Instituto de Innovación en Biotecnología e Industria PROYECTO DE INVESTIGACION: OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS

Transcripción

1 Instituto de Innovación en Biotecnología e Industria PROYECTO DE INVESTIGACION: OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS INVESTIGADORES: Juan Manuel Heredia MSc. Frank Richardson, PhD. Investigación co-financiada por FONDOCYT / SEESCYT

2 Conceptos Básicos 1. Algas Vegetales acuáticos sin raíz, tallos, hojas o flores. Poseen pigmentos fotosintéticos adicionales a la clorofila. Esto ultimo permite su clasificación taxonómica en algas verdes, verdeazules, rojas y marrones. 2. Biodiesel Combustible de origen vegetal que se obtiene por la transesterificación de un ácido graso (aceite). El producto obtenido es muy similar al gasoil. Su energía específica es 5% menor que la del gasoil, pero su elevada lubricidad compensa esta diferencia, por lo que el rendimiento energético de ambos combustibles es esencialmente el mismo.

3 Hipótesis de Trabajo Partiendo del conocimiento de que existen especies de microalgas con alto contenido de aceite o rápido crecimiento, es posible la obtención de biodiesel a partir del aceite contenido en estas. Antecedentes Actualmente se produce biodiesel a partir de plantas oleaginosas en unos 25 países. Con las tecnologías actuales es posible producir 1 litro de biodiesel a partir de 1 litro de aceite, 135 ml. de metanol, 9 gr de catalizador y 750 ml de agua. Además, como subproducto se obtiene también unos 100 ml. de glicerina. Existen estudios preliminares realizados por el Departamento de Energía de Estados Unidos de Norteamérica (NREL).

4 Antecedentes (cont.) Actualmente se cultiva de manera comercial el alga Spirulina como monocultivo en ciertas partes del mundo. Aunque su contenido lipídico no es alto (7%), si esta fuera usada como materia prima seria posible obtener unas 1.9 ton de biodiesel / Ha / año (= 590 galones / Ha / año) Desde el punto de vista de acuacultura dicha cifra contrasta favorablemente si se compara con lo que se obtendría de esos mismos estanques de colas de camarón de agua dulce (1.5 ton /Ha / año vs. 1.9 ton / Ha/ año). Se debe considerar que los costos de producción y riesgos para camarones son mayores.

5 Soya (Glycine max) 111 gal. Girasol (Heliantus annuus) 235 gal. Maní (Arachis bipogaea) 262 gal. Higuereta (Ricinus communis) 349 gal. Aguacate (Persea americana) 650 gal. Coco (Cocos nucifera) 663 gal. Palma Africana (Elaeis guineensis) 1,468 gal. BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS Antecedentes (cont.) Desde el punto de agricultura también dicha cifra (590 galones) contrasta favorablemente si se compara con las oleginosas comerciales. De todas las oleaginosas conocidas solo 3 especies (aguacate, coco y palma africana) darían mayores rendimientos. Debe recordarse que Spirulina no es propiamente una microalga rica en aceite y aun asi las extrapolaciones realizadas indican resultados favorables

6 Las microalgas pueden presentar una alternativa interesante como materia prima frente a las plantas oleaginosas, ya que son capaces de crecer en suelos arcillosos o salinos, inadecuados para el crecimiento de otros tipos de vegetales. Su velocidad de crecimiento es tal que permiten obtener cosechas repetitivas en intervalos muy cortos Justificación Considerando la realidad nacional es imperativo el desarrollo de fuentes de energía renovables. Localmente se consumen unos 350 millones de galones de gasoil (regular y premium) con un costo equivalente de US$ 840 millones al año. El gasto petrolero del país es actualmente de 2 barriles por segundo.

7 Justificación (cont.) La tecnología de crecimiento de algas no requiere el uso de pesticidas o herbicidas. Esto contribuye a la preservación del medio ambiente. Ya que necesitan dióxido de carbono (CO 2 ) para su crecimiento, se pudiera visualizar la asociación de extensiones de cultivo de algas a plantas generadoras de energía, utilizando los gases de escape de chimenea como insumo para los estanques de cultivo. Esto también contribuiría a la preservación del medio ambiente

8 Materiales y Metodos a. Selección de algas candidatas Se estudiaron las características de distintas algas verdes (clorofíceas), verdeazules (cianofíceas). De estas se seleccionaron las algas candidatas. b. Cultivo de algas candidatas Las algas fueron cultivadas utilizando un sistema escalonado. Para estos fines se utilizó un medio de cultivo estándar (BG-11) para los primeros estadios, (tubo de ensayo, beaker de 250 ml y envase de 20 litros). Los cultivos mas masivos (reservorio de 400 galones y estanque de tierra de 200 m 3 ) fueron realizados con fertilizante agrícola ( ).

