Expo cip bio etanol por tecnologia lignocelulosa 28.11.2012

PRODUCCION DE
BIOETANOL
A PARTIR DE
«LIGNOCELULOSAS»
(Fibra vegetal)
LA BIOTECNOLOGIA EN
LA SUSTENTABILIDAD
Recursos biológicos con
producción de energía
Y
Fuentes de Carbono
Renovables
Preparado por:
Ricardo Bisso Fernández
Ing. CIP. Petroquímico
Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima
28-11-2012
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=A1LnST3w4WQ&feature=endscreen

MENU DE EXPOSICIÓN
1) Crisis del Petróleo y Sustentabilidad
2) Demanda y Uso de Combustibles Alternos
3) Uso de Bio combustibles y Políticas
4) Biotecnología como alternativa energética
5) Lignoceluosa como Fuente de producción de ETANOL
6) Conclusiones
Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

1. Crisis de Petróleo y Sustentabilidad
Energía primaria consumida en el mundo
Tipo de energía primaria 1973 2000 2005
Renovables y biomasa 10,6 11 10
Geotérmica, solar y eólica 0,1 0,5 0,5
Carbón 24,4 23,5 25,3
Petróleo 46,2 34,9 35
Gas natural 16 21,1 20,7
Nuclear 0,9 6,8 6,3
Hidráulica 1,8 2,3 2,2
Totales 100 100 100
Total
(Millon Ton equivalente en petróleo) 6.128 9.963 11,435
Fuente: International Energy Agence, Key World Energy Statistics, 2007
http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm

Reservas de Petróleo y Déficit Futuro
1. El consumo en 10 años se incrementará en 20 millones de barriles diarios
2. Al mismo ritmo de crecimiento, en el 2020 la demanda rondará los 115 millones de barriles diarios.
3. Se estima en que la tasa de caída anual en cuanto a producción corresponde a un 5 %.
4. Esto supone que en 10 años habrá un déficit cercano a los 60 millones de barriles diarios.
Región Producción (*) Porcentaje Reserva en años
Europa 18,7 1,8 % 7-8
Asia-Pacífico 43,8 4,2 % 15,5
Norte América 63,9 6,1 % 13,5
Ex-Unión Soviética 65,4 6,2 % 21
África 75,7 7,3 % 27,5
Centro/Sud-América 96 9,1 % 39
Oriente Medio 685,6 65,3 % 87
Total 1050 100 % 40,3
http://www.sindominio.net/singuerra/reserves_petroli.html http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm
• EEUU es el primer consumidor de petróleo (25 % del total) y ha incrementado su demanda en un 17% en la
última década, mientras Europa lo hizo en un 7 %. Resaltar el incremento del 47 % en el Estado español
(consumo de más de 1,5 millones de barriles diarios) que también contrasta con el de los países de la Unión.
• Cada estadounidense consume 18 veces más petróleo que un Chino. Si China consumiera en la misma
proporción que los americanos necesitaría de 90 millones de barriles diarios, casi 15 millones más que toda la
producción mundial diaria (según consumo por día en 2001).

Precios y Costos del Petróleo
http://www.ub.edu/geocrit/-xcol/143.htm

Paradoja: Kyoto y los fumadores
El mayor logro “ecológico” de los últimos veinte años, ha sido el intento de poner
en marcha el denominado Protocolo de Kioto.
¿Y que es lo que pretendía Kioto, después de todo? un acuerdo,
alcanzado en 1997, que pretende que el mundo emita en el año
2012 sólo el 95% de los gases nocivos y de efecto invernadero, que
ya emitía en 1990 . (Donde el principal contaminante es el CO2)
El reparto de las emisiones de CO2
producidas por las energías fósiles en
el año 2005
Zonas/países %
Estados Unidos 21,4
Europa de los 27 14,6
Japón 4,5
Rusia 5,7
China 18,8
India 4,2
Corea 1,7
Brasil 1,2
Canadá 2
México 1,4
Otros 24,4
Total 100
Fuente: International Energy
Agence, Key World Energy Statistics,
2007
Además de la negativa de los EE.UU. a suscribir ese
Protocolo (país que emite exactamente el porcentaje de
la energía que consume), ahora parece que Rusia dice
que tampoco lo ratificará e incluso su presidente ha
señalado, con toda la crudeza del mundo, que a Rusia,
de clima tan frío, le puede venir bien un calentamiento
global de algún grado centígrado que otro.
Esto es exactamente igual, en todos los sentidos, que la
declaración de un fumador empedernido, que hoy se fuma 100
cigarrillos diarios (05 cajetillas), jura y rejura solemnemente que
hará un esfuerzo serio y que en el año 2025 ya sólo fumará 95
cigarrillos diarios. (El juramento hace constar que se le permitirá
“comprar” humo a los que no fumen mucho y necesiten dinero).

2. Demanda de Combustibles Alternos
La gasolina y el diesel son todavía los combustibles reyes de la
cadena de suministro, pero los combustibles alternativos están
balanceando la escala más hacia lo verde.
Una creciente cantidad de personas cree que los combustibles
alternativos jugarán un rol más amplio en los coches y camiones
del futuro. De acuerdo con Larry West, tal interés ha sido impulsado
por tres importantes consideraciones:
Tienen, generalmente, menos emisiones que contribuyan
al smog, la contaminación del aire y el calentamiento
global.
La mayoría no provienen de fuentes fósiles finitas y son
sostenibles.
Pueden ayudar a las naciones a convertirse en
energéticamente independientes.

