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Perspectivas de la Produccin de Biocombustibles en Colombia: Contextos Latinoamericano y Mundial
CARLOS ARIEL CARDONAUniversidad Nacional de Colombia sede ManizalesUniversidad Nacional de Colombia sede Manizales,
Plantas Piloto de Biotecnologa y AgroindustriaConsultor Programa Mundial de Bioenerga y Seguridad Alimentaria FAO-Roma
FORO MOVILIDAD SOSTENIBLE UNA CONSTRUCCIN MULTIDISCIPLINARIA
UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALESDE COLOMBIA SEDE MANIZALES
GRUPO DE INVESTIGACIN EN PROCESOS QUIMICOS GRUPO DE INVESTIGACIN EN PROCESOS QUIMICOS CATALITICOS Y BIOTECNOLOGICOS (PQCB)CATALITICOS Y BIOTECNOLOGICOS (PQCB)
BIOENERGY AND FOOD BIOENERGY AND FOOD SECURITY PROGRAMSECURITY PROGRAM
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Contenido:
1. Por qu los biocombustibles?2 Herramientas tcnicas de anlisis y2. Herramientas tcnicas de anlisis y
discusin.3 Programa BEFS de la FAO3. Programa BEFS de la FAO.4. Perspectivas reales de desarrollo.5 Conclusiones5. Conclusiones
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EL MUNDO CONSUMIDOR DE ENERGA
Por qu los biocombustibles?
EL MUNDO CONSUMIDOR DE ENERGA
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Por qu los biocombustibles?
Disminucin de impacto ambiental causado por el transporte
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Impacto positivo en zonas rurales
Por qu los biocombustibles?
Impacto positivo en zonas rurales
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C l ti
Por qu los biocombustibles?
Cmo encarar el consumo energtico creciente
U l i bl l tit l d lUna solucin renovable la constituye el uso de laenerga solar en forma de biomasa (bioenerga),que est representada en los mater ia leslignocelulsicos y los cultivos ricos en energa. Seexplotan fuentes de energa alternativas y lareduccin neta de los gases contaminantes.reduccin neta de los gases contaminantes.Adicionalmente, la utilizacin de biocombustiblestiene efectos econmicos y sociales importantes,aunque existe una discusin sobre si estos efectosaunque existe una discusin sobre si estos efectosson verdaderamente posi t ivos y masivos.
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Cardona C.A., Snchez O.J. (2006). Energy
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Ventajas del etanol como aditivo de la Por qu los biocombustibles?
gasolina Mayor contenido de oxgeno (menor cantidad de aditivo requerido)
Alto nmero de octano, reduce ms las emisiones de monxido de carbono y no contamina las fuentes de agua.
En comparacin con el metanol, el etanol es menos higroscpico, tiene un calorEn comparacin con el metanol, el etanol es menos higroscpico, tiene un calor de combustin mayor y un menor calor de vaporizacin, y lo ms importante, es mucho menos txico. Adicionalmente, el acetaldehdo formado durante la oxidacin de etanol y que es mucho menos peligroso que el formaldehdoproducido durante la combustin del metanol,
El bioetanol contribuye a disminuir las importaciones de gasolina o petrleo, reduciendo el impacto de las subidas recurrentes del precio del petrleo en un contexto de disminucin de las reservas nacionales.
Snchez O.J., Cardona C.A. (2008). Produccin de Alcohol Carburante: Una Alternativa para el Desarrollo Agroindustrial. Universidad Nacional de Colombia: Manizales. 386 p.
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Por qu los biocombustibles?
Ventajas del etanol como aditivo de la
Su empleo favorece el aprovechamiento de materias
jgasolina
Su empleo favorece el aprovechamiento de materiasprimas y recursos renovables nacionales como la caa deazcar, la yuca, el sorgo, etc., incluyendo adems la grancantidad de residuos lignocelulsicos que tienen posibilidadcantidad de residuos lignocelulsicos que tienen posibilidadde transformarse en alcohol etlico.
Puede posibilitar que se fomente el comercio y el empleo enPuede posibilitar que se fomente el comercio y el empleo enlas zonas rurales deprimidas contrarrestando la migracinhacia los centros urbanos. Una de las principalesconsecuencias es el aumento en el valor que reciben losconsecuencias es el aumento en el valor que reciben losproductores de bienes bsicos agrcolas por su produccin,lo cual tambin tiene efectos sobre el costo vida.
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Desventajas
Por qu los biocombustibles?
j Su produccin es ms costosa. La gasolina mezclada con etanol conduce la electricidad y su presin de
vapor de Reid (RVP) es ms alta, lo que implica una mayor volatilizacin quevapor de Reid (RVP) es ms alta, lo que implica una mayor volatilizacin quepuede contribuir a la formacin de ozono y de smog.
La tendencia a que se formen dos fases lquidas en presencia de agua: unafase acuosa con presencia de etanol y otra fase orgnica que contiene loshidrocarburos que componen la gasolina.q p g
El etanol es altamente corrosivo, lo cual es funcin del contenido de agua. En el caso del etanol producido por el sector azucarero, existe el riesgo de
que en dependencia de la coyuntura del mercado interno y externo del azcarlos ingenios azucareros puedan optar por la disminucin de la produccin deg p p p petanol cuando los precios del azcar sean especialmente altos en el contextointernacional.
Otro de los grandes temores cuando se implementa un programa deoxigenacin de la gasolina con etanol es la presin que puede generar sobrel i d l li t l i d l t i i llos precios de los alimentos relacionados con las materias primas para laproduccin de etanol, como por ejemplo el azcar, la panela y el maz.
