Problemas biocombustible

CAPÍTULO 1

El biocombustible más importante es el alcohol carburante (alcohol etílico, etanol) el cual puede ser utilizado como combustible directo o como aditivo oxigenante (oxigenado) de la gasolina

tetraetilo de plomo (TEP) como antidetonante

La adición de oxigenantes a la gasolina empezó en 1979 con el uso del metil ter-butil éter (MTBE) (reducción en la emisión de compuestos aromáticos)

Se han explorado otros aditivos como el etil ter-butil éter (ETBE), el teramil metil éter (TAME) y el di-isopropil éter (DIPE) [6], pero sus propiedades son muy similares al MTBE [3].

El bioetanol es obtenido a partir de la biomasa (de cultivos ricos en sacarosa o almidón y de materiales lignocelulósicos), es el alcohol más ampliamente utilizado en el sector transporte.

Beneficios: mayor contenido de oxígeno (menor cantidad de aditivo requerido), alto número de octano, reduce más las emisiones de monóxido de carbono y no contamina las fuentes de agua

por cada milla recorrida en un automóvil, se pueden alcanzar reducciones de entre 8 y 10% en mezclas de gasolina con un 10% en volumen de etanol.

se ha cuestionado duramente la sostenibilidad de producir etanol a partir de materiales ricos en almidón como el maíz, considerando que la inversión de energía requerida para su obtención es mayor que la energía contenido en el mismo etanol y que se libera durante su combustión

En promedio, el 73% del etanol producido a nivel mundial corresponde a alcohol carburante, el 17% a alcohol potable y el 10% a alcohol industrial

Se considera que la denominada biomasa lignocelulósica, que incluye residuos agrícolas, forestales y sólidos urbanos, así como residuos agroindustriales y de otras industrias, comprende aproximadamente el 50% de la biomasa en el mundo

La concentración de sustrato al inicio de la fermentación es de 15-25% (p/v) y el pH se ajusta a un valor de 4-5 para disminuir los riesgos de infección.

T de 30 y 35ºC. Generalmente el rendimiento es del 90% del máximo teórico. El resto del sustrato se convierte en biomasa y otros metabolitos

La concentración de alcohol al término de la fermentación es de 80-100 g/L [15]. En la mayoría de las destilerías, el tiempo de fermentación es 24 h, aumentándose 6 h para la sedimentación de las levaduras en los tanques.

Producción de etanol a partir de azúcares

La principal materia prima para la producción de alcohol es la caña de azúcar, ya sea en forma de jugo de caña o como melazas

Se pueden obtener cerca de 70 L EtOH/ton de caña cuando se emplea directamente el jugo de caña

9 L EtOH/ton de caña cuando se emplean como materia prima las melazas grado C (además de cerca de 100 kg de azúcar)

El microorganismo más utilizado es S. cerevisiae por su capacidad de hidrolizar la sacarosa de la caña de azúcar para su conversión hasta glucosa y fructosa, dos hexosas fácilmente asimilables.

El proceso típico de producción de alcohol por lotes a partir de melazas o jugo de caña (denominado proceso Melle-Boinot), comprende la esterilización de la materia prima seguida del ajuste del pH con H2SO4 y de los grados Brix a valores de 14-22.

El mosto obtenido se somete a fermentación. El vino resultante se decanta centrifuga para recuperar el etanol, mientras la levadura se recircula a los fermentadores.

La fermentación por lotes alimentados implica bajos niveles de concentración de sustrato en el transcurso de la fermentación, mientras el alcohol se va acumulando en el medio.

Los procesos continuos tienen mayores ventajas frente a los procesos por lotes debido a los menores costos del biorreactor, menores requerimientos de mantenimiento y operación, mejor control del proceso y mayor productividad. Precisamente, el 30% de las plantas productoras de bioetanol en Brasil emplean el cultivo continuo.

La clave de este proceso son las mayores densidades celulares, las cuales se pueden alcanzar por inmovilización de células, recuperación y reciclaje de biomasa o control del crecimiento celular.

a utilización de células inmovilizadas, las cuales permiten la implementación de procesos continuos con mayores rendimientos, a la vez que se posibilita el incremento de la concentración celular. Sin embargo, las concentraciones de etanol en el efluente tienden a ser menores a las de otras variantes de procesos continuos.

Las células microbianas se pueden inmovilizar por atrapamiento en soportes sólidos como alginato de calcio

Producción de etanol a partir de almidón

Para obtener etanol a partir de almidón es necesario romper las cadenas de este polisacárido para obtener jarabe de glucosa, el cual se puede convertir en alcohol etílico mediante levaduras.

se debe incluir una etapa adicional de hidrólisis

De cada 100 g de almidón se pueden obtener teóricamente 111 g de glucosa lo que implica una relación estequiométrica de 9:10.

Para la hidrólisis del almidón se usa la α-amilasa obtenida de bacterias termorresistentes como Bacillus licheniformis o B. amyloliquefaciens o de cepas modificadas genéticamente de Escherichia coli o Bacillus subtilis.

El carácter termorresistente de esta enzima la hace ideal para la primera etapa de la hidrólisis, las cuales tienen que ser llevadas a altas temperaturas (90-110ºC).

El producto de esta etapa o licuefacción es una solución de almidón que contiene dextrinas (oligosacáridos compuestos por varias unidades de glucosa) y pequeñas cantidades de glucosa.

El almidón licuado se somete a sacarificación a menores temperaturas (60-70ºC) con glucoamilasa obtenida de Aspergillus niger o de especies de Rhizopus [42-44], la cual hidroliza las dextrinas hasta glucosa.

Para extraer el almidón de los granos de maíz existen dos tipos de molienda en la industria: húmeda y seca. Se obtiene del grano, además de almidón, fibra, gluten, germen y aceite, que son subproductos de alto valor. Rendimiento del etanol a 403,1 L/ton.

En la molienda en seco no se fracciona el grano por lo que todos sus nutrientes entran al proceso y son concentrados en un subproducto de destilación empleado para alimentación animal llamado granos secos de destilería (DDG), lo que compensa en cierta medida los costos del proceso. Los rendimientos de alcohol para la molienda en seco son de 419,4 a 460,6 L/ton.

Para casos en los cuales se obtiene almidon del trigo es la fermentación de macerados (hidrolizados) de gravedad alta y muy alta, en los que la concentración de los sólidos sobrepasa los 200 g/L lo que se traduce en una carga alta de sustrato y consiguientemente altas concentraciones de etanol al final de la fermentación (tiempos de cultivo mucho más prolongados y, en ocasiones, fermentaciones incompletas como resultado de la inhibición por producto).

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