas y del diesel.

∗ Perú: 50 ppm de azufre en diesel para el 2016.

∗ Algunos retrasos en la reducción de azufre debido a carencias en las

unidades de refinación.

∗ América del Sur es el líder en la utilización de Biocombustibles.

∗ La falta de uniformidad en cuanto a especificaciones de los combustibles

en el continente, es un problema.

∗ Talara y La Pampilla en Perú, Cartagena en Colombia y nuevas refinerías

en Brazil y Ecuador, están llevando a la mejora de la calidad de los

combustibles.Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

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6) Conclusiones


4. Biotecnología como Alternativa EnergéticaLas acciones humanas se han desarrollado ysofisticado durante milenios para preservar ygarantizar la sobrevivencia de los individuos y delas sociedades, con impactos al ecosistema.


La semillas de sustentabilidad se están gestando en el ámbito de la biotecnología, ya que atañe engran medida a las ciencias químico-biológicas el estudio de estos problemas y el planteamiento desoluciones; y es y deberá ser un actor fundamental en la

«generación de recursos eficientemente renovables y con menos impacto en el ambiente».

• El uso indiscriminado de los recursosnaturales y

• El manejo inadecuado de desechos,

Ha generando una importantepreocupación por el daño del ambiente.

Ejemplos de Biotecnología

I. La producción de biodiesel a partir de microalgasII. El uso de lignocelulosa para la producción de azúcares con el propósito de

producir etanolIII. La producción microbiana de butanolIV. Etanol carburante V. La generación de bioelectricidad.

Esto representa un abanico de importantes alternativas que tienen como denominadorcomún vincular a los recursos biológicos con la producción de energía, buscandoalternativas sustentables que en el futuro nos den mayor certidumbre en eldesarrollo humano, sobretodo en las grandes colectividades.


En este contexto, la vinculación de recursos biológicos con laproducción de energía es un área de gran oportunidad queestá siendo explorada por muchos grupos de biotecnólogosen el mundo y en nuestro país.

En el número de la revista BioTecnología y Bio Ingeniería A.C.,Año 2009, Volúmen 13, Número 3, Año 2009, Vol. 13, No. 3, ISSN0188-4786, se incluyen (05) cinco artículos que dan cuentade estas áreas de oportunidad:






6) Conclusiones

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5. Lignocelulosa para Producción de Etanol


LIGNOCELULOSA (Celulosa, Hemicelulosa y Lignina)

FALTA DE TECNOLOGÍA DE BAJO COSTO PARA

DEGRADAR LA FRACCION RECALCITRANTE DE LA

BIOMASA

BIOMASA PRODUCIDA POR LA FOTOSÍNTESIS ES EL

“CARBONO RENOVABLE” MAS PROMETEDORA PARA SOLUCIONAR PROBLEMAS

DE ENERGÍA

PRINCIPAL COMPONENTE DE LA PARED CELULAR DE

LAS PLANTAS

COMPOSICION QUÍMICA DE LA “LIGNOCELULOSA”

∗ LA CELUSA, ES UN POLÍMERO DE D-GLUCOSA UNIDA POR ENLACES

GLUCOSÍDICOS ββββ-1,4 QUE SE ESTRUCTURAN EN LARGAS CADENAS LINEALES

(MICROFIBRILLAS) UNIDAS POR PUENTES DE HIDRÓGENO Y FUERZAS DE

VAN DER WALLS INTRAMOLEULARES, FORMANDO UMA ESTRUCTURA

CRISTALINA RESISTENTE A LA HIDRÓLISIS Y REGIONES AMORFAS

SUSCEPTIBLES A LA DEGRADACIÓN ENZIMÁTICA.

