Bioenergía Bioenergía

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María Victoria Sevilla Ferreyra
hace 6 años
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1 Seminario Internacional Hacia una Política Nacional de Bioenergía 16 de Noviembre de 2006, Temuco, Chile Laboratorio de Recursos Renovables Centro dedra.biotecnolog ía Carolina Parra F. Centro de Biotecnología Universidad de Concepción

2 Bioenergía Bioenergía o energía de biomasa: uso de todas las formas de combustibles orgánicos (biocombustibles) de origen biológico Sólidos: pellets, briquetas, leña Líquidos: biodiesel, bioetanol, metanol Gaseosos: biogas (metano)

3 Biocombustibles Son renovables. Contribuyen a diversificar la matriz. Reducen dependencia del petróleo importado. Menores emisiones de gases con efecto invernadero (CO 2 ). Promueven reconversión de cultivos agrícolas y plantaciones forestales, generando más empleos. Fomentan emprendimiento e innovación y abren oportunidades de negocio & inversión.

Bioetanol Alcohol etílico o etanol, obtenido por fermentación de materias primas ricas en azúcares (remolacha, caña de azúcar, cereales, o madera) combinados en forma de sacarosa, almidón,

4 Bioetanol Alcohol etílico o etanol, obtenido por fermentación de materias primas ricas en azúcares (remolacha, caña de azúcar, cereales, o madera) combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. Aproximadamente el 91 % producción mundial es obtenido vía fermentación. Mientras que el 9 % de etanol es obtenido por vía sintética a través de la hidratación del etileno.

5 PRODUCCIÓN DE ETANOL gal/año

6 Producción de Etanol ,8 1,0 0,9 0,8 1,7 2,0 8,5 3,8 33,1 35,8 Brazil USA China India Francia Rusia Alemania Sud-Africa España UK

7 Siglo XXI: El principio de una nueva Era Fuentes: Nakícenovic, Grüblery MaConald, 1998 DESAFÍO PARA LA HUMANIDAD: DIVERSIFICAR FUENTES DE ENERGÍA

8 Billones de gal/año Departamento de Energía USA

9 Uso de etanol en el mundo

10 CALIDAD DE LA ENERGÍA

11 Mayor calor de vaporización. Mejora la biodegradabilidad de la gasolina. Reducción CO 2 Ventajas de usar bioetanol Mejora el índice de octanos Temperatura de llama menor: menor pérdida de calor por radiación. La velocidad de llama mayor, se traduce en un desarrollo más eficiente del motor. Mayor volumen de gases en la combustión, lo que significa una mayor presión y una mayor energía mecánica producida.

12 DIÓXIDO DE CARBONO RECICLADO COMO BIOETANOL COMBUSTIBLE Se estima que al reemplazar 1 litro de gasolina por 1 litro de bioetanol se reduce la acumulación de CO 2 en la atmósfera en un 70 %

13 USO DE BIOETANOL E5-G 95% del consumo de biocombustibles E10-G E25-G E85-G E95 E15-D

14 MATERIAS PRIMAS

15 CULTIVOS AGRICOLAS MATERIAL LIGNOCELULOSICO RESIDUOS AGRICOLAS MADERA

16 Plataforma Integrada de Azúcares Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Recursos Materia Prima Biomasa azucarada Cereales Productos forestales Granos Residuos Agrícolas Madera Residuos Forestales P r o c e s o s Zumo Material Lignocelulósicos Almidón Celulosa + Hemicelulosa Hidrólisis enzimática Pretratamiento Hidrólisis enzimática o química Fermentación I Fermentación II Fermentación III Recuperación PRODUCTO ETANOL

17 Fermentación de glucosa en etanol

18 MAÍZ Z Y TRIGO

19 Composición Química Maíz (grano (%b.m.s.)) Almidón 73.0 Celulosa/hemicelulosa 10.5 Proteína 9.5 Aceite 4.5 Azucares 2.0 Ceniza 1.2

