Orlando Vega Charpentier / IICA " "Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del...

Orlando Vega Charpentier / IICA

""Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas”


““Desafíos de innovación para el Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol desarrollo sustentable del bioetanol

en las Américasen las Américas””


Asegurar el futuro de nuestros ciudadanos promoviendo la prosperidad humana, la seguridad energética y la

sostenibilidad ambiental

Quinta Cumbre de las Américas. Declaración de Compromiso de Puerto España.http://www.summit-americas.org/V_Summit/decl_comm_pos_sp.pdf


Seguridad Seguridad EnergéticaEnergética

Sostenibilidad Sostenibilidad AmbientalAmbiental

Qui

nta

Cum

bre

de la

s Am

éric

as. D

ecla

raci

ón d

e Co

mpr

omis

o de

Pue

rto

Espa

ña.

http:

//w

ww

.sum

mit-

amer

icas

.org

/V_S

umm

it/de

cl_c

omm

_pos

_sp.

pdf

4. (…) promover un acceso adecuadoy sostenible a la energía, los alimentos y el agua y manejar responsablemente

nuestro medio ambiente.


… promover la innovación es vital para: incrementar e intensificar la producción y la productividad,

mejorar los ingresos,

reducir pobreza e inequidad,

disminuir el impacto ambiental del sector agroalimentario,

responder a desastres naturales,

incrementar el acceso a nuevas tecnologías,

adaptarse al cambio climático y, consecuentemente,

alcanzar la seguridad alimentaria y la calidad de vida para todos nuestros ciudadanos.

“Sembrando innovación para cosechar prosperidad”DECLARACIÓN DE MINISTROS DE AGRICULTURA, SAN JOSÉ 2011

Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2011 http://www.iica.int/Esp/prensa/Documents/JIA2011Declaracion_esp.pdf


CompromisoEstimular innovaciones en diferentes tipos de agroenergía que contribuyan a diversificar la matriz energética y a reducir el impacto ambiental negativo.

“Sembrando innovación para cosechar prosperidad”DECLARACIÓN DE MINISTROS DE AGRICULTURA, SAN JOSÉ 2011

Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2011 http://www.iica.int/Esp/prensa/Documents/JIA2011Declaracion_esp.pdf


Desarrollo sostenible

• (…) un crecimiento sostenido, inclusivo y equitativo, creando mayores oportunidades para todos, reduciendo las desigualdades, mejorando los niveles de vida básicos, fomentando el desarrollo social equitativo y la inclusión, y promoviendo la ordenación integrada y sostenible de los recursos naturales y los ecosistemas, (…)

“El futuro que queremos”. Resolución aprobada por la Asamblea General de las Naciones Unidas. A/RES/66/288. 123ª sesión plenaria del 27 de julio de 2012.


La agricultura está llamada a jugar un papel preponderante para el futuro de la humanidad, pues producirá los alimentos, las fibras y gran parte de la energía que se necesitará para vivir, y puede hacer importantes contribuciones a la conservación de los recursos naturales y la biodiversidad.

Síntesis del documento técnico elaborado por el IICA con aportes de profesionales de la República Argentina en apoyo al Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2013. Se agradecen los aportes de otros países miembros y expertos en el tema. Lea el documento completo en la dirección: http://go.iica.int/dt-agua-esp


Históricamente, el desarrollo económico ha sido fuertemente correlacionado con el incremento del uso de energía y el crecimiento de las emisiones de GEI, y las ER pueden ayudar a optimizar esta relación, contribuyendo al desarrollo sustentable.

Estrecha vinculación entre energías renovables y desarrollo sustentable

Source: The Working Group III Mitigation of Climate Change of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Summary for Policymakers of the Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN), approved at 11th Session of Working Group III, May 9th 2011, in Abu Dhabi, United Arab Emirates.

