Bioetanol por bagazo de caña autores: grupo2 LBG 472 UANL

1. Obtención de bioetanol a
partir de bagazo de caña
de azúcar
Biotecnología Agrícola
Equipo 3
LBG 472
Septiembre 2013

2. Situación actual

4. Demanda actual de petróleo
(dependencia)

5. Consecuencias del uso de petróleo
como combustible primario
• Emisión de gases nocivos para la salud
• Efecto invernadero – calentamiento global
Búsqueda de energías alternas

6. BIOgas
Dar un uso al ¨desperdicio¨
BIOdisel
BIOhidrógeno BIOetanol

7. BIOETANOL como alternativa
amigable con el ambiente
• Puede utilizarse como único combustible en
motores modificados.
• Mezclas con gasolinas que van desde el 10%
hasta el 85% como en el caso del E-85
utilizado en vehículo FFV (Flexible Fuel
Vehicle)  EEUU, Brasil y Suecia.

8. Principales productores de bioetanol a
nivel internacional
Fuente: Berg (2005)

9. Compañías productoras
• Bioalcohol Fuel Foundation – Suecia
• St. Lawrence -- Canada
• Tennessee Valley Authority -- EEUU

11. Balance energético de la producción y
su aplicación - beneficios

12. Bioetanol en México
• La empresa CIATEJ, en Jalisco, produce bioetanol a
partir de bagazo de caña.
• Principalmente producido por los ingenios azucareros
(Veracruz, Tabasco), los cuales cuentan con sus
destilerías.
• El uso del bioetanol de caña en México es
mayormente para la producción de bebidas
embriagantes y sustancias industriales.
• No obstante de contar con capacidad instalada para
producir mayor cantidad, los ingenios del país no la
utilizan, dado que la demanda es limitada.

13. • En promedio, la capacidad utilizada es de
44% respecto a la capacidad instalada.
• Aproximadamente, la mitad de los ingenios
del país pueden producir etanol (96° GL).
• Ej: la oferta total en el ciclo agrícola 20022003 fue de 39.2 millones de litros, producidos
por los ingenios mostrados a continuación
(Veracruz).

17. • Azucarada
1.
2.
3.
4.
Caña de azúcar
Remolacha
Sorgo azucarado
Mosto y Jugos de frutas
• Amilácea
1.
2.
Cereales  Maiz, Cebada, Malta, Trigo
Tuberculos  Patatas y boniatos
• Celulósica
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Bagazo de caña de azúcar
Madera
Residuos de fábricas de papel
Residuos sólidos urbanos
Despojos de maíz
Residuos de paja de trigo
Tipos de materia prima

18. Interés de la biomasa lignocelulósica
• Aspectos medioambientales
• Seguridad de aprovechamiento
• Aspectos socioeconómicos y del área rural
• Ser una alternativa a las fuentes de petróleo y carbón
• Reducir costes de producción para economías
emergentes

20. Comparación de costos de producción
en base a materia prima Justificación.

22. Naturaleza del material

25. OBJETIVO
• Diseño de un proceso de producción de
bioetanol a partir de residuos del
refinamiento del azúcar comercial.

26. Trichoderma reesei
Cepas: CL847 , Rut-C30
recirculación
CONDICIONES
Medio
Partículas chicas
TANQUE 1
Partículas
- 0.3%(NH4)2SO4
Degrada celulosa
(polvo)
Pretratamiento
grandes (>1mm)
- 0.2% KH2PO4
Pudrición blanda
- 0.1% MgSO42 7H2O
·
Bagazo de caña
- 0.01% NaCl
-Celobiohidrolasas (CBH1, CBH2)
1
Molienda
- 0.3% Extracto de levadura
-Endoglucanasas (EG 1,2,3,5)
(Rodillos)
-β-glucosidasas (BGLI, BGLII)
Secado del bagazo
pH= 4.8
90°C / 24 hrs
T= 50 °C
T. reesei
4 TANQUE 2
110 rpm
Gasificación
4% inoculo
Trichoderma reesei
recirculación
(CO2, O2, H)
168hrs
5
Filtrado 3
Degrada hemicelulosa
Partículas sólidas
TANQUE 3
-Endo-1,4-β-xylanasas (XYNI, 2, 3, 4)
Bioreactor
-Mananasa (MANI)
contínuo
Fracción líquida
-Acetylxylan esterasa (AXEI)
agitado
-α-galactosidasa (BGAI)
continua…
-Arabinofuranosidasa (ABFI)

27. recirculación
5
Saccharomyces cerevisiae
TANQUE 3
Degrada glucosa, maltosa y
Bioreactor
galactosa (más de los 70% azúcares
continuo
totales)
agitado
pH= 3.5 – 6
T= 28 – 35 °C
Tol= 10% v/v etanol
Filtrado
6
Sólidos
Líquidos
CONDICIONES
S. cerevisiae
pH= 5.5
T= 30 °C
200 rpm
1:10 inoculo
8
72hrs
Bioetanol 70%
7
TANQUE 4
Destilación

28. PRETRATAMIENTO
Por cada tonelada de caña se producen alrededor de 254kg de
bagazo (con 50% de humedad).
Trituración mecánica, Fraccionamiento o Molienda
*Molino de bolas vibratorias
*Martillos
*Cuchillas
*Rodillos

29. HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
• Características:
1.
2.
3.
4.
Bajo consumo energético.
Reactivos baratos.
Reactivos fácilmente recuperables.
Aplicable a diversos sustratos.

30. Hidrólisis enzimática del material
lignocelulósico
• Realizada por un grupo de enzimas
denominadas generalmente celulasas.
• De origen fúngico, sus principales productores
son: Trichoderma, Phanerochaete y Fusarium.
• Generadas en grandes cantidades y de forma
extracelular.

