En esta presentación se muestra el desarrollo y aplicación de una metodología de selección de una cepa de microalga para el desarrollo de una topología de biorefinería basada en el concepto de composición mínima rentable.

1. Andrea Pinzón
Ángel González-Delgado
Viatcheslav Kafarov
SELECCIÓN BAJO CRITERIOS ECONÓMICOS DE
UNA CEPA DE MICROALGA PARA EL
DESARROLLO DE UNA BIOREFINERÍA

2. • Los biocombustibles de primera generación son típicamente aquellos producidos de
biomasas como aceite de palma, caña de azúcar, aceite de soya, entre otros
(comestibles).
• Sus tecnologías de producción están desarrolladas y existen plantas comerciales de
producción.

3. • Los biocombustibles de segunda generación son producidos de biomasa no comestible.
• También se utilizan tecnologías de transesterificación pero sobre oleaginosas no
tradicionales como la jatropha, la camelina o la salicornia.
• Tecnologías en perfeccionamiento y plantas a nivel piloto o demostrativas.

4. • Son producidos a partir de microorganismos (hongos, levaduras y microalgas),
éstos microorganismos pueden acumular grandes cantidades de lípidos o
azúcares
• Utilizan tecnologías de producción novedosas que se encuentran emergiendo o
desarrolladas a escala laboratorio.

9. 9
Recuento de publicaciones anuales sobre microalgas
Fuente: El autor a partir de Oncel S. (2013).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1980 1990 2000 2010 2011 2012 2013
1. Introducción

10. 10
Paises con el mayor número de empresas y publicaciones acerca de microalgas
Fuente: El autor a partir de Oncel S. (2013).
0
10
20
30
40
50
60
70
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800Publicaciones
Empresas privadas Publicaciones anuales
Empresas
1. Introducción

11. 11
Seleccionar y
optimizar la
cepa de
microalga
No hay
suficiente
CO2 residual
 En el mejor escenario:
273.9Mbls/año que
equivalen a 14.5 días de
consumo en USA*
Tecnologías
poco
desarrolladas
en toda la
cadena de
producción
 Mínimo costo actual
$2.2/kg **. Se debe
llegar a $0.25/kg ***.
Alto costo de
producción
de biomasa
*Fuente: Klein-Marcuschamer D., Chisti Y., Benemann J., Lewis D. (2013).
**Fuente: Slade R., Bauen A. (2013).
***Fuente: Chisti, Y. Raceways-based production of algal crude oil.(2012).
1. Introducción

12. 12
Bajo criterios económicos de los productos manufacturados se
selecciona una cepa de microalga y se establece el mínimo
volumen de producción, a partir de este punto se empiezan a
generar ganancias en una biorefinería de microalgas para la
obtención de energía y sustancias valiosas.
2. Objetivo

13. El concepto de biorefinería
Fuente: González-Delgado & Kafarov, 2011

14. Fuente: González-Delgado & Kafarov, 2011
El concepto de biorefinería

15. 15
3. Metodología
Metabolitos Productos
Tecnologías
BIOMASA

16. 16
3. Metodología
Calcular la Composición Mínima Rentable de Metabolitos de Microalga CMRMM (X’)
𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
$
𝑦𝑟
= (𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 ∗ 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ∗ 𝑋′)
$
𝑦𝑟
− 𝐶𝑇𝐴
$
𝑦𝑟
Calcular α (costos de inversión) y β (costos
operacionales) y Costo Total Anual (CTA) para cada
producto
Inicio
Entrada (características de la planta, las
tecnologías y el producto)
X=X’/Y
Y(rendimiento de
la reacción)
X’
X
No
Hay
reacción?
Si
Composición Mínima Rentable de Metabolitos en la Microalga CMRMM

17. , ,1 , , , .( ,..., ,..., )i i i
out out out
g k g k c g k NCF F F = igi , , ,1 , , , .( ,..., ,..., , , )i i i i i
in in in
g k g k c g k NC g gF F F d O ig , k
Relación de flujos de entrada a flujos de salida
Relación de flujos con reacción química y balance de materia
Eficiencia de extracción
Costos totales anualizados
,ig kTAC  ,ig k , ,1 , , , .( ,..., ,..., , , )i i i i i
in in in
g k g k c g k NC g gF F F d O TAC = AFC + AOC
Costos fijos y operativos

18. 18
 Sensibilidad CMRMM vs $/Ton ; CMRMM vs Ton/año
3. Metodología
Análisis de sensibilidad y puntos destacados
 Análisis umbral de rentabilidad (punto de equilibrio)
Fuente: Modificado de El-Halwagi, M. (2012).

