PRESENTACION

Ante la creciente tendencia que muestran los precios del petrleo, y los temores que genera el calentamiento global, el mundo est buscando sustitutos que, a la vez de reducir la dependencia respecto del "oro negro", permitan proveer una energa ms limpia.Se trata de los biocombustibles, varios de los cualesya estn en la fase de produccin y comercializacin, en tanto que otros an se hallan en la de investigacin.

Entre los principales se puede mencionar el bioetanoly el biodiesel, ambos producidos a partir de diversas especies vegetales o forestales. En esta oportunidad nos referiremos a la produccin del primero, queeseletanol obtenidodediversos productos agrcolas. Esteregistra losmayores volmenes (82% del total, frente al 18% del biodiesel), con una produccin que se ha cuadruplicado en los ltimos ocho aos.

Resumen

El uso de los combustibles fsiles cada vez se hace ms complejo, dndole un mayor espacio al uso de nuevas alternativas energticas de carcter renovables y con menor impacto en el medio ambiente. Como alternativa y/o suplemento a la gasolina del transporte terrestre aparece el bioetanol, que tiene un mayor octanaje y permite una mejor combustin. En Chile aparece la inquietud de producir bioetanol de segunda generacin debido al potencial biomsico que existe en el pas y por ser una alternativa vigente para su desarrollo. En nuestro pas (Per) y zona norte hay una relativa abundancia de cscaras de arroz y otros residuos celulsicos, que no se estn utilizando adecuadamente, siendo su utilizacin para la produccin de etanol, una importante alternativa; acorde con la actual poltica del gobierno nacional y regional, de impulsar la produccin de etanol, a partir del cultivo de la caa de azcar. En la Universidad Nacional de Piura-Per, en el ao l987, se investig un mtodo rentable a nivel industrial de obtencin de etanol a partir de cscaras de arroz, logrando una biotecnologa de produccin de un rendimiento del 25 %.

En este estudio tambin se aprovech los desechos agroindustriales de la naranja variedad valencia de la Provincia de Bolvar, para la obtencin de etanol por medio de procesos de hidrlisis y fermentacin, evitando la utilizacin de productos alimenticios.

En el presente trabajo tambin se realiz un estudio comparativo de la produccin de alcohol carburante por medio de fermentacin de melaza utilizando Saccharomyces cerevisiae ATCC 9763, silvestre y andida utilis ATCC 9950.

introduccionEl alcohol etlico o etanol es un producto qumico obtenido a partir de la fermentacin de los azcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caa de azcar, sorgo o biomasa. Estos azcares estn combinados en forma de sacarosa, almidn, hemicelulosa y celulosa. Las plantas crecen gracias al proceso de fotosntesis, en el que la luz del sol, el dixido de carbono de la atmsfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman molculas orgnicas complejas como el azcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa de la planta. El bioetanol se produce por la fermentacin de los azcares 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. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energtico con caractersticas muy similares a la gasolina pero con una importante reduccin de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustin. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones en los motores actuales. Los mayores inconvenientes de estos productos es la utilizacin de cultivos de vegetales comestibles (sirva como ejemplo el maz o la caa de azucar); o el cambio de uso de tierras dedicadas a la alimentacin a el cutivo de vegetales destinados a producir biocombustibles, provocando en otras ocasiones la desforestacin o desecacin de terrenos vrgenes o selvticos, ya que al subir los precios se financia la tala de bosques nativos. En la actualidad se trabaja fundamentalmente en la bsqueda de materias primas baratas, que sustituyan a las tradicionales materias azucaradas, para alcanzar mayor eficiencia en los procesos de fermentacin, recuperacin y purificacin de alcohol producido.

I. PRESENTACION DEL PROBLEMA DE INVESTIGACION

1.1 Problema de investigacin

Reemplazar de manera parcial o total el uso del petrleo y sus derivados con alternativas ms accesibles y menos contaminantes como lo es el bioetanol.

1.2 Objeto y problema de estudioEl objeto de este trabajo es conocer algunos aspectos sobre el bioetanol, como son sus mtodos de obtencin, para el progresivo reemplazo de energa contaminante por bioenerga menos contaminante y de menor costo ambiental.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general

Estudiar y conocer los procesos de obtencin del bioetanol de distintos orgenes (residuos lignocelulsicos).

1.3.2 Objetivos especficos

Estudiar la factibilidad de los pretratamientos con Liquidos inicos reciclados y sus efectos sobre la sacarificacin enzimtica de los materiales lignocelulsicos lenga y eucalipto.

