bioetanol

1OBJETIVOSAprovechar los Residuos amilceas y lignocelulosicos agrcolas para la produccin se alcohol carburante.Usarlo como carburante en mezclas con gasolina.. Suministrarlo como materia prima en la produccin del Aditivos de origen biolgico.introduccinLa disminucin de las reservas de petrleo junto con el aumento de las emisiones de los gases de efecto invernadero (GEI) ha dado lugar a un creciente inters en la produccin y utilizacin de combustibles alternativos a los actuales combustiblesfsiles. Los biocombustibles lquidos (bioetanol y biodisel), obtenidos a partir de biomasa, son los nicos productos renovables que pueden integrarse fcilmente en los actuales sistemas de distribucin y son una de las pocas alternativas de diversificacindel sector transporte a corto plazo.Actividad en grupo a distancia 3

introduccin La utilizacin del etanol como carburante para automocin, comienza en los mismos orgenes del automvil. En Francia, las primeras experiencias fueron llevadas a cabo por Ringelmann, financiadas por la Sociedad Agrcola de Meaux. En 1903 un coche Gobron-Brilli alimentado con etanol alcanz la velocidad de 177 km/h, ganando a uno de gasolina que slo lleg a 136 km/h y en 1907 los autobuses de Pars haban recorrido cerca de 4 millones de kilmetros.En Europa se ha optado por oxigenar las gasolinas con productos derivados de los alcoholes, como son el MTBE (metil-terbutileter) o el ETBE (Etil-terbutileter) para eliminar los aditivos con plomo Ambos son obtenidos por reaccin qumica de sntesis del alcohol (metanol o etanol) con el isobuteno, todos estos productos obtenidos en los procesos de cracking en las refineras:Isobuteno + metanol MTBEIsobuento + etanol ETBEAmbos teres son sustituibles entre s en la formulacin de las gasolinas, si bien el ETBE presenta ciertas ventajas como son un mayor PCS (poder calorfico superior), un mayor ndice de octano y una menor presin de vapor frente al MTBE. Adems hay una menor volatilidad de las mezclas gasolina-ETBE y menores emisiones de compuestos txicosQuienes lo producen?En la actualidad tres pases han desarrollado programas significativos para la fabricacin de bioetanol como combustible: Estados Unidos (a partir de maz), Brasil y Colombia (ambos a partir de caa de azcar). El etanol se puede producir a partir de otros tipos de cultivos, como remolachas, zahna, mijo perenne, cebada, camo, kenaf, patatas, mandioca y girasol. Tambin puede extraerse de mltiples tipos de celulosa "no til". Esta produccin a gran escala de alcohol agrcola para utilizarlo como combustible requiere importantes cantidades de tierra cultivable con agua y suelos frtiles COLOMBIAEl programa para etanol como combustible de Colombia comenz en 2002, ao en que el gobierno aprob una ley que obligaba al enriquecimiento en oxgeno de la gasolina. Esto se hizo inicialmente para reducir las emisiones de monxido de carbono de los coches. Regulaciones ms recientes eximieron al etanol elaborado a partir de biomasa de algunos impuestos que gravan la gasolina, haciendo as ms barato el etanol que la gasolina. Esta tendencia se vio reforzada cuando los precios del petrleo subieron a principios de 2004, y con l el inters en combustibles renovables (al menos para los coches). En Colombia el precio de la gasolina y del etanol es controlado por el gobierno. Complementariamente a este programa para el etanol, existe un programa para el biodiesel, para oxigenar combustible disel, y para producir un combustible renovable a partir del aceite vegetal.

COLOMBIA (2)Al principio todo el inters en la produccin del etanol vino de la industria de azcar existente, ya que es relativamente fcil aadir un mdulo para desarrollar etanol al final de una fabrica de azcar, y las necesidades energticas son similares a las que se necesitaran para producir el azcar. El gobierno alienta a convertir gradualmente las fuentes de combustible de los coches a una mezcla del 10 por ciento de etanol y de 90 por ciento de gasolina. Las plantas del etanol estn siendo incentivadas por tratos fiscales. Ha habido inters en plantas de etanol de yuca (mandioca) y de nuevas plantaciones de la caa de azcar, pero an no se ha conseguido producir carbohidratos a bajo precio.La primera planta de etanol para uso como combustible en Colombia comenz a producir en octubre de 2005-COLOMBIA (3)La primera planta de etanol para uso como combustible en Colombia comenz a producir en octubre de 2005, con la salida de 300.000 litros al da en Cauca. Hasta marzo de 2006 cinco plantas, todas en el valle del Ro Cauca (departamentos de Valle, Cauca y Risaralda), estn operativas, con una capacidad combinada de 1.050.000 litros por da, o de 357 millones de litros por ao. En el Valle del Cauca el azcar se cosecha durante todo el ao, y las destileras nuevas tienen una disponibilidad muy alta. La inversin total en estas plantas es de 100 millones de USD. Eventualmente, Colombia espera tener una capacidad de 2.500.000 litros por el da, que es la cantidad necesaria para agregar el 10% de etanol a la gasolina. El etanol producido se utiliza actualmente en las principales ciudades cerca del Valle del Cauca, tales como Cali y Pereira, como tambin en la capital, Bogot. No hay suficiente produccin para el resto del pas.

COLOMBIA (4)El 31 de marzo de 2009 el gobierno colombiano decret la introduccin paulatina de vehculos de combustible flexible E85. La regulacin aplica a todos los vehculos con motor a gasolina con cilindrida inferior a 2 litros que se fabriquen, ensamblen, importen, distribuyan y comercialicen en el pas a partir del 1 de enero de 2012. El decreto ejecutivo establece que el 60% de tales vehculos debern tener motore s "flex-fuel" capaces de operar con gasolina o E85, o cualquier mezcla de ambos. En 2014 la provisin anual sube para 80% y alcanza el 100% en 2016. Todos los vehculos con cilindrada superior a 2 litros debern soportar E85 a partir de 2013. El decreto tambin ordena que en 2011 la infraestructura de la cadena de distribucin y venta al consumidor de gasolina deber adaptarse para garantizar la venta de E85 en todo el pas. La introduccin obligatoria de los vehculos flex-fuel E85 caus controversia entre los fabricantes y vendedores de autos, as como de algunos productores que reclamaron que la industria no est en capacidad de suplir suficiente etanol para la nueva flota E85. En decreto anterior de 2007 lo que estaba previsto para 2012 era la introduccin de gasohol E20.[

Conocimientos previosSombra suave

12 Que es el Etanol?El etanol es un compuesto qumico que puede utilizarse como combustible, bien solo, o bien mezclado en cantidades variadas con gasolina, y su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petrleo.El combustible resultante de la mezcla de etanol y gasolina se conoce como gasohol o alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente.El etanol tambin se utiliza cada vez ms como aadido para oxigenar la gasolina estndar, reemplazando al ter metil tert-butlico (MTBE). Este ltimo es responsable de una considerable contaminacin del suelo y del agua subterrnea. Tambin puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.Para la produccin de etanol en el mundo se utiliza mayormente como fuente biomasa. Este etanol es denominado, por su origen, bioetanol.

