Sorgo azucarado para Biocombustibles en la Costa Norte Jaime Humberto Bernal Riobo Candidato Doctorado 1er Congreso Internacional de Biocombustibles. Guayaquil, 30 septiembre y 1ro octubre

Contenido 1. Generalidades del cultivo de sorgo dulce y potencial producción de etanol. 2. Experiencias de producción de sorgo dulce en el mundo 3. Estado del arte de la investigación en Colombia

Tipos Diferentes de Sorgo– Perfiles diferenciales de Carbohidratos & Rendimiento de Biomasa • Sorgo de Grano – grano: almidón – tamo: lignina, celulosa

• Sorgo Dulce – Grano: almidón – tallo: azúcares solubles – bagazo: lignina, celulosa.

• Sorgo de Alto Tonelaje – Toda la panta: lignina, celulosa

Sorgo dulce (Sorghum bicolor (L.) Moench) El sorgo dulce es una planta C4 caracterizada por una alta eficiencia fotosintética, y amplia adaptación. Temperatura óptima entre 25-35 oC en el día, 15-20 oC, tolerante a la sequia y altamente eficiente en el uso del agua. Es una planta de ciclo anual, que logra la madurez fisiológica entre 90 – 120 días después de emergencia y alcanza una altura de 4 m. Presenta un alto potencial de rendimiento de forraje. Puede ser implementado en sistemas de rotación de cultivos.

Sorgo dulce (Sorghum bicolor (L.) Moench) La mayor parte de los hidratos de carbono formados durante la fotosíntesis son transformados a azucares y almacenados en el tallo. No es un cultivo utilizado en la alimentación humana, y no compite con seguridad alimentaria. Infraestructura para siembra y cosecha es fácil de desarrollar. Es una planta no invasora. Presenta un buen ciclaje de nutrientes Existe amplia diversidad genética.

Composición del tallo en dos variedades de sorgo dulce Componente

Keller1 Rio2 % Materia Verde

Total azúcar

16.8

18.0

Sacarosa

13.8

16.5

Glucosa

2.0

1.0

Fructosa

1.0

0.5

13.3

8.2

Celulosa

5.5

3.7

Hemicelulosa

4.5

3.1

Lignina

3.3

1.4

67.5

70.0

Total Fibra

1. Mamma et al., 1996 2. Billa et al., 1997

Agua

Producción etanol a partir de genotipos de sorgo dulce • Rendimiento potencial de forraje verde: 70-100 t ha-1 en primer corte. • Producción de etanol (un corte): – Brasil: – China: – India – Sur África: – Estados Unidos:

2639 l ha-1 4200 l ha-1 4000 l ha-1 3000 l ha-1 4790 l ha-1

Planta de producción de etanol con biomasa de sorgo dulce en India, fabricada por PRAJ.

Características Materiales Sorgo Dulce en India • • • • • • • • • • •

Días a Floración: Días a Madurez: Altura de Planta: Rendimiento de Caña: Rendimiento de Grano: Jugo extraíble: Brix: ATR: Sacarosa: Azucares reductores: Rendimiento de etanol:

75-85 días 90-110 días 2.8-3.4 m 35-50 t ha-1 2.5-4.0 t ha-1 40-50% 14-19 13.0-16.0% 9.6-13.6% 1.3-2.1% 2500-4000 l ha-1

Producción tallos molibles y contenido de azúcares en los entrenudos de variedades de sorgo dulce. ICRISAT, 2006 Rendimiento Tallos molibles Azúcar Variedad (t ha-1) Porcentaje Semilla

1er rebrote

Semilla

NTJ – 2

45.5

48.55

18.5

SPV – 422

55.60

57.65

19.0

ICSV – 700

43.48

45.50

18.0

ICSV – 93046

47.52

48.55

15.0

ICSR - 93034

46.52

47.53

18.0

Estado Actual de la Investigación en Sorgos Dulces en Colombia

Objetivo Entregar al sector agroindustrial del País variedades e híbridos de sorgo dulce como alternativa para la producción de alcohol carburante y cogeneración de energía

