Descubre en esta presentación las principales caraterístitcas de los biocombustibles de primera y segunda generación, cómo se producen y las últimas tendencias de este campo.

1. ABENGOA
Innovative technology solutions for
sustainability
Master de Microbiología
Sevilla, Mayo 2016
¿Cómo se producen los
biocombustibles?

2. Introducción a Abengoa / Abengoa Research
1
ABENGOA aplica soluciones tecnológica innovadoras para el
desarrollo sostenible en los sectores de energía y medioambiente, generando
electricidad a partir de recursos renovables, transformando biomasa en
biocombustibles o produciendo agua potable a partir de agua de mar.
2

3. Ingeniería y construcción
 70 años de experiencia en infraestructuras para
energía
 Know-how propio
 Liderazgo internacional de contratación en
transmisión, plantas termosolares e
infraestructuras eléctricas (“energía”)
1
Infraestructuras de tipo concesional
 Electricidad (solar, cogeneración, otras), líneas de
transmisión, desalación
 Activos sin riesgo de demanda
 Promedio de duración de contratos: 25 años
2
Producción industrial
 Biocombustibles
 Mercados de elevado crecimiento
 Posición de liderazgo
3
Abengoa articula su negocio en torno a tres actividades
Energía Medioambiente
Desarrollamos estas tres
actividades en dos sectores de
alto crecimiento
Introducción a Abengoa
Áreas clave
3

4. Tecnología e innovación son las bases de nuestra ventaja competitiva
Ingeniería y construcciónTecnología e innovación Concesiones
Capacidades únicas en
ingeniería
Desarrollo tecnológico
Operación de activos
propios
…nos permiten construir…
La I+D genera soluciones innovadoras y
nuevos productos que…
…y la operación de los activos
retro-alimenta la innovación.
ABENGOA
RESEARCH
Abeinsa new
horizons
Introducción a Abengoa
Modelo de negocio
ABEINSA
4

5. Innovative Technology Solutions for
Sustainability
Copyright © Abengoa S.A. 2014. All rights reserved
Biocombustibles
2
55

6. Bioetanol 1G
Petratamiento Fermentación
Destilación y
deshidratación
Hidrólisis
enzimáticaGrano
Etanol
1G
Bioetanol
1.0 USD de maíz 1.8 USD de
ingresos
Aceite
de maíz
DDGSCO2
Cada $1.0 invertido en la materia prima para
producir etanol, rinde $1.8 en sus productos finales,
esto es bioetanol, aceite de maíz, CO2 y DDGS.
Ruta bioquímica
Biocarburantes de Castilla y León, Salamanca
Tecnología de bioetanol en 1era y 2da generación de materia prima
6

7. Plantas de Abengoa Bioenergy
USA
Brasil
Europa
Capacidad biocombustible = 1440 MLY
Capacidad materia prima = 980 KTY
Capacidad biocombustible = 1495 MLY
Capacidad alimentación = 885 KTY
Cogeneración = 119 MW
Coruña, Sp
Capacidad biocombustible = 220 MLY
Capacidad azúcar = 570 KTY
Cogeneración = 140 MW
São Luiz, SP SAP, SPSão João, SP
Gran base de activos
Acceso a varias geografías
Apalancamiento / arbitrajes
logísticos
Alternativas para la materia prima
Equipo con experiencia
Plataforma de gestión de riesgos
Ventajas competitivas
Global
Biocombustible (MLY):3155
Azúcar (KTY): 570
Materia prima (KTY): 1,865
Electricidad (MW): 259
Desde 1995
Desde 2002
Desde 2008
San Roque, Sp
Biodiesel, 60 MGY
Coruña, Sp
Etanol, 52 MGY
Cartagena, Sp
Etanol, 39 MGY
Rotterdam, NE
Etanol, 125 MGY
Lacq, Fr
Etanol, 65 MGY
Salamanca, Sp
Etanol, 53 MGY
Evansville,IN
Etanol, 90 MGY
Colwich, KS
Etanol, 25 MGY
York, NE
Etanol, 55 MGY
Granite city, IL
Etanol, 90 MGY
Portales, NM
Etanol, 25 MGY
Ravenna, NE
Etanol, 88 MGY
7

