Universidad de Concepción Centro de Biotecnología Laboratorio de Recursos Renovables REUNIÓN MINISTERIAL IBEROAMERICANA Seguridad Energética en América Latina: Energía Renovable como Alternativa Viable Montevideo, Uruguay Jaime Baeza H.
Introducción de las Energías Renovables generan actividades productivas. Producción de Biocombustibles compiten con la Producción de Alimentos. Es posible replicar la experiencia del Brasil. Deben existir las condiciones naturales (tierras, clima). Dificultades para cumplir meta del 5.25 % de biocombustibles en la Comunidad Europea. Necesidad de estimular I+D+i.
BIOCOMBUSTIBLES ETANOL (incluye ETBE) BIODIESEL BIOGAS
PRODUCCIÓN DE ETANOL 4500 4000 3500 1000 gal/año 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Producción de Etanol 2005 0,8 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
CULTIVOS AGRICOLAS MATERIAL LIGNOCELULOSICO RESIDUOS AGRICOLAS MADERA
Materias primas para la obtención de bioetanol Biomasa azucarada caña azúcar remolacha Biomasa Amilácea Maíz, trigo papa Biomasa Lignocelulósica Madera Residuos Agrícolas Zumo Trituración Trituración Hidrólisis enzimática Hidrólisis ácida Hidrólisis enzimática Fermentación Destilación Etanol
Plataforma Integrada de Azúcares Recursos Cereales Productos forestales Materia Prima Granos Residuos Agrícolas Madera Residuos Forestales Material Lignocelulósicos P r o c e s o s Almidón Hidrólisis enzimática Fermentación I Celulosa + Hemicelulosa Pretratamiento Hidrólisis enzimática o química Fermentación II Recuperación ETANOL
REDUCCIÓN DE LOS GASES DE INVERNADERO. En base a un galón de etanol utilizado. E10 VG:DM EtOH Maíz E10 VG:WM EtOH Maíz E10 VG:Celulosa EtOH E10 VF:DM EtOH Maíz E10 VF:WM EtOH Maíz E10 VG:Celulosa EtOH VG: Vehículos Gasolina, DM: Planta de Etanol Molienda Seca; WM: Planta de Etanol Molienda Húmeda; VF: vehículo Flexible (Wang, 2005)
CALIDAD DE ENERGÍA 10,31 1,36 0,98 0,81 0,45 EtOH Cel EtOH Maíz Carbón Gasolina Electricidad Razón Energía Fosil (FER)= Energía en Combustible/Consumo de Energía enrgíafósil Fosil Wang, 2005
MAÍZ
ALMIDÓN AMILOPECTINA AMILOSA
Factores de Aumento Productividad Etanol Mayor rendimiento en la producción Optimización de Procesos Políticas Públicas
Duplicación Rendimiento Maíz USA 1980 2005 Plantación (Millones de Acres) 73,0 104 Rendimiento (Bushels) 75,1 150,0
Porcentaje de almidón extractable para 4 diferentes híbridos durante 4 años Porcentaje de almidón A B C D Híbrido Promedio híbrido promedio año Syngenta University of Illinois
MATERIAL LIGNOCELULÓSICO RESIDUOS AGRÍCOLAS MADERA
Billones de gal/año Departamento de Energía USA
Estructura de la Celulosa
Hemicelulosa de madera dura Hemicelulosa de madera blanda
OHC CH H 3 CO O HC HC HOH 2 C H 3 CO 5 H 3 CO O 1 HCOH HCOH H 2 C O CH 2 OH O 4 HOCH HC H 2 C O 2 C O CH O CH 2 OH OH 6 H COH HC CH 2 OH OCH 3 H 3 CO O 7 H 2 COH CH CH 16 OH H 3 CO OCH 3 CH 3 H 3 CO CH HC O Carbohydrate 15 O CH 2 OH HC 14 CH OCH 3 H 2 COH CH 2 CH 2 H O 13 2 COH HC CH 2 H HC CH 3 CO HC O CH 2 OH HCOH H 2 C CH O CH OH O H HO 2 COH CH OCH 3 HC O 23 8 3 CHO OCH 3 H 3 CO 12 CHO CH 2 OH O O CH H 3 CO 17 CH CH CH O CH OHC CH CH CH 2 OH O HOCH H 2 COH CH 2 OH 9 22 H 3 CO O CH HC OCH 10 H 3 2COH OH H 3 CO HC O 18 H 2 COH C O H O HC CH 3 C 21 HC O CH 2 OCH 3 HC O CH 2 HO 19 CH HC O H 2 COH HCOH 11 H 3 CO 20 OH OCH 3 OH OH 26 O H 3 CO H 2 COH CH 25 CH 3 O HO CH O 28 H 2 COH HC CH 24 CH 2 OH CH H C O 27 O OCH 3 Estructura modelo de lignina
Material Lignocelulósico Azúcares C6 C5 Lignina Cenizas Maderas Duras 39-50% 18-28% 15-28% 0.3-1.0% Maderas Blandas 41-57% 8-12% 24-27% 0.1-0.4% Residuos Agrí. 30-42% 12-39% 11-29% 2-18%
TECNOLOGÍA DE CONVERSIÓN A BIOETANOL Etapas Claves: I.- HIDRÓLISIS Liberación de azúcares presentes normalmente en cadenas complejas. II.- FERMENTACIÓN Microorganismos fermentan azúcares a etanol.