Sorgo Dulce Cordoba Sorgo Dulce Sucre Sorgo Dulce Tolima

Sorgo Dulce Palmira

Sorgo Dulce Meta Sorgo Dulce Huila

Tolima Tmin

Ampl. Term

Tmax

40

40

35

35

30

30

T e m p e ra tu ra (º C )

Temperatura (ºC)

Tmax

Villavicencio

25 20 15 10

20 15 10 5

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

Día Juliano

Ampl. Term

25

5

0

Tmin

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

Día Juliano

Tolima 35

Precipitación 1339 mm Evaporación 1988 mm

Precipitación 2823 mm Evaporación 1670 mm 35

30

30

P p v s E v a p o (m m )

P p v s E v p (m m )

Villavicencio

25

25

20

20 15

15

10

10

5

5

0

0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

Día Juliano

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

Día Juliano

Análisis químico de suelos Localidad

pH

M.O. %

P mg kg-

Ca

Mg

K

Na

1

Cmolc kg-1 Tolima

6.2

0.1

17

2.1

1.1

0.26

0.09

Turipana

6.0

2.1

10

10.0

7.3

0.57

0.18

Palmira

7.0

3.3

25

27.0

9.0

0.55

0.37

V/cio

4.3

3.0

37

0.76

0.27

0.18

0.05

Áreas de Investigación en Sorgo Dulce • Mejoramiento Genético: – Selección de variedades: • Forraje: 60-80 t ha-1 • Brix: 14 a 16 • Fibra: 13% • Días a cosecha: 90-110 días.

Evaluación de 122 líneas avanzadas de sorgo dulce en diferentes ambientes 30 Días

40 Días

Después de Siembra

Después de Siembra

Producción forraje y Brix de líneas seleccionas de sorgo dulce en tres localidades Tallos

Brix

90

18,0

80

16,0

70

14,0

60

12,0

50

10,0

40

8,0

30

6,0

20

4,0

10

2,0

0

0,0

Cordoba

Tolima

Meta

Brix

Peso verde (t ha-1)

Forraje total

Azúcar y Producción de Etanol r2=0.01

Rendimiento azúcar= azúcar= Jugo (lbs/acre) * Concentración azúcar (g/100ml)

r2=0.96

r2=0.66

Variedades

Hibridos forrajeros comerciales

Producción de forraje y comportamiento agronómico de líneas avanzadas de sorgo dulce. Codazi, Valledupar.

Genotipo

Forraje t ha-1

Tallo t ha-1

Brix

Rto jugo kl ha-1

Azúcar t ha-1

HT 3

71.4

44.6

13.6

19.7

2.37

HT 5

75.9

49.1

13.5

23.5

2.81

HT 7

77.7

50.9

15.4

18.5

2.37

HT 46

128.6

87.5

14.1

33.3

4.12

HT 70

85.7

ICSR91005

81.2

50.9 51.8

16.4 16.9

24.7 22.0

3.60 3.33

Producción de forraje y comportamiento agronómico de líneas avanzadas de sorgo dulce. Palmira, Valle.

Genotipo

Forraje t ha-1

Tallo t ha-1

Brix

Rto jugo kl ha-1

Azúcar t ha-1

HT 3

50.4

37.9

18.5

15.4

2.57

HT 5

73.3

51.5

18.7

23.6

3.40

HT 7

52.1

39.8

16.1

15.6

2.40

HT 46

65.1

44.7

19.0

15.6

2.32

HT 70

65.8

ICSR91005

34.3

48.4 22.0

15.7 16.5

21.0 9.4

3.38 1.44

Contenido de azúcares fermentables y producción potencial de etanol de genotipos de sorgo dulce. Genotipo

