OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELAS CHILENAS DGI CNEI 05-09

Transcripción

1 DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE PLAYA ANCHA VALPARAÍSO CHILE OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELAS CHILENAS DGI CNEI EVA ANDREA SOTO ACEVEDO MSC. ING. CIVIL BIOQUÍMICO PUCV REGISTRO COLEGIO DE INGENIEROS DE CHILE A. G. DIRECTORA DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE UPLA esoto@upla.cl director.medioambiente@gmail.com OCTUBRE 2010

2 FACULTADES ARTE HUMANIDADES CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN CS. DE LA ACT. FÍSICA Y DEL DEPORTE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS SOCIALES INGENIERÍA UNIVERSIDAD ESTATAL PÚBLICA LAICA PLURALISTA INCLUSIVA

3 DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE 300 ALUMNOS ING. AMBIENTAL E ING. CIVIL AMBIENTAL DESDE 1996, 1º ING. EN MEDIO AMBIENTE EN CHILE U TRADICIONAL.

4 OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELAS PROYECTO DGI CNEI Dirección General de Investigación y Postgrado Universidad de Playa Ancha, Chile. Factibilidad de producir biocombustibles a partir de frutas de bajo consumo per cápita y que finalmente es un desecho orgánico, determinando la capacidad fermentativa de la levadura Saccharomyces cerevisiaede tipo comercial, para obtener bioetanola partir de ciruelas cultivadas en Chile, se utilizaron 3 tipos de ellas.

5 En Chile la demanda energética aumenta en forma continua y seguirá creciendo fuertemente al menos en los próximo 20 años. Así lo señaló el ministro de Energía, Marcelo Tokman, quien indicó que según un estudio realizado por la Universidad de Chile, la demanda energética, que incluye el consumo de combustibles, eléctrico y de otras fuentes, crecerá a una tasa superior al 5% anual entre el 2008 y el 2030, debido a esto es que se hace imprescindible proyectar un cambio en el actual modelo energético.

6 En Chile, la bioenergía aún se encuentra en un nivel incipiente, sin embargo, el potencial agrícola y forestal que presenta el país la convierte en una oportunidad de desarrollo, no solo porque esta puede contribuir en la dependencia energética, sino también porque puede transformarse en una alternativa rentable para productores agrícolas y forestales.

7 BIOCOMBUSTIBLES VALORIZACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS RSU FERIAS LIBRES RISES Producto de la necesidad de estudios vinculados a la obtención de bioenergía a partir de biomasa, este proyecto tiene por objeto evaluar la calidad que presentan 3 tipos de ciruelas cultivadas en Chile en la obtención de bioetanol, presentando las ventajas y desventajas de esta materia prima.

8 Estudiar la factibilidad de producir biocombustibles a través de las ciruelas Chilenas, a partir de un estudio de fermentación microbiana. Estudiar la factibilidad de producir etanol a partir de ciruelas chilenas o en su defecto de ciruelas extranjeras que se puedan cultivar en Chile. Desarrollar una alternativa de generación de energía con materias primas que sean menos requeridas alimentariamente, para producir biocombustibles. Contribuir al aumento de la participación de fuentes de agro energía en la composición de la matriz energética de Chile. Estudiar las oportunidades que presenta para el país, el desarrollo de esta nueva tecnología, a través de la difusión de sus ventajas y beneficios.

9 La producción de BIOETANOL, a partir de las energías renovables constituye una de las alternativas para solucionar los problemas energéticos del país, ya que muchas de las especies vegetales utilizadas para la obtención de este, se cultivan anualmente en Chile y no son necesariamente alimentos de primera necesidad para la población, como es el casodelmaízyeltrigo.

10 METODOLOGÍA

11 BIOETANOL Se denominan biocombustibles a productos generalmente líquidos que se obtienen a partir de la transformación de la biomasa, mediante diferentes procesos y que son capaces de sustituir a los combustibles fósiles, actualmente uno de los más utilizados en el mundo, es el etanol el cual se obtiene a partir de los azucares presente en diferentes vegetales que luego, por fermentación son transformados a etanol.