∗ LA HEMICELULOSA ES UM POLIMERO COMPLEJO DE

HETEROPOLISACÁRIDOS FORMADO POR PENTOSAS (D-Xilosa y L-

Arabinosa) y HEXOSAS (D-glucosa, D-manosa y D-galactosa), QUE FORMAN

CADENAS RAMIFICADAS Y LOS ACIDOS 4-o-metilglucorónico, D-

galacturónico y D-glucorónico; LOS AZÚCARES ESTAN UNIDOS POR

ENLACES β-1,4 Y OCASIONALMENTE POR ENLACES ββββ-1, 3

∗ LA LIGNINA ES UM HETEROPOLÍMERO AMORFO, TRIDIMENSIONAL Y

RAMIFICADO FORMADO POR ALCOHOLES AROMÁTICOS QUE DA SOPORTE

ESTRUCTURAL, RIGIDEZ, IMPERMEABILIDAD Y PROTECCIÓN A LOS

POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES (celulosa y hemicelulosa) Y ES

ALTAMENTE RESISTENTE A LA DEGRADACIÓN QUÍMICA


ESTRUCTURA DE “LIGNOCELULOSA”


MATERIALES “LC”


BIO-ETANOL – DECRIPCION y PRODUCCION

« El empleo del etanol como combustible automotor, solamente tendrásentido en mezclas con la gasolina, de acuerdo a las demandas crecientes decombustibles. Su empleo como combustible único podría darse de formapuntual en países como Brasil, en períodos de tiempo limitados »

Existen dos formas de producir Etanol a partir de biomasa:


La producción de etanol a partir de GRANOS está muycuestionada por sus implicaciones éticas al convertiralimentos en combustibles para automóviles.


Caso USA: convierte alimentos (maíz) en combustibles para automóviles (etanol).


El efecto del pretratamiento de materiales, mediante diversos tipos de hongos conobjeto de inducir una remoción selectiva de la lignina presente y generar, una mejordisponibilidad de las fracciones “celulosa y hemicelulosas” para al ataque enzimáticoposterior.


Otro componente importante es la acción de enzimasmicrobianas que faciliten la depolimerización de lacelulosa hacia azúcares simples.

Se aisla enzimas que tengan potencial en el tratamiento desustancias celulósicas para que sean transformadas en materialesfácilmente fermentables a bioetanol.

Existen dos tipos típicos de Procesos Químicos-Industriales para la obtención del Bio-ETANOL, siendo la Hidrólisis Enzimática la de vanguardia:


Material lignocelulósico (“biomasa” o fibra vegetal)

lignocelulósico→ hexosas + pentosas (*) + lignina

(*) xilosa (18-24%), arabinosa (3-5%) etanol

La biomasa lignocelulósica es diferente de productos con alto contenido de azúcares o almidón.

La estructura de estos materiales, compuesta fundamentalmente por celulosa, hemicelulosas y

lignina, hace que los procesos empleados para la obtención de etanol, tengan que ajustarse deacuerdo a las características y propiedades de estos componentes.

La Fermentación de AZUCARES, es el proceso tradicional, su eficiencia actual es alta por lasmejoras tecnológicas realizadas. Su crecimiento estará limitado por la disponibilidad de mieles yazúcar. (Anexos)


2. HIDRÓLISIS


Se puede realizar catalizada por:• ácidos,• bases,• calor y• Con ayuda de microorganismos

• Una solución de azúcares en formade oligómeros, para después

Convertir estos en:

• Azúcares Monoméricos, en generalglucosa (C6) y xilosa (C5).

Estos azúcares son posteriormente convertidos a etanol mediante microorganismos que puedenutilizar uno o varios de los azúcares presentes en el material lignocelulósico pretratado ehidrolizado.

