etanol bio
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PRODUCCIÓN DE ETANOL COMO COMBUSTIBLE A PARTIR DE
MATERIALES LIGNÓCELULOSICOS
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CLASE MUESTRA
ITESA
Hebert Gerardo Lugo Granados
08 de Octubre 2015
TEMARIO
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•Introducción•Biocombustibles•Bioetanol•Proceso•conclusiones
Introducción
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Contaminación ambiental yla creciente escasez del
petróleo
Fuentes de energía – duración
Biocombustibles
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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
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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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
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.
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
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)
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.
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
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.
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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.
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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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
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
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PRODUCCIÓN ETANOL A PARTIR DE LA MADERA
Fermentación
Destilación
Etanol
Hidrólisis enzimática
Pretratamiento
Madera
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.