Obtener etanol carburante a partir de la cascara de arroz.

II. marco teorico

2.1 definicion

AlmidnEl almidn es un polisacrido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina.(1)

BiocarburanteUn biocarburante o biocombustible es una mezcla de hidrocarburos que se utiliza como combustible en los motores de combustin interna y que deriva de la biomasa.(2) Etimolgicamente un biocombustible es un combustible de origen biolgico. No obstante, ms exactamente los biocombustibles son aquellos combustibles obtenidos de una fuente biolgica, de manera renovable a partir de restos orgnicos. Los biocarburantes son biocombustibles susceptibles de ser empleados en un motor de combustin interna (motores Diesel y Otto). (3)

BiodieselEs un biocombustible lquido que se obtiene a partir de lpidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,[] mediante procesos industriales de esterificacin y transesterificacin, y que se aplica en la preparacin de sustitutos totales o parciales del petrodisel o gasleo obtenido del petrleo.3 El biodisel se produce a partir de la combinacin de aceite vegetal o grasa animal con un alcohol y un catalizador por medio de un proceso qumico conocido como transesterificacin (4) .

Bioetanol Llamado tambin etanol de biomasa es un alcohol elaborado a partir de fuentes biolgicas y por tanto renovables. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energtico con caractersticas muy similares a la gasolina pero con una importante reduccin de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustin.(5)

Biomasa Materia orgnica originada en un proceso biolgico, espontneo o provocado, utilizable como fuente de energa.(2)

Biorreactor: Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biolgicamente activo. en algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso qumico que involucra organismos o sustancias bioqumicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aerbico o anaerbico.(6)

Carburante Sustancia qumica, compuesta de hidrgeno y carbono, que, mezclada con un gas, se emplea como combustible en los motores de explosin y de combustin interna. (7)

Celulosa Es un hidrato de carbono polimrico que se encuentra en las paredes de las clulas de las plantas. (7)

CepaEn microbiologa, conjunto de virus, bacterias u hongos que tienen el mismo patrimonio gentico. (8)

EnzimaCatalizador biolgico, normalmente una protena, que mediatiza y promueve un proceso qumico sin ser ella misma alterada o destruida. Son catalizadores extremadamente eficientes y muy especficamente vinculados a reacciones particulares. (8)

FermentacinConversin biolgica anaerbica (sin oxgeno) de las molculas orgnicas, generalmente hidratos de carbono, en alcohol, cido lctico y gases, mediante la accin de ciertos enzimas que actan bien directamente o como componentes de ciertas bacterias y levaduras. En su uso ms coloquial, el trmino hace referencia a menudo a bioprocesos que no estn estrictamente relacionados con la fermentacin. (8)

CromatografaEs un conjunto de tcnicas basadas en el principio de retencin selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. (9)

HidrlisisEs una reaccin qumica entre una molcula de agua y otra molcula, en la cual la molcula de agua se divide y sus tomos pasan a formar parte de otra especie qumica. Esta reaccin es importante por el gran nmero de contextos en los que el agua acta como disolvente. (10)

Hongos Son organismos multicelulares, es decir que pueden ser unicelulares o pluricelulares, que se alimenta mediante la absorcin, estos vegetales no pueden sintetizar su propios alimentos, viven sobre otros organismos es por ello que se dicen que son saprofitos o parsitos y forman lquenes. (11)

Gasohol (E10)Es una mezcla que contiene 90% de nafta sper sin plomo y 10% de etanol anhidro por volumen. (12)

HemicelulosasSon polisacridos que, excluyendo la celulosa, constituyen las paredes celulares de las plantas y se pueden extraer con soluciones alcalinas diluidas. Las hemicelulosas forman aproximadamente una tercera parte de los carbohidratos en las partes maderosas de las plantas. (13)

InoculacinIntroduccin de microorganismos vivos, muertos o atenuados, en un organismo de forma accidental o voluntaria. (14)

LengaEs un rbol de la familia de las Nothofagaceae. Es una especie representativa del bosque andino patagnico del sur de Argentina y de Chile. Sus hojas son caducas, de 2 a 4 cm de largo, de color verde oscuro. (15)

LigninaPolmero fenilpropanoide de estructura compleja que se deposita generalmente en las paredes celulares secundarias, especialmente en el xilema. Es responsable de las caractersticas fsicas de la madera. Sustancia que acompaa a la celulosa en las paredes celulares de los tejidos lignificados. (16)