Este complejo proceso puede ser representado por las reacciones:


TECNOLOGIAS INDUSTRIALES DE

PLANTAS DE BIOMASA LIGNOCELULOSAS (LC)

TECNOLOGÍA TIPO MATERIA PRIMA LUGAR CAPACIDAD COSTO

BlueFire Inc.Hidrólisis ácida y

fermentaciónResíduos LC y de

MaderaCalifornia-USA 90 MM gal/año 100 MM $US

POETHidrólisis

enzimática y fermentación

Resíd. Agríc. Fibra de Maíz cobs and stalk

Iowa-USA 125 MM gal/año > 80 MM $US

Logen Biorefineries IncHidrólisis


Resíd. Agríc. De maíz, trigo y cebada

Idaho-USA 250 MM gal/año 200 MM $US

Abengoa Bioenergy (Piloto)Hidrólisis


Wheat Kernels Nebraska-USA 11.4 MM gal/año + ee 76 MM$US

ALICO Inc.Bioefinería

celulósia IntegradaYard, wood,

vegetative wastesFlorida-USA

13.9 MM gal/año + 6,2 Mw+ 8,8 TonH2

266 MM $US

Range Ful Inv.Proceso Termo

químico Resíduos de Madera y

agrícolas Georgia-USA

40 MM gal/año + 9 MM gal Metanol

> 76 MM $US

Prof. Germán Aroca, Ph.D. - Escuela de Ingeniería - BioquímicaP. Universidad Católica de Valparaíso

Seminario Internacional “Impacto de la Producción de Biocombustibles”15-17 de Abril 2009, Itajubá, SP, Brasil.

Consultor Independiente Sr. Brian Curtis del Dpto. Energía de USAPreparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

MODELO DE PLANTA INDUSTRIAL PRODUCTORA DE BIO-ETANOL POR CONVERSION QUIMICA DE LA

BIOMASA

http://www.nrel.gov/biomass/biochemical_conversion.html#pretreatment

Modelo: NREL(National Renewable Energy Laboratory)

A)- Conversión bioquímica

De la biomasa a los biocombustibles implica tres pasos:

1.Conversión2.Fermentación3.Procesamiento

Investigadores del NREL están trabajando para mejorar la eficiencia y la economía del proceso de conversión bio y termoquímica de LC a biocombustibles, centrándose en los pasos más difíciles en el proceso.

B)- Conversión Termoquímica

De la biomasa a los biocombustibles implica dos pasos:

1. Gasificación y Síntesis2. Pirólisis e Integración Termoquímica


http://www.nrel.gov/biomass/biochemical_conversion.html#pretreatment

3.Procesamiento: de la fermentación de productos para producir combustible de etanol y otros combustibles, productos químicos, calory electricidad a través de:

◦ La integración en el proceso biológico.

1.Conversión: de la biomasa como materia prima para la fermentación de azúcar :

◦ Pretratamiento◦ Acondicionado e Hidrólisis enzimático◦ Desarrollo de enzima.

2.Fermentación: de estas materias primas derivados de la biomasa que utilizan:

◦ Los microorganismos para la fermentación.

A)- LAS CAPACIDADES DE CONVERSIÓN BIOQUÍMICA


http://www.youtube.com/watch?v=OrZHsqIzSno

En el proceso BIOQUÍMICO ,

la biomasa sólida es calentado a vapor en presencia de ácido para romper la:

hemicelulosa en --->Xilosas y azúcares solubles.

Durante la hidrólisis enzimática siguiente:

Las enzimas especializadas se añaden para romper la celulosa en ------> glucosa.


El ETANOL de la fermentación, se recupera por destilación.

Los MICROORGANISMOS (Zymomonasmobilis) se añaden entonces, para fermentarel azúcar soluble a “Etanol”.


Pirólysis: Calentamiento de la Biomasa enausencia de oxígeno produce un líquido bio-combustible.

Ambos, Syngas y Bio-Combustible pueden serusados directamente o pueden serconvertidos a combustibles limpios y otrosquímicos valiosos.• La gasificación y síntesis de combustible• La pirólisis• La integración de procesos

termoquímicos

Gasificación: Calentamiento de la Biomasacon cerca de 1/3 el oxígeno necesario paracompletar la combustión.

Se produce una mezcla de CO e H2, conocidocomo SYNGAS.

B)- CAPACIDADES DE CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA

Investigadores del NREL están desarrollando de gasificación y pirólisis para la conversióntermoquímica rentable de la biomasa para biocombustibles.