Combustibles Alternativos
Con esto en mente, la Ley de 1992 del Departamento de Políticas Energéticas
de los EEUU, consideró ocho combustibles alternativos como notables,
algunos están en uso y otros son considerados de naturaleza más
experimental:
1) Etanol
2) Gas natural
3) Electricidad
4) Hidrógeno
5) Propano
6) Biodiesel
7) Metanol
8) Combustibles P Serie
Sin importar la diferenciación, los combustibles en esta lista tienen el
potencial de servir como alternativas totales o parciales a la gasolina y el
diesel.

8 Combustibles Alternativos
COMBUSTIBLE DESCRIPCIÓN
1) ETANOL Una alternativa basada en alcohol al fermentar y destilar cosechas, como las de maíz, cebada o trigo.
Puede ser mezclado con gasolina para incrementar los niveles de octano y mejorar la calidad de las
emisiones.
2) GAS NATURAL El gas natural es un combustible que quema limpio y está disponible ampliamente en muchas partes del
mundo a través de instalaciones que suministran gas natural a las casas y las empresas
3) ELETRICIDAD La electricidad puede ser usada como un combustible alternativo para los vehículos eléctricos o de celdas
de combustible. Los vehículos movidos con electricidad almacenan la energía en baterías que se recargan
enchufando el vehículo en una fuente convencional de electricidad. Los vehículos de celdas de
combustible se mueven con electricidad que es producida a través de una reacción electroquímica, que
ocurre cuando el hidrógeno y el oxígeno se combinan.
4) HIDROGENO El hidrógeno puede ser mezclado con gas natural para crear un combustible alternativo para vehículos
que usen ciertos tipos de motores de combustión interna. El hidrógeno también se usa en vehículos de
celdas de combustible que se mueven con electricidad producido por la reacción electroquímica cuando
el hidrógeno y el oxígeno se combinan en la celda
5) PROPANO (GLP) es un subproducto del procesamiento natural del gas natural y la refinación de petróleo. Ampliamente
utilizado para cocinar y calentar, el propano es también un combustible alternativo popular para vehículos
6) BIODIESEL El biodiesel es un combustible alternativo basado en grasas vegetales o animales, aún aquellas recicladas
de restaurantes que las han usado para cocinar. Los motores de vehículos pueden ser convertidos a
quema de biodiesel en su forma más pura, y este también puede ser mezclado con diesel y usado en
motores no modificados
7) METANOL El metanol, también conocido como alcohol de madera, puede ser usado como combustible alternativo
en vehículos flexibles en ese sentido, que están diseñados para usar M85, una mezcla de 85% de metanol
y 15% de gasolina, pero los fabricantes no están produciendo más vehículos para ser movidos con CH3.OH
8) COMBUSTIBLES
P SERIES
son una mezcla de etanol, líquidos del gas natural y metil-tetrahidrofurano, un solvente derivado de
biomasa. Los combustibles P Serie son combustibles alternativos claros y de alto octanaje que puede ser
usado en vehículos flexibles

COMBUSTIBLE POSITIVO NEGATIVO
1) ETANOL Los materiales son renovables Los subsidios al etanol tienen un impacto
negativo en los precios de los alimentos y su
disponibilidad.
2) GAS NATURAL Camiones y coches con motores diseñados
especialmente producen menos contaminación
perjudicial que la gasolina o el diesel
La producción de gas natural crea metano, un
gas de invernadero que es 21 veces peor que el
CO2 para el calentamiento global.
3) ELETRICIDAD Las celdas de combustible producen electricidad sin
combustión ni contaminación
Mucha electricidad se genera hoy de carbón o
gas natural, dejando una gran huella de carbono
4) HIDROGENO No emisiones dañinas Coste alto
5) PROPANO (GLP) El propano produce menos emisiones que la
gasolina y también existe una gran red de transporte,
almacenamiento y distribución para este producto
La producción de gas natural crea metano, un
gas de invernadero que es 21 veces peor que el
CO2 para el calentamiento global
6) BIODIESEL El biodiesel es seguro, biodegradable, reduce los
contaminantes del aire asociados a las emisiones de
vehículos, tales como micropartículas, monóxido de
carbono e hidrocarburos
Limitadas infraestructuras de producción y
distribución
7) METANOL Podría convertirse en un importante combustible
alternativo en el futuro como fuente del hidrógeno
que necesitan los vehículos de celdas de combustible
Los fabricantes no están produciendo más
vehículos que utilicen metanol.
8) COMBUSTIBLES
P SERIES
Los combustibles P Serie pueden ser usados solos o
mezclados con gasolina en cualquier proporción al
adicionarlo simplemente en el tanque
Los fabricantes no están produciendo vehículos.