Actuales formas de producir etanolEl etanol puede producirse de dos formas. La mayor parte de la produccin mundial se obtiene del procesamiento de materia biolgica, en particular ciertas plantas con azcares. El etanol as producido se conoce como bioetanol. Por otra parte, tambin puede obtenerse etanol mediante la modificacin qumica del etileno, por hidratacin.Comparacin de las principales caractersticas de la industria de etanol en los Estados Unidos y BrasilCaractersticaBrasilEstados UnidosUnidades/comentarioPrincipal materia prima (insumo agrcola)Caa de azcarMazProduccin total de etanol en 2008[10]6.4729.000Millones de galones lquidos EUATotal de tierras cultivables[38]355270(1) Millones hectreas.rea total plantada del cultivo para producir etanol[24] [22]3,6 (1%)10 (3,7%)Millones hectreas (% total arable) en el ao 2006.Productividad por hectrea plantada[24] [39] [22] [23]6,800-8,0003,800-4,000Litros de etanol por hectrea producidos.Balance energtico (producto/insumos)[14] [22] [40]8,3 a 10,2 veces1,3-1,6 vecesRelacin de la energa obtenida del etanal/energia gastada en su produccin.Reduccin emisiones gases de efecto invernadero[41] [22] [42]86-90%(2)10-30%(2)% de emisiones evitadas al sustituir gasolina, sin cambios en uso del sueloIntensidad de carbono (ciclo de vida completo)[43] [44]73,40105,10(3)Gramos of CO2 equivalente liberado por megajulio de energa producida, incluyendo cambios en el uso de la tierra.[42] Tiempo de restitucin del carbono por uso de tierras nuevas[45]17 aos(4)93 aos(4)Suponiendo escenarios (Fargione et al.[46] ) con cambios en el uso del sueloFlota de vehculos flexibles (autos y veh. carga liviana)[47] [48] [49] [50]7,5 millones8 millonesBrasil hasta abril de 2009 (flota usa E25 a E100). EEUU hasta inicios 2009 (solo usa E85).Gasolineras con etanol disponible en el pas35.000 (100%)1.963 (1%)% del total de gasolineras en cada pas. Brasil hasta octubre 2008[51] y EEU hasta marzo 2009[52]Participacin de mercado del consumo de etanol[15] [16] [20] [53]50%(5) 4%% del cosumo total en base volumtrica. Brasil hasta abril de 2008 y EEUU hasta diciembre de 2006Costo de produccin (USD/galn)[39]0,831,142006/2007 para o Brasil (22/litro), 2004 para EEU (35/litro)Subsidio gubernamental (en USD)[36] [37]00,45/galnEEUU a partir de enero 2009. En Brasil la produccin de etanol ya no es subsidiada.(6)Aranceles de importacin (en USD)[14] [35]00,54/galnBrasil no importa etanol, y la mayora de las importaciones de etanol en EEUU provienen de Brasil

MATERIAS PRIMAS16MATERIAS PRIMASEl alcohol carburante se obtiene generalmente de:

Almidones de cereales (trigo, maz, cebada, yuca).Azcares (caa de azcar, remolacha azucarera, sorgo dulce). Sustancias celulsicas (desechos agrcolas y forestales).

Tambin es posible usar centeno y alcohol vnico, pero no han prosperado por su gran valor en laindustria alimenticia.MATERIAS PRIMASLas principales fuentes actuales de produccin debioetanol a nivel mundial son:

Residuos de la cosecha y pos cosecha del Maz, Yuca, Remolacha, Sorgo Dulce, Caa de Azcar,Pltano verde, etc.Produccin de etanol por hectarea

Utilizacin del bioetanolUtilizacin del bioetanol.

Mezcla con gasolinas y gasleos La utilizacin de etanol u otros compuestos oxigenados se puede contemplar: Mezclas de etanol (u otros compuestos oxigenados como el MTBE o el ETBE) con gasolina convencional en porcentajes menores del 5-10% sin que se indique al usuario.Mezclas de Gasolina con Bioetanol.Mezclas de gasolina con Gasohol Bioetanol.

OTRAS FUENTESSe pueden obtener cantidades ms reducidas de alcohol combustible de los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas de maz, y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer piensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energa elctrica.Materias PrimasPara la obtencin del bioetanol, se puede utilizar como materia prima jugos azucarados (mostos de uva, azcares de caa o remolacha), productos amilceos por hidrlisis del almidn (por ejemplo de cereales), o a partir de celulosas presentes en los vegetales.

22CARACTERIZACIN DE REACCIONES

23SINTESIS DE ETANOL: NO ORGANICAEl etanol para uso industrial se suele sintetizar mediante hidratacin cataltica del etileno con cido sulfrico como catalizador. El etileno suele provenir del etano (un componente del gas natural) o de nafta (un derivado del petrleo). Tras la sntesis se obtiene una mezcla de etanol y agua que posteriormente hay que purificar.Segn algunas fuentes, este proceso es ms barato que la fermentacin tradicional, pero en la actualidad representa slo un 5% de la capacidad mundial de produccin de etanol. Sntesis OrgnicaEl proceso a partir de almidn es ms complejo que a partir de sacarosa, pues el almidn debe ser hidrolizado previamente para convertirlo en azcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con cido), y se calienta la papilla obtenida a 120 - 150C. Posteriormente se cuela la masa, en un proceso llamado escarificacin, y se enva a los reactores de fermentacin.Sintesis de Bioetanol(2)A partir de celulosa es an ms complejo, ya que primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinacin de trituracin, pirlisis y ataque con cidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qu los rendimientos en etanol son altos para la caa de azcar, mediocres para el maz y bajos para la madera.Sntesis de Bioetanol(3)La fermentacin de los azcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y produce etanol, as como grandes cantidades de CO2. Adems produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, cidos y aldehdos. Tpicamente la fermentacin requiere unas 48 horasReacciones Etanol

Por otra parte el etanol tambin puede ser producido industrialmente a partir de eteno (etileno).La adicin deagua al doble enlace convierte el eteno a etanol:

C2H4 + H2O CH3CH2OH

El etileno se produce a partir de petrleo. Cuando el etanol se quema en la atmsfera se producen otrasreacciones qumicas con diferentes componentes de la atmsfera, tales comoN2 y O2.Esto conduce a la produccin de xidos de nitrgeno NOx en el aire, estos xidos son importantescontaminantes, algo que habra que tener en cuenta

32GUIA DE TALLER EN CLASE

CLASE No. 11. Conformar Grupos de trabajo mximo de 3 integrantes.2. Obser var el video que le presenta el profesor.3. Teniendo en cuenta los conocimientos aportados por el profesor y los temas de video responda las siguientes preguntas:3.1 Cual es la importancia de elaborar Bioetanol?3.2 Diferencia entre Bioetanol y etanol?3.3 Mencione tres mtodos para producir Bioetanol.3.4 , Haga un esquema de las reacciones qumicas para la obtencin de bioetanol.3.5 Explique el por qu de cada una de las reacciones qumicas..Nota:-Este taller debe ser enviado por el campus virtual, con los nombres del grupo y el visto bueno del profesor.

procesos

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PROCESO DE BIOETANOLLos biocombustibles lquidos (bioetanol y biodisel), obtenidos a partir de biomasa, son los nicos productos renovables que pueden integrarse fcilmente en los actuales sistemas de distribucin y son una de las pocas alternativas de diversificacin del sector transporte a corto plazo

