BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN

Transcripción

1 BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN Juan Carlos Gentina M. Escuela de Ingeniería Bioquímica P. Universidad Católica de Valparaíso V Encuentro Regional y XXVI Congreso Interamericano de Ingeniería Química Montevideo, 12 al 14 de noviembre de 2012.

2 Temas o Por qué segunda generación odesafíos para la producción de bioetanol de segunda generación oconsorcio BIOENERCEL S.A.

3 BIOETANO L C + 6H12O6 = 2C2H5OH 2CO2 3C + 5H10O5 = 5C2H5OH 5CO2

4 REALIDAD DEL BIOETANOL Brasil y EUA iniciaron programa de producción de bioetanol a partir de la crisis del petróleo de los años 70s. China comienza a competir ML X ML

5 PRODUCCION MUNDIAL DE ETANOL

6 Producción mundial de Etanol SORGO 0,8 1,0 0,9 0,8 1,7 2,0 3,8 16x10 9 L CAÑA Brazil USA China 8,5 35,8 India Francia Rusia 14x10 9 L Alemania Sud-Africa 33,1 España MAIZ UK

7 En resumen, la producción mundial a gran escala esta sustentada en: CAÑA DE AZUCAR MAÍZ SORGO BIOETANOL DE PRIMERA GENERACION

8 BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACION MATERIAS PRIMAS LIGNOCELULOSICAS: o o o RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOS FORESTALES MADERA

9 RAZONES: Fuentes renovables y abundantes Producción mediante tecnologías limpias Neutro en acumulación de CO 2 El alcohol producido desde azúcar y almidón no cubren las demandas proyectadas de bioetanol No son fuente de alimentos Su generación no compite con tierras de uso agrícola

10 PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL EN EUA BILLONES DE GALONES AL AÑO

11 MATERIAL LIGNOCELULOSICO Celulosa % Polímero de glucosa Hemicelulosa % Polímero de azúcares de 5 y 6 C Lignina % Complejo de aromáticos Alto contenido de energía Pectina Cenizas

12 MATERIAS PRIMAS Remolacha Caña de azúcar Azucares Fermentación Recuperación Bioetanol Maíz, Trigo Madera Residuos LC Almidón Hidrólisis Fermentación Recuperación Bioetanol LC Pretratamiento Hidrólisis Fermentación Recuperación Bioetanol LC

13 PRETRATAMIENTO

14 Efecto del pretratamiento

15 Requisitos para pretratamiento: Alta velocidad de hidrólisis Alto rendimiento en azucares fermentables Mínima degradación de carbohidratos No generación de inhibidores de la fermentación Baja inversión en equipos Bajo costo de operación Reciclo de reactivos Bajo consumo de energía Mínima generación de residuos

16 Alternativas de pretratamientos Explosión con vapor Organosolv Autohidrólisis AFEX Biológico Químico alcalino Químico ácido Otros

17 MADERA Celulosa, 42 Hemicelulos a, 20 Lignina, 21 Extraibles, 17 Inhibidores de la fermentación

18 HIDROLISIS CELULOSA GLUCOSA HEMICELULOSA HEXOSAS Y PENTOSAS QUIMICA ENZIMATICA

19 Hidrólisis enzimática Creación de extremos reductores libres Producción de glucosa celobiosa - β-endoglucanasa β-exoglucanasa Hidrólisis de glucosa y oligosacáridos de glucosa

20 Ventajas de la hidrólisis enzimática Se requieren condiciones suaves de presión, temperatura y ph Alta especificidad No genera inhibidores de la fermentación Bajo consumo de energía Bajo costo de equipos Desventaja: costo de las enzimas

21 FERMENTACION Saccharomyces cerevisiae

22 RUTA METABOLICA

23 Fermentación de hidrolizados de material lignocelulósico Manosa Galactosa Glucosa Xilosa Arabinosa Saccharomyces cerevisiae Etanol

24 Microorganismos fermentadores de azúcares C5 Sheffersomyces stipitis Spathaspora passalidarum

25 Microorganismos recombinantes Genes metabolismo de la xilosa desde E. coli E. coli Genes etanolgénicos desde Z mobilis Pentosas Z. mobilis Etanol Genes metabolismo de la xilosa desde P. stipitis S. cervisiae Adaptado de B. Hahn-Hägerdal, 2006

26 Demanda de energía en Chile Oil and derivates, 45,2 Natural Gas, 19 Biomass 15,6 Hidroelect ricity, 8,2 Coke, 12 Chile importa 72% de su demanda de energía 98% of Petróleo 96% of Carbón 75% of Gas natural

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28 Bioenercel S.A. Celulosa Arauco y Constitución S.A. CMPC Celulosa S.A MASISA S.A. Universidad de Concepción P. Universidad Católica de Valparaíso Fundación Chile

29 Objetivo Desarrollar/Adaptar tecnologías que permitan la implementación de una industria de biocombustibles a partir de material lignocelulósico en Chile

30 Objetivos específicos Determinar el potencial de la biomasa lignocelulósica que puede ser utilizada para la producción de biocombustible liquido. Evaluar, adaptar, y desarrollar investigación para el desarrollo de tecnologías que permitan la conversión de material lignocelulósico en Bioetanol. Sintetizar y diseñar un proceso de producción de bioetanol de 2da generación. Fortalecer las capacidades humanas y de infraestructura, y crear redes de colaboración en esta área.

31 Bioenercel Proy. Biomasa Proyecto Bioproceso Plantaciones Forestales Residuos Forestales Pretratamiento Métodos Analíticos Sacarificación Hidrolisis Enzimatica Laboratorio de Escalamiento Fermentación Síntesis de Proceso Evaluación Económica y ACV Bosque Nativo Biomateriales Pirólisis

32 Rendimiento teórico de etanol 2 moles de etanol por mol de glucosa 0, 51 g Etanol / g Glucosa 5 moles de etanol por 3 moles de Xilosa 0,51 g Etanol / g Xilosa 1 ton materia prima (madera) 400 kg celulosa 200 kg etanol 200 kg hemicelulosa 100 kg etanol 300 kg lignina

33 Superficie estimada para la producción de L bioetanol (Demanda aprox. gasolina E5 en Chile 2015) Cultivo Rotación de 7 años

34 Area potencial para bosques Región Area cultivada (ha) Libertador Maule Bío Bío Araucanía Lagos Total Area apta para forestar (ha) Area potencial (ha)

35 Bases de simulación Pretratamiento: Autohidrólisis de eucalipto Alta severidad (requiere lavado ) Baja severidad Relación 1:6 S:L Sacarificación 10% sólidos, 5 FPU/g 98% rendimiento, 120 h Sólidos Fermentación 24 horas 0,36 g EtOH/g glucosa (70% teórico) Caso ideal con 90% de rendimiento

36 Distribución del MESP por L de etanol

37 Distribución de costos de capital por etapa

38 Producción de bioetanol 2G: desafíos Por qué todavía no se produce masivamente en forma comercial? COSTO Cuales son los problemas no resueltos hoy? Eficiente sistema de depolimerización de la celulosa y hemicelulosa a azúcares fermentables Fermentación eficiente de productos de hidrólisis: hexosas, pentosas, en presencia de compuestos inhibitorios Integración del proceso para minimizar demanda de energía Valorización de los residuos de lignina Asegurar la sustentabilidad del proceso

39 GRACIAS POR SU ATENCION!!!!!

40 Costos de producción que permitan competir con el precio de los combustibles derivados del petróleo