DE Nothofagus pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser

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Gerardo Bustamante Alarcón
hace 7 años
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pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser SOMETIDO A UN PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO PARA LA PRODUCCIÓN N DE ETANOL.

1 UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y CONSERVACIÓN DE LA NATURALEZA ESCUELA DE CIENCIAS FORESTALES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE LA MADERA RENDIMIENTO DE AZÚCARES REDUCTORES A PARTIR DE Nothofagus pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser SOMETIDO A UN PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO PARA LA PRODUCCIÓN N DE ETANOL. CONSUELO ZENAIDA FRITZ FUENTES Profesores guías: M.Sc.. René Carmona C. Dra. María a Elena Lienqueo C. 3 Diciembre, 2009.

2 Situación n energética mundial. Petróleo: no es renovable. Problemas medioambientales. Crecimiento económico. Biomasa y residuos 10% Hidroeléctrica Nuclear 2% 6% Gas 21% Otras fuentes renovables 1% Petróleo 35% Carbón vegetal 25% Energías renovables no convencionales (ERNC) Biomasa Fuente: FAO, 2008.

3 Situación n energética mundial. Biocombustibles: Sólidos Líquidos Leña Pellets Briquetas Bioetanol Biodiésel Gaseosos Biogás Ciclo de vida, emisiones neutras

4 Biocombustibles en Chile. Un 75% combustibles líquidos, l un 98% a partir de petróleo importado (ODEPA, 2007). Diversificación n matriz energética. Mayor independencia y autonomía. a. Promover ERNC: 2% y 5% de bioetanol o biodiésel mezclado con gasolina. Proyecto Domeyko-Energ Energía Proyecto Finlandia CCF05

5 Recurso forestal chileno. Lenga. Bosques manejados silviculturalmente: cortas de protección n (Schmidt et al., 2003) Bajos aprovechamiento industriales (Schmidt et al.,, 1992) Madera aserrada, cepillada, muebles, productos encolados y leña. Residuos (biomasa) Biocombustibles (bioetanol 2ª 2 generación) n) Fuente: INFOR, 2007.

6 Bioetanol. Fermentación n de azúcares presentes en la materia prima. 3 usos: Aditivo gasolinas Directo como combustibles Mezclado en diferentes proporciones. Reducción emisiones gases efecto invernadero

7 Bioetanol 2ª 2 generación. n. Preparación sustrato Lignocelulósicos Pretratamiento Hidrólisis Fermentación Destilación Recuperación Físicos Químicos Físico-químicos Biológicos Ácida Enzimática Etanol y coproductos

8 Pretratamiento biológico. Disociar el complejo lignina- polisacáridos Celulosa reduzca grado de cristalinidad Aumento de la celulosa amorfa Ventajas No se requieren instalaciones ni equipos costosos Bajo requerimiento energético Condiciones ambientales positivas Fuente: Oliva (2003), Kumar et al. (2009)

9 Hongos pudrición n blanca (HPB). Capaces de degradar todos los componentes de la pared celular. Preferencia por la lignina. Pudrición n alveolar. Hifas atravesando célulasc 2 patrones morfológicos de degradación: Degradación n simultánea. Degradación n selectiva.

10 Hidrólisis enzimática celulosa.

11 Objetivo general. Evaluar el rendimiento de azúcares reductores obtenidos a partir de residuos de Nothofagus pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser previamente tratado con hongos de pudrición n blanca, para la producción n de bioetanol.

12 Objetivos específicos. Analizar el rendimiento de azúcares reductores luego de una sacarificación n enzimática, a partir de Nothofagus pumilio (Poepp. et Endl.) Krasser tratado con tres hongos de pudrición n blanca y sometido a tres tiempos de ataque, 30, 45 y 60 días. Estimar la cantidad de alcohol producido con aquel tratamiento que presente el mejor rendimiento de azúcares reductores.