BIOMASAEl trmino biomasa hace referencia a toda materia orgnica originada de forma inmediata en un proceso biolgico, espontneo o provocado, utilizable como fuente de energa. La biomasa abarca un amplio rango de materias orgnicas que se caracterizan por su heterogeneidad.TIPOS DE TECNOLOGIAS PARA BIOETANOL Tecnologas basadas en el uso de material almidonoso, distinguiendo entre molienda seca y molienda hmeda.Tecnologas basadas en el uso de material lignocelulsicoTecnologas basadas en el uso de jugos azucarados, el Procedimiento de rotura de las cadenas de polisacridos, previo a la fermentacin un una hidrlisis cida o enzimtica. La tendencia es el uso de enzimas, dados los ahorros trmicos y de inversin, por no ser necesarios los recipientes a presin y la facilidad de controlar el proceso.El 40% del etanol producido en el mundo se obtiene a partir de cereales, las nuevas plantas construidas en los ltimos 5 aos utilizan slo esta materia prima con unos ndices de conversin elevados, del orden, respectivamente, del 96% y del 90%. PROCESOSEl proceso de produccin de bioetanol comienza con un tratamiento preliminar que incluye procesos de molienda y clarificacin y filtrado que permita la obtencin de azucares fermentables. Los productos de la fermentacin son separados; el CO2 obtenido en esta etapa es llevado a una columna de absorcin en la cual es removido. El etanol obtenido durante las fermentaciones llevado a etapas de destilacin y rectificacin en las cuales se concentra hasta alcanzar el punto AzeotrpicoEl etanol obtenido despus de la rectificacin debe someterse a una etapa de deshidratacin a travs de proceso con tamices moleculares para obtener bioetanol anhidro...

39Que es el P. Azeotrpico?Azetropo. Mezcla lquida cuyo punto de ebullicin es constante. En el punto azeotrpico, la composicin en el vapor es idntica a la composicin en el lquido.

IMPORTANIAEn la actualidad, para producir bioetanol a escala industrial se emplea biomasa amilcea o azucarada como materia prima lo que ha derivado en un intenso debate sobre su sostenibilidad.Adems, el bioetanol lignocelulsico supone una gran ventaja respecto a las emisiones puesto que implica una mayor reduccin neta de emisiones de CO2 en comparacin con los biocombustibles provenientes de materias amilceas o azucaradas.Residuos o biomasa para la elaboracin de BioetanolResiduos lignocelulsicosResiduos amilceos

EJEMPLOS DE PROCESOS DE OBTENCIN DE BIOETANOLEjemplos de estudioSe seleccion como biomasa la paja de trigo para obtener Bioetanol lignocelulsico.

Se seleccion el Almidn de trigo para obtener Bioetanol Amilceo

BIOETANOL A PARTIR DE RESIDUOS LIGNOCELULSICOSBIOETANOL A PARTIR DE BIOMASA LIGNOCELULOSICAEn los ltimos aos, se han estudiado diferentes tecnologas para la produccin de etanol a partir de biomasa lignocelulsica, siendo los bioprocesos basados en hidrlisis enzimtica los que se muestran como la opcin ms prometedora. El xito del desarrollo comercial del etanol a partir de lignocelulosa requiere de una simplificacin del proceso con una integracin de todos los pasos. Esta integracin de proceso implica tener una visin global del pretratamiento, hidrlisis y fermentacin ya que cada uno de estos pasos tiene una gran repercusin en el siguiente.Tipos de Biomasa Lignocelulosica para Bioetanol La biomasa lignocelulsica puede clasificarse segn Snchez y Cardona (2008) en seis grupos principales: i) residuos agrcolas (p.ej. bagazo de caa de azcar, bagazo de maz, paja de trigo, paja de arroz, paja de cebada), ii) maderas duras (p.ej. lamo, chopo), iii) maderas blandas (p.ej. pino, pcea), iv) residuos celulsicos (p.ej. papel de peridico, lodos de papel reciclado, residuos de papel de oficina), v) biomasa herbcea (p.ej. alfalfa, alpiste, limoncillo); vi) residuos slidos urbanos (RSU).COMPOSICIN DE MADERA

5050Ejemplo de Proceso con Paja de TrigoEntre las diferentes materias primas de origen lignocelulsico, la paja de trigo es una abundante fuente de biomasa, principalmente en Europa. En el caso concreto del trigo, cada kilogramo de grano produce 1,1 kg de paja segn las estadsticas de la Organizacin de las Naciones Unidas para la Agricultura (FAOSTAT, 2007) en el mundo se produjeron 607 millones de toneladas de trigo en el ao 2007, lo que supone 670 millones de toneladas de paja de trigo disponiblesComposicin de la biomasa lignocelulsica La biomasa lignocelulsica est formada bsicamente por tres componentes principales (celulosa, hemicelulosa y lignina) junto con otros componentes minoritarios que no forman parte de la pared celular como son los extractivos y las cenizas.

Composicin de la biomasa lignocelulsica La celulosa y hemicelulosa son polisacridos de alto peso molecular que representan entre el 60-80% del total del peso de los materiales lignocelulsicos. La lignina es un polmero no polisacrido tridimensional de unidades fenilpropano y representa entre el 0-35% del total.Composicin de la biomasa lignocelulsicaEntre los componentes minoritarios que no forman parte de la pared celular se encuentran, representando entre el 4-10% del peso seco, diferentes grasas, terpenos, alcaloides, protenas, fenoles, pectinas, gomas, resinas, etc., cuyas proporciones y composicin dentro de un mismo tipo de material varan en funcin de la edad, estadode crecimiento u otros factores. Las cenizas presentes en la biomasa contienen principalmente Ca, K y Mg y son compuestos inorgnicos que persisten despus de la incineracin del materialComposicin de la biomasa lignocelulsica la proporcin de los diferentes componentes principales de la biomasa lignocelulsica vara dependiendo del tipo de material.

Composicin de diferentes materiales lignocelulsicos

Composicin de LA PAJA DE TRIGO

ESTRUCTURA DE LA CELULOSA

ESTRUCTURA DE LA CELULOSA La celulosa es un polmero lineal de monmeros de D-glucosa que se unen por enlaces -(14) y cuyo peso molecular medio es de 100.000. Se sintetiza en la naturaleza como molculas individuales de D-glucosa que se van ensamblando en el mismo lugar en el que se producenESTRUCTURA DE LA CELULOSALas molculas de celulosa se unen formando molculas ms largas conocidas como protofibrillas que se empaquetan en unidades mayores denominadas microfibrillas. Las estructuras fibrilares estn estabilizadas lateralmente por puentes de hidrgeno entre grupos hidroxilo intra e intermoleculares y todos los tomos de carbono estn fijados en una posicin concreta respecto a los otros.ESTRUCTURA DE LA CELULOSALas regiones donde las microfibrillas presentan una estructura altamente ordenada se llaman regiones cristalinas y las regiones con una estructura menos ordenadas se denominan amorfas, por ello la celulosa se considera un polmero semicristalino.