Considerando los impactos ambientales, se ha expresado cierta preocupacinpor el hecho de que el uso de etanol en mezclas con combustibles aumentalos niveles de aldehdos en comparacin con la combustin de la gasolina
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los niveles de aldehdos en comparacin con la combustin de la gasolinaconvencional.
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Ventajas del Biodiesel en ColombiaPor qu los biocombustibles?
Debido a que no contiene azufre, no se producen sus xidosdurante la combustin. Su mezcla con el ACPM disminuye losyniveles de azufre de ste ltimo, y en el caso Colombiano, podraevitar la necesidad de instalar plantas de desulfurizacin de altocosto para el diesel [Cmara de Representantes, 2005].
La emisin de material particulado se reduce en un 65% conLa emisin de material particulado se reduce en un 65% conrespecto al diesel. [Bohrquez y Gonzalez, 2004]
Mayor viscosidad que el diesel, que alarga la vida del motor. El elevado contenido de cido palmtico (saturado) en el ster de la
l h di d d i f i l d tpalma, hace prever un ndice de yodo inferior a los dems steres(colza, girasol, soja, higuerilla), lo que reduce la tendencia a laformacin de depsitos, aumenta su estabilidad y garantizacumplimiento de normatividad ms severas sobre biocombustibles.
Una sustitucin del 30% de ACPM por biocombustible en Colombia,requerira unas 270000 nuevas hectreas de aceite de palmacultivada, lo que implicara cerca de 70000 empleos directos.
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Desventajas del Biodiesel
Por qu los biocombustibles?
Desventajas del Biodiesel Incremento en las emisiones de xidos de nitrgeno (NOx). [Fukuda
et al., 2001; Lotero et al. 2005, Cardona et al.2008]Problemas de fluidez a bajas temperaturas Acentuadas si es de Problemas de fluidez a bajas temperaturas. Acentuadas si es dehiguerilla (inferiores a 0C) [Bohrquez y Gonzalez, 2004].Restricciones de exportacin.
Dependencia del metanol ya que el etanol a pesar de ser unaDependencia del metanol ya que el etanol a pesar de ser unaopcin vlida no puede competir como materia prima ybiocombustible a la vez.
Vinculacin de la Palma al desplazamiento y ataque de la selva. Incompatibilidad con algunos plsticos y cauchos. Poder calorfico inferior al del diesel.
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Por qu los biocombustibles?
Mesa, J. (2007). Biodiesel de palma, una realidad en Colombia
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Requerimiento de hectreas de palma en
Por qu los biocombustibles?
Requerimiento de hectreas de palma en produccin por ao y porcentaje de mezcla
450000
300000
350000
400000
200000
250000
H
e
c
t
r
e
a
s 5%10%15%20%
100000
150000
0
50000
2007 2010 2015 2020
Ao
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Programas para la utilizacin de alcohol carburante en varios pases.
Por qu los biocombustibles?
pPas Materia prima para
la produccin de etanol
Contenido de etanol en las mezclas con gasolina, % (vol.)
Observaciones
Brasil Caa de azcar 24% Programa ProAlcool; se emplea tambin el alcohol hidratado como sustituto total de la gasolinahidratado como sustituto total de la gasolina
EUA Maz 10% Oxigenacin obligatoria de la gasolina en las ciudades ms contaminadas; incentivos tributarios; algunos estados han prohibido el uso de MTBE; mezclas E85 disponibles
Canad Maz, trigo, cebada 7,5-10% Incentivos tributarios; programas provinciales destinados a cumplir el Protocolo de Kyoto
Colombia Caa de azcar 10% Se inici en noviembre de 2005; exencin total de impuestos
Espaa Trigo, cebada - Etanol usado para la produccin de ETBE; es ibl l l di d l liposible la mezcla directa de etanol con gasolina
Francia Remolacha azucarera, trigo, maz
- Etanol usado para la produccin de ETBE; es posible la mezcla directa de etanol con gasolina
Suecia Trigo 5% Mezclas E85 tambin disponibles; no se produce ETBEETBE
China Maz, trigo Uso del etanol en perodo de prueba para las regiones centrales y nororientales
India Caa de azcar 5% Mezclas con etanol obligatorias en nueve estados
Tailandia Yuca, caa de 10% Todas las estaciones de servicio en Bangkok deben
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azcar, arroz vender mezclas con etanol; mezclas obligatorias con etanol a partir de 2007
-
Especulaciones Los biocombustibles son excelente para el medio
ambiente Los biocombustibles afectan la seguridad alimentaria Los biocombustibles son el mejor negocio En Colombia las materias primas deben ser. La tecnologa hind es la mejor
L i f tili t d d l i Las vinasas son fertilizantes adecuados para los mismoscultivos bioenergticos
Las instalaciones de cualquier capacidad sernLas instalaciones de cualquier capacidad sernrentables
Los biocombustibles tienen slo implicaciones socialesi i
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positivas
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ARGUMENTOS TCNICOS Y ANALTICOS, Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
UNA NECESIDAD
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Nueva herramienta para apoyar decisiones, disear e innovar
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
disear e innovar
Informacin Informacin deInformacin Secundaria
Reportes
Informacin de Campo
Recoleccin de i f i
Simulaciones
Composicin d l t i Documentos
Investigacionesinformacin en el pas
Tecnologas disponibles en
de las materias primas
Simulaciones usando eldisponibles en
