67.56 “Técnicas Energéticas” Bioetanol 1C 2007

Usos • • • • • • •

Bebidas alcohólicas Aditivos de combustibles Combustible Alcoquímica Solvente Perfumes Medio de reacción

Producción de azúcar • • • • • • • •

Molienda de caña de azúcar. Pesado y análisis del primer jugo. Purificación. Decantación. Jugo clarificado, cachaza, jugo filtrado. Concentración del jugo clarificado. Cocción del jugo concentrado. Separación del azúcar de mieles y melaza.

• Azúcar de 1a: refinamiento, secado, pesado, embolsado y expedición o almacenaje. • Azúcar de 2a: se usan como azúcares crudos o se diluyen en agua y retornan al cocimiento de 1a. • Azúcares de 3a: se diluyen en mieles de 1a y retornan al cocimiento de 2a. • Mieles de 1a: pasan en parte al 2o cocimiento y en parte se usan para diluir el azúcar de 3a. • Mieles de 2a: pasan al 3er cocimiento. • Melaza: contiene cierta cantidad de azúcar; se utiliza como M. P. para obtener alcohol, en destilerías anexas al ingenio o en destilerías independientes.

Obtención de etanol: materias primas • Sustancias con alto contenido de sacarosa (caña de azúcar, remolacha, melazas, sorgo dulce) • Sustancias con alto contenido de almidón (maíz, papa, yuca) • Sustancias con alto contenido de celulosa (madera, residuos agrícolas) • Hidrocarburos

Sustancias ricas en sacarosa • • • • • • • •

Azúcar de caña Azúcar de remolacha Mieles Melazas Jugo de frutas Mostos Sorgo dulce Suero de leche

Mieles: Propiedades Componente Agua (%)

Miel de caña

Miel de remolacha

15-20

16-20

Materia orgánica (%)

74

72

Sacarosa (%)

32

50

Glucosa (%)

14

1

Fructosa (%)

16

1

Azúcares totales (%)

62

52

Nitrógeno total (%)

0.51

1.7

Proteína Kjeldahl (%)

3.2

10.6

Ceniza (%)

12.4

7.4

Melazas • • • •

Minerales presentes en melazas Colorantes Contenido microbiano Condiciones de proceso en la fabricación • Almacenamiento

Jugo de los filtros • Corriente del proceso azucarero (corriente intermedia que se obtiene al separar la cachaza del jugo clarificado) • Preacondicionamiento • Ventajas y desventajas respecto de la melaza

Mostos o vinazas de destilería • Residuos del proceso • Ventajas: fermentaciones más rápidas (retorno de compuestos nitrogenados y sales minerales), mayor acidez en fermentadores • Otros usos (fertilizantes, alimentación animal, obtención de levaduras, biogas)

Obtención de etanol: etapas • Conversión de carbohidratos en azúcares simples • Fermentación de azúcares en etanol • Separación del etanol de los subproductos

Fermentación alcohólica • Enzimas: concepto • Microorganismos: – levaduras – hongos – bacterias • Elección • Tipos, géneros • Cultivos binarios o mixtos, trabajados genéticamente, etc. • Importancia

Componentes minoritarios luego de la fermentación • Sustancias: – Alcoholes superiores – Ésteres – Ácidos – Aldehídos • Importancia

Residuos lignocelulósicos • Ventajas • Residuos lignocelulósicos – Madera dura (eucaliptus) – Madera blanda (pino) – Residuos agroindustriales (bagazo) – Cultivos agroenergéticos (cardo) • Composición • Desventajas

Conversión de materiales lignocelulósicos a etanol: etapas básicas • Hidrólisis de la celulosa del material lignocelulosico a azúcares reductores fermentables (catalizada por enzimas: “celulasas”). • Fermentación de los azúcares a etanol (levaduras o bacterias). Factores que afectan la hidrólisis: porosidad de la materia prima (área de superficie accesible), cristalinidad de la fibra celulósica y contenido de lignina y hemicelulosa.

Etapas • Pretratamiento: hacer más accesible el material para la etapa posterior. • Prehidrólisis: permite liberar las hemicelulosas que contiene el material. • Hidrólisis: libera la glucosa presente en los materiales lignocelulósicos. • Fermentación: de las hexosas y pentosas para obtener etanol. • Separación y concentración del alcohol.

Pretratamiento • • • •

Clasificación: Físicos. Físicos- químicos. Químicos. Biológicos. Sin un pretratamiento efectivo, los rendimientos en azúcares son bajos, la celulosa no será alcanzada por las enzimas celulasas.

Pretratamientos Físicos Dividen el material lignocelulósico en partículas finas (superficie/ volumen ↑ => celulosa susceptible a hidrólisis. La acción mecánica también causa una reducción de la cristalinidad y del grado de polimerización de la celulosa. • Tratamiento mecánico • Radiación de alta energía • Pirólisis

Pretratamientos Físico - Químicos • Explosión a vapor (autohidrólisis) • Explosión con amonio • Oxidación húmeda

Pretratamientos Químicos • • • • •

Ozonólisis Hidrólisis ácida Hidrólisis alcalina Delignificación oxidativa Proceso Organosolv

Hidrólisis Luego del pretratamiento del material lignocelulósico se realiza la hidrólisis de la celulosa y las hemicelulosas. • Procesos de hidrólisis ácida. • Procesos de hidrólisis enzimática: la celulosa es degradada por las celulasas a azúcares reductores que pueden ser fermentados por levaduras o bacterias a etanol.

Sacarificación y fermentación simultáneas (SFS) • • • •

↑ velocidad de hidrólisis < requerimiento de enzimas ↑ rendimientos < tiempo de proceso

Costo • Costo de MP • Composición MP • Proceso de obtención (consumo MP, de catalizador, volúmenes producidos, consumo de energía, inversión).