8. 8
Preparación de la
materia prima
Transformación en azúcares Fermentación Destilación
Fermentación por
levaduras C6
Destilación
Caña
azúcar
EtOH
CO2
Recolección,
molienda y filtrado
Sacarificación y
fermentación por
levaduras C6 simultánea
Destilación
Cocinado y
licuefacción
EtOH
CO2
DDGS
Proteína y
fibra
Limpieza y
molienda
Enzimas
Cereal
Destilación
PretratamientoBiomasa
EtOH
DDB
Electricidad, calor
y otros productos
Limpieza y
molienda
Hidrólisis
enzimática
Sacarificación y
fermentación por
levaduras C5, C6
simultánea
CO2
Enzimas
Enzimas
1G
2G
Abengoa Bioenergy
Netherlands
Abengoa Bioenergy
Biomass of Kansas
Tecnología de bioetanol para 1era y 2da generación de materia prima
8

9. Gasolina
349 BGY
Jet
94 BGY
Biodiesel
484 BGY
Biocombustibles
1995-2016
2001-2016
1G2G
Producción de
bioetanol
sostenible y
barato
PMMA
739 BGY
Poliéster/Xilano/Es
tireno
27BGY
Goma, Lubricantes
y Aditivos
8 BGY Surfactantes
Químicos
Los azúcares serán el nuevo
petróleo…
Etanol como mezcla…
CerealCañaBiomasa
Bagazo
Residuos
Leñoso
Paja de maíz
Maíz
Caña de azúcar
ABENGOA
Cebada
Arroz
Otros
Butanol
Aceite vegetal
Otros
Más allá de etanol…
9

10. Abengoa Research
Grupo de Biotecnología
Fuertes capacidades internas en I+D+i
• Expertos en bioquímica e ingeniería microbiana.
• Laboratorio completamente automatizado.
• Logros: desarrollo de microorganismos que producen
enzimas que trabajan a bajas dosis y optimización del perfil
de la actividad enzimática.
• Capacidad de fermentación hasta 30 L (instalando hasta
1m3)
• Gran equipamiento DSP
• Experiencia en desarrollo de procesos
• Logros: proceso de producción robusto, maximizando la
productividad del microorganismo a un coste rentable
Desarrollo de cepas
Sevilla
Desarrollo de procesos
Salamanca
CTFSCPA
 Bioquímica
 Ingeniería genética
 Biología Molecular
 Gran capacidad de
análisis multimuestra
Capacidades
Optimización fermentación 
Desarrollo DSP 
Escalado 
Benchmarking 
Capacidades
10

11. 11
Representación esquemática de los efectos del
pretratamiento sobre la biomasa lignocelulósica
(Hsu et al, 1980)
El pretratamiento engloba la alteración de la biomasa por lo que la
hidrólisis (enzimática) de la celulosa y la hemicelulosa se alcanza más
rápidamente.
El pretratamiento persigue la modificación de las propiedades físico-químicas de la
biomasa: rompe la protección de la lignina y disminuye el grado de cristalinidad de
la celulosa.
Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima
Preparación de la
materia prima
Transformación en azúcares Fermentación Destilación
Destilación
PretratamientoBiomasa
EtOH
DDB
Electricidad, calor
y otros productos
Limpieza y
molienda
Hidrólisis
enzimática
Sacarificación y
fermentación por
levaduras C5, C6
simultánea
CO2
Enzimas
2G
11

