Presentación de PowerPoint - Red Temática de...

Potencial de producción de etanol a partir de diferentes variedades de Eucalipto

Eulogio Castro GalianoDpt. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales

Centro de Estudios Avanzados en Energía y Medio AmbienteUniversidad de Jaén 23071 Jaén, España

1


2


1. Introducción

2. Composición

3. Pretratamientos

4. Hidrólisis enzimática y Fermentación

5. Producción de etanol a partir de Eucalipto mediante explosión por vapor catalizada por ácido fosfórico

6. Comparación de resultados


3

Término Número de artículos

Eucalyptus 26,381

Eucaliptus 249

Eucalyptus and biofuels 1,920

Eucalyptus and bioethanol 750

Eucalyptus grandis 2,784

Eucalyptus globulus 3,916

Eucalyptus urophylla 513

Eucalyptus dunnii 146

Eucalyptus benthamii 49

1. Introducción

Artículos relacionados con eucalipto listados en Science Direct según término


4

Variedad Ref.

E. globulus Romaní et al. Bioethanol production from autohydrolyzed Eucaliptus globulus bySimultaneous Saccharification and Fermentation operating at high solids loading. Fuel 94 (2012) 305–312

E. globulus Romaní et al. Second generation bioetanol from steam exploded Eucalyptus globulus Wood. Fuel 11 (2103) 66-74

E. dunnii (corteza) Reina et al. Production of second generation ethanol using Eucalyptus dunnii bark residues and ionic liquid pretreatment. Biomass and Bioenergy 93 (2016) 116-121

E. dunnii McIntosoh et al. Ethanol production from Eucalyptus plantation thinningsBioresource Technology 110 (2012) 264–272

E. grandis Qiang et al. Two-step liquid hot water pretreatment of Eucalyptus grandis to enhance sugarrecovery and enzymatic digestibility of cellulose. Bioresource Technology 101 (2010) 4895–4899

E. grandis Emmel et al. Fractionation of Eucalyptus grandis chips by dilute acid-catlysed steamexplosion. Bioresource Technology 86 (2003) 105–115

Hybrid of E.urophylla + E. grandis

Morais et al. Cold alkaline extraction as a pretreatmen for bioethanol production fromeucalyptus, sugarcane bagasse and sugarcane straw. Energy Conversion and Management 124 (2016) 315–324

E. benthamii Castro et al. Optimization of dilute phosphoric acid steam pretreatment of Eucalyptusbenthamii for biofuel production. Applied Energy 125 (2014) 76-83


5

1. Introducción

Biomasas Lignocelulósicas

Ejemplos: eucalipto, chopo, cardo, podas de frutales, pajas de cereal…

Constituidas principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina

Otros componentes minoritarios: cenizas, pectinas, grasas, terpenos, alcaloides, proteínas, fenoles, gomas,

resinas…

Posibilidades de aprovechamiento

Biocombustibles sólidos

Biocarburantes

Componente

(% b.s)

Biomasas

leñosas

Biomasas

herbáceas

Celulosa 40-65 30-50

Hemicelulosa 10-25 20-30

Lignina 20-30 10-20

Extractos y otros 10-25 20-35

Cenizas 0,1-1 5-20


6

Eucalipto

Rápido crecimiento Relativamente fácil de transportar y almacenar

(umbral de rentabilidad para etanol estimado en 66 USD/ton)

Tolerancia mejorada a bajas temperaturas Elevado contenido en azúcares

1. Introducción


7

Microorganismo fermentativo

Biomasalignocelulósica

Azúcares solubilizados

(C5/C6)

Pretratamiento Sólido

Líquido

Fermentación

HidrólisisFermentación

C6

ETANOLLignina

Destilación

2ª Generación

1. Introducción


8

Variedad Celulosa Xilano Arabinano Lignina Klason Extractos Cenizas Ref.