RESIDUOS AGRICOLAS
Composición de Cultivos Razón Residuo/Cereal Materia Seca (%) Lignina (%) Carbohidratos (%) Producción Etanol (L kg -1 de Biomasa seca) Maíz Residuo 1.0 86.2 78.5 0.60 18.69 73.70 58.29 0.46 0.29 Arroz Paja 1.4 88.6 88.0 7.13 87.50 49.33 0.48 0.28 Cebada Paja 1.2 88.7 81.0 2.90 9.00 67.10 70.00 0.41 0.31 Trigo Paja 1.3 89.1 90.1 16.00 35.85 54.00 0.40 0.29 Avena Paja 1.3 89.1 90.1 4.00 13.75 65.69 59.10 0.41 0.26 Kim and Dale, (2004).
Planta Biomasa Paja de Trigo Almacenamiento y preparación Catalizador Pre- tratamiento Vapor Enzimas Hidrólisis enzimática y fermentación Levaduras Destilación Etanol Residuos Sólidos (Co-productos) Abengoa - Bioenergy
Composición de la Madera Madera Sustancias de baja masa molecular Sustancias Macromoleculares Materia Orgánica Materia Inorgánica nica Polisacáridos Lignina Extraíbles Cenizas Celulosa Poliosas
Procesos de hidrólisis con madera INVENTA PURDUE ACOS IOGEN B C International ARKENOL
Proceso IOGEN (Ottawa) Diciembre 2004, Canadá pone en marcha la primera flota en el mundo de 900 vehículos funcionando con bioetanol como combustible E-85 obtenido de material lignocelulósico - (pajas de trigo)
Proceso IOGEN (Compañía Canadiense Ottawa-1970) Investigación inicial con pajas y maderas incrementar la digestibilidad consumo alimento animal IOGEN expandió la investigación para la producción de bioetanol material lignocelulósico y producción y mercadeo de enzimas. Proceso Explosión a vapor, ácido diluído, altas temperaturas y presión (pajas de trigo y maíz y maderas duras) la tecnología no esta adaptada para maderas blandas.
Proceso BC International (1992) Trabaja con organismos genéticamente modificados (Bacteria Zymomonas mobiles) para convertir azúcares C5, C6 asociados directamente a madera para producir bioetanol. Proceso usa Hidrólisis ácida diluída en dos pasos: Liberación de hemicelulosas Separación celulosa de lignina Materia primas: Residuos agrícolas, M. duras, M. blandas usadas con control para evitar degradación de fibras. Ventaja: recuperación de todos los azúcares. Desventaja: altos costos de recuperación.
Hidrólisis Organosolv Usa solventes orgánicos en medio acuoso (metanol, etanol, acetona, ácido fórmico, ácido acético). Separa los componentes de la madera simultáneamente. Es más rápido que los procesos de hidrólisis ácida convencionales. Protección de los azúcares a altas temperaturas evitando así su descomposición (Paszner, 1992).
En 2030 una Industria de Bioproductos y Bioenergía, bien establecida y económicamente viable creará nuevas oportunidades económicas en el sector rural, protegerá y mejorará el ambiente, fortalecerá la independencia energética de USA, proveerá una seguridad económica, y mejorará la entrega de productos a los consumidores Annal. Energy Outlook, USA 2002
BIOCOMODITIES : UN NUEVA ALIANZA ENTRE LA INDUSTRIA QUÍMICA Y LA AGRICULTURA S.Kim and B.E Dale, Michigan State University
Los países a través del desarrollo de la bioenergía ingresan a un escenario de gran futuro BIO-REFINERÍA
BIO-REFINERÍA Unidad que integra procesos de conversión y equipos para producir combustibles, energías, y productos químicos con valor agregado a partir de biomasa
BIOREFINERIA Pre-procesamiento Procesamiento Final Intermediarios Productos Final Azúcares Etanol Lípidos Biodiesel Lignina Biopolimeros Cenizas Productos Químicos Proteínas
PRODUCTOS DE MAÍZ bioproductos aceite etanol edulcorantes almidón
ACIDO POLILÁCTICO (PLA) lactobacillus ALMIDÓN ÁCIDO LÁCITICO PLA
GRACIAS