19. 19
4. Resultados
Composición Mínima Rentable de Metabolitos en la Microalga CMRMM
Fuente: Pinzón-Frias, Gonzalez-Delgado & Kafarov (2014).

20. 20
0
50
100
150
200
250
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
CMRMM
Costo de Biomasa $/Ton
Ficobiliproteínas
AGPIs
Biodiesel
Bioetanol
Biogas
4. Resultados
Puntos destacados
Análisis de sensibilidad de la CMRMM respecto al costo de la materia prima
$196,8/Ton

21. 21
4. Resultados
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000
CMRMM
Capacidad de la planta Ton/a
Ficobiliproteínas
AGPIs
Biodiesel
Bioetanol
Biogas
Puntos destacados
Análisis de sensibilidad de la CMRMM respecto a la capacidad de la planta
220.000Ton/año

22. 22
4. Resultados
Capacidad de producción Ton/año
Ganancia$/año
Capacidad rentable mínima para una biorefinería
Análisis del punto de equilibrio de las ganancias en una birefinería a partir de
microalgas
100.493Ton/año

23. 23
4. Resultados
Composición ideal de cepa:
48.3% lípidos
10% AGPIs
8.3% carbohidratos
 28.3% proteínas
5% pigmentos

24. 24
4. Resultados
Composición ideal de cepa:
Nannochloropsis sp.
Neochloris Oleabundans

25. 25
4. Resultados
Ácidos grasos (Brown, et al., 2012) % % %
14:0 1.9 17:0 0.1 20:3 0.1
14:1 0.3 17:1 0.2 20:4 1.8
15:0 0.1 18:0 0.1 20:5 10.4
15:1 0.1 18:1 1.2 22:0 0.2
16:0 6.9 18:2 0.7 22:1 0.1
16:1 10.3 19:0 0.1
Aminoacidos (Yin, et al., 2013)
Ácido Aspártico 9.4 Alanina 8.4 Tirosina 3.9
Teorina 5.0 Valina 6.5 Fenilalanina 5.4
Serina 4.4 Metionina 1.6 Histidina 2.0
Ácido Glutámico 13.7 Isoleucina 5.0 Lisina 6.9
Glicina 6.4 Leucina 9.8 Arginina 6.3
Prolina 5.3
Carbohidrátos (Xiao, et al., 2013) Pigmentos (Nobre, et al., 2013)
Trehalosa 0.3 Violaxantina/Heoxantina 13.7 Cantaxantina 4.9
Manitol 98.3 Astaxantina 14.2 Clorofila A 3.5
Glucosa 1.1 Vaucheriaxantina 35.5 Beta-caroteno 5.2
Galactosa 0.2 Luteina/Zeaxantina 23.1
Nannochloropsis sp.

26. 26
5. Conclusiones
Basados en un trabajo previo (Pinzón Frias, et al., 2014) para determinar
la CMRMM, se hizo un análisis de sensibilidad para seleccionar puntos
que puedan llegar a formar el mejor escenario para la producción de
energía a partir de microalgas dando como resultado los siguientes
puntos destacados: $196,8/Ton de materia prima y 220000 Ton de
biomasa/año
Una configuración ideal donde la generación de ganancias a partir de
las sustancias valiosas es simultánea a una alta producción de
biocombustibles es: 48.3% lípidos, 10% AGPIs, 8.3% carbohidratos,
28.3% proteínas y 5% pigmentos; que a una mínima capacidad de
producción 100,493.2 Ton/año representa el umbral necesario para
empezar a generar ganancias en la planta.
Finalmente se seleccionan, mediante revisión bibliográfica, las cepas
promisorias (Nannochloropsis sp y Neochloris Oleabundans.) para la
biorefinería. La microalga Nannochloropsis sp es seleccionada por
presentar mayor composición de AGPIs.

27. 27
Thank you!
E-Mail: agonzalezd1@unicartagena.edu.co
Researchgate: Angel Gonzalez-Delgado
Canal Youtube: Ingeniería Química Fácil