Summary for Policy Makers (SPM): http://srren.ipcc-wg3.de/


Alimento, forraje, fibra y combustibleAlimento, forraje, fibra y combustible

• Biodiversidad

• Agro biodiversidad

Micro escala

• Servicios ecológicos• Áreas agroecológicas

Meso Escala

Macro Escala

Complejidad de las interacciones dinámicas entre la sociedad, la energía y el ambiente,

asociada con la bioenergía

Source: The Working Group III Mitigation of Climate Change of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Summary for Policymakers of the Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN), approved at 11th Session of Working Group III, May 9th 2011, in Abu Dhabi, United Arab Emirates.

Uso de la tierra

EnergíaCambio climático

Interacciones dinámicas en espacio y

tiempo

Biomasa y agua


Los mensajes claves de mitigación acerca de agricultura.

• El sector de agricultura, silvicultura y otros usos del suelo representa alrededor del 25% de las emisiones netas antropogénicas de GEI.

• Las políticas que rigen las prácticas agrícolas, y la conservación y manejo de bosques son más eficaces cuando se involucran tanto a la mitigación como la adaptación.

• La bioenergía puede jugar un papel fundamental para la mitigación; sii sostenibilidad de las prácticas y la eficiencia de los sistemas de bioenergía.

Grupo de Trabajo III. Resumen para Diseñadores de Políticas: Mitigación del Cambio Climático. Resumen sujeto a la aprobación por los delegados de todos los gobiernos participantes. 2014. Disponible en inglés: http://report.mitigation2014.org/spm/ipcc_wg3_ar5_summary-for-policymakers_approved.pdf


“Cambio Climático: Lo que las Américas Pueden y Deben Hacer”• Hacer caso omiso de las oportunidades de mitigación

en el sector energético conlleva claramente una serie de peligros inherentes.

• Si no se aprovechan y apoyan las oportunidades para energías renovables, los países en desarrollo del continente americano intensificarán su capacidad de generación de energía con combustibles fósiles a medida que desarrollan rápidamente su infraestructura.

Discurso para la Cátedra de las Américas de la Organizacion de Estados Americanos Washington D.C., 13 de mayo 2011Declaración de la secretaria ejecutiva Christiana Figueres Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático


Insti

tuto

Inte

ram

eric

ano

de C

oope

raci

ón p

ara

la A

gric

ultu

ra. P

lan

Estr

atég

ico

2010

-202

0: s

ínte

sis

/ IIC

A –

San

José

, C.R

.:IIC

A, 2

011.

htt

p://

ww

w.ii

ca.in

t/es

p/dg

/Doc

umen

tos%

20In

stitu

cion

ales

/PE_

2010

_202

0_es

pano

l.pdf

PLAN ESTRATÉGICO IICA 2010-2020Contexto y objetivos estratégicos para el sector agrícola relacionados con

cambio climático, recursos naturales y energía

• Contexto: – La vulnerabilidad climática tiene estrecha relación con la agricultura.

– Aumenta la demanda por productos de la agricultura, para fines no alimentarios: agroenergía, aceites industriales, medicina e industria textil, entre otros.

• Objetivo estratégico: – Mejorar la capacidad de la agricultura para mitigar y adaptarse al cambio

climático y utilizar mejor los recursos naturales.


Compromiso del IICA con la innovación para el desarrollo de

las Américas• La GCARD2 (2012) se estructuró a partir de tres

grandes temas:

más y mejores alianzas;

la relevancia de la prospectiva; y

el desarrollo de capacidades.

• El IICA busca potenciar el papel de la innovación en los diversos ámbitos del desarrollo agroalimentario, labor que ejecuta en conjunto con los países.

Nota técnica del IICA para GCARD 2012 - Segunda Conferencia sobre Investigación Agropecuaria para el DesarrolloProspectiva y Alianzas para la Innovación e Impacto en la Agricultura Familiar”.http://www.iica.int/Esp/Programas/Innovacion/Documentos%20de%20Tecnologa%20e%20Innovacin/Boletin%20GCARD2_es.pdf


La innovación como solución a los retos de la

agricultura• Para avanzar hacia una agricultura

competitiva, sustentable e inclusiva.• Para enfrentar los desafíos asociados a la

mitigación y al cambio climático, y a la seguridad alimentaria.