ESTRUCTURA DE LA CELULOSA Las dos formas cristalinas que se encuentran en la celulosa nativa es decir, en las fibras naturales, son la celulosa I y la celulosa II, siendo la ms abundante la celulosa I donde las cadenas de glucosa estn orientadas paralelamente. Por el contrario, en la celulosa nativa II, que es sintetizada principalmente por algas y algunas bacterias, las cadenas de glucosa son antiparalelasIMPORTANCIAESTRUCTURA DE LA CELULOSA La estructura molecular de la celulosa y las estructuras de las protofibrillas y microfibrillas son aspectos muy importantes que condicionan la posterior hidrlisis de la celulosa. Las diferencias en el grado de polimerizacin y peso molecular tambin influyen en el comportamiento de la celulosa durante la hidrlisis, ya sea mediante el uso de enzimas o productos qumicos. Cuanto ms ordenada y cristalina es la celulosa es menos soluble y ms difcil de degradarHemicelulosa

HEMICELULOSAla hemicelulosa est tambin presente en la pared celular e las plantas. Consta de polmeros formados por ms de un tipo de azcares tales como la D-xilosa, L-arabinosa, D-manosa, D-glucosa, D-galactosa, D-xilulosa, etc, y por varios cidos urnicos, como el cido glucurnico y galacturnico. Su funcin principal es proporcionar la unin entre la celulosa y la ligninaHEMICELULOSAla constituida por una cadena principal que puede consistir en una nica unidad (homopolmero) p. ej. xilanos, o estar formada por dos o ms unidades(heteropolmero) p. ej. glucomananos. De forma general, en funcin del azcar dominante en la cadena principal, se pueden agrupar en: xilanos, mananos, glucanos y galactanos. Dichas cadenas, a diferencia de la celulosa, pueden presentar ramificaciones y sustituciones mediante enlaces covalentes.HEMICELULOSAExisten diferencias en la composicin y estructura de las hemicelulosas entre los diferentes tipos de biomasas. En las maderas duras el xilano es el polmero ms abundante, est altamente sustituido por grupos acetilos y puede representar hasta un 30% del peso totalHEMICELULOSAEl polmero ms abundante en las hemicelulosas de las maderas blandas es el galactoglucomanano y presenta mayor cantidad de unidades de manosa y galactosa que las maderas duras.En los residuos agrcolas, el componente hemicelulsico es muy parecido al de las maderas duras pero presentando, al igual que las maderas blandas, menor proporcinde grupos acetilo HEMICELULOSA DE LA PAJA DEL TRIGOEn el caso concreto de la paja de trigo, al igual que en la mayora de materiales herbceos, los xilanos son cuantitativamente dominantes en la fraccin hemicelulsica Dichos xilanos contienen una cadena principal formada por residuos de D-xilopiranosa unidos por enlaces -(14). El xilano ms abundante es el arabinoxilano caracterizado por la unin mediante un enlace O-glucosdico -(13) de molculas de -L-arabinofuranosas a la cadena de xilano principalARABINOXILANO CARACTERISTICO DE LA HEMICELULOSA DE LA PAJA DEL TRIGO

IMPORTANCIA EN LA ESTRUCTURA DE LA HEMICEULOSA Las diferencias en la composicin de azcares, la presencia de cadenas ms cortas y las ramificaciones de las cadenas principales hacen que la estructura hemicelulsica sea mucho ms fcil de hidrolizar que la celulosaLIGNINA La lignina es el tercer componente mayoritario en los materiales lignocelulsicos, es por ello el tercer polmero natural ms abundante en la naturaleza tras la celulosa y hemicelulosaLIGNINA Es un polmero tridimensional amorfo cuyos monmeros bsicos, llamados alcoholes cinamlicos, son: el alcohol -cumarlico, el alcohol coniferlico y el alcohol sinaplico

Estos tres alcoholes aromticos dan lugar a unidades -hidroxifenilo (H), unidades guayacilo (G), y unidades siringilo (S) respectivamente, cuya proporcin tambin vara en las maderasALCOHOLES CINAMILICOS PRECURSOR3S DE LA LIGNINA

ESTRUCTURA DE LA LIGNINALa lignina de las maderas blandas est formada principalmente por unidades G,la lignina de las maderas duras est formada por unidades S y G. los materiales herbceos, son ricos en unidades S, G y H. En el caso concreto de la paja de trigo, la lignina contiene unidades H, G y S en unas proporciones aproximadas de 5, 49 y 46% respectivamenteEstructura aproximada de la lignina en la paja de trigo.

IMPORTANCIA DE LA ESTRUCTURA DE LA LIGNINA Es ms DIFICULTOSA a la degradacin enzimtica que la celulosa y hemicelulosa y est unida a ambas formando una barrera impermeable que dificulta el ataque enzimtico Las uniones lignina-hemicelulosa se realizan mediante otros intermediarios cinamlicos diferentes a los anteriores, siendo los principales el cido ferlico, el cido diferlico y el cido -cumricoProceso de produccin de Bioetanol va enzimtica apartir de biomasa lignocelulsica (paja de trigo)HIDROLISIS Para que los polisacridos de la biomasa lignocelulsica den lugar a azcares potencialmente fermentables, se debe someter a la biomasa a una etapa de hidrlisis. La hidrlisis de los polisacridos puede llevarse a cabo con catalizadores cidos (hidrlisis cida) o con catalizadores enzimticos (hidrlisis enzimtica).HIDRLISIS ACIDA La hidrlisis cida puede realizarse mediante un cido concentrado o un cido diluido. Al utilizar cidos concentrados, la gran cantidad de cido empleada, lo costoso de su recuperacin y la necesaria neutralizacin del medio antes de la fermentacin unida a los efectos corrosivos de los cidos hacen que el proceso no sea rentable econmicamenteHIDROLISISEs por ello que, los procesos de produccin de etanol basados en hidrlisis enzimtica (HE) son los que se muestran como opciones ms prometedoras.Costos de EnzimasAmilasas para hidrolizar almidn de maz:1-2 centavos de US dlares por 3,8 L (1 Gal).Celulasas para hidrolizar celulosa se estima en 50 centavos de US dlares por 3,8 L (1 Gal).

8282El proceso de produccin de etanol a partir de biomasa lignocelulsica basado en la HE consta bsicamente de las siguientes etapas: Pretratamiento, Hidrlisis Ensimatica-HE fermentacin destilacin

El pretratamiento tiene como finalidad hacer la celulosa ms accesible a la hidrlisis enzimtica y solubilizar las hemicelulosas

PRETRATAMIENTONew Phytologist (2008) 178: 473485858586Lignocellulose Pre-tratamiento

http://neri.org.nz/pdfs/neri_conference_proceedings_11_2007/Presentation%2011/11.%20Justin%20Goh.pptJustin Goh, University of Auckland, Auckland, NZ86Because of this, lignocellulose requires significant pre-treatment prior to it been used as a feedstock for yeast fermentation.Various pre-treatments, like very high temperature, steam explosion, acid or alkaline treatments can be employed to remove the lignin,and break down the hemicelluloseAnd by the end of the process, the cellulose microfibrils are loosened

Lignocellulosic

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Glucose

Sacarificacin Fermentacin EtanolS. cerevisiaeRuptura de las cadenas de celulosa a glucosa a 45-50CS. cerevisiae fermenta glucosa a 25-30C 87http://neri.org.nz/pdfs/neri_conference_proceedings_11_2007/Presentation%2011/11.%20Justin%20Goh.pptJustin Goh, University of Auckland, Auckland, NZ87So that enzymes can access the cellulose and break it down into its glucose constituents, in a process called saccharification.