el pasusando el paquete comercial Aspen Plusp
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Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Metodologa (II)
Jacaranda ModELL-R GAMS MatLab DelphiSimulaciones Delphi Octave Polymath
H
Simulaciones
Hysys Superpro Designer
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Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Metodologa (III) Costo de capital
C t d i Costo de operacin Requerimiento energtico Parmetros clave para seleccionar la mejor tecnologa
ServiciosServicios Energa disponible Nivel tecnolgico Mercado
I t i l Impacto social
ResultadosResultados
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Evaluacin del Costo de Produccin de las
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Materias Primas para la Obtencin de Biocombustibles
Produccin de melazas de caa de azcar Produccin de jugo de caa de azcar Produccin de sorgo dulce Produccin de remolacha azucarera Produccin de yuca Produccin de aceite de palma Produccin de aceite de higuerilla Produccin de aceite de higuerilla Produccin de aceite de Jatropha Produccin de aceite de soya
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C t I l d l C lti
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Costos Involucrados en el Cultivo Costos agronmicosg
Costo de siembraCostos de sostenimientoCostos de sostenimientoCosto de cosechaCosto de fertilizacinCosto de fertilizacinCosto de irrigacin
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Costos de Produccin de las M i P i
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Materias Primas Transporte de las materias primasp p Servicios requeridos en las produccin de las
materias primasp Composicin de las materias primas
Esquemas de proceso para la obtencin deq p plas materias primas Consumo energtico Costos de operacin Tecnologas disponibles
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ComposicindelaCaadeAzcar
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Componentes Componente de referencia Fraccin msica
Celulosa Celulosa 0.0765
Fructosa Fructosa 0.0050
p
Glucosa Glucosa 0.0080
Grasas Glicerol 0.0020
Hemicelulosa Hemicelulosa 0.0566
Lignina Lignina 0.0199
Protena Lisina 0.0040
Sacarosa Sacarosa 0.1380
Agua Agua 0.6710
Otros azcares (no fermentables) Rafinosa 0.0050
Other reducing substances Rafinosa 0.0070
cidos orgnicos cido ctrico 0.0020
Ceniza Ceniza 0.0050
Fuentes: (Andrade, Ferrari Jr. et al. 2004; Surez and Morn 2005; Snchez and Cardona 2008).
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( )
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C i i d l Y
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Component Componente de Fraccin
ComposicindelaYuca
es referencia msica
Agua Agua 0.698
Almidn Almidn 0.220
Azcares Glucosa 0.051
Protena Lisina 0.011
Grasas Glicerol 0.004
Fibra Celulosa 0.011
Ceniza Ceniza 0.005
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Ceniza Ceniza 0.005Fuente: (International Starch Institute 1999; Cardona, Snchez et al. 2005; Snchez and Cardona 2008).
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Composicindelaceitedepalma
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Componentes Componente de
referencia
Fraccin
msica
p p
cido laurico en la estructura del TG Trilaureato 0.001
cido mirstico en la estructura del TG Trimiristato 0.010
Acido palmtico en la estructura del TG Tripalmitato 0 428Acido palmtico en la estructura del TG Tripalmitato 0.428
cido esterico en la estructura del TG Triestearato 0.045
cido oleico en la estructura del TG Trioleina 0.405
cido linoleico Trilinoleina 0.101
cidos grasos libres cido oleico 0.002
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BIOENERGY AND FOOD BIOENERGY AND FOOD SECURITY PROGRAMSECURITY PROGRAMFuente:(MaandHanna1999;Gutirrez2008).
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SeparacinTecnologas
Snchez O.J., Cardona C.A. (2007).
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Materias Biotransformacin
Pretratamient
Destil. por Cambio de
Presin
Tratamiento de Efluentes
Evaporacin
Bioresource Technology,
Prima
Caa de Azcar
Fermentacin Convencional
Fermentacin
Pretratamiento
MoliendaCl ifi i
Destilacin AzeotrpicaDestilacin
Evaporacin Incineracin
EvaporacinAzcar
Melazas de Caa
Fermentacin con Clulas
Inmovilizadas
ClarificacinMolienda en
Humedo
Destilacin ExtractivaDestilacin Ext Salina
Fertilizacin
Irrigacin
Jugo de Caa
Fermentacin Extractiva
Hidrlisis cida
Hidrlisis
Ext. SalinaDestil. con
MembranasDigestin
Anaerbica
Yuca SSFHidrlisis
EnzimticaMolienda en
S
Tamices Moleculares
Pervap
Lodos Activados
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Seco Pervap.
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SeparacinCaso Base
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Materias Biotransformacin
Pretratamient
Destil. por Cambio de
Presin
Caso BaseTratamiento de Efluentes
EvaporacinPrima
Caa de Azcar
Fermentacin Convencional
Fermentacin
Pretratamiento
MoliendaCl ifi i
Destilacin Azeotrpica
Destilacin
Evaporacin Incineracin
EvaporacinAzcar
Melazas de Caa
Fermentacin con Clulas
Inmovilizadas
ClarificacinMolienda en
Humedo
Destilacin ExtractivaDestilacin
Fertilizacin
Irrigacin
Jugo de Caa
Fermentacin Extractiva
Hidrlisis cida
Hidrlisis
Ext. SalinaDestil. con
Membranas
Digestin Anaerbica
Yuca SSFHidrlisis
EnzimticaMolienda en
S
Tamices Moleculares
Lodos Activados
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SecoPervap.