B.1 GASIFICACION:

En el proceso de gasificación termoquímica, labiomasa es adicionada a un reactor y calentado atemperaturas sobre los 800 ºC, para manejar losgases exhaustos y vapores en la forma de «tars andSyngas», el cual es una mezcla de Hidrógeno y CO.


El «tars and syngas» luego fluyen a undiferente reactor que conteniene uncatalizador para convertir «tars» y otrosmateriales hidrocarbonosos a SYNGASadicional.

El Syngas secado es luego presurizado yacondicionado para remover CO2 y otroscontaminantes indeseados, y luegoenviarlo al reactor de sintesis delcombustible, el cual convierte el Syngas aETANOL u otro combustible similar.


B.2 PIROLISIS:

En el proceso de Pirólisis Termoquímico, labiomasa es alimentada a un reactor y escalentado a temperatura entre 500ºC y600ºC, creando productos sólidos ,vapores y gaseosos.


Los vapores son luego «quencheados» para crear un bio-oil, el cual constituye aproximadamente 70% de la masa del material iniciante.

El bio-oil puede luego ser/estar refinado dentro de gasoline de alta calidad o combustible diesel.

VISION FUTURA DE TECNOLOGÍAS PARA BIO-ETANOL

La idea de hacer combustibles líquidos a partir de biomasa celulósica no es nueva.Lo que es nuevo es la posibilidad de hacerlo a bajo costo y en gran escala.

En los últimos años, las tecnologías han estado en desarrollo para hacer frente a estos temas centrales eimpulsar la industria de los biocombustibles ya través del punto de inflexión que viene.


1º)- En la tecnología de conversión de la celulosa desde hace años los costos siguen disminuyendo y la escalacomercial de proyectos de su demostración abre camino.

2º)- El desarrollo rural ha sido un factor importante en la adopción de políticas locales favorables conincentivos que estrían fomentando el desarrollo del sector.(Por ejemplo, en comparación con el maíz como fuente de materia prima, la biomasa celulósica tiene unahuella mucho más amplia en los EE.UU., lo que permite a las comunidades para construir la industria local enformas que antes no estaban disponibles).

3º)- La infraestructura para el etanol ha sido impulsado por la industria de etanol de maíz existente, lo quepermitirá un rápido despliegue de la tecnología y su escala comercial.

4º)- Hay una voluntad significativa legislativo y político para avanzar en las energías renovables.(Por ejemplo en USA con ley en diciembre de 2007, se fijaron metas para llegar a 16 bgpy de etanolcelulósico en 2022, lo que es más del doble la capacidad actual de etanol de maíz. El compromiso tambiénse hace claro a través de los $ 1 mil millones en fondos federales a disposición de los programas de biomasaavanzadas).

La Tecnología de etanol celulósico se puede dividiren 2 categorías principales:

• bioquímicos y• termoquímicos

El principal motor de cualquier tecnología en unmercado de materias primas es el costo, el cual sepuede descomponer para incluir:

• El costo de capital para construir una planta y• El costo operativo para ejecutar la planta.

Los procesos bioquímicos y termoquímicosrequieren los diferentes equipos y categorías degastos de funcionamiento.

Como se ilustra en la siguiente figura, las víasbioquímicas y termoquímicas requieren losdiferentes equipos y categorías de gastos defuncionamiento.


� La figura muestra que la estructura decostos de energía se orienta a lo mejorde la tecnología de clase para losprocesos, tanto bioquímicos ytermoquímicos.

� El 0.82/gal $ aparece aquí está basada enla tecnología de avanzada que aún no seha desplegado a escala completa y noincluye la materia prima. Tecnologíasactuales pueden tomar varios años parallegar a estos puntos de costes en unentorno de producción.


CURVA DE COSTOS:En contraste con las tecnologías de procesamiento de maíz de etanol que se encuentran en lafase de continuas mejoras incrementales realmente novedoso, las tecnologías de conversión deetanol de celulosa están haciendo mejoras de costos a medida que avanzan desde el laboratorioa la demostración y, en última instancia, a escala comercial completa.