Only then can the glucose that originated from the lignocellulose feedstock, be converted by yeast into ethanol. Pretratamiento Un pretratamiento efectivo debe disociar el revestimiento que la lignina y la hemicelulosa forman alrededor de la celulosa con el fin de aumentar la accesibilidad de sta a las enzimas, debe alterar las caractersticas estructurales de la celulosa, tales como la cristalinidad o el grado de polimerizacin, y provocar la solubilizacin y/o redistribucin de la ligninaPretratamiento Desde un punto de vista econmico, se ha estimado que el pretratamiento representa aproximadamente el 33% del coste total del proceso (Lynd, 1996) y por ello, es necesario desarrollar tecnologas de pretratamiento eficientes que reduzcan los costes del proceso global de produccin de etanol.Tipos de Pretratamiento Existen diferentes tecnologas de pretratamiento de la biomasa lignocelulsica, que pueden ser clasificadas segn su naturaleza en pretratamientos fsicos, qumicos, biolgicos fsico-qumicosPetratamientos Fsicos Dentro de los pretratamientos fsicos se engloba la molienda que utiliza fuerzas de impacto y cizalla para disminuir la cristalinidad de la celulosa. Los requerimientos energticos en este tipo de pretratamientos dependen del tamao final de partcula que se quiera alcanzar y de la materia prima a pretratar, pero en todos los casos supone altos costes energticos y de capital.Pretratamientos Qumicos Los pretratamientos qumicos emplean diferentes agentes como el ozono, cidos, lcalis, perxido y solventes orgnicos. Entre los diferentes pretratamientos qumicos, el pretratamiento con cido diluido ha sido el ms estudiado y mejora significativamente la hidrlisis enzimticaPetratamientos biolgicos Los pretratamientos biolgicos implican el uso de microorganismos como los hongos de la podredumbre blanca, parda o blanda, capaces de degradar la lignina y hemicelulosa. El principal inconveniente es que dichos hongos tambin consumen celulosa, lo que supone un problema para el rendimiento total del proceso Adems, la lentitud a la que se desarrollan estos procesos supone una desventaja adicionalPetratamientos fisicoqumicos Entre los pretratamientos fsico-qumicos la explosin por vapor (EV) ha sido el pretratamiento ms ampliamente utilizado para la biomasa lignocelulsica. Debido a su idoneidad para un amplio rango de materias primas, entre las que se encuentra la paja de trigo. Pretratamiento de explosin por vapor(EV) El pretratamiento por explosin por vapor (EV) es un pretratamiento hidrotrmico en el que la biomasa es sometida a la accin de vapor saturado a relativamente alta presin durante un periodo determinado de tiempo (que puede variar desde unos segundos a varios minutos) tras el cual, el reactor se somete a una brusca descompresin. La EV combina efectos mecnicos con efectos qumicosPretratamiento de explosin por vapor(EV) Los efectos mecnicos estn causados por la rpida despresurizacin que provoca una evaporacin del agua interna, creando fuerzas de cizalladura que producen separacin de las fibras, principalmente en las zonas de celulosa amorfa ms dbilesPretratamiento de explosin por vapor(EV) El efecto qumico se debe a que algunos grupos acetilos de las hemicelulosas son hidrolizados produciendo cido actico, ste disminuye ligeramente el pH del agua y a la temperatura del proceso, cataliza la hidrlisis de la hemicelulosa (autohidrlisis)SEPARACION DE LA FIBRA TRAS EV

Problemas del pret. con EVLa EV se ha mostrado como un mtodo de pretratamiento adecuado para aumentar la accesibilidad de la celulosa al ataque enzimtico para un amplio rango de materias primas). Sin embargo, este pretratamiento se muestra menos eficaz con las maderas blandas debido a su mayor contenido en lignina y menor nmero de grupos acetilo, lo que provoca que el proceso de autohidrlisis no sea tan efectivo. En el caso de las maderas blandas es necesario aadir un catalizador cido, lo que implica mayor generacin de productos txicos.Ventajas del pret. con EV la posibilidad de emplear tamaos relativamente grandes de partcula, evitar la adicin de catalizadores cidos (a excepcin de las maderas blandas), la alta recuperacin de azcares, buenos rendimientos en la posterior HE y su viabilidad para ser implementado a escala comercial. No obstante, entre sus limitaciones se encuentran la parcial degradacin de los azcares hemicelulsicos y la generacin de compuestos txicos que son potencialmente inhibidores de las etapas posteriores de hidrlisis y fermentacin.Compuestos txicos generados en el pretratamiento Cuando los materiales lignocelulsicos se someten a condiciones severas durante el pretratamiento (alta temperatura, alta presin, ambiente cido) puede darse cierta degradacin de la lignina y de los azcares, ya sean hemicelulsicos o celulsicos, generndose productos txicos que pueden afectar las siguientes etapas de hidrlisis y fermentacin.

Principales productos de degradacin originados en el pretratamiento de la biomasalignocelulsica.HIDROLISIS ENZIMTICA

Hidrlisis enzimtica La hidrlisis enzimtica (HE) constituye una de las etapas limitantes del proceso global de produccin de etanol. Las principales dificultades al realizar la HE de la biomasa lignocelulsica estn relacionadas con la baja actividad especfica de las enzimas actualmente disponibles, lo que conlleva el empleo de altas dosis de celulasas, y con la propia naturaleza de la lignocelulosa.Hidrlisis enzimtica El material insoluble obtenido tras el pretratamiento de EV est formado principalmente por celulosa y lignina, ya que gran parte los azcares hemicelulsicos son solubilizados durante el mismo. Con el fin de romper las cadenas de celulosa en monmeros de glucosa, se emplean diversas enzimas que se conocen con el nombre de celulasas.Hidrlisis enzimtica Un amplio rango de microorganismos, entre los que se encuentran bacterias y hongos, son productores de celulasas, pero slo un pequeo nmero de stos son capaces de producirlas en grandes cantidades. Algunas de las bacterias celulolticas ms estudiadas pertenecen al grupo Cellulomonas, Thermobifida, y ClostridiumHidrlisis enzimtica A pesar de que los sistemas enzimticos producidos por dichas bacterias presentan propiedades interesantes, como la produccin de enzimas termoestables y la sntesis de complejos enzimticos extracelulares o celulosomas, son las celulasas producidas por hongos las que se comercializan actualmente. En concreto, la investigacin se ha centrado en algunos gneros de hongos como Phanerochaete, Fusarium y Trichoderma y algunas especies de Aspergillus, Penicillium y Shizophyllum, ya que producen celulasas en grandes cantidades y de forma extracelular lo que facilita su recuperacin del medio de cultivo.Hidrlisis enzimtica (Uso de celulalas) Las celulasas pertenecen principalmente a tres grupos de enzimas conocidas como endoglucanasas (EG), celobiohidrolasas (CBH) y -glucosidasas (BG). El mecanismo de actuacin de las celulasas ms aceptado actualmente implica una accin sinrgica secuencial entre las EGs y CBHs sobre la celulosa (Medve y col., 1998). Las EGs actan hidrolizando aleatoriamente los enlaces -(14) centrales de la cadena de celulosa creando extremos libres. Las CBHs, tambin llamadas exoglucanasas, actan sobre los extremos de las cadenas liberando monmeros de glucosa, celobiosa y oligosacridos de bajo peso molecular. Las BGs, son las encargadas de hidrolizar las molculas de celobiosa en dos molculas de glucosa. Tambin se produce otro sinergismo entre las EGs y CBHs y las BGs, ya que esta ltima degrada la celobiosa que tiene un efecto fuertemente inhibidor sobre las primeras

Cocteles de cultivo Los ccteles enzimticos de celulasas comnmente comercializados son los producidos por el hongo filamentoso Trichoderma reesei. T. reesei produce dos tipos de CBHs (CBH I y CBH II), al menos cinco tipos de EGs (EG I, II, III, IV y V) y dos BGs (BG I y BG II).