12 El etanol se obtiene esencialmente a partir de azucares extraídos de diferentes tipos de vegetales que luego, por fermentación, son transformados a etanol. El sustrato mas usado para la producción de etanol es el azúcar presente en frutos raíces, semillas y tallos, tales como sacarosa, glucosa y la fructuosa

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14 Fermentación de buena manera con el fin de lograr altos rendimientos del proceso. 1. Clase de microorganismo: Saccharomyces y Kluyveromyces y las bacterias Zymomonas mobilis. 2. Concentración del sustrato: Satisfactoria una concentración de azúcar del 10 al 18%, el valor más corriente es del 12%. 3. Concentración de Etanol: Una concentración alcohólica del 3% ya influye sobre el crecimiento; una concentración de un 5% influye tanto sobre el crecimiento como en la fermentación. 4. Temperatura. 5.pH. 6. Concentración de nutrientes: Las más influyentes son el nitrógeno, fósforo, azufre, vitaminas y trazas de algunos elementos.

15 Fruto del ciruelo, pertenece a la familia de las Rosáceas de nombre científico Prunus domestica. El principal componente de las ciruelas es el agua, seguido de los hidratos de carbono, El aporte de vitaminas no es relevante, aunque destaca su contenido moderado vitamina E y provitamina A. En cuanto a su contenido de minerales, es rica en potasio, magnesio y calcio. El contenido de azucares va desde un 4,3 % de sacarosa, 4.0 % de glucosa y 1,4 % de fructosa. YelpHseencuentraentre2,8y4,6

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17 2.-TIPO DE CIRUELA : GOLDEN JAPAN CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL FRUTO Fecha de Cosecha: 15 de Enero a 5 de Marzo Calibre: Medio (90g) Color: Amarillo verdoso Forma: Ovalada Pulpa: Amarilla,buen sabor, f irme 4.-TIPO DE CIRUELA : CATALINA CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL FRUTO Fecha de Cosecha: 5-10 de Enero Calibre: Medio Color: Púrpura oscuro Forma: Ovalada Pulpa: Amarillo ámbar 1.-TIPO DE CIRUELA : READ BEAUT CARACTERISTICAS Características del fruto Fecha de Cosecha: Fines de Nov. a inicios de Dic. Calibre: Medio a pequeño (55g) Color: Rojo brillant Forma: Ovalada redonda Pulpa: Amarillo ámbar

18 La levadura escogida para realizar la fermentación pertenece a la especie Saccharomyces cerevisiae este tipo de levadura es la mas utilizada para la obtención de etanol a nivel industrial puesnopresentaaltocosto,esdefácil manipulación, tolera altas concentraciones de alcohol y es capaz de utilizar altas concentraciones de azúcares

19 El cultivo se llevó a cabo a escala de laboratorio y se realizó a diferentes concentraciones de sustrato, con y sin esterilizar por los problemas asociado al pardeamiento de las muestras, la producción de etanol fue similar en ambas situaciones a partir de una concentración de azúcares bordeando el 4% v/v, se logró de un 3 a un 4,3 %v/v del alcohol. Lo mismo si se diluye hasta un 60% el caldo de cultivo a emplear.

20 Fermentación Fruta sin carozo sin esterilizar 60% diluida Azúcar, %p/v Etano, %p/v Biomasa, g/l Tiempo, horas Azúcar Etanol Biomasa Condiciones operacionales: Temperatura ambiente, cercana a los 23º C, agitación suave, menor a 50 rpm. Se observa que ya a las 20 horas de iniciado el cultivo se alcanza la mayor producción de etanol, del orden de 4%v/v.

21 Producción de Etanol, tomando el valor obtenido a las 10 horas de cultivo, para comparar el efecto de la esterilización, y si sólo se trabaja con el jugo de ciruela o con la totalidad del fruto (únicamente sin el carozo), con caldos de cultivos diluidos 0%, 30% y 60%. Figuras a, b y c, respectivamente. Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo 4,00% 3,50% 3,00% 2,50% Etanol %v/v 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% Esterilizado Sin esterilizar Jugo sin esterilizar

22 Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo diluido en 30% 1,80% 1,60% 1,40% 1,20% 1,00% Etanol %v/v 0,80% 0,60% 0,40% 0,20% 0,00% Esterilizado Sin esterilizar Jugo sin esterilizar Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo diluido en 60% 1,80% 1,60% 1,40% 1,20% 1,00% Etanol %v/v 0,80% 0,60% 0,40% 0,20% 0,00% Esterilizado Sin esterilizar Jugo sin esterilizar

