Producción
de Bioetanol a partir de Biomasa
Desde 1930 (especialmente
mientras la 2°Guerra Mundial) la mezcla de etanol a la gasolina fue utilizada
como combustible para autos. Los biocombustibles representan una oportunidad
para desarrollar nuevos mercados de exportación para los países que disponen de
condiciones comerciales y arancelarias favorables.
El interés mundial por el
desarrollo de los biocombustibles se empezó a incrementar hacia mediados de la
presente década, en el marco de una preocupación más amplia para el desarrollo
de fuentes nuevas y más limpias de energía, que permitan avanzar en la
superación del paradigma energético actual, basado en los combustibles fósiles.
El etanol es un
combustible que libera significativas cantidades de calor al quemarse. Sin
embargo, el etanol presenta algunas diferencias importantes con relación a los
combustibles convencionales derivados de petróleo. La principal es el elevado
tenor de oxígeno, que constituye cerca del 35% en masa del etanol.
Materias
primas y tecnologías de producción de bioetanol
Mediante las rutas
biológicas, el bioetanol se puede producir a base de cualquier biomasa que
contenga cantidades significativas de almidones o azúcares. En la actualidad hay
un ligero predominio de la producción relacionada con materiales amiláceos (un
53% del total), como el maíz, el trigo y otros cereales y granos. En esos
casos, la tecnología de conversión comienza, generalmente, con la selección, la
limpieza y la molienda del grano. La molienda puede ser húmeda, cuando el grano
está embebido y fraccionado antes de la conversión del almidón en azúcar (vía
húmeda), o seca, cuando eso se realiza durante el proceso de conversión (vía
seca). En ambos casos, el almidón se convierte en azúcares mediante un proceso
enzimático a altas temperaturas.
Cuando se considera la
producción a base de azúcares, como en el caso de la caña y de la remolacha, el
proceso es más sencillo e implica una etapa menos, ya que los azúcares están
disponibles en la biomasa. En general, el proceso se basa en la extracción de
los azúcares (por medio de la molienda o de la difusión), que pueden seguir
directamente hacia la fermentación. Tras la fermentación, se destila el vino,
así como en el caso de la producción basada en almidón.
Rutas
tecnológicas para la producción de Bioetanol
Materia
Prima
Caña
de azúcar: Es una planta semiperenne con ciclo
fotosintético de tipo C4, perteneciente al género Saccharum, de la familia de
las gramíneas, compuesta por especies de gramas altas perennes, oriundas de
regiones templadas calientes a tropicales de Asia, específicamente de India. La
parte aérea de la planta se compone, esencialmente, por los tallos, en los que
se concentra la sacarosa, y por las puntas y hojas, que constituyen la paja de
la caña de azúcar.
Biomasa: La biomasa lignocelulósica está compuesta por
polisacáridos (celulosa y hemicelulosa) y por la lignina, polímero complejo de
grupos metoxi y fenilpropánicos, que mantiene a las células unidas. La fracción
celulósica (40%-60% de la materia seca), un polímero lineal del dímero glucosa-glucosa (celobiosa), rígido y
difícil de romper; su hidrólisis genera glucosa, un azúcar de seis carbonos,
cuya fermentación con Saccharomyces cerevisiae ya es bien conocida.
Descripción proceso
de producción de etanol por medio de la hidrólisis de la biomasa
- Preparación
La primera etapa del
proceso consiste en el pretratamiento mecánico de la materia prima, que busca
la limpieza y la “ruptura” del material, con el objetivo de causar la destrucción
de su estructura celular o hacerla más accesible a los tratamientos químicos o
biológicos posteriores.
- Hidrólisis Hemicelulosa
Consiste en la remoción
de la lignina y en la hidrólisis de la hemicelulosa, que también puede ser
denominada pretratamiento. Para esta etapa hay diversos tipos de procesos, con
diferentes rendimientos y efectos distintos sobre la biomasa y consecuente
impacto en las etapas que siguen.
- Hidrólisis Celulosa
La celulosa se convierte
en glucosa. La hidrólisis ácida (tanto concentrada como diluida) ocurre en dos
etapas, para aprovechar las diferencias entre la hemicelulosa y la celulosa. La
primera implica, esencialmente, la hidrólisis de la hemicelulosa, conducida de
acuerdo con las condiciones del pretratamiento discutidas con anterioridad. En
la segunda etapa se aplican temperaturas más altas, buscando optimizar la
hidrólisis de la fracción celulósica. El proceso con ácido diluido utiliza
altas temperaturas y presiones, con tiempos de reacción de segundos a algunos
minutos, lo que facilita el uso de procesos continuos. Por otra parte, los
procesos con ácido concentrado se desarrollan en condiciones más amenas, pero
con tiempos de reacción típicamente más largos.
- Proceso enzimático
En el proceso enzimático,
la hidrólisis se cataliza por enzimas llamadas de modo genérico celulasas. En
realidad, se trata de un complejo enzimático compuesto por endoglucanasas (que
atacan a las cadenas de celulosa para producir polisacáridos de menor
longitud), exoglucanasas (que atacan a las terminales no reductores de estas
cadenas más cortas y retiran la celobiosa) y β-glucosidasas (que hidrolizan a
la celobiosa y otros oligómeros a la glucosa). Como este proceso se desarrolla
en condiciones amenas (pH 4,8 y temperatura entre 45° y 50° C), el costo de procesamiento
de los insumos es relativamente bajo.
- Fermentación
El mosto sigue hacia los
tanques de fermentación, donde se le agregan levaduras (hongos unicelulares de
la especie Saccharomyces cerevisiae) y se fermenta durante un período de 8 a 12
horas, dando origen al vino (mosto fermentado, con una concentración del 7% al
10% de alcohol).
- Destilación
Durante la destilación,
primero se recupera el bioetanol en forma hidratada, con aproximadamente 96° GL
(porcentaje en volumen), correspondiente a cerca de 6% de agua en peso, dejando
la vinaza o “vinhoto” como residuo, en una proporción media de 10 a 13 litros
por litro de bioetanol hidratado producido. En ese proceso también se apartan
otras fracciones líquidas, dando origen a los alcoholes de segunda y al aceite
de fusel. El bioetanol hidratado se puede almacenar como producto final o bien,
puede ser mandado a la columna de deshidratación.
Fuente: http://www.olade.org/sites/default/files/CIDA/Biocomustibles/CEPAL/bioetanol%20ca%C3%B1a%20de%20azucar.pdf
Videos (o animaciones) del Proceso
Ilustración del proceso Automatizado
Fuente: http://www.olade.org/sites/default/files/CIDA/Biocomustibles/CEPAL/bioetanol%20ca%C3%B1a%20de%20azucar.pdf
Videos (o animaciones) del Proceso
Ilustración del proceso Automatizado
Otras informaciones relacionadas
Link 1: http://www.unicauca.edu.co/ai/publicaciones/Estudiantes/Gomez_Hurtado.pdf
Link 2: http://www.bdigital.unal.edu.co/3539/4/oscarjuliansancheztoro.2008_Parte2.pdf
Link 3: https://www.researchgate.net/publication/276092508_Produccion_de_Etanol_a_Partir_de_Biomasa_Lignocelulosica_Estimacion_Dinamica_de_Parametros_con_Enfoque_Simultaneo