12. Pretratamiento
1. Pretratamiento físico
Barakat et al. / Applied Energy 113 (2014) 97–105
Schuth, Dumesic, ACS Catal, 2013
Rinaldi, Chemsuschem, 2012
Pretratamiento quimico-mecánico en seco de la biomasa lignocelulósica
2. Fraccionamiento con disolventes
Esquema del proceso organosolv para el fraccionamiento de la biomasa
Lignin Production by Organosolv Fractionation of Lignocellulosic Biomass, ECN
Netherlands
3. Pretratamiento químico
Esquema del proceso AFEX
4. Pretratamiento biológico
Pretratamiento microbiano de la madera. Oak Ridge National Lab
Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima
12

13. Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima
Bagazo ResiduosLeñosoPaja maíz
C5-C6 Azúcares
Xilosa
Arabinosa
Xilano Celulosa
Endoxilanasas (EX)
Beta-xilosidasa (bxl) Celobiosa
Glucosa
Endoglucanasas (eg2)
+
Celobiohidrolasas (cbh)
Celobiohidrolasas (cbh)
Beta-glucosidasa
1. Pretratamiento
2. Hidrólisis
enzimática
3. Fermentación
4. Destilación y evaporación
Etanol
Químicos,
Materia
prima o
energíaLignina
Hidrólisis Enzimática
Cereal Paja maíz Bagazo Madera Residuos
USD/gal
Coste de contribución de las
“enzimas“ por materia prima ($/gal)
13

14. 3. Fermentación
Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima
Fermentación C5/C6
La Xilosa es el segundo carbohidrato más abundante en la
biomasa lignocelulósica hidrolizada. La fermentación de la
xilosa es esencial para la bioconversión de las lignocelulosas a
combustibles y químicos.
La tecnología del etanol 1G permite a la levadura crecer durante
la fermentación
Como hay inhibidores presentes en la tecnología 2G, se requiere
una mayor eficiencia en la propagación 2G
El paso de la propagación por tanto es una etapa mucho más
crítica que en la tecnología 1G
Azúcares C5-C6
Xilosa
Arabinosa
Glucosa
4. Destilación y Eváporación
Etanol
Levadura
25%
2%
72%
95%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Lignocellulosa Cereal
%deltotaldeazúcares
Otros
Glucosa (C6)
Xilosa (C5)
14

15. Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima
Valorización de Lignina
15
Vinaza
Usos a
Granel  Regeneración orgánica del
suelo
 Alimentación animal
Torta
Sirope
Microbiología  Butanol
 Etanol
 Alcanos
Procesos de
extracción
y
purificación
Lignina extraída
 Resinas
 Fibra carbono
 Carbón negro
 Aglutinantes
 Antioxidantes
15

16. Tecnología 2G
I+D+i
Planta Piloto 2G
York (NE, USA)
Planta demo 2G
Salamanca (SP)
Planta comercial
2G
Hugoton (USA)
Biomasa a bioetanol
Planta comercial
HugotonPlanta de
demostración
SalamancaPlanta
piloto York
Abengoa: Tecnológo de Biocombustibles 2G
2G Biocombustibles y
Bioproductos
Hemos demostrado nuestra capacidad para escalar el proceso
16

17.  Localización: US (2014)
 95 Ml/año a partir de residuo agrícola
 Localización: Holanda (2010)
 480 M/año 360.000 t DDGS
(Dried Distillers Grains with
Solubles)
 Planta de biocombustible más
grande de Europa
 Localización : España (2008)
 200.000 t biodiesel
Nuestros proyectos de referencia
Biocombustibles
2nd generación de bioetanol de biomasa Otros ejemplos
Una capacidad de producción global de más de 2.500 Ml/año de
bioetanol
 Localización: Uruguay (2015)
 70 Ml/año, 49.000 t DDGS
 Localización : US (2010)
 333 Ml/año, 230.000 t DDGS
17