E. globulus 44,7 16,0 1,09 24,7 2,96 0,23 Romaní et al. (2012)

E. dunnii (corteza) 37,1 9,8 24,4 15,4 Reina et al. (2016)

E. dunnii 47,5 17,31 1,5 27 7 0,95 McIntosh et al. (2012)

E. grandis 44,9 11,4 26,2 Qiang et al. (2010)

E. grandis 44,7 15,3 25,8 3,25 Emmel et al. (2003)

Hybrid of E.urophylla + E. grandis

49,9 20,3 27,4 2,30 0,16 Carvalho et al. (2016)

E. benthamii 40,2 16,5 4,7 35,9 Castro et al. (2014)

2. Composición


3. Pretratamientos

U.S. Department of Energy Genomic Science program and the website http://genomicscience.energy.gov


Explosión por vapor en discontinuo

Vapor saturado a altas presiones

Rápida despresurización

Desarrollo a escala industrial

Eficaz en maderas duras y residuos agrícolas

No requiere catalizador

Alto rendimiento en glucosa

Destrucción parcial de azúcares hemicelulósicos

Explosión por vapor

autohidrólisis hemicelulosa

desorganización mecánica fibras Explosión por vapor en continuo

Temperatura: 180 - 240º

tiempo: 1 -15 min

3. Pretratamientos


Reactor batch a presión

Agua caliente a alta temperatura

No requiere catalizador

Baja formación de compuestos inhibidores

Elevada recuperación de pentosas

Los azúcares se recuperan en forma de oligómeros

Autohidrólisis

Temperatura: 160 - 240ºC

Tiempo: 0 - 60 min

Pretratamiento alcalino

Aumenta el área superficial

Rompe la estructura de la lignina

Mejora la hidrólisis enzimática

Costes adicionales por ajuste de pH

Lignina de baja calidad como subproducto

3. Pretratamientos

Potencial de producción de etanol a partir de diferentes variedades de Eucalipto12

Variedad Tipo de pretratamiento Resultados principales Ref.

E. globulus Autohidrólisis (LHW) Valores de severidad óptimos en el rango 4.0-4.7S=t·exp[Th-Tr)]/14.75

Romaní et al. (2012)

E. globulus Explosión por vapor 18,1 g azúcares/100 g materia prima recuperados en líquidos, conversión del 99,5% de celulosa en sólidos tras HE


E. dunnii (corteza) Líquidos iónicos Reducción del contenido en lignina y del grado de cristalinidad de la celulosa

Reina et al. (2016)

E. dunnii Pretratamiento con ác. sulfúrico asistido por microondas

Solubilización de hemicelulosas y generación de xilosa; degradación para valores elevados de la severidad combinadalog Sc= log S-pH

Mc Intosh et al. (2012)

E. grandis Autohidrólisis en dos etapas

86% de xilosa en la primera etapa; 97% de recuperación de azúcares en conjunto

Qiang et al. (2010)

E. grandis Explosión por vapor con impregnación ácida

70% recuperación de hemicelulosas en el líquido a 210ºC, 2 min, 0.175% ác. sulfúrico90% conversión celulosa a 200ºC

Emmel et al. (2003)

hybrid of E.urophylla + E. grandis

Extracción alcalina en frío Eliminación del 46% xilano y 15% lignina Morais et al. (2016)

E. benthamii Explosión por vapor con impregnación ácida

Mayor recuperación de xilosa (58%) a 200ºC, 5 min, 0.75% ác. fosfórico. 47 y 51 g/L de azúcares en los dos modelos optimizados

Castro et al. (2014)

3. Pretratamientos

Potencial de producción de etanol a partir de diferentes variedades de Eucalipto13

Microorganismo fermentativo

Biomasalignocelulósica

Azúcares solubilizados

(C5/C6)

Pretratamiento Sólido

Líquido

Fermentación

HidrólisisFermentación

C6

ETANOLLignina

Destilación

2ª Generación


14

Configuraciones del proceso de conversión de materiales lignocelulósicos a bioetanol

SSF SSCF CBP

Enzimas añadidas

o producidas in situ

Sacarificación del

sustrato

SHF

Fermentación de

pentosas

Fermentación de

hexosas

ETANOL


L+SScF


15

Variedad Configuración de proceso Resultados principales Ref.