13 Materiales. Madera: Residuos aserradero de lenga (especie latifoliada), con granulometría a adecuada mediante molino de martillo. Hongos HPB: Stereum hirsutum, Ganoderma applanatum y Aurantioporus albidus.

14 Materiales. Celulasas Endo-β-glucanasas Exo-β glucanasas β - glucosidasa Complejo enzimático, sinergismo Celluclast 1,5L (C2730), celulasas de Trichoderma reesei (ATCC 26921) Novozyme 188 (C6105), celobiasa obtenida de Aspergillus níger Reactivos Ácido dinitrosalicílico lico (DNS) Kit de glucosa

15 MÉTODO Preparación sustrato Preparación hongos Pretratamiento biológico Hidrólisis enzimática Estimación residuos de lenga Azúcares reductores Glucosa Estimación teórica bioetanol Rendimiento teórico bioetanol

16 Preparación n sustrato. Astillas lenga. Molino de martillo Residuos lenga granulometría aprox 1 mm, 1-3 mm, 5 mm.

17 Preparación n hongos. Reproducción en medio de cultivo agar-malta. Esterilización (15 psi, 20 min) Inoculación Incubación Semillas trigo, 3% p/p Esterilización (15 psi, 20 min) Inoculación Incubación

18 MÉTODO Preparación sustrato Preparación hongos Pretratamiento biológico Hidrólisis enzimática Estimación residuos de lenga Azúcares reductores Glucosa Estimación teórica bioetanol Rendimiento teórico bioetanol

19 Pretratamiento biológico. 3 hongos. 3 tiempos estudio: 30, 45 y 60 días. CH = 75% Temperatura: 25 ºC. Determinación pérdida de peso: P/P=(Pi-Pf)/Pi x 100 Análisis estadístico bifactorial, α = 1%

20 MÉTODO Preparación sustrato Preparación hongos Pretratamiento biológico Hidrólisis enzimática Estimación residuos de lenga Azúcares reductores Glucosa Estimación teórica bioetanol Rendimiento teórico bioetanol

21 Hidrólisis enzimática. Enzima-sustrato: 10% p/v. Carga enzimática: 25 FPIU/g seco. 1 g seco residuos lenga, celulasas y buffer acetato 0,05 M ph 5. Agitador orbital durante 48 hr a 50 ºC y 250 rpm. Medición azúcares reductores mediante método DNS. Medición glucosa a través de kit comercial. Análisis estadístico bifactorial, α = 1%

22 MÉTODO Preparación sustrato Preparación hongos Pretratamiento biológico Hidrólisis enzimática Estimación residuos de lenga Azúcares reductores Glucosa Estimación teórica bioetanol Rendimiento teórico bioetanol

23 Estimaciones. Disponibilidad residuos lenga. Recopilación n estudios en Chile. Obtención n teórica bioetanol. Rendimiento teórico: C 6 H 12 O 6 Glucosa Levadura o microorganismo 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + ε Etanol 1 g 0,511 g + 0,489 g

24 Resultados

25 Pérdida de peso (%). 30 Pérdida de peso [%] Stereum hirsutum Ganoderma applanatum Aurantioporus albidus 30 días 3,03 12,56 2,88 45 días 4,43 16,36 3,73 60 días 10,10 28,18 5,04 Hongo Valores corresponde a un promedio de 3 repeticiones Influencia del hongo y tiempo.