Secreta principalmente EGs y CBHs, pero es deficiente en BGs. De ah que, al emplear preparados comerciales de celulasas obtenidos a partir de este hongo, sea necesario suplementar el cctel enzimtico con BGs con el fin de evitar la acumulacin de celobiosa.Cocteles de cultivo La mayora de los microorganismos productores de celulasas producen tambin, aunque en menor medida, hemicelulasas. No obstante, existen microorganismos que las producen en cantidades mayores, tales como: Escherichia coli, Pichia stipitis, Zymomonas mobilis y Thermoanaerobacter mathranii. Debido a la naturaleza diversa de la hemicelulosa, estas incluyen un mayor nmero de grupos de enzimas con actividades enzimticas especficas para cada tipo de enlace. Incluyen enzimas que rompen la cadena principal, como las xilanasas y las -xilosidasas, y enzimas que rompen las ramificaciones como las -L-arabinofuranosidasas, -D-glucuronosidasas, acetixilano esterasas, ferlico esterasas y -galactosidasas.Hidrolisis enzimaticaEn el proceso de obtencin de etanol a partir de biomasa, la HE puede realizarse antes de la fermentacin (hidrlisis y fermentacin separadas, HFS) o simultneamente a sta, (SFS)FERMENTACIN

Fermentacin Cuando la fermentacin se emplea en el proceso de produccin de bioetanol a partir de biomasa lignocelulsica, los azcares liberados durante la hidrlisis enzimtica son fermentados con la consiguiente produccin de etanol y CO2. La conversin estequiomtrica de la glucosa y xilosa a etanol es de 0,51 gramos de etanol por gramo de azcar. En la prctica es muy difcil obtener conversiones tan altas ya que las levaduras derivan cierta parte de la energa que consumen Hacia el metabolismo celular y el crecimiento.FERMENTACIN

FermentacinEl microorganismo comnmente empleado a nivel industrial en los procesos de fermentacin alcohlica es la levadura Saccharomyces cerevisiae, ya que puede usar todo tipo de hexosas y produce etanol con unos rendimientos cercanos al mximo terico (0,51 g/g). Adems, si se emplea en procesos de produccin de etanol a partir de lignocelulosa, muestra gran tolerancia a los productos txicos generados durante el pretratamiento. No obstante, S. cerevisiae presenta una gran limitacin cuando se quiere utilizar en la fermentacin de los azcares hemicelulsicos ya que no es capaz de fermentar pentosas, como la xilosa, que tambin estn presentes en los materialeslignocelulsicos. De ah el inters de utilizar en este proceso microorganismos capaces de fermentar de forma eficiente todo tipo de azcares. .Fermentacin La fermentacin de las pentosas, la obtencin de altos rendimientos a etanol y altas productividades no son las nicas caractersticas a tener en cuenta en la eleccin del microorganismo para un proceso de produccin de etanol a partir de lignocelulosa.

El microorganismo empleado debe ser tambin capaz de tolerar los posibles txicos generados durante el pretratamiento. En este contexto cobran inters los procesos de adaptacin como la ingeniera evolutiva que ser comentada ms adelante.FERMENTACIN DE XILOSA

Fermentacin de la xilosa Los residuos agrcolas, entre los que se encuentra la paja de trigo, contienen alrededor de un 25% de azcares hemicelulsicos, principalmente xilosa. Es por ello que la utilizacin de la xilosa es esencial para una eficiente y rentable conversin de la biomasa lignocelulsica a etanol.Fermentacin de la xilosa Mientras la fermentacin de la glucosa puede llevarse a cabo de forma eficiente por numerosos tipos de microorganismos, la fermentacin de la xilosa presenta algunas limitaciones. nicamente bacterias entricas y algunas levaduras como Candida shehatae, Pachysolen tannophilus y P. stipitis son capaces de fermentar la xilosa a etanol, pero con rendimientos relativamente bajos. Adems, las levaduras fermentadoras de xilosa no toleran altas concentraciones de etanol, requieren condiciones microaerfilas para su crecimiento y son muy sensibles a los inhibidores y a los cambios de pH (Fermentacin de la xilosa Actualmente no existen microorganismos que presenten todas las caractersticas deseables para la fermentacin eficiente de los azcares procedentes de los materiales lignocelulsicos (fermentacin de hexosas y pentosas, altos rendimientos, alta productividad, tolerancia al etanol y a los inhibidores). Puesto que la utilizacin de forma eficiente de todos los azcares hemicelulsicos es clave para reducir el coste de la produccin de etanol, se estn obteniendo microorganismos fermentadores de xilosa mediante tcnicas de ingeniera genticaFermentacin de la xilosa ya sea por la introduccin de los genes relacionados con la produccin de etanol en las bacterias entricas como E. coli, o por la introduccin de los genes de la ruta de la fermentacin de las pentosas en microorganismos productores de etanol como la levadura S. cerevisiae o la bacteria etanolognica Z. mobilis.Fermentacin de la xilosaDebido a la larga tradicin en el empleo de S. cerevisiae para la produccin de etanol a escala industrial existe una preferencia en el empleo de este microorganismo en las aplicaciones comerciales. Sin embargo, puesto que S. cerevisiae no presenta la capacidad de fermentar las pentosas a etanol, se estn realizando numerosos esfuerzos para modificarla de forma eficaz. S. cerevisiae no puede fermentar la xilosa a etanol de forma natural, pero s fermenta la xilulosa. Por ello las principales estrategias para conseguir cepas de S. cerevisiae recombinantes capaces de cofermentar la glucosa y la xilosa se han basado en dos diferentes aproximaciones para conseguir la isomerizacin de la xilosa a xilulosaDiferentes rutas de la fermentacin de la xilosa en bacterias o levaduras fermentadorasde xilosa.

INTEGRACIN DE LAS ETAPAS DE PROCESO

Esquema simplificado de los procesos con Paja de trigo

Concentracin de etanol obtenida en los procesos de SFS y SCFS y valorestericos calculados para un proceso de HFS.BIOETANOL A PARTIR DE BIOMASA AMILCEA Y AZUCARADABIOETANOL A PARTIR DE BIOMASA AMILCEA El bioetanol se produce por la fermentacin de los azucares contenidos en la materia orgnica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. Almidn ------Hidrolisis---------Azcar----------- Fermentacin--------Etanol

Mediante la fermentacin directa de productos azucarados:

C6H12O6 +Enzimas------- 2CH3CH2OH(l) + 2CO2(g) + H2O(l)

El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energetico con caractersticas muy similares a la gasolina pero con una importante reduccion de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustion. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10 %, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modicaciones en los motores actuales.Produccion de Etanol a partir de Almidon de Trigo

Esquema general de fabricacin de bioetanol.

Esquema Produccin Industrial de Alcohol a partir de Almidn

Diagrama esquemtico del procedimiento experimental

Pruebas PreeliminaresPruebas PreeliminaresSolucin Almidn de Trigo Se prepara una solucin madre de almidn de trigo para realizar las pruebas de yodo y de azucares reductores. La solucin de almidn se realizo de la siguiente manera: 1. 0.507 g de almidon de trigo en 50 mL de agua destilada 2. Mezclar perfectamente y se almacena.Prueba de Yodo

La prueba de yodo se realiza con la Finalidad de determinar la presencia de almidn en la muestra. Una coloracin azul-morado, por la formacin de un complejo almidn-yodo indica un resultado positivo.Prueba de Azucares Reductores

