Etanol de segunda generacion comparado con el etanol de primera generacion

1. Tecnología y ciencia del
biocombustible
Q.I. JORGE FRANCISCO RAMÍREZ PÉREZ
E L E TA N O L D E S E G U N D A G E N E R A C I Ó N S E R Á C A PA Z D E
C O M P E T I R C O N E TA N O L D E P R I M E R A G E N E R A C I Ó N ?

2. BIOETANOL DE PRIMERA GENERACION
 La primera generación de etanol fue adoptado rápidamente,
inicialmente como un oxigenante y luego como combustible para el
transporte.
 La producción mundial total creció de 17,1 BL en 2000 a 73,9 en 2009
BL que es un aumento de 430% o 17,7% de crecimiento anual.
 Un enfoque principal de apoyo reciente del gobierno de
biocombustibles ha sido la comercialización de biocombustibles de
segunda generación derivados de la lignocelulosa.

3. L IGNOCELULOSA
 La lignocelulosa es el principal componente de la pared celular de las
plantas, La lignocelulosa está constituida por tres polímeros
estructurales: lignina, celulosa y hemicelulosa. Las propiedades
químicas de sus componentes hacen de ella un substrato de enorme
valor biotecnológico.
 Los materiales lignocelulósicos, por su alto contenido de azúcares
fermentables, han merecido particular atención como sustrato
alternativo en la producción de etanol. En este sentido, con respecto a
los sustratos tradicionales (azúcar de caña y remolacha, y materiales
amiláceos), presenta la gran ventaja de su extraordinaria disponibilidad

4. BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACION
 Se le llama bioetanol de segunda generación al etanol obtenido
a partir de material lignocelulósico, a menudo llamado biomasa.
Esto quiere decir material de origen biológico que contiene
azúcares, pero es clasificado como desecho.
 El etanol derivado bioquímicamente se produce generalmente a
partir de materiales lignocelulósicos mediante un proceso que
involucra a los cuatro pasos principales: pre-tratamiento,
hidrólisis de azúcares, de fermentación y recuperación del
producto.

5. M ÉTODOS
 Un modelo de hoja de cálculo técnico-económico fue creado para
determinar el costo actual de producción de etanol lignocelulósico y el
impacto en el costo total de producción de las diversas estrategias de
reducción de costos.
Modelo incluye entradas
sobre el tipo de materia
prima, la escala de las
instalaciones, los factores
de operación y la capacidad,
los costos de instalación,
financiamiento de la
estructura y las
consideraciones operativas,
tales como mano de obra,
las enzimas y los
suministros.

6. R ESULTADOS
 Los resultados del modelo muestran junto con los costos reportados en
la literatura que tanto el maíz de EE.UU. y Brasil así como los costos de
producción de etanol de caña de azúcar están en el rango de $ 0,30 - $
0,40 L-1, mientras que el etanol lignocelulósico es 250-300% más alto
en $ 0,90 L-1.
 Los costos de materias primas son la mayor fuente de variación
reportados para la producción de etanol de primera generación.

7. R ESULTADOS
 40 BL de etanol debe ser producido en el año 2020 con un aumento de
la producción acumulada de más de diez años (2010 a 2020) de 160 BL.
Desde 2010 una cifra de base de 0,38 BL, esto es equivalente a 8.65
duplicaciones.
 En base a los costos de producción actuales y futuros, el avance que
define la reducción de costos para cada duplicación del volumen de
producción se puede calcular usando la fórmula:
C1 = C0 • Pd

8. SELECCIÓN DE MATERIAS PRIMAS
 Cuando la composición de una amplia gama de materia prima se
comparó, era evidente que podría haber importantes diferencias en la
producción teórica de etanol.
 Debido a la dificultad en el proceso de hidrólisis y sobre la base de las
diferencias estructurales entre los tipos de biomasa, rendimiento
teórico por sí solo no debe utilizarse como base para la elección de la
materia prima más atractiva.

9. R EDUCCIÓN DE COSTOS : ENZIMAS
 Después de los costos de capital y de materias primas, enzimas son el
mayor costo asociado con la producción de etanol lignocelulósico según
el modelo. Celulasas comerciales contienen endoglucanasas,
celobiohidrolasas, β-glucosidasa (cellobioase), así como otras enzimas
auxiliares.
 Para representar los costos de la contribución de las enzimas del total
de producción de etanol lignocelulósico se puede aproximar por la
ecuación:
 Donde E es el precio de la enzima en etanol $ L-1, P es el precio de las
proteínas en $ kg-1, L es la carga de enzima en unidades papel de filtro
(FPU)-1 g de celulosa, C es el contenido de celulosa de la biomasa (%),
A es la actividad de la enzima en FPU-1 g de proteína, Y es el
rendimiento de etanol en L BDT-1.