23 Se evidenció que, es factible de realizar a escala de laboratorio, con resultados similares a los de literatura, evidenciando que la etapa de esterilización puede no llevarse a cabo, por las dificultades de mediciones de algunos parámetros, y que el microorganismo seleccionado es un agente adecuado de producción del combustible alternativo, no sólo a partir del jugo de ciruelas, sino que también al trabajar con la pulpa, la cáscara únicamente retirando el carozo. Y la etapa siguiente a escala piloto, es una iniciativa real y concreta de emplear todo el fruto sin carozo y aplicarlo a la valorización de residuos orgánicos, con concentraciones de azúcares fermentables similares.

24 Hay ciruelas en el país, que se exportan en un porcentaje superior al 60%, el resto queda para consumo interno y para la elaboración de mermeladas, suplementos alimenticios, jugos, o bien se emplean sus descartes para compostaje. Hay residuos orgánicos disponibles en las ciudades con características de concentración de azúcares similares a las del proyecto en comento.

25 Las ciruelas a pesar del consumo mayoritario como alimento tal cual y como materia prima a procesar, permite establecer un modelo fermentativo extrapolable a otros, residuos, descartes que con características fermentativas adecuadas, sirven de base para valorizar desechos, con un diseño de reactores que permitan la degradación de residuos orgánicos, además la presencia de otros microorganismos no fue impedimento para que las levaduras funcionaran

26 Se visualiza como alternativa de valorización de desechos, disminución de volúmenes, incorporación de tecnología solidaria, en la comunidad que trabaja a diario con desechos orgánicos, frutas y verduras, principalmente. Incorporando podas de árboles y arbustos, césped, etc.

27 SOCIALIZACIÓN Se difundió el proceso de fermentación por levaduras de fácil acceso a las personas, generando etanol, que se emplea como biocombustible, que contribuye a valorizar desechos y residuos, se realizaron charlas, actividades de comunicación por medios digitales e impresos.

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29 La meta principal de este estudio consistió en ampliar las materias primas utilizadas actualmente en el país para la obtención de biocombustibles, debido a la escasa información y a los pocos estudios realizados en esta área es necesario buscar nuevas alternativas de disponibilidad local, para así determinar si estas corresponden efectivamente a buenas alternativas para la producción de energía en Chile, valorizar residuos, incorporar la ingeniería y la tecnología al servicio de la comunidad.

30 Si la concentración de azúcares fermentables en los residuos orgánicos en comento: descartes de frutas, verduras, podas, pasto, malezas, desechos orgánicos de mercados, ferias libres, municipalidades, domicilios, con un porcentaje promedio de azúcares del 3 al 4% p/p, los valores de rendimiento, ya se tornan comercialmente atractivos. Lógicamente hay que efectuar la evaluación económica, técnica, ambiental-sustentabilidad y social, para que con cifras resulte atractivo a las ciudades y regiones del país.

31 Decreto Nº 11/2008 Especificaciones de calidad de Bioetanol y Biodiesel Resolución SEC para métodos de ensayos Ley 20214/2008, fomento a la I+D, vía crédito tributario de un 35% a la inversión. POLÍTICA NACIONAL Trabajar en biocombustibles de segunda generación, iniciando el fortalecimiento institucionalidad y el aprendizaje con los biocombustibles tradicionales, enfocando el futuro en la Investigación, el Desarrollo y la innovación.

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33 ETAPAS SIGUIENTES ESCALAMIENTO A NIVEL PILOTO PRUEBAS PARA OBTENER BIOETANOL A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS COMPOST. RELACIÓN ENTRE BIOETANOL Y BIOGÁS RENDIMIENTOS Y CAPACIDADES FERMENTATIVAS

34 DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE PLAYA ANCHA VALPARAÍSO CHILE OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELAS CHILENAS DGI CNEI EVA ANDREA SOTO ACEVEDO MSC. ING. CIVIL BIOQUÍMICO PUCV REGISTRO COLEGIO DE INGENIEROS DE CHILE A. G. DIRECTORA DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE UPLA esoto@upla.cl director.medioambiente@gmail.com OCTUBRE 2010