• Para la gestión del riesgo.

• Existe innovación cuando hay apropiación social; el conocimiento es llevado al mercado; y los nuevos desarrollos o cambios se traducen en respuestas a las necesidades de las personas y la sociedad.

IICA,2012. Situación y desempeño de la agricultura en ALC desde la perspectiva tecnológica 2012/ IICA. San José, C.R. http://repiica.iica.int/docs/B2951E/B2951E.PDF


Escenario de la innovación: desafíos

globales

• Aumento de la población• El impacto del CC• Las emisiones de GEI• Rápido desarrollo de economías emergentes• Creciente inestabilidad en torno a la escasez

de tierra, agua y energía

Fuente: La innovación en la agricultura: un proceso clave para el desarrollo sostenible. Posicionamiento institucional del IICA Autor: IICA - Preparado por French, J, Montiel, K y Palmieri, V


Dinámica del sistema de innovación

Fuente: La innovación en la agricultura: un proceso clave para el desarrollo sostenible. Posicionamiento institucional del IICA Autor: IICA - Preparado por French, J, Montiel, K y Palmieri, V


PROCITROPICOSPROCITROPICOS

PROCISURPROCISUR

PROCINORTEPROCINORTE

CATIECARDI

Agencias de I&D de los países desarrollados

Centros CGIAR

CIAT, CIP, CIMMYT, IFPRI,

Bioversity

SICTSICTAA

PROMECAFEPROMECAFE


Oportunidades y Desafíos Oportunidades y Desafíos en los biocombustiblesen los biocombustibles

Para mantener la competitividad de los sistemas de producción de biocombustibles, será fundamental que se muestren avances tecnológicos en tres grandes vertientes: •En la producción de materia prima•En los procesos de transformación•En los motores y generadores de energía

Gazzoni, Decio Luiz. Biocombustibles y alimentos en América Latina y el Caribe / Decio Luiz Gazzoni – San José, C.R.: IICA, 2009. 118 p.; 21.5 x 28 cm. http://www.iica.int/Esp/conocimiento/infoRecurso/Paginas/Publicaciones.aspx


• En la producción de materia prima se requiere:–Alta densidad energética, como también un

favorable balance energético– Fácil producción, almacenamiento y transporte– Sin conflictos en la producción de alimentos

la celulosa y la hemicelulosa




• En los procesos de transformación:–Mayor eficiencia–Bajo costo–Reducido impacto ambiental– Seguridad para almacenamiento, transporte

y uso




• En los motores y generadores de energía:–Mejora progresiva en los actuales motores

para la adaptación–a celdas de energía con capacidad para ser

movidos con alcoholes– e hidrógeno.




Escenario bioenergético de

innovación: Recursos genéticos de diversa

complejidad biológica para la producción de

bioenergía y la mitigación del cambio

climáticoFuente: Elaboración propia.


• Evitaría muchas de las consecuencias adversas de los biocombustibles de la 1ª generación:– No competirían directamente por alimentos – Causarían menor impacto ambiental – Mayor energía producida por hectárea

• Sin embargo, los biocombustibles de 2a generación actualmente:– No son competitivos y – Las expectativas sobre los costos y la energía

producida por unidad de superficie varía dependiendo de la materia prima utilizada.

Biocombustibles de Biocombustibles de segunda generación segunda generación


Representan un cambio en la tecnología de conversión que permite reemplazar las azúcares, el almidón y los aceites de las materias primas utilizadas por la primera generación, por diversas formas de biomasa lignocelulósica .

Dejarían atrás el dilema biocombustibles vs. alimentos, además de representar una mayor participación potencial en la matriz energética y un avance significativo en términos de balance de carbono.