La prueba de azucares reductores tiene como objetivo determinar la presencia de grupos carbonilo libres (C=O), de ahi su nombre. Esto implica la oxidacin del grupo aldehido de la glucosa.Procedimiento1. En un matraz de 4 L se colocaron 3L de agua de la llave.2. Se pesaron 90 g de almidn de trigo y se colocaron en dicho matraz.3. Se pesaron 0.6 g de CaCl2 y se coloraron en el matraz anterior.4. Se espero que la solucin gelatinizara.5. Despus se espero a que la temperatura alcanzara los 72 C y se colocaron6 g de la enzima -amilasa. La reaccin se dejo a temperatura constantedurante 5 horas.6. Se realizo una prueba de cuanticacion de almidn por medio de la pruebade yodo. Si la coloracin observada era lila o casi blanca se poda seguircon la segunda etapa de la hidrolisis. De otro modo, se dejaba reaccionarpor mas tiempo hasta que se presentara este color.Procedimiento7. Se enfri el matraz en un bao de hielo a 4 C y se adiciono 1 mL de H3PO4 para obtener un pH de 4.2.8. Se llevo la solucin del matraz a una temperatura de 60 C y se adicionaron 9 mL de la enzima glucoamilasa, la reaccin se dejo por 2.5 horas a temperatura constante.9. Se realizo una prueba de azucares reductores, si la coloracin es rojo casi cafe la reaccin de la hidrolisis esta terminada.Hidrolisis de Almidn de TrigoDescripcin del proceso1. El primer paso del proceso de produccin consiste en la separacin de las impurezas de la materia prima.2. para pasar a continuacin a su molienda y formar una harina.3. harina va al tanque de MP desde donde, junto con agua y algunas enzimas y productos qumicos cuya funcin es destrozarla.4. tanque de mezclase aaden cido fosfrico, nutrientes para levaduras y amonio para mantener el pH, Descripcin del proceso 5. se adiciona vapor y se pasa a su licuefaccin y sacarificacin, para liberar el almidn..6. Preparacin del mosto. este mosto se enfra (de 90C a 30C) antes de pasar a la Fermentacin con la levadura. Despus de la fermentacin, en el proceso se genera dixido de carbono (CO2), que se separa y emplea en la fabricacin de carbonato de estroncio y bebidas carbnicas.

Descripcin del proceso 7. El siguiente paso consiste en la deshidratacin del etanol, por medio de tamices moleculares.El mosto fermentado pasa a destilar Continua la Destilacin separando el slido no fermentable y el agua con etanol..

143HIDROLISIS DE ALMIDN La hidrolisis del almidn se llevo a cabo en dos etapas: En la primera etapa se lleva a cabo la reaccin de la enzima -amilasa y la segunda por medio de la enzima glucoamilasa, esto se realiza para obtener glucosa, porque esta es la fuente de carbono (sustrato) que requiere la levadura para crecer y poder producir el etanolFERMENTACINProcedimiento control fermentacin1. En un reactor biolgico se agrega solucin de almidn hidrolizada, el cual es el medio de cultivo y se le agregan nutrientes para levadura.2. Se inocula al medio de cultivo del biorreactor, con la solucion de levadura, que llevaba 24 hr con el inoculo.3. Se esteriliza el inoculo y se lava perfectamente el biorreactor antes de la operacin.4. Se ajusto el biorreactor a una temperatura de 30 C y una agitacin de 150 rpm.5. Se toman muestras de 10 mL aproximadamente cada 5 horas y se toma de ahi una alcuota de 6 mL y se colocar en un tubo de centrifuga y se introdujo al equipo por 15 minuto a 4000 rpm.6. Mientras tanto, a los 4 mL sobrantes se les realizo un anlisis de absorbancia.7. Al terminar el tiempo en la centrifuga se tomaron 3 mL del sobrenadante y se filtra, se guardo en un tubo con tapon, se etiqueto y se guarda en el congelador.Preparacin del medio de cultivo10 g/L dextrosa diluido en 100 mL10 g/L peptona de casena5 g/L de extractos de levadura (yeast extract)1 g/L de NaClEstos ltimos tres diluidos todos en 400 mL.Pruebas de Alcohol1. Se tomaron 5 mL de la muestra sin diluir a la que previamente se le midi la absorbancia.2. Se colocaron en un tubo de centrifuga y se introdujo en el equipo, se ajusto a 4000 rpm durante 15 minutos.3. Con una jeringa se tomaron 2 mL del sobrenadante resultante de la centrifugacin.4. Se filtro la solucin a un tubo con tapn.5. Se etiqueto el tubo.6. Se tapo el tubo y almaceno en el congelador.7. Al finalizar el experimento se recolectaron todos los tubos y se llevaron al laboratorio en donde si midi la concentracin de etanol utilizando un cromatografo de gases (CG).

Destilacin y PuricacionDestilacin y Puricacion Para aumentar la concentracin de alcohol de la solucin obtenida posterior a la fermentacin se llevan a cabo cuatro etapas: Dos destilaciones Dos purificaciones en las cuales se utiliza acetato de sodio anhidro.Primera y Segunda Destilacin La primera destilacin se llevo a cabo la destilacin en la Columna de destilacion donde se hacen 6 cortes midiendo la concentracin de alcohol como %v utilizando un refractmetro.

La segunda destilacin se lleva a cabo en una columna utilizando una columna larga. De igual forma se mide la concentracin puntual en funcin del tiempo, as como la concentracin de los cortes.Balance de Masa Se realiza un balance de materia comenzando por los 90 g de almidn de trigo. Considerando que el almidn de trigo utilizado estuviera compuesto al 100% de almidn se hacen los siguientes clculos:

Con base en el resultado obtenido y considerando que se obtuvieron 2.135 L al 2%v Alc/Vol, es posible calcular el rendimiento terico de la fermentacin. Para el caso de las destilaciones se utilizo la ecuacin:

AZEOTOPOEl etanol y forma de agua un azeotrope, o la solucin hirviente constante,de aproximadamente 95 alcohol por ciento y cinco agua por ciento. Elcinco agua por ciento no puede ser separada por la destilacin convencional.La produccin de puro, agua-libre (anhidro) el etanolrequiere la destilacin siguiente a un paso de la deshidratacin. La Deshidratacin de ,un paso relativamente complejo en la produccin de combustible de etanol, es cumplidoen uno de dos ways. El primer mtodo usa un tercioel lquido, la mayora normalmente benceno que se agrega al etanol /riegue mixture. Esto cambia las caractersticas hirvientes della solucin, permitiendo separacin de etanol anhidro. El segundoel mtodo emplea tamices moleculares en que selectivamente absorben el aguala base de la diferencia en el tamao molecular entre el agua yel etanol.