3. USO DE BIOCOMBUSTIBLES
Política y Ecología
* LA CALIDAD DEL AIRE EN LAS PRINCIPALES CIUDADES, ES UNO DE LOS
MOTIVOS PARA PROMOVER UNA POLÍTICA COHERENTE DE COMBUSTIBLES
MAS LIMPIOS.
* RETRASOS EN LAS RENOVACIONES DE LAS REFINERÍAS , ESTÁN LLEVANDO
AL AUMENTO DE LA IMPORTACIÓN DE COMBUSTIBLES.
* LA MAYORÍA DE LOS PAÍSES TIENEN LA OBLIGACIÓN DE
UTILIZAR ETANOL Y BIODIESEL.
* LA GASOLINA ES EL COMBUSTIBLE MAS UTILIZADO EN LOS AUTOMÓVILES
EN LA MAYORÍA DE LOS PAÍSES.
* NO HAY REGULACIÓN EN COMÚN PARA LA REGIÓN: CADA PAÍS TIENE SUS
PROPIAS REGULACIONES Y ESPECIFICACIONES DE COMBUSTIBLES.
* FALTA DE REDES FERROVIARIAS CONFIABLES.

Consumo de Gasolina y Diesel en América del Sur
Año 2011 (billones de litros)
DIESEL +
BIODIESEL
GASOLINA +
ETHANOL
% DIESEL
2011
% DIESEL
2010
ARGENTINA 14.2 7.0 67 69
BOLIVIA 1.4 1.1 57 57
BRAZIL 51.8 46,2 53 52
CHILE (1) 7.8 3.5 69 69
COLOMBIA 4.5 3.3 58 57
ECUADOR (1) 4.8 1.2 60 60
PERU 5.4 1.8 75 74
PARAGUAY 1.3 0.6 67 64
URUGUAY 0.9 0.6 62 68
VENEZUELA 10.5 17.0 38 34
Source: Hart Energy´s International Fuel Quality Center – May 2012
(1) 2010 data
Fuente: © The Lubrizol Corporation 2011. All rights reserved. Preparado por: Ricardo Bisso Fernández - Ing. CIP. Petroquímico - Capítulo de Petróleo y Petroquímica – CD CIP Lima

Gasolina/Diesel/Etanol y Biodiesel
América del Sur

SITUACIÓN ACTUAL PERÚ
* El Gasohol con un grado de 7.8% vol de Etanol, está sustituyendo
gradualmente a todas las gasolinas.
* Lima y Callao: E7.8 desde el 15 de Julio del 2011.
* 9 provincias en el Sur : Obligatorio desde Diciembre del 2011.
* Gasolina sin Etanol: actualmente solo en 5 provincias
(Amazonas, San Martín, Loreto,Madre de Dios y Ucayali).

Comparación Gasolina vs Etanol

Biocombustibles en PERU
Biodiesel Etanol

Tendencia Tipo de Vehículos - Perú
Source – PFC Energy 2012

Tendencia de Tipo de Vehículos - Perú
Source – PFC Energy 2012

Source: Hart Energy´s International Fuel Quality Center – June 2011

CONCLUSIONES
* La mayoría de los países viene implementando programas para mejorar
la calidad de las gasolinas y del diesel.
* Perú: 50 ppm de azufre en diesel para el 2016.
* Algunos retrasos en la reducción de azufre debido a carencias en las
unidades de refinación.
* América del Sur es el líder en la utilización de Biocombustibles.
* La falta de uniformidad en cuanto a especificaciones de los combustibles
en el continente, es un problema.
* Talara y La Pampilla en Perú, Cartagena en Colombia y nuevas refinerías
en Brazil y Ecuador, están llevando a la mejora de la calidad de los
combustibles.

4. Biotecnología como Alternativa Energética
Las acciones humanas se han desarrollado y
sofisticado durante milenios para preservar y
garantizar la sobrevivencia de los individuos y de
las sociedades, con impactos al ecosistema.
• El uso indiscriminado de los recursos
naturales y
• El manejo inadecuado de desechos,
Ha generando una importante
preocupación por el daño del ambiente.
La semillas de sustentabilidad se están gestando en el ámbito de la biotecnología, ya que atañe en
gran medida a las ciencias químico-biológicas el estudio de estos problemas y el planteamiento de
soluciones; y es y deberá ser un actor fundamental en la
«generación de recursos eficientemente renovables y con menos impacto en el ambiente».

Ejemplos de Biotecnología
En este contexto, la vinculación de recursos biológicos con la
producción de energía es un área de gran oportunidad que
está siendo explorada por muchos grupos de biotecnólogos
en el mundo y en nuestro país.
En el número de la revista BioTecnología y Bio Ingeniería A.C.,
Año 2009, Volúmen 13, Número 3, Año 2009, Vol. 13, No. 3, ISSN
0188-4786, se incluyen (05) cinco artículos que dan cuenta
de estas áreas de oportunidad:
I. La producción de biodiesel a partir de microalgas
II. El uso de lignocelulosa para la producción de azúcares con el propósito de
producir etanol
III. La producción microbiana de butanol
IV. Etanol carburante
V. La generación de bioelectricidad.
Esto representa un abanico de importantes alternativas que tienen como denominador
común vincular a los recursos biológicos con la producción de energía, buscando
alternativas sustentables que en el futuro nos den mayor certidumbre en el
desarrollo humano, sobretodo en las grandes colectividades.