Biocombustibles de Biocombustibles de segunda generación segunda generación


Genomic Science Program, Department of Energy, US http://genomics.energy.gov/gallery/gtl/detail.np/detail-36.html

Estructura de la Estructura de la celulosacelulosa


Etapas en la producción bioquímica de etanol celulósico

Fuente: Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación en América Latina y Caribe. Cristina M. M. Machadohttp://www.procitropicos.org.br/portal/newbb/dl_attachment.php?attachid=1282647161&post_id=34


Ruta bioquímica Ruta termoquímicaCriterio Hidrólisis ácida Hidrólisis enzimática Gasificación Combustión

Cantidad de carbohidratos +++ +++ + +Estructura y cantidad de lignina +++ +++ + +Cristalinidad de la celulosa ++ +++ + +Densidad + ++ +++ +++Tamaño de la partícula ++ ++ ++ ++Contenido de extractivos + + +++ +++Contenido de nitrógeno + + + +Contenido de azufre + + ++ ++Contenido de otros inorgánicos ++ ++ ++ ++Valor calorífico + + ++ +++

Grado de importancia de características físico-químicas de la biomasa para diferentes tecnologías en

la producción de biocombustibles

+++

muc

ha im

port

anci

a; +

+ m

edia

impo

rtan

cia;

+ p

oca

impo

rtan

cia

Fuente:Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación en América Latina y Caribe. Cristina M. M. Machadohttp://www.procitropicos.org.br/portal/newbb/dl_attachment.php?attachid=1282647161&post_id=34


7º Programa Marco de Cooperación Internacional de la Unión Europea con Países en Desarrollo

Nuevas materias primas y proceso de transformación innovador para un desarrollo más sustentable y producción

de etanol lignocelulósico

“BABETHANOL”

www.babethanol.comStart of the project: 01/05/2009End of the project by April 2013


Las instituciones participantes

EUROPA

INPT - Institut National Polytechnique de Toulouse, Lab. de Chimie Agroindustrielle , Francia (Institución Líder del Proyecto)

INSA - Institut National de Sciences Appliquées, Lab. d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, Francia

CIEMAT- Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, España

VTT - Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Finlandia

Università degli Studi di Udine DiSA, Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali, Italia

APYGEC, Francia


LATINOAMERICA

UNAM - Universidad Nacional Autónoma de México, Fac. Química

UCR - Universidad de Costa Rica, Laboratorio de Química Bio-orgánica

UAE – Universidad Agraria de Ecuador, Fac. de Ciencias Agrarias

CMM – Centro Mario Molina, México

CRT – Consejo Regulador de Tequila, México

PALMA TICA, Costa Rica

PROCAZUCAR S.A., México

PROCISUR, Cono Sur

Las instituciones participantes


Objetivos de BABETHANOL1) Desarrollar una nueva alternativa para el proceso de

transformación de materias primas lignocelulósicas en la producción de etanol.

2) Enfocar el estudio para que sus resultados puedan ser incluidos en las matrices energéticas nacionales.

3) Contribuir a un desarrollo más sustentable de los biocombustibles renovables.

4) Proponer, al final del proyecto, los mejores parámetros biológicos para obtener etanol con el mejor rendimiento de conversión al menor costo de material biológico.


El foco innovador del proyecto

El proyecto BABETHANOL propuso desarrollar y probar hasta la escala piloto semi-industrial, un nuevo concepto que permite la integración del pre-tratamiento (CES) e hidrólisis enzimática completa de la biomasa lignocelulósica.


• El nuevo proceso denominado CES :Extrusión – Sacarificación Combinada se basa en el concepto de desintegración mecánica de la matriz de biomasa por extrusión, para favorecer la hidrólisis enzimática de la hemicelulosa y la celulosa.

El concepto del proyecto


Las ventajas de CES (Extrusión – Sacarificación combinada) en comparación con las actuales tecnologías serán:

Menor consumo de energía termal y agua (menor T°, hidrólisis en condiciones de baja humedad).