Aplicaciones del BioetanolE5: El biocombustible E5 significa una mezcla del 5% de bioetanol y el 95% de gasolina normal. Esta es la mezcla habitual y mezcla mxima autorizada en la actualidad por la regulacin europea, sin embargo, es previsible una modificacion de la normativa europea que aumentara este limite al 10% (E10) ya que diferentes estudios constatan que los vehculos actuales toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de bioetanol y los benecifios para el medioambiente son signicativos.Aplicaciones del BioetanolE10: El biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de bioetanol y el 90% de gasolina normal. Esta mezcla es la mas utilizada en EEUUya que hasta esta proporcin de mezcla los motores de los vehculos no requieren ninguna modificacin y e incluso produce la elevacin del un octano en la gasolina mejorando su resultado y obteniendo una notable reduccin en la emisin de gases contaminantes.Aplicaciones del Bioetanol E85: Mezcla de 85% de bioetanol y 15% de gasolina, utilizada en vehculos con motores especiales. En EE.UU. las marcas mas conocidas ofrecen vehculos adaptados a estas mezclas. Tambin se comercializan, en algunos pases (EE.UU., Brasil, Suecia) los llamados vehculos FFV o Vehculos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas. Los \Fuel Flexible Vehicules" (FFV) son vehculos de turismo que pueden utilizar como combustible tanto gasolina convencional derivada del petrleo como bioetanol en mezclas de hasta un 85% (E85). Por tanto, son vehculos totalmente polivalentes, que ofrecen la posibilidad de utilizar energa renovable en su mximo estado de mezcla sin la necesidad de consumir mas energa. Debido al respaldo de los gobiernos e instituciones hacia el desarrollo de las energas renovables aplicadas en el sector de la automocin, cada vez son mas los fabricantes que investigan y desarrollan vehculos de este tipo.Aplicaciones del Bioetanol E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de bioetanol son utilizados en algunos pases como Brasil con motores especiales. E-DIESEL: El bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy buenas caractersticas en cuanto a combustin y reduccin de contaminacin ofreciendo otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehculos diesel. El E-Diesel ya se comercializa con xito en EEUU y Brasil y pronto har su aparicin en Espaa y Europa.Aplicaciones del Bioetanol ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se utiliza como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil-terbutil eter) se obtiene por sntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilacin del petrleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos voltil y mas miscible con la gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en proporciones del 10-15 %. La adicin de ETBE o etanol sirve para aumentar el ndice de octano de la gasolina, evitando la adicin de sales de plomo. Aplicaciones del Bioetanol ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se utiliza como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil-terbutil eter) se obtiene por sntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilacin del petrleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos voltil y mas miscible con la gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en proporciones del 10-15 %. La adicin de ETBE o etanol sirve para aumentar el ndice de octano de la gasolina, evitando la adicin de sales de plomo. Ventajas en el uso de bioetanolEs una fuente de combustible renovable.Reduce dependencia del petrleo del extranjero.Es una fuente mas limpia de combustible.Aumenta el octano del combustible con un coste pequeo.Virtualmente utilizable en todos los vehculos.Fcil de producir y almacenar.Los biocarburantes emiten un 40-80% menos de gases invernaderos que los combustibles fsiles.El bioetanol es superior medioambientalmente al resto de los carburantes mas importantes.Reduce la formacin de la lluvia acida.Ventajas en el uso de bioetanolMejora la calidad del aire en zonas urbanas.No contamina el agua.Con su produccin puede reducirse los residuos.En mezcla con gasolina, aumenta el numero de octanos y promueve una mejor combustin.Reduce las emisiones contaminantes como monxido de carbono (CO) e hidrocarburos, con un bajo costo. Se estima que la reduccin es de 40 a 80% menos de gases invernadero que los combustibles fsiles.Es virtualmente utilizable en todos los vehculos con motor a gasolina.. Inconvenientes en el uso del bioetanolPara poder utilizar el bioetanol como combustible puro (E100) se necesita llevar a cabo varias medicaciones dentro del motor, y as no alterar significativamente el consumo. Estas son:Aumentar la relacion de compresion.Variar la mezcla de combustible / aire.Bujas resistentes a mayores temperaturas y presiones.Conductos resistentes al ataque de alcoholes.Se debe agregar un mecanismo que facilite el arranque en frio.

Fig. 2. Comparison of Energy Yields with Energy Expenditures. The fossil energyreplacement ratio (FER) comparesenergy yield from four energy sources with the amount of fossil fuel used to produce each source. Note that the cellulosicethanol biorefinerys projected yield assumes future technological improvements in conversion efficiencies and advancesthat make extensive use of a biomass crops noncellulosic portions for cogeneration of electricity. Similar assumptionswould raise corn ethanols FER if, for example, corn stover were to replace current natural gas usage. The corn ethanolindustry, already producing ethanol as an important additive and fuel extender, is providing a foundation for expansionto cellulosic ethanol.Breaking the Biological Barriers to Cellulosic Ethanol:A Joint Research Agenda. U.S. Department of Energy

184184REFERENCIAS185REFERENCIAS[1] C Berg. World fuel ethanol. analysis and outlook. http://www.agra-europe.co.uk/FOLstudies/FOL-Spec04.html, May 2001.[2] H L Chum and R P Overend. Biomass and renewable fuels. Fuel Process.Technol., 71:187{195, 2001.[3] Federacin Nacional de Biocombustibles. Abc de los alcoholes carburantes. http://www.minminas.gov.co, May 2008.[4] J. R. Ferrer, G. Pez, L. Arenas de Moreno, C. Chandler, and Z. Marmol andL. Sandoval. Cintica de la hidrlisis cida de bagacillo de caa de azucar. 2001.[5] A Gray, L Zhao, and M Emptage. Bioethanol. Curr. Opin. Chem. Biol., 10:141{146, 2006.REFERENCIASWingren A., Galbe M., Zacchi, G. (2003). Techno-economic evaluation of producing ethanol from softwood: comparison of SSF and SHF and identification of bottlenecks. Biotechnology Progress 19, 1109-1117.Wouter Wisselink H., Toirkens M.J., Wu Q., Pronk J.T., Van Maris A.J.A. (2009).Novel evolutionary engineering approach for accelerated utilization of glucose, xylose, and arabinose mixtures by engineered Saccharomyces cerevisiae strains. Applied and Environmental Microbiology 75, 907-914.Wyman C.E. (1996). Handbook on Bioethanol: Production and Utilization. Taylor & Francis, Washington.Wyman C.E. (1999). Biomass ethanol: Technical progress, opportunities, and commercial challenges. Annual Review of Energy and the Environment 24, 189-226.ACTIVIDAD A DISTANCIAActividad en Grupo:

Verlos los videos en clase.Realizar las siguientes actividades.

188ACTIVIDAD EN GRUPO A DISTANCIAReunirse en grupos de 2 o mximo 3 personas-Seleccione un residuo agrcola(LIGNOCELULOSICO O ALMIDONOSO) .De acuerdo a los conocimientos del primer semestre de la lnea de nfasis:1.Determinar el contenido de almidn ( material lignocelulosico) del residuo tericamente y con referencia.2.Plantee un procedimiento para extraer la fibra o almidn del residuo.3.Estime el rendimiento de almidn o la fibra del residuo.4.Que caractersticas tiene esta fibra o el almidn.5.Que pruebas le permitiran confirmar el contenido de Fibra o almidn.6.Establezca un procedimiento para realizar la hidrolisis de la fibra o el almidn relacionndolo con el residuo.7.Establezca un procedimientopara obtener el bioetanol.8.Como purificara el alcohol obtenido.9.Que rendimientos espera del proceso.

ACTIVIDAD GRUPAL MODULO UNO

Reunirse en grupos de 2 o mximo 3 personas-Seleccione un residuo agrcola como la paja de un cereal, tallos o espigas de hierba o un cereal, salvado de un cereal, cscaras de un vegetal rico en almidn, etc..De acuerdo a los conocimientos del primer semestre de la lnea de nfasis:1.Determinar el contenido de almidn ( material lignocelulosico) del residuo tericamente y con referencia.2.Plantee un procedimiento para extraer el almidn del residuo.3.Estime el rendimiento de almidn del residuo.4.Que caractersticas tiene este almidn.5.Que pruebas le permitiran confirmar el contenido de almidn.6.Establezca un procedimiento para realizar la hidrolisis del almidn relacionndolo con el residuo.7.Establezca un procedimientopara obtener el bioetanol.8.Como purificara el alcohol obtenido.9.Que rendimientos espera del proceso.SEGUNDA OPCIN: SI NO DESEA PROCESAR RESIDUOS ALMIDONOSOS ENTONCES PROPOINGALO CON RESIDUOS LIGNOCELULSICO.Y GUIESE CON LOS TEMAS EN CLASE.: En este caso seleciona la biomasa lignocelulosica, y remplace la infomecin solicitada con almidn por celulosa..recuerde enviar la tarea por el link a continuacion