18. Principales actores en el bioetanol celulósico
Likely to
have
commercial
plant
near term
Company
Capacity
(MGY)
Process
Technology
Enzyme
Technology
Expected
start of
commerical
operations
* Abengoa Bioenergy 25 Abengoa Abengoa 2014
* POET-DSM 20 DSM DSM 2014
* DuPont 30 DuPont DuPont 2014
* Project Alpha (Beta R.) 20 Chemtex Novozymes 2014
Fiberight 6 Chemtex Novozymes
Canergy 25 Chemtex Novozymes
Greenfield 10 Enerkem, W2BNovozymes
* Mascoma 20 AB Enzymes Delayed
* Clariant - - No plans
* Inbicon 20 DSM 2016
* Lignol 20 Novozymes Unknown
* GranBio 22 Chemtex Novozymes 2014
* Raizen 11 Chemtex Novozymes 2014
TMO 2.6 TMO Renewables
Colbiocel 22 Chemtex Novozymes
OAI Unknown Unknown
* Beta Renewables 20 Chemtex Novozymes Operational
Maabjerg 25 Unknown
MYBiomass 16 Unknown
Sabah Unknown Unknown
Cofco/Sinopec 17 Unknown Novozymes
Longlive 17 Shandong Longlive Bio-Technology
ZTE 8 Unknown
Jilin Fuel 8 Unknown
Dacheng Unknown Novozymes
SQ Unknown Unknown
Datang Unknown Dupont
Stategrid Unknown Unknown
HNTG Unknown Unknown
Average 17
Total 364
USA
BR
EU
Asia
Bioetanol
18

19. Innovative Technology Solutions for
Sustainability
Copyright © Abengoa S.A. 2014. All rights reserved
Biocombustibles
2
2.1 Madera
19

20. Composición química de la
madera
La madera es,
Una fuente renovable
No es un alimento, es un material orgánico que, como materia
prima, no compite con el interés agrícola de cultivar cultivos para la
alimentación
Puede reducir el riesgo de fuego incontrolado cuando se elimina del
campo o del terreno baldío. Cuando se quema para producir energía
emite una cantidad de dióxido carbono que es comparable a la
cantidad de CO2 liberada por la madera durante su degradación
natural. Ya que los árboles fijan CO2 durante la fotosíntesis, utilizar
madera para producir energía se considera como “neutral en
carbono”
Ventajas – Madera
Madera
Celulosa
Hemicelulosa
Resina
Lignina
Biomasa leñosa
20

21. Clasificación Efectos Observaciones
Furfural y HMF
• Reducción del ratio de crecimiento específico
• Reducción de la volumetría de etanol y productividad
específica
• Reducción de la producción de biomasa
• Producción de daños en la membrana plasmática celular
• Inhibición de la acción de las enzimas
El efecto inhibidor producido por el HMF y
furfural es el mismo, pero el furfural es más
intensivo.
Ácidos alifáticos
• Caída del rendimiento a etanol
• Reducción de la producción de biomasa
• Reducción del ratio de crecimiento específico
• Muerte celular
El mecanismo de inhibición aún no está claro
Compuestos fenólicos
• Producción de daños en la membrana plasmática celular
• Reducción del rendimiento a etanol
• Reducción de la producción de biomasa
• Reducción del ratio de crecimiento específico
• Muerte celular
Los componentes más tóxicos. Enmascaran
la accesibilidad de la enzima a los
carbohidratos y la hidrólisis
Efectos
combinados
Furfural y ácido acético
• Reducción del ratio de crecimiento
• Disminución del rendimiento de la biomasa
• Caída del rendimiento a etanol Efectos sinérgicos, ya que la combinación de
estos compuestos tiene efectos inhibidores
más altos que el ocasionado individualmenteFurfural, ácido acético y
compuestos derivados de
la lignina
• Reducción del rendimiento a etanol
• Reducción del ratio de crecimiento
• Disminución del rendimiento de la biomasa
Los productos derivados de la lignina presentan unos efectos inhibidores 10 veces mayor que los que existen
en los productos derivados del azúcar
4-hydroxybezoic acid Vanillin CatecholSyringaldehydeConiferyl aldehyde 4-hydroxybenzaldehyde
Efectos inhibidores
Madera
21