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SeparacinCaso Base
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Materias Biotransformacin
Pretratamient
Destil. por Cambio de
Presin
Caso BaseTratamiento de Efluentes
EvaporacinPrima
Caa de Azcar
Fermentacin Convencional
Fermentacin
Pretratamiento
MoliendaCl ifi i
Destilacin Azeotrpica
Destilacin
Evaporacin Incineracin
EvaporacinAzcar
Melazas de Caa
Fermentacin con Clulas
Inmovilizadas
ClarificacinMolienda en
Humedo
Destilacin ExtractivaDestilacin
Fertilizacin
Irrigacin
Jugo de Caa
Fermentacin Extractiva
Hidrlisis cida
Hidrlisis
Ext. SalinaDestil. con
Membranas
Digestin Anaerbica
Yuca SSFHidrlisis
EnzimticaMolienda en
S
Tamices Moleculares
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-
Tecnologas para la Produccin de
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Bi t f i
Tecnologas para la Produccin de Biodiesel
Tratamiento
Materias
Biotransformacin
Transesterific. ConvencionalPretratamient
Separacin
Destilacin l V
Tratamiento de Efluentes
Alimento A i lMaterias
PrimaAceite de
Palma
Reaccin Extractiva
o
Esterilizacin
al Vaco
Separadores
Animal
PropanodiolPalma
Reactor Cavitacional
Molienda Agentes Sorbentes
Aditivo tensoactivo
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Caso Base
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
BiotransformacinSeparacin
Caso Base
Tratamiento d Efl t
Materias
Transesterific. Convencional
R iPretratamient
Destilacin al Vaco
de Efluentes
Alimento AnimalMaterias
PrimaAceite de
Palma
Reaccin Extractiva
Reactor
o
EsterilizacinSeparadores
Agentes Propanodiol
AditiPalma Reactor Cavitacional
Molienda Sorbentes Aditivo tensoactivo
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Posibilidades para la produccin de etanol a partir de biomasaBagazo
PRETRATAMIENTO REACCIN SEPARACIN TRATAMIENTO DE EFLUENTES
10 6 7 5
cido diluido Saccharomyces cerevisiae Destilacin al vaco Reciclaje de vinazas
Explosin a vapor Zymomonas mobilis Destilacin azeotrpica Evaporacin de vinazas
Hidrlisis alcalina Hidr. y fermn. separadas Destilacin extractiva Incineracin de vinazas
Agua lquida caliente Sacarif. y fermn. simultneas Adsorcin con tamices mol. Digestin anaerbica
Solventes Sacarif. y co-fermn. simultn. Pervaporacin Cogeneracin
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Fermentacin de pentosas Fermentacin extractiva
SFS acoplada con PV
-
Esquema de Proceso de la Obtencin de Jugo, M l d C Al h l
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Melazas de Caa y Alcohol
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GRUPO DE INVESTIGACIN EN PROCESOS QUIMICOS GRUPO DE INVESTIGACIN EN PROCESOS QUIMICOS CATALITICOS Y BIOTECNOLOGICOS (PQCB)CATALITICOS Y BIOTECNOLOGICOS (PQCB)
BIOENERGY AND FOOD BIOENERGY AND FOOD SECURITY PROGRAMSECURITY PROGRAM
-
Esquema de Proceso de la Extraccin de Aceite
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
de Palma
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-
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Procedimiento de Simulacin
Simulador de procesos: Aspen Plus Enfoque secuencial modular con ecuaciones orientadasEnfoque secuencial modular con ecuaciones orientadas
a elementos Generacin de software propio Uso de toda la base terica y cientfica posible
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-
Procedimiento de Sim lacin
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Procedimiento de Simulacin
Anlisis de la destilacin mediante mtodos cortos ymodelos rigurosos usando software diseado por elgrupo de investigacingrupo de investigacin
Clculo de los coeficientes de actividad de las faseslquidas mediante los modelos NRTL y UNIFAC
Desarrollo de la base de datos de propiedades de loscomponentes involucrados en la simulacinEnfoque cintico para la descripcin de las reacciones de Enfoque cintico para la descripcin de las reacciones defermentacin y transesterificacin
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-
Planta de Produccin de Jugo de Caa de Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Azcar4-JUICER
9-LIM E 12 VVENT
1-HEATEX
10-SULFI1-CANE
2-WATER
3-CANE
5-BAGASS
OVERLIM I
8-SULM JU
9 LIM E
1 HEATER
11-SULFI
13-SULFI
12-VVENT
14-JUICE
CLARIFIE
24-BVAPO
23-JUICE
6-M JUICE5
1A-WASH
3-RECICL
2-M ILLSULFITAT
7-SO21-HEATER
FLASHTAN15-SLUDG
1-M IXER
15-WATER 15-BAGA
25-BVAPO
8-VAFILT
17-CACHA
16-MSLUD
19 PHOAC
17-FILTE
9-CLARIF
20-FLOCU
19-PHOAC
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22-JFILT
-
Plantas de Produccin de Melazas de Caa Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
de Azcar
1-EVAPOR
26-VAP1
2-HEATEX 2-EVAPOR
29-VAP2
3-HEATEX 3-EVAPOR
32-VAP3
4-HEATEX 4-EVAPOR
35-VAP4
5-HEATEX 5-EVAPOR
38-VAP5
2-COOLER
39-COND5
26-C1JUIADJP3
28-C1JUI 31-C2JUI34-C3JUI
ADJP4 35-C4JUI
37-C4JUI
ADJP5
23-JUICE
ADJP1 ADJP2ADJP3
27-COND1
29-C2JUI 32-C3JUI
30-COND2
33-COND336-COND
36-COND4
1-COOLER38-SYRUP
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-
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Plantas de Produccin de Melazas de Caa de Azcar
6-HEATEX
A-COOKER
43-VCOOK40-BVAPO
3-COOLER
44-CONDE