Las figuras siguientes A y B muestran los costos actuales de proceso y de su trayectoria a la bajaesperada en los próximos cinco años.


Los procesos bioquímicos han dado importantes mejoras en los costos de la enzima en los últimosaños y se están convirtiendo ahora a mejoras en los sistemas generales.

En general, es difícil evaluar las curvas de costos de tecnología sobre una base agregada, ya quecada tecnología tiene diferentes ventajas de ser probadas / refutado en gran escala.

Como punto de referencia, el costo promedio para producir etanol de maíz en 2007 fue de $ 1.69/galy ha subido por encima de 2,00 dólares a principios de 2008.

Si el costo de materia prima neta se resta del Costo para producir etanol de maíz, el costo es de aproximadamente $ 0.74/gal, que es más barato que la meta de $ 0.82/gal para las tecnologías celulósicas.

Sin embargo, cuando los costos de materias primas se consideran las proyecciones de los costos de celulosason muy inferiores a US $ 1.33/gal en 2012.

La buena noticia es que, a diferencia del maíz, la biomasa celulósica no es (todavía) muy sujeta a los vaivenesde los productos básicos y los factores externos.

Esta comparación, sin embargo, pone de relieve la importancia de cómo el mercado de materias primascelulósicas se desarrolla.


Combustibles de Próxima Generación

Existen varios ejemplos de biocombustibles avanzados que se están desarrollando que tienen el potencial paracomplementar o incluso sustituir el etanol como el biocombustible dominante en los EE.UU.

Si bien todavía está en fase de desarrollo temprana, estos combustibles se están creando con el fin de mejorarlas propiedades del combustible y / o evitar los cuellos de botella en la obtención producto al mercado.

Los ejemplos incluyen las tecnologías utilizadas para producir alcoholes alternativos para ser mezclado con lagasolina.

BP y DuPont han estado trabajando juntos en butanol. Y, nuevas empresas, como Amyris Biotechnologiesestá trabajando con la biología sintética para producir combustibles alternativos.

Propiedades importantes de combustible a considerar son:

• Densidad de energía• Octane•Presión de vapor• Miscibilidad con agua






6) Conclusiones y Consideraciones Finales

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• El consumo estimado de Bio-Etanol del PERU anual, es del orden de:Año 2011: Etanol > 140 MB y Año 2012: Etanol > 700 MB

• EL desarrollo del proyecto LC requiere necesariamente la incursión del Estado:Gobiernos Regionales, Ministerios del Ambiente. Ministerio de Agricultura yPETROPERU, así como la participación de la empresa privada.

• Existen políticas actuales de tratamiento de pajas, hierbas y pastizales de altura enJunin, Huancavelica, Ayacucho y Puno; que congregan movimientos campesinos yagricultores, que velan por la alimentación del ganado auquénido.

• La obtención de Bio-Etanol a partir de hierbas y pastizales, no genera controversiaalguna contra el consumo directo humano. Sin embargo, es menester realizar unaevaluación completa de su impacto en la alimentación de los camélidos en cada zona.

• Buscar nuevas fuentes de abastecimiento de Bio-Etanol para el consumo del PERU queno procedan del procesamiento de granos.


CONCLUSIONES

• La tendencia de uso de Etanol en el Perú, es de crecimiento en el parque automotor,por razones ambientales.

• Existe disponibilidad de materia prima para la elaboración de Bio-Etanol a partir depastizales en el altiplano y zonas de la cordillera sur.

• El proceso industrial físico-químico de producción de Bio-Etanol a partir de biomasavegetal, por hidrólisis enzimática, fermentación bacterial y destilación azeotrópica,es muy complejo y requiere know-how.

• Dicho proceso requiere niveles de inversión que puede oscilar desde 35 MM US$ a200 MMUS$, dependiendo el volumen de producción.

• El proceso mencionado, contempla producción de residuos que requieren serprocesados para su reciclaje.

