etanol bio

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PRODUCCIÓN DE ETANOL COMO COMBUSTIBLE A PARTIR DE MATERIALES LIGNÓCELULOSICOS 1 CLASE MUESTRA ITESA Hebert Gerardo Lugo Granados 08 de Octubre 2015

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Page 1: Etanol bio

PRODUCCIÓN DE ETANOL COMO COMBUSTIBLE A PARTIR DE

MATERIALES LIGNÓCELULOSICOS

1

CLASE MUESTRA

ITESA

Hebert Gerardo Lugo Granados

08 de Octubre 2015

Page 2: Etanol bio

TEMARIO

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•Introducción•Biocombustibles•Bioetanol•Proceso•conclusiones

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Introducción

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Contaminación ambiental yla creciente escasez del

petróleo

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Fuentes de energía – duración

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Biocombustibles

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Page 7: Etanol bio

Pueden ser definidos como los combustibles que se derivan de cualquier recurso biológico o biomasa.

La biomasa se define como cualquier organismo con vida reciente (ej. Algas marinas, madera, semillas, etc) y/o sus derivados metabólicos.

Biocombustibles

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Biocombustibles• Son renovables.• Contribuyen a diversificar la matriz energética.• Reducen dependencia del petróleo importado.• Menores emisiones de gases con efecto

invernadero (CO2).• Promueven reconversión de cultivos agrícolas y

plantaciones forestales, generando más empleos.• Fomentan emprendimiento e innovación y abren

oportunidades de negocio & inversión.

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Page 9: Etanol bio

Biocombustibles de primera generación:

proceden de las plantaciones de especies

comestibles

Biocombustibles de segunda generación:

proceden de las plantaciones de

especies no comestibles

Biocombustibles de tercera generación:

proceden de especies no comestibles de crecimiento rápido y de alta densidad

energética

Tipos de Biocombustibles

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Bio-etanol

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Etanol Alcohol etílico o etanol (CH3CH2OH). Puede utilizarse como combustible, solo, o mezclado con gasolina se conoce como gasohol o alconafta (E10 y E85).

Materias primas ◦ Azúcares (sacarosa): Caña de azúcar y remolacha. ◦ Almidón: Maíz, trigo, papa.◦ Lignocelulósicos (lignina, hemicelulosa y celulosa):

residuos de plantaciones agrícolas y forestales.

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Producción mundial de etanol

Brasil ha venido utilizando el alcohol como combustible de automoción desde los años 60.

EE.UU.50%

Otros8%

China3%

Canada1%

Brazil38%

EE.UU. Brazil China Canada Otros

Fuente: EIA (2010). Brasil 1925.

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Fermentación

Destilación

Etanol

Zumo

Biomasaazucarada

caña azúcarremolacha

Hidrólisis enzimática

Trituración

BiomasaAmilácea

Maíz, trigopapa

Hidrólisisácida

BiomasaLignocelulósica

MaderaResiduos Agrícolas

Obtención de bioetanol

Trituración

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La lignocelulosa (celulosa, hemicelulosa y lignina) es el principal componente de la pared celular de las plantas, esta biomasa producida por la fotosíntesis es la fuente de carbono renovable más prometedora para solucionar los problemas actuales de energía.

El principal impedimento tecnológico para la utilización de la biomasa vegetal es, en general, la ausencia de una tecnología de bajo costo dirigida a la recalcitrancia de la lignocelulosa.

Se han desarrollado diversos métodos que mejoran la hidrólisis de la lignocelulosa, como los pretratamientos fisicoquímicos y biológicos. La finalidad del pretratamiento es remover la lignina, hidrolizar la hemicelulosa a azúcares fermentables, y reducir la cristalinidad de la celulosa para liberar la glucosa

Lignocelulosa

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CelulosaCompuesta por unidades de

glucosa(C6H12O6)

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Hemicelulosa: Azúcares de 6 y 5 átomos de carbono

Hexosas (glucosa, manosa, galactosa) Pentosas (xilosa (C5H10O5), arabinosa)

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Lignina (C9H10O2,C10H12O3,C11H14O

4)

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Es una sustancia que aparece en los tejidos leñosos de los vegetales y que mantiene unidas las fibras de celulosa que los componen, la lignina constituye el 25% de la madera

La molécula de lignina presenta un elevado peso molecular, que resulta de la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos (cumarílico, coniferílico y sinapílico)

Las ligninas son polímeros insolubles en ácidos y solubles en álcalis fuertes como el hidróxido de sodio, que no se digieren ni se absorben.