B-COOKER
49 VCOOK
4-COOLER
50-CONDE
C-COOKER 5-COOLER
56-CONDE
57-SUGAR
42-SYRUP
A-CENTRI7-HEATEX
46-BVAPO
48-HON-A
49-VCOOK
B-CENTRI
8-HEATEX
52-BVAPO
54-HON-B
55-VCOOK
C-CENTRI
38-SYRUP
44-CSYRU
41-BVAPO HONEY-A
47-BVAPO
50-CHO-A
HONEY-B
53-BVAPO
54 HON B
56-CHO-B
MOLASSE
45-SUGAR 51-SUGAR
2-M IXER
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RAWSUGAR
-
Planta de Produccin de bioetanolPlanta de Produccin de bioetanol
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-
Proceso Convencional de Obtencin de
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Proceso Convencional de Obtencin de Biodiesel (I)
4-14
TANKPALM
INT1
5-1 6
1
3-1
4-2
5
ESTERIFI
DECANT1INT2Methanoll
8
2
7
TRANSES1TMEZCLA
MIX1H2SO4
14
11-1
129
10
10-1 10-2 11
TMEZCLA2
MIX2INT3
DECANT2
DIV1NaOH
Methanol13
10-3
15
TRANSES2
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15-115
MIX3
INT4
16
-
Proceso Convencional de Obtencin de Biodiesel (II)
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
TANKGLIC
27
water
30
31
Methanol
Biodiesel (II)
14
26
NEUTRALI
DECANT5
28
29 FLASH
32
8
18
22
19
B3
water
Glycerol
17
25
20
21
DECANT3 B3
DECANT4
23
TANLAVAD
DRY
Biodiesel
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24
-
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Resultados de Simulacin Procesos simulados
Produccin de Jugo Produccin de melazas Produccin de yucaProduccin de yuca Produccin de aceite de palma Produccin de etanol a partir de caa de azcar
Produccin de etanol a partir de melazas Produccin de etanol a partir de melazas Produccin de etanol a partir de yuca Produccin de biodiesel a partir de aceite de
palmapalma Generacin y clculo de propiedades
faltantes
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-
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Resultados de Simulacin
Procesos simulados Procesos simulados Jugo de caa para obtener etanol Melazas de caa para obtener etanolp Yuca para obtener etanol Aceite de palma para obtener biodiesel
Generacin y clculo de las propiedades faltantes Datos de balance de materia y energa
C Composicin y caractersticas de las corrientes de proceso
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-
Criterios de comparacin
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
Criterios de comparacin
Costo de las materias primasp Propiedades y caractersticas de las corrientes
de proceso Simulacin del proceso de obtencin de la Simulacin del proceso de obtencin de la
materia prima Tecnologas para la obtencin de etanolg p Tecnologas para la obtencin de biodiesel Tecnologas disponibles en el mercado
G d d d d l l Grado de madurez de las tecnologas Nivel de tecnologa disponible para la fabricacin
de equipos en cada pasUNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALESDE COLOMBIA SEDE MANIZALES
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de equipos en cada pas
-
Seleccin de tecnologas con base en:
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Seleccin de tecnologas con base en:
Disponibilidad Alta eficiencia Rendimientos Selectividad Impacto ambientalp Desempeo econmico Facilidad de transferencia tecnolgicag Impacto social Seguridad alimentaria
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Seguridad alimentaria
-
46
Configuraciones recomendadas a la industria
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-
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Configuraciones recomendadas a la industria
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-
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Configuraciones recomendadas a la industria
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-
Impactos ambientales potenciales de salida por masa de producto para efluentes (etanol anhidro)
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p p ( )
Categoras toxicolgicas locales: HTPI potencial de toxicidad humana por ingestin, HTPE potencial de toxicidad humana por inhalacin o exposicin drmica, TTP potencial de toxicidad terrestre, ATP potencial de toxicidad acutica.
Categoras atmosfricas globales: GWP potencial de calentamiento global, ODP potencial de empobrecimiento de la capa de PCOP t i l d id i f t i f i d AP t i l d idifi i d ll i idozono, PCOP potencial de oxidacin fotoqumica o formacin de smog, AP potencial de acidificacin o de lluvia cida.
Caso base: Molienda de caa, acondicionamiento de jugo, clarificacin de jugo, esterilizacin de jugo, cascada de dos CSTR en serie con recirculacin de clulas (fraccin de purga de biomasa celular: 0,3), Z. mobilis como microorganismo de proceso,
destilacin para concentracin y rectificacin de etanol y adsorcin con tamices moleculares como mtodo de deshidratacin. Alternativa 1: Caso base pero con tres etapas de CSTR en serie. Alternativa 2: con destilacin extractiva usando etilenglicol como mtodo de deshidratacin. Alternativa 3: con deshidratacin por pervaporacin. Alternativa 4: con fermentacin extractiva para la
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remocin in situ de etanol; incluye una columna de destilacin adicional para la recuperacin del solvente (n-dodecanol).