26 Azúcares reductores. Concentración azúcares reductores [g/l] Stereum hirsutum 30 dias 6,37 20,73 13,12 5,17 45 días 6,92 23,30 12,21 5,98 60 días 12,90 24,93 14,32 4,36 Valores corresponde a un promedio de 3 repeticiones Ganoderma applanatum Hongo Influencia del hongo Aurantioporus albidus Testigo

27 Glucosa. Concentración glucosa [g/l] Stereum hirsutum 30 dias 1,43 6,72 4,00 2,06 45 días 2,50 8,66 4,29 1,93 60 días 5,93 11,81 6,87 1,40 Valores corresponde a un promedio de 3 repeticiones Ganoderma applanatum Hongo Aurantioporus albidus Testigo Ganoderma applanatum: : > pérdida p de peso, > azúcares reductores y > glucosa Degradación n selectiva

28 Participación n glucosa en el total de azúcares. Concentración azúcares [g/l] Azúcares reductores Glucosa 47% 37,2% 46% 48% 30 días 45 días 60 días 30 días 45 días 60 días 30 días 45 días 60 días 30 días 45 días 60 días Stereum hirsutum Ganoderma applanatum Aurantioporus albidus Testigo Mas del 50% de los azúcares no están n siendo cuantificados Xilosa es el segundo más m s abundante.

Estimación n residuos potenciales de lenga. Otra categoría (ha) 50,6% SNASPE (ha) 16,5% Sup. Productiva (ha) 32,9% Fuente: elaborado a partir de INFOR (2008), Schmidt (2008).

29 Estimación n residuos potenciales de lenga. Otra categoría (ha) 50,6% SNASPE (ha) 16,5% Sup. Productiva (ha) 32,9% Fuente: elaborado a partir de INFOR (2008), Schmidt (2008). Disponibilidad total = m 3 /año Si sólo un 30% es aserrable, entonces: Residuo potencial = m 3 /año Productividad bosques: 5,14 m 3 /ha/año Superficie productiva: ha (32,9%)

Estimación n residuos industria primaria de lenga año a o 2007. 30% Cosecha bosque: 602.222 m 3 ssc Trozas que ingresan al aserradero: 180.

30 Estimación n residuos industria primaria de lenga año a o % Cosecha bosque: m 3 ssc Trozas que ingresan al aserradero: m 3 Residuos cosecha: m 3 ssc 70% Residuos de m 3 ssc 30% Producción madera aserrada año 2007: m 3 ssc Fuente: INFOR, 2008 Residuo total año 2007: m 3 ssc

31 Estimación n teórica bioetanol. Con Ganoderma applanatum (60 días): 120 g glucosa/kg residuos secos. Etanol teórico = 78 L/ton. Sup. Potencial 153 mil m 3 bioetanol Equivalentes al 100% de sustitución máxima de la gasolina en Chile (5%). Mad. aserrada 19,8 mil m 3 bioetanol 33% de la gasolina mínima que debe ser sustituida en Chile (2%).

32 CONCLUSIONES El pretratamiento fúngico f mejora la obtención n de azúcares reductores y de glucosa a partir de residuos de lenga, en comparación n con las muestras sin pretratar. La mayor cantidad de azúcares reductores y de glucosa se obtiene al pretratar los residuos de lenga con el hongo Ganoderma applanatum durante 60 díasd as, obteniéndose ndose un rendimiento en glucosa del 12%.

33 CONCLUSIONES La cepa fúngicaf utilizada influye estadísticamente sticamente en la pérdida de peso, concentración n de azúcares reductores y concentración n de glucosa. Los tiempos estudiados influyen estadísticamente sticamente en la pérdida de peso y en la concentración n de glucosa. La pérdida p de peso se correlaciona positivamente con la concentración n de azúcares reductores y glucosa.

34 CONCLUSIONES De acuerdo a las variables y condiciones utilizadas en este estudio, la estimación n de la producción n de bioetanol a partir de residuos de lenga, indica que podrían obtenerse casi 78 litros de etanol puro por cada tonelada de material seco pretratado con Ganoderma applanatum. Al considerar como residuos disponibles para la producción n de bioetanol de segunda generación n los residuos generados durante los procesos productivos de lenga del año a o 2007, sería a posible producir 19,8 millones de litros de etanol de segunda generación, equivalentes a un 33% de la gasolina reemplazable en Chile (2%).

35 MUCHAS GRACIAS

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