LevaduraSe denomina levadura a cualquiera de los diversos hongos microscpicos unicelulares que son importantes por su capacidad para realizar la descomposicin mediante fermentacin de diversos cuerpos orgnicos, principalmente los azcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias. (17)

Materiales lignoceluloscos: Son los correspondientes a las partes estructurales de la planta. En general se utilizan para valorizacin energtica en cogeneracin, especialmente para cubrir las necesidades energticas de la fase de destilacin del bioetanol, aunque tambin se puede vender el excedente a la red elctrica (con precio primado. (18)

Petrleo:Lquido oleoso bituminoso de origen natural compuestos por diferentes sustancias. Tambin recibe el nombre de petrleo crudo, crudo petrolfero o simplemente crudo. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie terrestre y se utiliza como combustible y materia prima para la industria qumica. (19)

Sacarosa: Componente principal del azcar de mesa, es un disacrido formado por una molcula de glucosa y otra de fructosa. Su nombre qumico es alfa-D-glucopiranosil (1->2)-beta-D-fructofuransido y su frmula qumica es: C12H22O11. (19)

2.2 Antecedentes

2.2.1 Historicos

Historia e importanciaLa utilizacin de los alcoholes como combustible ha pasado por varias etapas a travs de los aos. Los alcoholes, tanto metanol como etanol, se mezclaron con gasolina desde las primeras dcadas del siglo XX. Antes de la Segunda Guerra Mundial llegaron a circular cuatro millones de vehculos con mezclas de alcohol gasolina. La adicin de alcohol se realizaba con la finalidad de estabilizar los precios de los alcoholes. En los orgenes de la industria automovilstica fue el principal combustible: los motores de ciclo Otto se disearon en principio para utilizarlo. Al finalizar la Guerra se desactiv el inters por el alcohol, adems con el desarrollo de la industria basada en el petrleo los fabricantes de motores se decantaron por esta segunda opcin. Cuando se temi por la estabilidad de estos mercados en los aos 20 y el posterior embargo petrolfero del ao 1973 (Crisis del Petrleo del 73) se reactiv el inters y se volvi a invertir en el desarrollo del Bioetanol. El primer pas que asumi este reto fue Brasil que a partir de ese ao comenz a mezclar etanol y gasolina en la proporcin de 22:78, y se crea la Comisin Nacional de Alcohol. Por esos aos se inicia en los Estados Unidos la preparacin del gasohol (mezcla de gasolina + alcohol). En 1979 Brasil produjo los primeros automviles que podan funcionar con alcohol hidratado (95% de etanol y 5% de agua), en motores de ciclo Otto. Ms tarde, en 1980 la mayor parte de los automviles fabricados estaban diseados para funcionar exclusivamente con etanol.Para mediados de los aos 80 se haban creado a nivel regional una serie de programas nacionales: Brasil, Argentina, Paraguay, tendientes a garantizar una evolucin sostenida en la sustitucin parcial de la gasolina. El ms exitoso fue el Brasil donde para 1986 existan ms de 2,5 millones de automviles circulando con alcohol etlico hidratado.Hasta los aos 80 la principal motivacin para la produccin de etanol fue su uso como combustible alternativo para la automocin, y as disminuir la dependencia de las importaciones de crudo y minimizar el impacto que las fluctuaciones del mercado ocasionan en los precios. A partir de mediados de los 80, a esta motivacin se ha unido las polticas de mejoras medioambientales, principalmente en lo relativo a emisiones gaseosas. El creciente inters que han generado en los ltimos aos los problemas derivados del cambio climtico, producido por las emisiones de gases de efecto invernadero, ha hecho que se busquen combustibles ms respetuosos con el medio ambiente. Al igual que en el caso del Biodiesel, la combustin del Bioetanol produce el mismo CO2 que absorbi la planta durante su crecimiento, si se excepta el emitido debido a la actividad energtica necesaria en el proceso de su produccin, por lo que algunos autores dicen que el balance es cero, en cuanto a las emisiones de CO2.El Per no ha sido ajeno a los esfuerzos tendientes a introducir el empleo del Bioetanol como combustible. As, Petroper desde 1977 ha realizado estudios al respecto. En los aos 70 diversas Tesis en Universidades Nacionales abordaron diversos aspectos de esta problemtica. En 1985 los diarios dieron cuenta del proyecto privado Central Neshuya S. A. para desarrollar en Pucallpa un complejo agro industrial energtico para la produccin de gasohol a partir de la caa de azcar. A mediados de los aos 80 diversas cooperativas azucareras y empresas privadas evaluaron la posibilidad del empleo de alcohol anhidro como combustible automotor. En 1985 se contempl, a nivel oficial, la posibilidad de implantar un Programa Nacional de Alcohol Carburante en el Per. En 1992 una cooperativa del norte del Per estaba completando la instalacin de una destilera para producir alcohol etlico anhidro (Bioetanol). Con la sola excepcin de la destilera en el norte, ninguna de las propuestas lleg a plasmarse y la cada de los precios del petrleo, a finales de los 80 desactiv nuevamente el inters por el alcohol combustible (Salinas y Santillana, 1992; Snchez y Castro, 1997; Ochoa y Miranda, 2006; Garca y Garca, 2006).