5. Lignocelulosa para Producción de Etanol
FALTA DE TECNOLOGÍA DE
BAJO COSTO PARA
DEGRADAR LA FRACCION
RECALCITRANTE DE LA
BIOMASA
LIGNOCELULOSA
(Celulosa, Hemicelulosa y Lignina)
BIOMASA PRODUCIDA POR
LA FOTOSÍNTESIS ES EL
“CARBONO RENOVABLE”
MAS PROMETEDORA PARA
SOLUCIONAR PROBLEMAS
DE ENERGÍA
PRINCIPAL
COMPONENTE DE LA
PARED CELULAR DE
LAS PLANTAS

COMPOSICION QUÍMICA DE LA “LIGNOCELULOSA”
* LA CELUSA, ES UN POLÍMERO DE D-GLUCOSA UNIDA POR ENLACES
GLUCOSÍDICOS b-1,4 QUE SE ESTRUCTURAN EN LARGAS CADENAS LINEALES
(MICROFIBRILLAS) UNIDAS POR PUENTES DE HIDRÓGENO Y FUERZAS DE
VAN DER WALLS INTRAMOLEULARES, FORMANDO UMA ESTRUCTURA
CRISTALINA RESISTENTE A LA HIDRÓLISIS Y REGIONES AMORFAS
SUSCEPTIBLES A LA DEGRADACIÓN ENZIMÁTICA.
* LA HEMICELULOSA ES UM POLIMERO COMPLEJO DE
HETEROPOLISACÁRIDOS FORMADO POR PENTOSAS (D-Xilosa y L-Arabinosa)
y HEXOSAS (D-glucosa, D-manosa y D-galactosa), QUE FORMAN
CADENAS RAMIFICADAS Y LOS ACIDOS 4-o-metilglucorónico, D-galacturónico
y D-glucorónico; LOS AZÚCARES ESTAN UNIDOS POR
ENLACES b-1,4 Y OCASIONALMENTE POR ENLACES b-1, 3
* LA LIGNINA ES UM HETEROPOLÍMERO AMORFO, TRIDIMENSIONAL Y
RAMIFICADO FORMADO POR ALCOHOLES AROMÁTICOS QUE DA SOPORTE
ESTRUCTURAL, RIGIDEZ, IMPERMEABILIDAD Y PROTECCIÓN A LOS
POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES (celulosa y hemicelulosa) Y ES
ALTAMENTE RESISTENTE A LA DEGRADACIÓN QUÍMICA

ESTRUCTURA DE “LIGNOCELULOSA”

MATERIALES “LC”

BIO-ETANOL – DECRIPCION y PRODUCCION
« El empleo del etanol como combustible automotor, solamente tendrá
sentido en mezclas con la gasolina, de acuerdo a las demandas crecientes de
combustibles. Su empleo como combustible único podría darse de forma
puntual en países como Brasil, en períodos de tiempo limitados »
Existen dos formas de producir Etanol a partir de biomasa:

La producción de etanol a partir de GRANOS está muy
cuestionada por sus implicaciones éticas al convertir
alimentos en combustibles para automóviles.

Caso USA: convierte alimentos (maíz) en combustibles para automóviles (etanol).

El efecto del pretratamiento de materiales, mediante diversos tipos de hongos con
objeto de inducir una remoción selectiva de la lignina presente y generar, una mejor
disponibilidad de las fracciones “celulosa y hemicelulosas” para al ataque enzimático
posterior.
Otro componente importante es la acción de enzimas
microbianas que faciliten la depolimerización de la
celulosa hacia azúcares simples.
Se aisla enzimas que tengan potencial en el tratamiento de
sustancias celulósicas para que sean transformadas en materiales
fácilmente fermentables a bioetanol.

Existen dos tipos típicos de Procesos Químicos-Industriales para la obtención
del Bio-ETANOL, siendo la Hidrólisis Enzimática la de vanguardia:

Material lignocelulósico (“biomasa” o fibra vegetal)
lignocelulósico→hexosas + pentosas (*) + lignina
(*) xilosa (18-24%), arabinosa (3-5%) etanol
La biomasa lignocelulósica es diferente de productos con alto contenido de azúcares o almidón.
La estructura de estos materiales, compuesta fundamentalmente por celulosa, hemicelulosas y
lignina, hace que los procesos empleados para la obtención de etanol, tengan que ajustarse de
acuerdo a las características y propiedades de estos componentes.
La Fermentación de AZUCARES, es el proceso tradicional, su eficiencia actual es alta por las
mejoras tecnológicas realizadas. Su crecimiento estará limitado por la disponibilidad de mieles y
azúcar. (Anexos)

2. HIDRÓLISIS
Se puede realizar catalizada por:
• ácidos,
• bases,
• calor y
• Con ayuda de microorganismos
• Una solución de azúcares en forma
de oligómeros, para después
Convertir estos en:
• Azúcares Monoméricos, en general
glucosa (C6) y xilosa (C5).
Estos azúcares son posteriormente convertidos a etanol mediante microorganismos que pueden
utilizar uno o varios de los azúcares presentes en el material lignocelulósico pretratado e
hidrolizado.
Este complejo proceso puede ser representado por las reacciones:

TECNOLOGIAS INDUSTRIALES DE
PLANTAS DE
BIOMASA LIGNOCELULOSAS (LC)
TECNOLOGÍA TIPO MATERIA PRIMA LUGAR CAPACIDAD COSTO
BlueFire Inc.
Hidrólisis ácida y
fermentación
Resíduos LC y de
Madera
California-USA 90 MM gal/año 100 MM $US
POET
Hidrólisis
enzimática y
fermentación
Resíd. Agríc. Fibra de
Maíz cobs and stalk
Iowa-USA 125 MM gal/año 80 MM $US
Logen Biorefineries Inc
Hidrólisis
enzimática y
fermentación
Resíd. Agríc. De maíz,
trigo y cebada
Idaho-USA 250 MM gal/año 200 MM $US
Abengoa Bioenergy (Piloto)
Hidrólisis
enzimática y
fermentación
Wheat Kernels Nebraska-USA 11.4 MM gal/año + ee 76 MM$US
ALICO Inc.
Bioefinería
celulósia Integrada
Yard, wood,
vegetative wastes
Florida-USA
13.9 MM gal/año + 6,2 Mw
+ 8,8 TonH2
266 MM $US
Range Ful Inv.
Proceso Termo
químico
Resíduos de Madera y
agrícolas
Georgia-USA
40 MM gal/año + 9 MM gal
Metanol
76 MM $US
Prof. Germán Aroca, Ph.D. - Escuela de Ingeniería - Bioquímica
P. Universidad Católica de Valparaíso
Seminario Internacional “Impacto de la Producción de Biocombustibles”
15-17 de Abril 2009, Itajubá, SP, Brasil.
Consultor Independiente Sr. Brian Curtis del Dpto. Energía de USA

MODELO DE PLANTA INDUSTRIAL PRODUCTORA
DE BIO-ETANOL POR CONVERSION QUIMICA DE LA
BIOMASA
Modelo: NREL(National Renewable Energy Laboratory)
Investigadores del NREL están trabajando para mejorar la eficiencia y la economía del
proceso de conversión bio y termoquímica de LC a biocombustibles, centrándose en los
pasos más difíciles en el proceso.
A)- Conversión bioquímica
De la biomasa a los biocombustibles
implica tres pasos:
1.Conversión
2.Fermentación
3.Procesamiento
B)- Conversión Termoquímica
De la biomasa a los biocombustibles
implica dos pasos:
1. Gasificación y Síntesis
2. Pirólisis e Integración Termoquímica
http://www.nrel.gov/biomass/biochemical_conversion.html#pretreatment

http://www.nrel.gov/biomass/biochemical_conversion.html#pretreatment
A)- LAS CAPACIDADES DE CONVERSIÓN BIOQUÍMICA
3.Procesamiento:
de la fermentación de productos para
producir combustible de etanol y otros
combustibles, productos químicos, calor
y electricidad a través de:
◦ La integración en el proceso biológico.
http://www.youtube.com/watch?v=OrZHsqIzSno
1.Conversión:
de la biomasa como materia prima para la
fermentación de azúcar :
◦ Pretratamiento
◦ Acondicionado e Hidrólisis enzimático
◦ Desarrollo de enzima.
2.Fermentación:
de estas materias primas
derivados de la biomasa
que utilizan:
◦ Los microorganismos
para la fermentación.

En el proceso BIOQUÍMICO ,
la biomasa sólida es calentado a vapor en
presencia de ácido para romper la:
hemicelulosa en ---Xilosas y azúcares solubles.
Durante la hidrólisis enzimática siguiente:
Las enzimas especializadas se añaden
para romper la celulosa en ------ glucosa.

El ETANOL de la fermentación, se
recupera por destilación.
Los MICROORGANISMOS (Zymomonas
mobilis) se añaden entonces, para fermentar
el azúcar soluble a “Etanol”.

B)- CAPACIDADES DE CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA
Investigadores del NREL están desarrollando de gasificación y pirólisis para la conversión
termoquímica rentable de la biomasa para biocombustibles.
Gasificación: Calentamiento de la Biomasa
con cerca de 1/3 el oxígeno necesario para
completar la combustión.
Se produce una mezcla de CO e H2, conocido
como SYNGAS.
Pirólysis: Calentamiento de la Biomasa en
ausencia de oxígeno produce un líquido bio-combustible.
Ambos, Syngas y Bio-Combustible pueden ser
usados directamente o pueden ser
convertidos a combustibles limpios y otros
químicos valiosos.
• La gasificación y síntesis de combustible
• La pirólisis
• La integración de procesos
termoquímicos

B.1 GASIFICACION:
En el proceso de gasificación termoquímica, la
biomasa es adicionada a un reactor y calentado a
temperaturas sobre los 800 ºC, para manejar los
gases exhaustos y vapores en la forma de «tars and
Syngas», el cual es una mezcla de Hidrógeno y CO.
El «tars and syngas» luego fluyen a un
diferente reactor que conteniene un
catalizador para convertir «tars» y otros
materiales hidrocarbonosos a SYNGAS
adicional.

El Syngas secado es luego presurizado y
acondicionado para remover CO2 y otros
contaminantes indeseados, y luego
enviarlo al reactor de sintesis del
combustible, el cual convierte el Syngas a
ETANOL u otro combustible similar.

