Bioetanol

67.56 “Técnicas Energéticas”

1C 2007

Usos

• Bebidas alcohólicas• Aditivos de combustibles• Combustible• Alcoquímica• Solvente• Perfumes• Medio de reacción

Producción de azúcar

• Molienda de caña de azúcar.• Pesado y análisis del primer jugo.• Purificación.• Decantación.• Jugo clarificado, cachaza, jugo filtrado.• Concentración del jugo clarificado.• Cocción del jugo concentrado.• Separación del azúcar de mieles y melaza.

• Azúcar de 1a: refinamiento, secado, pesado, embolsado y expedición o almacenaje.

• Azúcar de 2a: se usan como azúcares crudos o se diluyen en agua y retornan al cocimiento de 1a.

• Azúcares de 3a: se diluyen en mieles de 1a y retornan al cocimiento de 2a.

• Mieles de 1a: pasan en parte al 2o cocimiento y en parte se usan para diluir el azúcar de 3a.

• Mieles de 2a: pasan al 3er cocimiento.• Melaza: contiene cierta cantidad de azúcar; se utiliza

como M. P. para obtener alcohol, en destilerías anexas al ingenio o en destilerías independientes.

Obtención de etanol: materias primas

• Sustancias con alto contenido de sacarosa (caña de azúcar, remolacha, melazas, sorgo dulce)

• Sustancias con alto contenido de almidón (maíz, papa, yuca)

• Sustancias con alto contenido de celulosa (madera, residuos agrícolas)

• Hidrocarburos

Sustancias ricas en sacarosa

• Azúcar de caña• Azúcar de remolacha• Mieles• Melazas• Jugo de frutas• Mostos• Sorgo dulce• Suero de leche

Mieles: Propiedades

Componente Miel de caña Miel de remolacha

Agua (%) 15-20 16-20

Materia orgánica (%) 74 72

Sacarosa (%) 32 50

Glucosa (%) 14 1

Fructosa (%) 16 1

Azúcares totales (%) 62 52

Nitrógeno total (%) 0.51 1.7

Proteína Kjeldahl (%) 3.2 10.6

Ceniza (%) 12.4 7.4

Melazas

• Minerales presentes en melazas• Colorantes• Contenido microbiano• Condiciones de proceso en la

fabricación• Almacenamiento

• Corriente del proceso azucarero (corriente intermedia que se obtiene al separar la cachaza del jugo clarificado)

• Preacondicionamiento• Ventajas y desventajas respecto de la melaza

Jugo de los filtros

• Residuos del proceso • Ventajas: fermentaciones más rápidas (retorno

de compuestos nitrogenados y sales minerales), mayor acidez en fermentadores

• Otros usos (fertilizantes, alimentación animal, obtención de levaduras, biogas)

Mostos o vinazas de destilería

• Conversión de carbohidratos en azúcares simples

• Fermentación de azúcares en etanol• Separación del etanol de los subproductos

Obtención de etanol: etapas

Fermentación alcohólica• Enzimas: concepto• Microorganismos:

– levaduras– hongos– bacterias

• Elección• Tipos, géneros• Cultivos binarios o mixtos,

trabajados genéticamente, etc.• Importancia

Componentes minoritarios luego de la fermentación

• Sustancias:– Alcoholes superiores– Ésteres– Ácidos– Aldehídos

• Importancia

Residuos lignocelulósicos

• Ventajas• Residuos lignocelulósicos

– Madera dura (eucaliptus)– Madera blanda (pino)– Residuos agroindustriales (bagazo)– Cultivos agroenergéticos (cardo)

• Composición• Desventajas

Conversión de materiales lignocelulósicos a etanol: etapas básicas

• Hidrólisis de la celulosa del material lignocelulosico a azúcares reductores fermentables (catalizada por enzimas: “celulasas”).

• Fermentación de los azúcares a etanol (levaduras o bacterias).Factores que afectan la hidrólisis: porosidad de la materia prima (área de superficie accesible), cristalinidad de la fibra celulósica y contenido de lignina y hemicelulosa.

• Pretratamiento: hacer más accesible el material para la etapa posterior.

• Prehidrólisis: permite liberar las hemicelulosasque contiene el material.

• Hidrólisis: libera la glucosa presente en los materiales lignocelulósicos.

• Fermentación: de las hexosas y pentosas para obtener etanol.

• Separación y concentración del alcohol.

Etapas

Pretratamiento

Clasificación:• Físicos.• Físicos- químicos.• Químicos.• Biológicos.

Sin un pretratamiento efectivo, los rendimientos en azúcares son bajos, la celulosa no será alcanzada por las enzimas celulasas.

Pretratamientos Físicos

Dividen el material lignocelulósico en partículas finas (superficie/ volumen ↑ => celulosa susceptible a hidrólisis. La acción mecánica también causa una reducción de la cristalinidad y del grado de polimerización de la celulosa.

• Tratamiento mecánico• Radiación de alta energía• Pirólisis

• Explosión a vapor (autohidrólisis)• Explosión con amonio• Oxidación húmeda

Pretratamientos Físico - Químicos

• Ozonólisis• Hidrólisis ácida• Hidrólisis alcalina• Delignificación oxidativa• Proceso Organosolv

Pretratamientos Químicos

Hidrólisis

Luego del pretratamiento del material lignocelulósico se realiza la hidrólisis de la celulosa y las hemicelulosas.

• Procesos de hidrólisis ácida.• Procesos de hidrólisis enzimática: la celulosa

es degradada por las celulasas a azúcares reductores que pueden ser fermentados por levaduras o bacterias a etanol.

Sacarificación y fermentación simultáneas (SFS)

• ↑ velocidad de hidrólisis• < requerimiento de enzimas• ↑ rendimientos• < tiempo de proceso

Costo

• Costo de MP• Composición MP• Proceso de obtención (consumo MP, de

catalizador, volúmenes producidos, consumo de energía, inversión).