31. Mecanismo de Acción
Factores que ralentizan la hidrólisis:
*Porosidad (Área superficial accesible)
*Cristalinidad de la celulosa
*Grado de polimerización
*Contenido de lignina y hemicelulosa
Por lo cual es necesaria una etapa de
PRETRATAMIENTO, que altere la estructura
del material, facilitando la acción de las
enzimas.

33. ¿Por qué Trichoderma?
• Se ha observado la metabolización de azúcares
pentosas, hexosas y oligómeros, asi como la
resistencia a inhibidores generados por el
material lignocelulósico debido a que éstos
elementos están presentes en su hábitat natural.
Además, T. reesei utiliza éstos compuestos como
fuente de carbono para la producción de
enzimas de alta eficacia contra material
lignocelulósico.

34. Ventajas/Desventajas
Dos etapas (HFS)
Hidrólisis y
fermentación
separadas en
condiciones óptimas.
Una etapa (SFS o CDM)
La glucosa y celobiosa
liberada, inhibe a la
enzimas implicadas en
el proceso.
*Se reduce la
inhibición por producto
final, por reducción de
acumulación del
azúcar en el
fermentador.
*Diferentes
condiciones óptimas
de pH y temperatura.
Mayores costes, debido
a los diferentes
tanques.
*Mayores tasas de
hidrolisis y
fermentación.
*Utilización de m.o.
termotolerantes (hasta
50°C para la
hidrólisis).
*Se necesita menor
cantidad de enzima y
se da un aumento en la
producción de etanol.
*Al utilizar CDM
monocultivo, se han
obtenido bajos
rendimientos.
*Reducción de costes
de producción, ya que
la reacción se da en un
mismo reactor.

35. GASIFICACIÓN
• Proceso que utiliza el CO2 producido por S.
cerevisiae en durante la fermentación

36. FERMENTACIÓN
Levaduras termoestables
Se han estudiado especies de:
• Saccharomyces
• Candida
• Kluyveromyces ( en especial K. marxianus
CECT 10875 con actividad xilosa reductasa y
xilitol deshidrogenasa)

38. ¿Por qué Saccharomyces?
• Alta productividad en la conversión de
azúcares a bioetanol
• Es fácil de separar después de la
fermentación
• Produce menor cantidad de toxinas respecto
a otros microorganismos.

40. Rendimiento
• Se puede alcanzar una producción de
55L/ton a 70L/ton de bagazo.

41. Estequiometria de la conversión de
azúcares a alcohol por S. cerevisiae.

42. Cepas
• Acuerdo-convenio con el Laboratorio de
Fitopatología de la Facultad de Ciencias
Biológicas, UANL, para obtención de las
cepas utilizadas.

43. DESTILACIÓN
• Obtención de los alcoholes producidos por
evaporación y posterior condensación. Se
recupera un alcohol al 70% (puede ser usado
como biocombustible), y con una adicional
destilación se obtiene alcohol 95% (propósitos
alimenticios e industriales).

44. Áreas de investigación para
Reducción de Costos
Precios de venta actuales de Bioetanol al público:
*EEUU  $2.90 dlls/gal
*Brasil  $2.46 dlls/gal
*Colombia  $3.66 dlls/gal
*España  $4.46 dlls/gal
*México  $ 2.69 dlls/gal

45. Aprovechamiento del material
lignocelulósico
• Del
100%
de
azúcares
fermentables,
solamente
no
serán
fermentados el 12%.
• Tomando en cuenta la lignina del bagazo, la
cual será utilizada para la producción de
energía (gas), del total de materia
lignocelulósica se aprovechara el 95%, con
un desecho del 5% total.

46. Rendimiento de la producción
De una tonelada de bagazo, medio e inóculo,
se obtendrán 70L de etanol
eficiencia del 7%, lo cual es muy cercano a
los valores más altos reportados en la
literatura (10%).

47. Reflexión..
• La energía que se utiliza para la producción
de los biocombustibles como el bioetanol de
azúcar, es mayor que la energía que se utiliza
para la producción de gasolina. Sin embargo,
la producción de un biocombustible puede
ser más conveniente si la mayor parte de la
energía que se utiliza es renovable.

48. LITERATURA CONSULTADA
•
•
•
•
•
•
Arora D. (2004) Fungal Biotechnology in Agricultural, Food and Environmental Applications. Ed
Marcell Dekker, 10ma. Reimpresión. Vol 21. pp. 363-395.
Base de datos del Gobierno Federal: http://www.inverbio.gob.mx/ Consultado el miércoles 28 de
agosto del 2013 a las 14:20.
Aguilar D. (2011) Producción de etanol a partir de bagazo de caña panelera mediante un
sistema híbrido de fermentación y pervaporación. Proyecto de tésis, Universidad Nacional de
Colombia. Departamento de Ingeniería Química.
Márquez A. () Determinación de patrones de inducción de lacasas en el hongo Trametes sp.
EUM1. Proyecto de tésis, Universidad Autónoma Metropolitana, Departamento de Ciencias
Biológicas y de la Salud.
Aguilar D M 2011 “Producción de etanol a partir de bagazo de caña panelera mediante un
sistema híbrido de fermentación y pervaporación “Universidad Nacional de Colombia Facultad
de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Química
M.E. Osman, O.H. Khattab, I.A. Hammad, N.I. El-Hussieny. (2011) Optimization of Bio-Fuel
Production by Saccharomyces cerevisiae Isolated from Sugar Cane Bagasse. Journal of American
Science 01/2011; 7:485-492.