20 Composición Química Trigo (grano (%b.m.s.)) Almidón 71.0 Celulosa/hemicelulosa 0.63 Proteína 12.0 Aceite 2.0 Azucares - Ceniza 2.0

21 ALMIDÓN AMILOPECTINA AMILOSA

23 Celulosa H OHCH 2 HO H H H O 1 OH H O H OHCH 2 4 HO H H H O OH 1 H H OHCH 2 O 4 HO H H H O OH H Polímero β-o-1,4

24 Hemicelulosa de madera dura Hemicelulosa de madera blanda

25 Estructura de Lignina

27 Composición Típica Residuo Residuo Maíz Trigo Glucano (celulosa) 36.2% 38.0% Xilano Arabinano Proteína Lignina Acetilo Cenizas

28 Composición de Cultivos y Producción de Etanol (L/kg) Razón Residuo/Cereal Materia Seca (%) Lignina (%) Carbohidratos (%) Producción Etanol (L kg -1 de Biomasa seca) Maíz Residuo Arroz Paja Cebada Paja Trigo Paja Avena Paja Kim and Dale, (2004).

30 COMPOSICIÓN DE MADERA Madera Blanda Madera Dura Pino Eucalipto Celulosa 35-55% % Hemicelulosa Hexosas Pentosas 12-15% 8-10% 2-7% 12-15% Lignina % Crecimiento Lento Rápido

31 PRODUCCIÓN

32 TECNOLOGÍA DE CONVERSIÓN A BIOETANOL Etapas Claves: I.- HIDRÓLISIS Liberación de azucares presentes normalmente en cadenas complejas. II.- FERMENTACIÓN Microorganismos fermentan azúcares a etanol.

33 PRODUCCIÓN DE ETANOL: PROCESO DE MOLIDO HÚMEDO MAIZ Remojado Desgerminado/ Desfibración Separación gluten Aceite Gluten Liquefacción Levadura Sacarificación Fermentación Levadura/ propagación Destilación Deshidratación ETANOL Secado Alimento Gluten de maíz

34 PRODUCCIÓN DE ETANOL Molienda Seca Licuefacción ICM, 2006

35 Planta Biomasa Lignocelulósica Paja de Trigo Almacenamiento y preparación Catalizador Pre- tratamiento Vapor Enzimas Hidrólisis enzimática y fermentación Levaduras Destilación Etanol Residuos Sólidos (Co-productos) Abengoa - Bioenergy

36 Procesos de hidrólisis con madera INVENTA PURDUE ACOS IOGEN B C International ARKENOL

37 BIOCOMODITIES o BIOREFINARÍAS: AS: UN NUEVA ALIANZA ENTRE LA INDUSTRIA QUÍMICA, LA AGRICULTURA Y EL SECTOR FORESTAL S.Kim and B.E Dale, Michigan State University

38 Biocomodities o Biorefinerías Etanol Ácido cítrico Ácido láctico Ácido gluconico Ácido acético Acetona Butanol Antibióticos Carotenoides Enzimas Polisacáridos Vitaminas Aminoácidos Bio pesticidas Bio surfactantes Sacarificación Enzimática Almidón Azúcares Conversión Microbiológica Residuos Agrícolas, Productos forestales Celulosa Hemicelulosa Pretratamientos Sacarificación Enzimática Ácido Etanol Butilen glicol Fumárico Calor Deshidratación Química Anhídrido Maleico Etileno Plásticos, Fibras, Goma, Resinas Butadieno

39 SUBPRODUCTOS DE MAÍZ bioproductos aceite etanol edulcorantes almidón

41 FACTORES DE ÉXITO EN EL MUNDO

42 Duplicación Rendimiento Maíz USA Plantación (Millones de Acres) 73,0 104 Rendimiento (Bushels) 75,1 150,0 Mayor rendimiento en la producción Optimización de Procesos Políticas Publicas