B.2 PIROLISIS:
En el proceso de Pirólisis Termoquímico, la
biomasa es alimentada a un reactor y es
calentado a temperatura entre 500ºC y
600ºC, creando productos sólidos ,
vapores y gaseosos.
Los vapores son luego «quencheados»
para crear un bio-oil, el cual constituye
aproximadamente 70% de la masa del
material iniciante.
El bio-oil puede luego ser/estar refinado
dentro de gasoline de alta calidad o
combustible diesel.

VISION FUTURA DE
TECNOLOGÍAS PARA BIO-ETANOL
La idea de hacer combustibles líquidos a partir de biomasa celulósica no es nueva.
Lo que es nuevo es la posibilidad de hacerlo a bajo costo y en gran escala.
En los últimos años, las tecnologías han estado en desarrollo para hacer frente a estos temas centrales e
impulsar la industria de los biocombustibles ya través del punto de inflexión que viene.
1º)- En la tecnología de conversión de la celulosa desde hace años los costos siguen disminuyendo y la escala
comercial de proyectos de su demostración abre camino.
2º)- El desarrollo rural ha sido un factor importante en la adopción de políticas locales favorables con
incentivos que estrían fomentando el desarrollo del sector.
(Por ejemplo, en comparación con el maíz como fuente de materia prima, la biomasa celulósica tiene una
huella mucho más amplia en los EE.UU., lo que permite a las comunidades para construir la industria local en
formas que antes no estaban disponibles).
3º)- La infraestructura para el etanol ha sido impulsado por la industria de etanol de maíz existente, lo que
permitirá un rápido despliegue de la tecnología y su escala comercial.
4º)- Hay una voluntad significativa legislativo y político para avanzar en las energías renovables.
(Por ejemplo en USA con ley en diciembre de 2007, se fijaron metas para llegar a 16 bgpy de etanol
celulósico en 2022, lo que es más del doble la capacidad actual de etanol de maíz. El compromiso también
se hace claro a través de los $ 1 mil millones en fondos federales a disposición de los programas de biomasa
avanzadas).

La Tecnología de etanol celulósico se puede dividir
en 2 categorías principales:
• bioquímicos y
• termoquímicos
El principal motor de cualquier tecnología en un
mercado de materias primas es el costo, el cual se
puede descomponer para incluir:
• El costo de capital para construir una planta y
• El costo operativo para ejecutar la planta.
Los procesos bioquímicos y termoquímicos
requieren los diferentes equipos y categorías de
gastos de funcionamiento.
Como se ilustra en la siguiente figura, las vías
bioquímicas y termoquímicas requieren los
diferentes equipos y categorías de gastos de
funcionamiento.

CURVA DE COSTOS:
En contraste con las tecnologías de procesamiento de maíz de etanol que se encuentran en la
fase de continuas mejoras incrementales realmente novedoso, las tecnologías de conversión de
etanol de celulosa están haciendo mejoras de costos a medida que avanzan desde el laboratorio
a la demostración y, en última instancia, a escala comercial completa.
La figura muestra que la estructura de
costos de energía se orienta a lo mejor
de la tecnología de clase para los
procesos, tanto bioquímicos y
termoquímicos.
El 0.82/gal $ aparece aquí está basada en
la tecnología de avanzada que aún no se
ha desplegado a escala completa y no
incluye la materia prima. Tecnologías
actuales pueden tomar varios años para
llegar a estos puntos de costes en un
entorno de producción.

Las figuras siguientes A y B muestran los costos actuales de proceso y de su trayectoria a la baja
esperada en los próximos cinco años.
Los procesos bioquímicos han dado importantes mejoras en los costos de la enzima en los últimos
años y se están convirtiendo ahora a mejoras en los sistemas generales.
En general, es difícil evaluar las curvas de costos de tecnología sobre una base agregada, ya que
cada tecnología tiene diferentes ventajas de ser probadas / refutado en gran escala.
Como punto de referencia, el costo promedio para producir etanol de maíz en 2007 fue de $ 1.69/gal
y ha subido por encima de 2,00 dólares a principios de 2008.
Si el costo de materia prima neta se resta del Costo para producir etanol de maíz, el costo es de
aproximadamente $ 0.74/gal, que es más barato que la meta de $ 0.82/gal para las tecnologías
celulósicas.

Sin embargo, cuando los costos de materias primas se consideran las proyecciones de los costos de celulosa
son muy inferiores a US $ 1.33/gal en 2012.
La buena noticia es que, a diferencia del maíz, la biomasa celulósica no es (todavía) muy sujeta a los vaivenes
de los productos básicos y los factores externos.
Esta comparación, sin embargo, pone de relieve la importancia de cómo el mercado de materias primas
celulósicas se desarrolla.
Combustibles de Próxima Generación
Existen varios ejemplos de biocombustibles avanzados que se están desarrollando que tienen el potencial para
complementar o incluso sustituir el etanol como el biocombustible dominante en los EE.UU.
Si bien todavía está en fase de desarrollo temprana, estos combustibles se están creando con el fin de mejorar
las propiedades del combustible y / o evitar los cuellos de botella en la obtención producto al mercado.
Los ejemplos incluyen las tecnologías utilizadas para producir alcoholes alternativos para ser mezclado con la
gasolina.
BP y DuPont han estado trabajando juntos en butanol. Y, nuevas empresas, como Amyris Biotechnologies
está trabajando con la biología sintética para producir combustibles alternativos.
Propiedades importantes de combustible a considerar son:
• Densidad de energía
• Octane
•Presión de vapor
•Miscibilidad con agua