Sin consumo ácido y reactivos de neutralización (más bajo en materias primas).

Sin corrosión (más bajo en mantenimiento y costo de capital en equipamiento).

Sin residuos tóxicos y reciclaje / tratamiento de residuos (más bajo en materias primas y costo de capital en equipamiento).

Integración de procesos (más bajo en costo de capital en equipamiento).


Characterization of the 4 feedstock

LCA (Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle)


• The samples of BAB – Blue Agave Bagasse were supplied by CRT (Consejo Regulador del Tequila).

• The samples of POEFB – Palm Oil Empty Fruit Bunches were supplied by UCR from the residues obtained at PALMATICA (Costa Rican palm oil manufacturer).

• The samples of OMH – Olive Milled Husks were supplied by CIEMAT from a local olive oil producer.

• The samples of CC - Corn Cob were supplied by INPT from a local farming production.



Feedstock Cellulose (C) Hemicellulose (Hc)

Lignin (L)

BAB 35 – 43% 17 – 23% 15 – 24%

POEFB 33 – 42% 22 – 24% 18 – 23%

CC 33 – 42% 35 – 42% 6 – 21%

OMH 6 – 22% 7 – 19% 12 – 33%

• All the biomasses show cotents of C and Hc, except OMH wich shows lower contents of C and Hc and higher content of L.

• Consequently, OMH is a poor candidate for the conversion to bio – ethanol. • OMH has been replaced it by Barley Straw (BS) wich shows good

carbohydrate contents in the same range as BAB, POEF and CC.

CC= Corn cob; BAB= Blue Agave Bagasse; OMH= Olive Oil Milled Husk; POEFB= Palm Oil Empty Fruit Brunches. CIEMAT – UCR: NREL Methodology (National Renewable Energy Laboratory)INPT – UNAM: Van Soest and Wine‘s method. Priciple vegetal matter = L + C + Hc + minerals + others



Sugar release from extruded barley straw biomass by enzymatic hydrolysis

• OBJECTIVE: To evaluate the ability of extrusion pretreatment to enhance sugar production from barley straw biomass by enzymatic hydrolysis with commercial enzymes.

• The final objective is to maximize the hydrolysis yield of glucans and xylans to fermentable sugars for further conversion to ethanol by studying extrusion configuration.

• METODOLOGY: • NaOH - extrusion + neutralization

– Screw speed = 150 rpm– Temperature = 68ºC– %NaOH/DM = 7.5

• CONCLUSION • Extrusion pretreatment has been proved as an effective method to improve

fermentable sugars production by enzymatic hydrolysis of barley straw biomass.


Treatment effect on lignocellulosic biomass

U de Toulouse - UNAM – UCR

A thermo – mechanico – chemical pre-treatment in twin-screw extruder using alkali solution as catalyst allows preparing the cellulosic matter in a really good configuration.

PHOTO: CIEMAT – BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS


El Rol de PROCISUR/IICA

2013 - 2014• Desarrollar un catálogo de las mejores materias primas

lignocelulósicas candidatas para la producción de etanol en los países miembros de PROCISUR (Argentina, Brasil, Chile, Paraguay y Uruguay), tomando en cuenta:

– Disponibilidad

– Composición química

– Concentración geográfica

• Elotes vacíos (CC); podas de los viñedos y de las huertas; hojas y bagazo de la caña de azúcar; residuos industriales del eucalipto; residuos de campo como rastrojo maíz y paja de trigo.


MUCHAS GRACIAS!!

Orlando Vega Charpentier. Especialista en Energías RenovablesInstituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA)Tel: (506) 2216 – 0314 Fax: (506) 2216 – 0139 [email protected]

Orlando Vega Charpentier / IICA " "Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del...

Documents

Transcript of Orlando Vega Charpentier / IICA " "Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del...