• PETROPERU o REPSOL requerirá implementar un nuevo cuadro organizativo paradesarrollar dicho proyecto, incursionando así en los procesos sustentables llamados«Bio-refinerías».


CONCLUSIONES

� El etanol como combustible automotor tiene aspectos relacionados con su impacto

medioambiental que no están aún bien definidos. En especial los productos de su

combustión, la disposición de las vinazas y del CO2 producido.

� El crecimiento en la producción de etanol para cubrir las demandas crecientes solamente

podrá ser posible a partir de la biomasa lignocelulósica.

� La recolección, manipulación, almacenamiento y preparación del material, así como la

concentración del mismo en t/ha.año, son aspectos fundamentales para la viabilidad del

proceso.

� El bagazo y la paja de caña constituyen materiales lignocelulósicos con perspectivas para

la obtención de etanol, teniendo en cuenta su disponibilidad y concentración en t/ha.año.

� Las tecnologías de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica no están

optimizadas en la actualidad y no compiten aún económicamente con las tradicionales. La

fermentación de las hemicelulosas y la disposición de la lignina no están resueltas.

Consideraciones finales


� ¿Por cuantos años será viable el empleo de la gasolina como combustible automotor?

� Las necesidades de financiamiento para I+D e inversiones son considerablemente elevadas

� El etanol común de 95% � no es soluble en gasolinas.

� El etanol absorbente de 99.5% � si es soluble en gasolinas.

� El Costo del Alcohol Fermentación (con subsidios) = Costo del Alcohol Sintético.

� 01 galón de Etanol del Trigo se obtiene de --> 9.8 Kgr de Trigo.

Consideraciones finales


Bio -refinerías: Nuevo ConceptoBase de la nueva Bioindustria.

Similar, en concepto, a la refinería del petróleo pero basada en la conversión de biomasa en lugar de crudo.


Una BIOREFINERÍA es una planta que integra procesos de conversión de biomasa y equipos para producir combustibles, energía y químicos

Gracias !!


* La etapa distintiva de este proceso es el Pretratamiento:que consiste en las operaciones de recolección, transporte y manipulación, almacenamiento, molida oastillado y otras, para reducir el tamaño de las partículas, lograr la apertura del material fibroso,convertirlo en una suspensión que se pueda bombear y facilitar la posterior penetración de losagentes químicos de hidrólisis.

Incluye también un tratamiento termoquímico:con el fin de lograr un ablandamiento de la lignina y las hemicelulosas que facilite el posterior ataquede las enzimas o microorganismos.

* La Etapa final de este proceso es el de la Hidrólisis:con aplicaciones de ácidos, bases, calor y microorganismos; para lograr fermentación bacterial paraalcohol

AnexosDESCRIPCION TECNICA DEL PROCESO

Considera las descripciones técnicas químicas y físico- químicas de cada etapaoperativa vinculados a la:

« Producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica »


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LAS ETAPAS DE PRETRATAMIENTO E HIDRÓLISIS

El complejo lignocelulósico está compuesto de una matriz de carbohidratoscompuesta de celulosa y lignina enlazada por cadenas de hemicelulosa.

1. LOS PRE TRATAMIENTOS Físicos y Físico-Químicos, tienen como objetivo:

� desintegrar esta matriz de tal manera que la celulosa reduzca al máximo su grado decristalinidad y

� aumente la celulosa amorfa, para el posterior ataque enzimático.

Adicionalmente,

• la mayor parte de la hemicelulosa se hidroliza durante el pretratamiento y• la lignina se libera o puede incluso descomponerse.

En una etapa posterior,la celulosa liberada se somete a hidrólisis enzimática con celulasas exógenas, lo cual hace quese obtenga una solución de azúcares fermentables que contiene principalmente glucosa, asícomo pentosas resultantes de la hidrólisis inicial de la hemicelulosa.