43 Aumento Productividad Plantaciones de Maíz, USA Uso de semilla genéticamente modificada. Uso GPS. Mejora en la aplicación de nutrientes y productos químicos. Uso de fertilizantes de liberación lenta. Uso de equipamiento agrícola computarizado. Modernos sistemas de irrigación

44 USA Variación Inversión 43 billones de dólares nuevos trabajos.

45 Duplicación Rendimiento Caña de azúcar BRASIL ton/acre 305 gal/acre I&D U$ 40 Millones ton/acre 590 gal/acre UNICA, Brasil 2004

46 E10 para Chile Cereales y/o Residuos agrícolas

47 Ventajas del uso de E10 No requiere modificaciones al motor Reduce entre un 12% y 19% las emisiones de gases efecto invernadero Libera 30% menos CO 2 Aumenta octanaje de la gasolina (USDOE 2005)

48 Consumo Nacional de Gasolina Litros Gasolina E Litros de Etanol

49 Producción Etanol de Maíz (L/ha) 1 ha Maíz 11,2 ton grano 1 ton Maíz 460 Litros Etanol 1ha Maíz Litros Etanol

50 Requerimiento en hectáreas de Maíz Litros Etanol ton. Maíz Hectáreas Maíz

51 Producción Etanol de Trigo (L/ha) 1 ha Trigo 3,8 ton grano 1 ton Trigo 400 Litros Etanol 1ha Trigo Litros Etanol

52 Requerimiento en hectáreas de Trigo Litros Etanol ton. Trigo Hectáreas Trigo

53 Producción de Etanol a partir de Residuos Agrícolas 2004 / 05 Plantaciones (ha) residuo (ton /ha) residuo (ton /año) L Etanol/año TRIGO , MAÍZ ,

54 Superficie requerida para la producción de gasolina E10 en Chile Acacia melanoxylon R. Br. 221 ton/ha Rotación n de 7 añosa Eficiencia De Conversión 100 % (teórico) 90 % 60% Anual (ha año -1 ) Total (ha)

55 Precio etanol Tamaño Planta L/día Costo Planta 45 MMU$ 65 MMU$ Materia prima Costo Prod U$/L Rendimiento L/ton Rendimiento Ton/ha año Maíz grano 0, ,2 Paja de trigo 0, ,9 Rastrojo maíz 0, ,2 Madera (corta rotación) 0, Precio de venta USA U$/L 0,484-0,590

56 Universidad de Concepción El objetivo de la investigación es crear una plataforma destinada al desarrollo del sector bio-energético del país, contribuyendo así a mejorar su posición en términos de dependencia y seguridad energética, factores claves en el desarrollo económico. Potenciar la realización de trabajos de investigación cooperativo de excelencia, adopción de tecnologías y formación de Recursos Humanos en el área de la bioenergía.

57 Universidad de Concepción Para lograr estas metas se están evaluando: El uso de recursos agrícolas y forestales como materias primas para la producción de bioetanol. Definir las tecnologías más factible de implementar. Desarrollar el concepto de Biorefinería que considera la conversión de los diversos componentes de las materias primas en subproductos con valor agregado. Generar una red entre las universidades y el sector productivo.

58 Universidad de Concepción Proyectos en el área de Bioenergía: Innova Bio Bio (2003 / 05). Desarrollo de Bioetanol: estudio de variables claves del proceso de hidrólisis y fermentación. Fondecyt (2004 / 07). Método organosolv para la obtención de etanol a partir de madera. Innova Bio Bio (2006 / 09). Desarrollo y adaptación de tecnologías para la producción de bioetanol: utilización de residuos agrícolas lignocelulósicos. Innova Bio Bio (2006 / 10). Desarrollo de protocolos para la producción de biomasa de especies forestales de rápido crecimiento y corta rotación, para la generacion de bioenergía. CORFO (2006) Perfiles fortalecimiento de capacidades. Bioenergia: Producción de Biocombustibles.

59 Universidad de Concepción Laboratorio de Recursos Renovables

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