MENU DE EXPOSICIÓN
1) Crisis del Petróleo y Sustentabilidad
2) Demanda y Uso de Combustibles Alternos
3) Uso de Bio combustibles y Políticas
4) Biotecnología como alternativa energética
5) Lignoceluosa como Fuente de producción de ETANOL
6) Conclusiones y Consideraciones Finales

CONCLUSIONES
• El consumo estimado de Bio-Etanol del PERU anual, es del orden de:
Año 2011: Etanol 140 MB y Año 2012: Etanol 700 MB
• EL desarrollo del proyecto LC requiere necesariamente la incursión del Estado:
Gobiernos Regionales, Ministerios del Ambiente. Ministerio de Agricultura y
PETROPERU, así como la participación de la empresa privada.
• Existen políticas actuales de tratamiento de pajas, hierbas y pastizales de altura en
Junin, Huancavelica, Ayacucho y Puno; que congregan movimientos campesinos y
agricultores, que velan por la alimentación del ganado auquénido.
• La obtención de Bio-Etanol a partir de hierbas y pastizales, no genera controversia
alguna contra el consumo directo humano. Sin embargo, es menester realizar una
evaluación completa de su impacto en la alimentación de los camélidos en cada zona.
• Buscar nuevas fuentes de abastecimiento de Bio-Etanol para el consumo del PERU que
no procedan del procesamiento de granos.

CONCLUSIONES
• La tendencia de uso de Etanol en el Perú, es de crecimiento en el parque automotor,
por razones ambientales.
• Existe disponibilidad de materia prima para la elaboración de Bio-Etanol a partir de
pastizales en el altiplano y zonas de la cordillera sur.
• El proceso industrial físico-químico de producción de Bio-Etanol a partir de biomasa
vegetal, por hidrólisis enzimática, fermentación bacterial y destilación azeotrópica,
es muy complejo y requiere know-how.
• Dicho proceso requiere niveles de inversión que puede oscilar desde 35 MM US$ a
200 MMUS$, dependiendo el volumen de producción.
• El proceso mencionado, contempla producción de residuos que requieren ser
procesados para su reciclaje.
• PETROPERU o REPSOL requerirá implementar un nuevo cuadro organizativo para
desarrollar dicho proyecto, incursionando así en los procesos sustentables llamados
«Bio-refinerías».

Consideraciones finales
El etanol como combustible automotor tiene aspectos relacionados con su impacto
medioambiental que no están aún bien definidos. En especial los productos de su
combustión, la disposición de las vinazas y del CO2 producido.
El crecimiento en la producción de etanol para cubrir las demandas crecientes solamente
podrá ser posible a partir de la biomasa lignocelulósica.
La recolección, manipulación, almacenamiento y preparación del material, así como la
concentración del mismo en t/ha.año, son aspectos fundamentales para la viabilidad del
proceso.
El bagazo y la paja de caña constituyen materiales lignocelulósicos con perspectivas para
la obtención de etanol, teniendo en cuenta su disponibilidad y concentración en t/ha.año.
Las tecnologías de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica no están
optimizadas en la actualidad y no compiten aún económicamente con las tradicionales. La
fermentación de las hemicelulosas y la disposición de la lignina no están resueltas.

Consideraciones finales
¿Por cuantos años será viable el empleo de la gasolina como combustible automotor?
Las necesidades de financiamiento para I+D e inversiones son considerablemente elevadas
El etanol común de 95% no es soluble en gasolinas.
El etanol absorbente de 99.5% si es soluble en gasolinas.
El Costo del Alcohol Fermentación (con subsidios) = Costo del Alcohol Sintético.
01 galón de Etanol del Trigo se obtiene de -- 9.8 Kgr de Trigo.

Bio-refinerías: Nuevo Concepto
Base de la nueva Bioindustria.
Similar, en concepto, a la refinería del petróleo pero basada en la
conversión de biomasa en lugar de crudo.
Una BIOREFINERÍA es una planta que integra procesos de conversión
de biomasa y equipos para producir combustibles, energía y químicos

Gracias !!

Anexos
DESCRIPCION TECNICA DEL PROCESO
Considera las descripciones técnicas químicas y físico- químicas de cada etapa
operativa vinculados a la:
« Producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica »
* La etapa distintiva de este proceso es el Pretratamiento:
que consiste en las operaciones de recolección, transporte y manipulación, almacenamiento, molida o
astillado y otras, para reducir el tamaño de las partículas, lograr la apertura del material fibroso,
convertirlo en una suspensión que se pueda bombear y facilitar la posterior penetración de los
agentes químicos de hidrólisis.
Incluye también un tratamiento termoquímico:
con el fin de lograr un ablandamiento de la lignina y las hemicelulosas que facilite el posterior ataque
de las enzimas o microorganismos.
* La Etapa final de este proceso es el de la Hidrólisis:
con aplicaciones de ácidos, bases, calor y microorganismos; para lograr fermentación bacterial para
alcohol
1