-
Potencial de impacto ambiental para la d i d bi di l
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
produccin de biodiesel
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REDUCCIN DE EMISIONES CONTAMINANTES EN DOS DIFERENTES MEZCLAS DE ETANOL-GASOLINA
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
DOS DIFERENTES MEZCLAS DE ETANOL-GASOLINA.
Emisin Mezclas E10 Mezclas E85
Monxido de carbono Disminucin de 25-30% Disminucin de 25-30%(CO)
Dixido de carbono (CO2) Disminucin neta de 10% Disminucin neta de hasta 100% (E100)
xidos de nitrgeno Incremento o disminucin de 5% Disminucin hasta de 20%xidos de nitrgeno (NOx)
Incremento o disminucin de 5% Disminucin hasta de 20%
Compuestos orgnicos voltiles
Disminucin de 7% Disminucin de 30% o ms
Di ido de a fre (SO ) Dismin cin Dismin cin significati aDixido de azufre (SO2) y material particulado
Disminucin Disminucin significativa
Aldehdos Incremento de 30-50% (insignificante con convertidores catalticos)
Datos insuficientes
Compuestos aromticos (benceno y butadieno)
Disminucin Disminucin mayor al 50%
Fuente: Canadian Renewable Fuels Association [8].
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-
Impacto del Biodiesel en las Emisiones de
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Impacto del Biodiesel en las Emisiones de combustin
EMISION HC no CO NOx Material SulfatosMEZCLA quemados
xParticulado
B100 -67% -48% +10% -47% -100%B100 -67% -48% +10% -47% -100%
B20 -20% -12% +2% to2%
-12% -20%-2%
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-
Emisiones de CO2 dentro del ciclo de id d l bi di l [C tt t l 2004]
Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
vida del biodiesel [Carraretto et al., 2004]
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Diseo de Planta
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Fermentor
Steam generator
Separation and dehydration unit
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Pl t il t l bt i d bi di lPlanta piloto para la obtencin de biodieselpor extraccin reactiva (solicitud de patente tramitada)
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Plantas Piloto de Biotecnologa y Agroindustria (PPBA)
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Agroindustria (PPBA)
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El famoso ensayo...Herramientas tcnicas de anlisis y discusin.
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Transferencia de tecnologa
Apropiacin de tecnologas para la transformacin de la produccin agrcolaproduccin agrcola
Comunidades rurales asociadas a la produccin de panela (Supa Caldas)panela (Supa, Caldas)
Introduccin de cepas de caa de mayor productividadF i t i Formacin en competencias agroindustriales (Colegio Agropecuario Obispo)
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Bioenergy and Food Security programPrograma BEFS de la FAO.
BEFS, FAOEl Proyecto BEFS analiza los nexos entre bioenerga y seguridad alimentaria El acelerado desarrollo de la bioenerga producir diversas repercusionesen la seguridad alimentaria. Los efectos sern especficos del contexto,dependern del potencial de biomasa, las caractersticas del pas y latecnologa Puede aumentar la competencia por los recursos de tierras ytecnologa. Puede aumentar la competencia por los recursos de tierras yagua, y una de las muchas posibles consecuencias puede ser que subanlos precios de los alimentos y sean menos estables. La bioenergatambin puede proporcionar opciones para dar apoyo al desarrollo rural eincrementar los ingresos agrcolas.
El Proyecto BEFS analiza los riesgos y las oportunidades que representala bioenerga y cmo podra repercutir en la seguridad alimentaria de losla bioenerga y cmo podra repercutir en la seguridad alimentaria de lospases asociados.
BEFS investors: FAO and GTZBEFS P t C b di P T i d Th il d
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BIOENERGY AND FOOD BIOENERGY AND FOOD SECURITY PROGRAMSECURITY PROGRAM
BEFS Partners: Cambodia, Peru, Tanzania and Thailand
-
Programa BEFS de la FAO.
El Proyecto BEFS tiene como objetivo incorporar la seguridadalimentaria en las evaluaciones nacionales y subnacionales delpotencial bioenergtico, a travs de tres principales pilares depotencial bioenergtico, a travs de tres principales pilares deactividad:Elaboracin de un marco terico y analtico del nexo entre bioenerga yseguridad alimentaria, y suministro de orientacin metodolgica, para los
i d (f 1)pases asociados (fase 1)
Estimacin del potencial bioenergtico y anlisis de las consecuencias parala seguridad alimentaria en las situaciones especficas del contexto nacionalg py subnacional (fase 2)
Fortalecimiento de capacidades institucionales, transferencia deconocimientos e intercambio de informacin entre los sectores pblico yconocimientos e intercambio de informacin entre los sectores pblico yprivado (fase 3)
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-
Bioenerga y seguridad alimentaria
Programa BEFS de la FAO.
La bioenerga podra ofrecer oportunidades positivas para
Bioenerga y seguridad alimentaria
La bioenerga podra ofrecer oportunidades positivas paracontribuir a un mayor bienestar de la poblacin rural. Asmismo, algunos tipos de desarrollo de la bioenerga podrancomprometer la seguridad alimentaria y producir daosp g y pambientales. El desarrollo del sector requerir que el gobiernopreste especial atencin a las cuestiones ambientales y a laseguridad alimentaria.Si bien existen muchos nexos entre la biomasa agrcolatradicional y la seguridad alimentaria, el acelerado desarrollode los biocombustibles lquidos para el transporte puedeproducir los mayores efectos inmediatos en la seguridadproducir los mayores efectos inmediatos en la seguridadalimentaria.