10. E SCALADA
 Impacto de la capacidad de la planta y factor de escala sobre la
contribución de capital para el costo de producción de etanol de
segunda generación. "A" escenarios se basan en un costo de instalación
de $ 3.50 L-1, capacidad anual de 50 ml año-1, 'B' escenarios en un
costo de instalación de $ 2.50 L-1 capacidad anual a 50 ML año-1, y 'C'
escenario en un costo de instalación de $ 1.50 L-1 capacidad anual a 50
ML año-1.


11. E QUIPO -D IGESTOR
 Los resultados muestran que la biomasa lignocelulósica es mucho
mayor costosa en el pre-tratamiento y su rendimiento más bajo por
unidad de materia prima que un proceso de maíz a etanol.
 En comparación con la hidrólisis del almidón, la hidrólisis de la celulosa
difiere principalmente en la capacidad del reactor requerido por unidad
de producción de azúcar.
 Aunque el rendimiento en azúcar es significativamente inferior por
tonelada utilizando tiempos cortos de residencia, la velocidad de
hidrólisis, y por lo tanto las toneladas de celulosa hidrolizada, se
maximiza.

12. P RE - TRATAMIENTO
 El mayor costo entre el etanol de primera y segunda generación es el
pre-tratamiento.
 Debido a su alto contenido de lignina, la madera blanda es
normalmente la materia prima más difícil hidrolizar. Pre-tratamientos
tales como AFEX y agua caliente son suficiente para romper la matriz de
lignocelulosa y permitir el acceso de la enzima a las fibras celulosa.

13. C O - PRODUCTOS
 Se evaluaron algunos de los co-productos que podrían ser producidos
en un proceso de lignocelulosa en etanol, mientras que la estimación
de los ingresos esperados que pueden ser generados a partir de una
tonelada de materias primas de biomasa diferentes suponiendo un 75%
de rendimiento de etanol a partir de azúcares C6 y no fermentación de
azúcares C5.

14. A DMINISTRACIÓN
 Tanto el calor y energía se puede obtener como co-productos del
proceso de etanol-lignocelulosa. Con un rendimiento de 300 L bdt-1,
aproximadamente un tercio de la energía inherente a la biomasa
(suponiendo 18,5 GJ bdt-1), o 6,3 GJ bdt-1, se produce en la forma de
etanol. Dos tercios restantes de energía inherente, o GJ 12,2 bdt-1, se
puede utilizar para la generación de energía. Suponiendo que la
eficiencia de calor 65% y 25% de eficiencia eléctrica, la producción de
calor sería igual a 26,4 MJ L-1 y la producción eléctrica de 2,8 kWh L-1.
 Esto se compara con las estimaciones de necesidad interna de calor de
proceso 16-19 requisito MJ L-1 y de 0,9 kWh eléctrico L-1

15. DISCUSIÓN
 Esta estimación de alto nivel de costos lignocelulósicos anticipados a la
producción de etanol se llevó a cabo para determinar si las reducciones
de costos significativos en los componentes de producción, tales como
las enzimas de celulasa podría traducirse en la producción competitiva
con respecto a los procesos de etanol de maíz.
 La reducción en el precio de las enzimas celulasa ha sido un punto focal
para el proceso de lignocelulosa-etanol. Sin embargo, basándose en el
análisis presentado aquí, será extremadamente difícil para los
proveedores de enzimas y los productores de etanol obtener la
biomasa
 Otro punto importante son las mejoras tecnológicas y reducción de los
costos reales de los aparatos que deberán ser combinados con el
aumento de escala para reducir los costos por unidad de producción.

16. C ONCLUSIÓN
 Es evidente que, para que el etanol de segunda generación pueda
competir con etanol de primera generación, debe producirse grandes
reducciones de costos, incluyendo los costos de capital y operativos.
 Es probable que el etanol lignocelulósico requiera subsidios adicionales
o apoyo de la política más allá de los que ofrecen actualmente al etanol
de maíz, a fin de que sea competitivo en 2020.