22. Innovative Technology Solutions for
Sustainability
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Biocombustibles
2
2.1 Madera
2.2 Biocombustibles a partir de residuos
22

23.  Ventajas
 Sólo el 25% de residuos se envían a vertedero
 Recuperación de más del 75% de materiales reciclables
 Tecnología fácilmente adaptable a distintas geografías
 Ingresos por canon, venta de reciclables
 Reducción de emisiones a la atmósfera
Residuos a Biocombustibles representa una solución integral para la
gestión de RSU basada en la recuperación de los materiales reciclables y la
valorización de las fracciones convertibles, como los carbohidratos. El enfoque
novedoso está en la producción de combustibles renovables al mismo tiempo
que se minimizan las sub-fracciones cuyo último destino es el vertedero y
promoviendo el reciclado de componentes que inherentemente están
presentes en los RSU
Jerarquía de tratamiento de Residuos
23

24. Combustible del
rechazo sólido
Bioresiduo
Separación
MSW
W2B Visión general
Sirope de
azúcar Bioetanol
Materiales
reciclables
Torta
31%
26%
26%
17%
24

25. Innovative Technology Solutions for
Sustainability
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Biocombustibles
2
2.1 Madera
2.2 Biocombustibles a partir de residuos
2.3 Isobutanol y n-butanol
25

26. Hay dos principales rutas alternativas para producir butanol a través de la fermentación de azucares:
 Fermentación Iso-biobutanol: fermentación innovadora para producir directamente iso-butanol (Gevo,
Butamax).
 Fermentación ABE: proceso tradicional, que produce una mezcla de etanol / n- biobutanol / acetona
(Green Biologics, Abengoa).
Visión general del biobutanol – bioprocesos
Producción
azúcar
Fermentación
Iso-Butanol
Fermentación
ABE
Producción
azúcar
Fermentación
Deshidratación
Fermentación
ABE
Separación
compleja
iso-butanol acetona etanoln-butanol
Principal uso: Fuel Building block > fuelPrincipal uso:
26

27. Alto contenido energético, cercano al de la gasolina
Permite mezclas mayores – puede ser mezclado con gasolina al 16%, ayudando a los productores superar el límite de
mezcla
No hidroscópico (pj, atrayendo la humedad) o corrosivo
Verdadero combustible de sustitución – no se requieren modificaciones en los vehículos o infraestructuras
Compatible con los motores actuales e infraestructuras de almacenamiento
Baja presión de vapor – la mezcla de combustibles puede cumplir con las restricciones gubernamentales en la presión de
vapor sin la necesidad de usar mezclas especiales (RBOB)
Puede ser mezclado en las refinerías
Transportable en las líneas existentes para el petróleo
Adaptable a materias primas futuras – incluida la celulósica
Ventajas del Butanol como Combustible
Propiedad física iso-butanol n-butanol Etanol
Densidad a 20°C (g/cm³)‫‏‬ 0.802 0.810 0.794
Punto de ebullición a 1 atm (⁰C)‫‏‬ 108 118 78
Solubilidad en agua at 20⁰C (g/100mL)‫‏‬ 8.0 7.7 Miscible
Calor neto de combustión (BTU/gal)‫‏‬ 95,000 93,000 80,000
R+M/2 103.5 87 112
Mezcla RVP (psi at 100⁰F) 1 5.0 4.3 18-22
27

28. En el futuro, gracias a nuestras fuertes capacidades actuales de
biología sintética, biotecnología y bioprocesado, ofreceremos
nuevos productos producidos por fermentación de los
azúcares que producimos en nuestros activos
28

29. ABENGOA
RESEARCH
Grupo de Biotecnología
“Bio-Making it Tech-feasible”
Muchas gracias por su atención