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COMPOSICIÓN DE LA LIGNOCELULOSA

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Material lignocelulósico Celulosa (%) Hemicelulosa (%) Lignina (%)

Madera dura 40-55 24-40 18-25

Madera suave 45-50 25-35 25-35

Olote de maíz 45 35 15

Algodón 80-95 0 0

Paja de trigo 30 50 15

Hojas 15-20 80-85 0

Desechos sólidos de ganado 1.6-4.7 1.4-3.3 2.7-5.7

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EL PROCESOS PARA LA PRODUCCIONBiOETANOL DE

LIGNOCELULOSICOS

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PRETRATAMIENTO

El pretratamiento tiene como finalidad hacer la celulosa más accesible a la hidrólisis enzimática y solubilizar las hemicelulosas

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Pretratamientos 1. Biológicos: hongos degradadores de

madera.2. Químicos: álcali, ácidos, agentes

oxidantes, solventes orgánicos. 3. Físicos: Molienda, triturado,

irradiación.4. Físicoquímicos: explosión con vapor.5. Combinación de los anteriores.

Page 21: Etanol bio

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Lignocellulose Pre-tratamiento

Hidrólisis ácida 

Los ácidos como el H2SO4 y HCl concentrados son poderosos agentes que hidrolizan la celulosa. Se emplean altas temperaturas y ácidos diluidos que hidrolizan la hemicelulosa en azúcares solubles en agua, en los residuos queda la celulosa y la lignina, esta última se extrae con solventes orgánicos.

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Lignocellulosic

Glucose

GlucoseGlucose

Glucose Glucose

Glucose

GlucoseGlucose

GlucoseGlucose

Glucose

Glucose

Glucose GlucoseGlucose GlucoseGlucose

Glucose

Glucose

Glucose

Glucose

Glucose

Glucose

Glucose

Sacarificación

Ruptura de las cadenas de celulosa a glucosa a 45-50ºC

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Costos de Enzimas Amilasas para hidrolizar almidón

de maíz:1-2 centavos de US

dólares por 3,8 L (1 Gal).

Celulasas para hidrolizar

celulosa se estima en 50

centavos de US dólares por 3,8 L

(1 Gal).

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Page 24: Etanol bio

Fermentación de glucosa en etanol

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Glucosa Etanol + Dióxido de Carbono

C6H12O6 2C2H5OH 2CO2

(1 Ton) (0,51 Ton) (0,49 Ton)

fermenta glucosa a 25-30ºC

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25 http://genomics.energy.gov/gallery/biomass/detail.np/detail-881.html

La biomasa es cosechada y enviada a la biorefinería

La biomasa es trozada y pretratada con calor o productos químicos para dejar la celulosa accecible a las enzimas

Las enzimas rompen las cadenas de celulosa en azucares

Las levaduras fermentan los azucares a etanol

El etanol es purificado por destilación y distribuido

Page 26: Etanol bio

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PRODUCCIÓN ETANOL A PARTIR DE LA MADERA

Fermentación

Destilación

Etanol

Hidrólisis enzimática

Pretratamiento

Madera

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ESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOL

E. globulus

97 91 90 94 78 87 82 80

345353336337318308302284

0

100

200

300

400

1-3 4-6 7-10 11-15 16-20 21-25 26-30 >30Edad (a–os)

Etan

ol (L

/ton)

Hexosas PentosasEucalyptus globulus

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CONCLUSIONES

Actualmente la obtención de los energéticos derivados del petróleo atraviesa una fuerte crisis debido a una disminución en sus reservas, por lo cual la aplicación de nuevas tecnologías dirigidas a generar combustibles a partir de materiales renovables como la lignocelulosa, y no de alimentos, representa una alternativa viable a la demanda energética mundial. Sin embargo la tecnología para obtener bioetanol a partir de lignocelulosa a un no es competitiva desde el punto de vista económico. El algodón es una biomasas que podría reducir los costos de producción al no requerir de pretratamiento.De las hemicelulosas también se puede obtener bioetanol, pero primero se debe hacer una análisis de la cantidad de hexosa y pentosa que contienen para ver si es conveniente procesarla.