LAS ETAPAS DE PRETRATAMIENTO E HIDRÓLISIS
El complejo lignocelulósico está compuesto de una matriz de carbohidratos
compuesta de celulosa y lignina enlazada por cadenas de hemicelulosa.
1. LOS PRE TRATAMIENTOS Físicos y Físico-Químicos, tienen como objetivo:
desintegrar esta matriz de tal manera que la celulosa reduzca al máximo su grado de
cristalinidad y
aumente la celulosa amorfa, para el posterior ataque enzimático.
Adicionalmente,
• la mayor parte de la hemicelulosa se hidroliza durante el pretratamiento y
• la lignina se libera o puede incluso descomponerse.
En una etapa posterior,
la celulosa liberada se somete a hidrólisis enzimática con celulasas exógenas, lo cual hace que
se obtenga una solución de azúcares fermentables que contiene principalmente glucosa, así
como pentosas resultantes de la hidrólisis inicial de la hemicelulosa.
2

2. HIDRÓLISIS
Se puede realizar catalizada por:
• ácidos,
• bases,
• calor y
• Con ayuda de microorganismos
• Una solución de azúcares en forma
de oligómeros, para después
Convertir estos en:
• Azúcares Monoméricos, en general
glucosa (C6) y xilosa (C5).
Estos azúcares son posteriormente convertidos a etanol mediante microorganismos que pueden
utilizar uno o varios de los azúcares presentes en el material lignocelulósico pretratado e
hidrolizado.
Este complejo proceso puede ser representado por las reacciones:
3

LOS PRETRATAMIENTOS E HIDRÓLISIS ÁCIDOS TIENEN LA VENTAJA DE QUE:
Separan azúcares monoméricos de las hemicelulosas y exponen a las fibras celulósicas a la acción
hidrolítica posterior.
Tiene la desventaja de generar algunos compuestos inhibidores, por lo que se
hace necesario un paso de detoxificación.
Las sustancias inhibidoras se originan como resultado de la hidrólisis de los
diferentes componentes, de los ácidos orgánicos esterificados de la hemicelulosa,
y de los derivados fenólicos solubilizados de la lignina.
Así mismo, los inhibidores se forman a partir de productos de degradación de los
azúcares solubles y de la lignina (Lynd, 1996; Palmqvist y Hahn-Hägerdal, 2000a,
b).
Por eso, y dependiendo del tipo de pretratamiento e hidrólisis utilizados, es
necesario llevar a cabo la detoxificación de las corrientes que van a ser sometidas
a fermentación.
4

3. FERMENTACION
El Objetivo es fermentar los azúcares monoméricos (glucosa (C6) y xilosa (C5)) a etanol.
Los tratamientos enzimáticos son los preferidos (Zaldivar J.y col. 2001).
Las opciones a utilizar son las siguientes:
• Hidrólisis y fermentación separadas (SHF). Tiene la ventaja de que cada operación puede
realizarse en condiciones óptimas de temperatura y pH, pero la acumulación de glucosa como
resultado de la hidrólisis, inhibe la actividad de la celulasa.
• Sacarificación y fermentación simultáneas (SSF), usando celulasas de fuentes externas. En
este caso, la glucosa obtenida es transformada rápidamente a etanol.
Este proceso tiene una mayor velocidad de hidrólisis y mayor rendimiento, necesita una carga
menor de enzima y reduce el riesgo de contaminación. Se necesita sin embargo un compromiso
entre la temperatura de operación, ya que el paso de hidrólisis es más lento que la fermentación.
(Una adaptación del proceso SSF, está patentada y se conoce como el proceso Gula SSF - Gauss
et al. 1976)
• Sacarificación y fermentación separadas en la cual los microorganismos también producen
celulasa, llamado también como Conversión microbiana directa. Se emplea clostridia anaeróbica,
la cual crece a altas temperaturas produciendo enzimas celulolíticas que hidrolizan el sustrato y
los azúcares generados son convertidos inmediatamente en etanol. Tiene las desventajas de un
bajo rendimiento en etanol, provocado por la formación de subproductos, la baja tolerancia del
microorganismo al etanol y el limitado crecimiento en los siropes hidrolizados.
5

4. DESTILACION
Consta de tres etapas:
• Obtención de etanol crudo (45%),
• Rectificación a 96% y
• Deshidratación a 99.9%.
5. DISPOSICIÓN DE RESIDUALES
Consiste en una solución a los residuales sólidos, líquidos y gaseosos generados en el proceso.
Este es un punto muy importante, ya que una de las fuerzas motrices del desarrollo de los
procesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica, es la preservación del medio
ambiente (Szczodrak y Fiedurek 1996).
Los procesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica, pueden generar grandes
cantidades de desechos como los siguientes:
• Productos químicos que es necesario recuperar o disponer
• Biomasa celular residual de la fermentación
• Agua residual del proceso
• Vinazas, el residual de la destilación.
Se ha calculado que una planta de 100 millones de litros de etanol al año, genera una
contaminación semejante a una ciudad de 1,4 millones de habitantes.
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Expo cip bio etanol por tecnologia lignocelulosa 28.11.2012

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