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Bioenerga y seguridad alimentariaPrograma BEFS de la FAO.
Bioenerga y seguridad alimentaria
Se prev que los principales productores, como Brasil, los EstadosUnidos la Unin Europea y el Canad reduzcan la exportacin deUnidos, la Unin Europea y el Canad reduzcan la exportacin deproductos alimentarios bsicos (cereales o semillas oleaginosas) oque incrementen las importaciones de biocombustibles, o ambascosas.L bi b tibl l id bt id d lti li t i Los biocombustibles lquidos obtenidos de cultivos alimentariospueden producir efectos diferentes en la seguridad alimentaria quelos modernos sistemas de bioenerga a base de lignocelulosa omateriales de desecho.
La competencia por ms tierras agrcolas y recursos hdricosdirigidos a la produccin de biocombustibles puede hacer subir losprecios de los alimentos y restarles estabilidad, y los pasesimportadores de alimentos y energa podran afrontar algunosp y g p ggraves retos con el paso del tiempo.
Es necesario entender mejor las posibles consecuencias delaumento de la produccin y la demanda de bioenerga en laseguridad alimentaria
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seguridad alimentaria.
-
BEFS Analytical FrameworkPrograma BEFS de la FAO.
Fed with COUNTRY SPECIFIC DATA 1. Biomass Potential agricultural and environmental impact
2. Biomass Supply Chain
5. Household
l l
Household socio-economic impact
Bioenergy Food
Security
Chain Production
Costs
level Food
Security
economic impact Security technological andindustrial impact
3. Agriculture
Markets Outlook
4. Economy wide
Effects
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National and international socio-economic impacts
Outlook
-
ALTO CONSUMO OPORTUNIDADES PARA NUEVOS PRODUCTORES
Perspectivas reales de desarrollo.
CCC conference
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13th May 2007
-
Colombia en el contexto latinoamericano yPerspectivas reales de desarrollo.
Colombia en el contexto latinoamericano y mundial
En el Tratado de Libre Comercio (TLC) se establece que losbiocombustibles no pagarn aranceles y Colombia cuenta con una lalegislacin favorable, precios controlados y exencin de impuestos.
Sin embargo la realidad es que la disminucin de reservas de petrleo delSin embargo, la realidad es que la disminucin de reservas de petrleo delpas obligar a un mayor consumo de biocombustibles en los prximosaos y una limitacin al potencial exportador.
Existe una situacin que poco ha sido estudiada pero que Colombia debeanalizar desde ya y es cmo a futuro la petroqumica ser reemplazada pory y p q p pla alcoholqumica y la oleoqumica, lo que generar competencias internascon los biocombustibles.
Estados Unidos impone a Brasil una tarifa de 54 centavos de dlar por litrode etanol exportado, y varios productores vienen usando pases del Caribe,
ti i d i t ll l d t d idque tienen exencin de impuestos, para llegar al mercado estadounidense. Colombia incluy a El Salvador entre los pases de Centroamrica que
sern beneficiados con la donacin de plantas Argentina emiti una ley de biocombustibles, que hace obligatorio la mezcla
d l 5% d bi di l l h l l 2010
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del 5% de biodiesel y alcohol en el 2010
-
Colombia en el contexto latinoamericano y
Perspectivas reales de desarrollo.
Colombia en el contexto latinoamericano y mundial
El biodiesel empez a adicionarse al diesel petrolero en Brasil enuna proporcin de 2%, y se elevar a 5% en 2013. Y el pastambin opt por el H-BIO, un proceso de hidroconversindesarrollado por Petrobras que aade hasta 18% de cualquierdesarrollado por Petrobras, que aade hasta 18% de cualquieraceite vegetal o animal en la refinacin del petrleo para producir eldiesel.
El programa fue diseado para favorecer la agricultura familiar en laproduccin de higuerilla palma y otras fuentes de aceite vegetalproduccin de higuerilla, palma y otras fuentes de aceite vegetal,con exenciones de impuestos especialmente en las regiones mspobres de Brasil (nordeste).
Brasil y Estados Unidos se asocian - mercado hemisfrico deletanol. Pero con condiciones diferentes pues USA subsidia sualcohol a partir de maz y Brasil, el ms competitivo, a partir decaa. Se anuncian inversiones estratgicas en El Salvador, Hait,Repblica Dominicana.
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
El sector del transporte contribuye de manerap ymayoritaria a las emisiones y es evidente que elimpulso de una movilidad sostenible debe incluirel uso de biocombustibles en transportespmasivos y en general, en vehculosautomotores. Pero se debe investigar si losefectos positivos buscados en centros urbanosefectos positivos buscados en centros urbanospueden estar acompaados de efectosnegativos en las zonas rurales. Para eso senecesitan herramientas tcnicas de anlisis denecesitan herramientas tcnicas de anlisis dealta efectividad.
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LA PRODUCCIN DE BIOCOMBUSTIBLES PUEDE:Conclusiones.
a. No afectar la seguridad alimentariab. Fortalecer el campoc. Contribuir positivamente al medio ambientec. Contribuir positivamente al medio ambiented. Generar seguridad energtica para el pas.SIEMPRE Y CUANDO:1 Se tengan polticas apropiadas y participativas1. Se tengan polticas apropiadas y participativas.2. Se excluya la formulacin de estrategias para apoyar solamente a
ciertos grupos econmicos.3 S d ll l f l i i l 3. Se desarrolle una plataforma tecnolgica propia en el pas.4. Se incluyan a las zonas rurales y sus comunidades como
principales actores del proceso.5. Se formulen mtodos equilibrados para definir el precio interno del
biocombustible.6. Se realicen acciones integrales entre consumidores y productores
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para manejar precios justos de exportacin.