E. globulus SSF a alta carga de sólidos (4 g líquido/g sólido)

91% conversión, con una concentración de 67.4 g etanol/l


E. globulus SSF, Celluclast 1.5L+β-glucosidasa, 15 FPU/g

91% conversión de celulosa en etanol, 51 g/L


E. dunnii (corteza) SHF, 50 FPU/g sólido pretratado 70% de rendimiento en etanol sobre el teórico

Reina et al. (2016)

E. dunnii SHF, Cellic CTec2 1.25% 18 g etanol/L, 92% conversión de glucosa a etanol

Mc Intosh et al. (2012)

E. grandis Solo hidrólisis enzimática, 40 FPU/g sólido celulasas

81.5% digestibilidad enzimática (no hicieron fermentación)

Qiang et al. (2010)

E. grandis Solo HE con 25 FPU/g celulosa Celluclast1.5L + Novozym 188

90% conversión de celulosa Emmel et al. (2003)

hybrid of E.urophylla + E. grandis

PSSF, 12 h presacarificación con Celluclast 1.5L 15 FPU/g sustrato. S. cerevisiae

0.39 g etanol/L Morais et al. (2016)

E. benthamii L+SScF; Cellic-Ctec2; Escherichia colietanologénica

217 y 242 g etanol/kg biomasa seca, equivalente a 275 y 304 L etanol/tonelada biomasa

Castro et al. (2014)



16


Eucalyptusbenthamii

Steamexplosion

Impregnación

Ác. Fosfórico, 4 h,10% sólidos,

Reducción agua hasta 36%

Material pretratado

Licuefacción50`C

NH4OHpH 5

Enzimas Cellic CTec214.7 FPU/g biomasa

L+SScF, 10% concentración de

sustrato 37`C

Aireación0.1 vvm

Escherichia colietanologénica

Destilación

ETANOL

Centrifugación

Residuo

Aguas

Aprovechamiento de lignina

Ajuste de pH

Metabisulfitode sodio y

metales-traza

NH4OHpH 6.3

500 g B.S.

Variables en estudio• Concentración de ácido fosfórico, 0.5-1% • Temperatura steam, 180-200ºC• Tiempo de residencia, 5-15 min


17



18


Less steps

Bioresour. Technol. 102, 2702-2711.


19



20



21


• Escasa influencia de la concentración de ácido para tiempos pequeños (5 min).

• Tiempos mayores (10 min) incrementan azúcares al nivelbajo de la temperatura

• Tiempos aún mayors (15 min) provocan disminución de azúcares debido a degradaciónde hemicelulosas


22


• Mayores cantidades de azúcares a los mayoresvalores de tiempo y temperatura

• Limitada inlfluencia de la concentración de ácido


23



24



25



26


Glucosa consumida en 48 hTodos los azúcares consumidos en 96 hFurfural rápidamente asimilado


27

Variedad Pretratamiento MicroorganismoRendimiento litros etanol/ton biomasa

Ref.

E. Globulus Organoslv S. cerevisiae 290 Muñoz et al. (2011)

E. grandis Steam explosion S. cerevisiae 248 Romaní et al. (2013)

E. grandis Autohidrólisis S. cerevisiae 291 Romaní et al. (2012)

E. benthamiiSteam explosion catalizada por ác. fosfórico

E. coli (KO11 derived) 304 Castro et al. (2014)


28

Raw materialPretreatmentmethod

BiocatalystYield, g EtOH/gDW biomass

Rice straw Dilute acid M. indicus 0.11

Spruce SO2 impregnation Baker’s yeast 0.18

Corn stover AFEX S. cerevisiae 424 (LNH-ST) 0.22

Corn stover AFEX E. coli KO11 0.17

Lodgepole pine SPORL S. cerevisiae Y5 0.21

Sugarcane bagasse Dilute acid E. coli (KO11 derived) 0.27

Eucalyptus benthamii Dilute acid E. coli (KO11 derived) 0.24


29

AGRADECIMIENTOS

University of FloridaDr. Lonnie O. IngramDr. Ismael U. Nieves

Grupo de Investigación “IngenieríaQuímica y Ambiental”, Universidad de Jaén

Más informació[email protected]

30

4º CONGRESO IBEROAMERICANO DE BIORREFINERÍAS

Sociedad Iberoamericana para el

Desarrollo de las Biorrefinerías

Jaén, España24-26 octubre 2018

Presentación de PowerPoint - Red Temática de...

Documents

Transcript of Presentación de PowerPoint - Red Temática de...