2

2. HIDRÓLISIS


Se puede realizar catalizada por:• ácidos,• bases,• calor y• Con ayuda de microorganismos

• Una solución de azúcares en formade oligómeros, para después

Convertir estos en:

• Azúcares Monoméricos, en generalglucosa (C6) y xilosa (C5).

Estos azúcares son posteriormente convertidos a etanol mediante microorganismos que puedenutilizar uno o varios de los azúcares presentes en el material lignocelulósico pretratado ehidrolizado.

Este complejo proceso puede ser representado por las reacciones:

3

Tiene la desventaja de generar algunos compuestos inhibidores, por lo que sehace necesario un paso de detoxificación.

Las sustancias inhibidoras se originan como resultado de la hidrólisis de losdiferentes componentes, de los ácidos orgánicos esterificados de la hemicelulosa,y de los derivados fenólicos solubilizados de la lignina.

Así mismo, los inhibidores se forman a partir de productos de degradación de losazúcares solubles y de la lignina (Lynd, 1996; Palmqvist y Hahn-Hägerdal, 2000a,b).

Por eso, y dependiendo del tipo de pretratamiento e hidrólisis utilizados, esnecesario llevar a cabo la detoxificación de las corrientes que van a ser sometidasa fermentación.


LOS PRETRATAMIENTOS E HIDRÓLISIS ÁCIDOS TIENEN LA VENTAJA DE QUE:

Separan azúcares monoméricos de las hemicelulosas y exponen a las fibras celulósicas a la acciónhidrolítica posterior.

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3. FERMENTACION

El Objetivo es fermentar los azúcares monoméricos (glucosa (C6) y xilosa (C5)) a etanol.

Los tratamientos enzimáticos son los preferidos (Zaldivar J.y col. 2001).Las opciones a utilizar son las siguientes:

• Hidrólisis y fermentación separadas (SHF). Tiene la ventaja de que cada operación puederealizarse en condiciones óptimas de temperatura y pH, pero la acumulación de glucosa comoresultado de la hidrólisis, inhibe la actividad de la celulasa.

• Sacarificación y fermentación simultáneas (SSF), usando celulasas de fuentes externas. Eneste caso, la glucosa obtenida es transformada rápidamente a etanol.

Este proceso tiene una mayor velocidad de hidrólisis y mayor rendimiento, necesita una cargamenor de enzima y reduce el riesgo de contaminación. Se necesita sin embargo un compromisoentre la temperatura de operación, ya que el paso de hidrólisis es más lento que la fermentación.(Una adaptación del proceso SSF, está patentada y se conoce como el proceso Gula SSF - Gausset al. 1976)

• Sacarificación y fermentación separadas en la cual los microorganismos también producencelulasa, llamado también como Conversión microbiana directa. Se emplea clostridia anaeróbica,la cual crece a altas temperaturas produciendo enzimas celulolíticas que hidrolizan el sustrato ylos azúcares generados son convertidos inmediatamente en etanol. Tiene las desventajas de unbajo rendimiento en etanol, provocado por la formación de subproductos, la baja tolerancia delmicroorganismo al etanol y el limitado crecimiento en los siropes hidrolizados.


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4. DESTILACION

Consta de tres etapas:

• Obtención de etanol crudo (45%),• Rectificación a 96% y• Deshidratación a 99.9%.

5. DISPOSICIÓN DE RESIDUALESConsiste en una solución a los residuales sólidos, líquidos y gaseosos generados en el proceso.

Este es un punto muy importante, ya que una de las fuerzas motrices del desarrollo de losprocesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica, es la preservación del medioambiente (Szczodrak y Fiedurek 1996).

Los procesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica, pueden generar grandescantidades de desechos como los siguientes:

• Productos químicos que es necesario recuperar o disponer• Biomasa celular residual de la fermentación• Agua residual del proceso• Vinazas, el residual de la destilación.

Se ha calculado que una planta de 100 millones de litros de etanol al año, genera una

contaminación semejante a una ciudad de 1,4 millones de habitantes.


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Technology

Expo cip bio etanol por tecnologia lignocelulosa 28.11.2012