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Conclusiones.
Una movilidad sostenible en nuestro pas basadaen el uso del biodiesel y el alcohol debe tener encuenta el posible aumento en la produccin decuenta el posible aumento en la produccin deNOx y aldehdos. Las emisiones de materialpartculado en el caso del biodiesel varanpartculado en el caso del biodiesel varandependiendo el tipo de materia prima. Todo estodebe tenerse en cuenta para la especificidadcolombiana y analizar las soluciones de tipo postcombustin que se requieran.
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Conclusiones.
En general, las posibilidades de produccin debiocombustibles en Colombia hacia la exportacinestn limitadas no solo por la velocidad decrecimiento o implantacin de nuevos cultivos
ti i t bi t i ienergticos, sino tambin por restricciones quepodran ser impuestas en ciertos mercados. SiColombia quiere exportar debe trabajarColombia quiere exportar debe trabajarprofundamente en solucionar este tipo deproblemas.p
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Bibliografa recomendada del autor referente a la presentacin1. Snchez O.J., Cardona C.A. (2007). Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks.
Bioresource Technology, 99(13): 5270-5295.2. Quintero J.A., Montoya M.I., Snchez O.J., Giraldo O.H., Cardona C.A. (2008). Fuel ethanol production from sugarcane and2. Quintero J.A., Montoya M.I., Snchez O.J., Giraldo O.H., Cardona C.A. (2008). Fuel ethanol production from sugarcane and
corn: Comparative analysis for a Colombian case. Energy, 33(3): 385-399.3. Cardona C.A., Snchez .J. (2007). Fuel ethanol production: Process design trends and integration opportunities. Bioresource
Technology, 98(12): 2415-2457.4. Cardona C.A., Snchez O.J. (2006). Energy consumption analysis of integrated flowsheets for production of fuel ethanol from
lignocellulosic biomass. Energy, 31(13): 2447-2459.5. Snchez O.J., Cardona C.A. (2005). Produccin biotecnolgica de alcohol carburante I: Obtencin a partir de diferentes
materias primas. Interciencia, 30(11): 671-678.6. Snchez O.J., Cardona C.A. (2005). Produccin biotecnolgica de alcohol carburante II: Integracin de procesos. Interciencia,
30(11): 679-686.7. Cardona C.A., Gutirrez L.F., Snchez O.J. (2008). Process integration: Base for energy saving En: Bergmann D.M. (Ed.)
Energy Efficiency Research Advances Nova Science Publishers: Hauppauge NY USA 2008 v 1 p 173 212Energy Efficiency Research Advances. Nova Science Publishers: Hauppauge, NY, USA, 2008, v. 1, p. 173-212.8. Snchez O.J., Gutirrez L.F., Cardona C.A., Fraga E.S. (2006). Analysis of extractive fermentation process for ethanol
production using a rigorous model and a short-cut method. En: Bogle I.D.L., ilinskas J. (Eds.). Computer Aided Methods inOptimal Design and Operations Series on Computers and Operations Research, Vol. 7. World Scientific Publishing Co.:Singapore, pp. 207-216.
9. Snchez O.J., Cardona C.A. (2008). Produccin de Alcohol Carburante: Una Alternativa para el Desarrollo Agroindustrial.9. Snchez O.J., Cardona C.A. (2008). Produccin de Alcohol Carburante: Una Alternativa para el Desarrollo Agroindustrial.Universidad Nacional de Colombia: Manizales. 386 p.
10. Chapter 4: Energy Consumption in Fuel Ethanol Production from Biomass, 2008, Renewable Fuels. Developments inBioethanol and Biodiesel Production, ISBN: 978-958-44-2787-8, Vol. , pgs:98 - 118, Ed. Programa De Las Naciones UnidasPara El Desarrollo Pnud. Autores: CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE, OSCAR JULIAN SANCHEZ TORO, GERARDOLIVAR TOST,
11. Chapter 8: Biodiesel Production, 2008, Renewable Fuels. Developments in Bioethanol and Biodiesel Production, ISBN: 978-958-44-2787-8, Vol. ,pgs:191 - 204, Ed. Programa De Las Naciones Unidas Para El Desarrollo Pnud. Autores: MARIAISABEL MONTOYA RODRIGUEZ, GONZALO TABORDA, MARIA JOSE ILLAN, FRANZ EDWIN LOPEZ SUAREZ,CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE, JIN SUK LEE,
12. Chapter 9: Main Developments in Biodiesel Production, 2008, Renewable Fuels. Developments in Bioethanol and BiodieselProduction ISBN: 978 958 44 2787 8 Vol pgs:206 216 Ed Programa De Las Naciones Unidas Para El Desarrollo Pnud
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Production, ISBN: 978-958-44-2787-8, Vol. , pgs:206 - 216, Ed. Programa De Las Naciones Unidas Para El Desarrollo PnudAutores: JOHNNY ALEXANDER TAMAYO ARIAS, MARIA ISABEL MONTOYA RODRIGUEZ, DIANA CATALINACUBIDES ROMAN,CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE, JIN SUK LEE.
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MUCHAS GRACIAS
CARLOS ARIEL CARDONA IQ MSc Ph DCARLOS ARIEL CARDONA IQ, MSc, Ph.De-mail ccardonaal@unal.edu.co
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