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12 Materiales y Metodos (cont.) c. Desarrollar una técnica de separación de grasas a partir del alga seleccionada. Se utilizó como materia prima un concentrado de la microalga Aphanizonemon flos-aquae, la cual pertenece al grupo de las verde-azules (cianoficeas)

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14 Materiales y Metodos (cont.) Se prepararon alícuotas de 150 ml para cada tratamiento (en triplicado) con el fin de elucidar cual de estos brindaba la mayor eficiencia en términos de liberación de materiales lipidicos (aceites y grasas)

15 Materiales y Metodos (cont.) Los tratamientos fueron : Control (no tratamiento) Acidificación: Acido sulfúrico para llevar la muestra a ph 2. (5 ml / muestra), 24 h Acidificación + ultrasonido: Acido sulfúrico para llevar la muestra a ph 2. (5 ml / muestra), 24 h + Ultrasonido: 25 Khz, 6w/ cm h Alcalinización: Hidróxido de sodio para llevar la muestra a ph 12 (30 ml / muestra), 24 h

16 Materiales y Metodos (cont.) Tratamientos (cont.) : Alcalinización + ultrasonido: Hidróxido de sodio para llevar la muestra a ph 12 (30 ml / muestra), 24 h + ultrasonido: 25 Khz., 6w/ cm h Ataque enzimatico: celulasa 20 ml / 150 ml muestra, ph llevado a 4.5, incubación a 45ºC. 24 h Ataque enzimatico + Ultrasonido: celulasa 20 ml / 150 ml muestra, ph llevado a 4.5, incubación a 45ºC, 24 h + ultrasonido: 25 Khz., 6w/ cm h Ultrasonido: 25 Khz., 6w/ cm h

17 Resultados y Discusión PORCENTAJE DE EXTRACTIBILIDAD DE MATERIAL LIPIDICO PARA LOS DIFERENTES TRATAMIENTOS EN LA MICROALGA APHANIZONEMON FLOS-AQUAE

18 Resultados y Discusión (cont.) En el caso del control (no pretratamiento) era de esperarse una extractibilidad baja (< 1%). Esta es la razón primordial de pretratamientos a fin de aumentar la extractibilidad. El tratamiento con ultrasonido también tuvo un rendimiento reducido (< 1%). El efecto combinado de este con otros tratamientos (acido, álcali, celulasa) no represento una ventaja significativa sobre el tratamiento original.

19 Resultados y Discusión (cont.) En el caso de la alcalinización y alcalinización + ultrasonido se encontraron valores por debajo del control (0.1 % promedio). Esto se atribuye a un fenómeno de saponificación en materiales aun con humedad reducida como fue nuestro caso. Considerando una situación industrial el llevar a la sequedad total requiere de bastante gasto energético, por lo que consideramos la alcalinización como no factible industrialmente. En el caso de la celulasa y celulasa + ultrasonido, la extractibilidad fue cercana al 2%, lo cual debe considerarse como reducida. Los resultados parecen indicar que el tratamiento acido reporta la mejor extractibilidad (10 %. promedio).

20 Resultados y Discusión (cont.) Se encontraron los siguientes ácidos grasos: Acido graso Notación Porcentaje (%) Caprílico C8: Laurico C12:0 412 Palmítico C16:0 5.5 Oleico C18: Linolelaídico 4.27 Lignocérico C24: Superior a Lignocerico > C24:

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22 Resultados y Discusión (cont.) En lo que respecta al perfil de ácidos grasos del aceite obtenido es notorio la presencia ( > 40%) de un acido graso de cadena larga superior al lignocérico (C24:0). Estos tipos de ácidos grasos son característicos de los organismos acuáticos y por lo general casi ausentes en organismos terrestres.

23 Conclusión y Recomendaciones Se debe hacer notar que tratamientos ácidos demasiado severos pueden causar la hidrólisis continuada de la pared celular, reduciéndola a monosacáridos. Los resultados extrapolados en términos de rendimiento pueden significar unos 840 gal / Ha / año, lo cual es mayor que muchas oleaginosas terrestres Considerando que los mejores resultados fueron los obtenidos con tratamiento acido se debe continuar explorando dicha posibilidad, bajo distintos tiempos de exposición y valores de ph.

24 Conclusión y Recomendaciones (cont.) Esta situación puede crear una caramelización de la muestra al ser sometida a calor durante la extracción con solvente (éter de petróleo), lo cual puede dar lugar a resultados no consistentes. Considerando lo anterior, el ph de trabajo debería estar entre > 2 y < 4.5, tomando en cuenta que la celulasa tiene como condición de trabajo un ph de 4.5 No se debe excluir la posibilidad de estudiar otras especies de microalgas.

25 Por la atención prestada Muchas gracias

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31 Produccion de Biodiesel por Pais en Millones de Galones. Año 2004, a partir de distintas oleaginosas Alemania 322 E.U.A (45 compa.) 180 Francia 108 Italia 99 Dinamarca 22 Checoslovakia 19 Austria 18 Eslovakia 5 España 4 Reino Unido 3 Lituania 1.5 Suecia 0.4 Total 780 La producción del 2004 incrementó un 35% comparado al 2003.