Brix

Sacarosa

Glucosa

Fructo

Solidos no ferm

ART

HT 3

15.6

10.40

0.95

0.80

3.45

12.70

HT 5

16.2

10.00

1.21

1.08

3.91

12.81

HT 6

15.0

8.63

1.13

0.98

4.26

11.19

HT 27

16.1

7.60

1.11

1.06

6.32

10.18

HT 40

12.5

8.27

1.18

0.96

2.10

10.84

HT 41

18.0

9.30

1.10

0.87

6.73

11.76

HT 45

13.0

6.67

1.31

1.29

3.74

9.61

HT 70

12.0

9.17

1.51

1.21

0.11

12.37

HT 72

16.2

6.95

1.36

1.06

6.84

9.73

HT 89

14.6

6.47

2.02

1.42

4.69

10.25

HT 97

12.0

7.13

1.98

1.53

1.35

11.03

Análisis de azúcares realizados por HPLC, Lab. CENICAÑA

Producción de forraje y contenido de fibra y humedad del tallo de genotipos de sorgo dulce. CORPOICA, 2007 Genotipo

Forraje Total Producción Tallos t ha-1 t ha-1

Fibra %

Humedad %

HT 3

61.1

51.9

20.20

69.07

HT 5

58.1

48.2

19.80

70.17

HT 6

49.5

46.3

17.42

73.83

HT 27

35.4

22.7

23.23

68.93

HT 40

45.0

35.2

17.92

73.63

HT 41

41.0

35.2

27.58

63.60

HT 45

59.3

36.4

26.69

65.73

HT 70

63.4

53.5

16.89

72.47

HT 72

50.5

42.5

18.15

73.15

HT 89

50.5

43.3

16.43

74.43

HT 97

62.1

49.3

15.85

74.00

Poder calórico sorgo dulce: 6786 BTU lb-1 (Cruz, F. M., 2007)

Incremento sólidos solubles - Brix en líneas avanzadas de sorgo HT5 y HT7. 2

Y = 3.66 + 0.1023X

Y = -90.4 + 2.213X - 0.0116X

2

2

R = 0.93

16

16

14

14

12

12

10

10

8 6

8 6

4

4

2

2

0

0 60

65

70

75

80

R = 0.84

18

Brix

Brix

18

85

90

95

Días después de siembra

100

105

60

65

70

75

80

85

90

95 100 105 110 115

Días después de siembra

Áreas de Investigación en Sorgo Dulce • Mejoramiento Genético: – Selección de híbridos de sorgo dulce: • Forraje: > 80 t ha-1 • Brix: > 15 • Fibra: 13% • Días a cosecha: 90-110 días.

Producción forraje y comportamiento agronómico híbridos experimentales de sorgo dulce. Villavicencio 2008. Genotipo

Forraje t ha-1

Tallo t ha-1

Brix

Floración Días

Altura cm

HE1

40.2

30.7

10.9

65

218

HE2

42.5

33.0

11.5

65

230

HE3

57.4

49.6

11.3

68

328

HE4

58.9

48.7

13.5

68

326

HE5

54.9

46.0

12.4

69

333

HE6

41.9

36.8

8.8

62

310

HE7

49.5

43.0

10.0

67

304

HE8

46.1

37.0

11.7

64

274

HE9

47.1

39.5

12.3

63

273

HE10

48.3

42.6

12.4

63

309

HE11

41.5

36.8

8.7

63

289

HCFOR

43.2

37.8

10.7

68

279

HT 70

62.5

53.8

16.0

79

335

Áreas de Investigación en Sorgo Dulce • Manejo Agronómico: – Sistemas de preparación de suelos con énfasis en labranza reducida y cero labranza. – Densidades de población optima – Requerimientos hídricos – Producción de biomasa durante todo el año. – Manejo fertilización con énfasis en biofertilizantes y residuos orgánicos. – Manejo Integrado de Plagas

Introducción de germoplasma

Análisis Bromatológico Componentes de la Planta de Sorgo Dulce. CORPOICA, 2007. Componente

M. S %

P.C %

FDN %

FDA %

CEN. %

LIG. %

CEL. %

Panícula

71.7

11.5

64.4

30.4

2.8

3.2

23.6

Hoja

44.3

8.3

68.8

35.2

4.5

3.2

28.0

Tallo

36.4

2.6

69.4

30.6

3.5

0.2

29.6

M.S. = Materia seca P.C. = Proteína Cruda FDN = Fibra detergente neutra FDA = Fibra detergente acida

LIG = Lignina CEL = Celulosa

Grupo de Investigación

ALIANZAS ESTRATEGICAS

Universidad Nacional de Colombia

•[email protected] u.ec