Bioetanol como combustible vehicular.Histricamente, el primer vehculo que se dise para el uso de etanol fue una variante del Modelo T de Henry Ford, que estaba pensado para ser utilizado en las granjas, de forma que sus propios dueos pudieran producir el alcohol a partir de la fermentacin del maz. Posteriormente se desarroll el Modelo A, que tambin poda usar tanto etanol como gasolina. Las primeras empresas automovilsticas en adaptar los motores de sus autos para el uso de alcohol como combustible fueron la Volkswagen, Fiat, Ford y General Motors. El primer automvil en funcionar con un combustible 100% alcohol fue el Fiat 147 en 1978 (Wikipedia, 2008; Garca y Garca, 2006; Salinas y Santillana, 1992). Actualmente, para que los vehculos de explosin puedan funcionar con Bioetanol es necesaria una serie de modificaciones, que incluyen el depsito, las conducciones de combustible, los inyectores, el sistema informtico de gestin del motor y el sistema anti-sifn. En los ltimos aos se han desarrollado una serie de vehculos capaces de funcionar tanto con gasolina como con etanol o una mezcla de ambos; stos son los llamados Flexible Fuel Vehicles (FFV) o vehculos Flex. Estos automviles disponen de un sensor que detecta la relacin etanol/gasolina y en funcin de la mezcla ajustan la carburacin del motor. La utilizacin del etanol modifica la mezcla de aire y combustible tratando de mantener la potencia y el consumo del automvil en un valor ptimo (Garca y Garca, 2006).El resurgimiento del Bioetanol como combustible se produjo en mayo de 2003, cuando la Volkswagen mont una lnea de produccin para automviles de combustible flexible, resultando en el Gol 1.6 "Total Flex". Dos meses despus la Chevrolet ofreci en el mercado el Corsa 1.8 "Flexpower", utilizando un motor desarrollado en consorcio con la Fiat llamado "PowerTrain". Para 2005, los fabricantes que producen vehculos "flex" incluyen las automotrices Chevrolet, Fiat, Ford, Peugeot, Renault ,Volkswagen, Honda, Mitsubishi, Toyota y Citren (Corts, 2008).

Cronologa del bioetanol

1908: Henry Ford diseo el primer automvil que empleo bioetanol. 1920: Se comercializo en USA un 25% de bioetanol en la gasolina. 1930: Construccin de una planta de etanol a partir de maz al que llamaron gasohol. 1940: Cierre de la planta de gasohol, por los bajos precios del petrleo. 1970's: Crisis del petrleo. 1980's: Surgen polticas energticas en busca de alternativas a la dependencia de los combustibles fsiles.

Por qu se desarroll un mercado de etanol?

La dcada de los 90 fue la ms clida desde que se tienen registros. El siglo pasado, la Tierra se calent 0.6 C pero, segn el Panel Internacional sobre Cambio Climtico (PICC), las temperaturas aumentaran todava mas: de entre 1.4 C y 5.8 C para el ao 2100.Ello se deber en gran parte a las crecientes emisiones de gases, en especial el dixido de carbono generado por petrleo, que producen el efecto invernadero.Por ello, se ha invertido en distintas alternativas a travs de los biocombustibles y en especial etanol, que representa el 90% de ellos y es producido principalmenteEn Brasil.

Existen distintas razones por las cuales se debe desarrollar el bioetanol como combustible:

Energa: sustituir combustibles basados en petrleo para aumentar la seguridad energtica, disminuir la dependencia frente a la volatilidad de los precios de petrleo, bajar los costos de combustibles o de las importaciones, disminuir la dependencia de pases polticamente inestables. Medio Ambiente: disminuir daos ambientales relacionados con la cadena del petrleo, como por ejemplo los derrames de petrleo, adems de reducir la contaminacin. Es importante mencionar que el etanol contamina un 60% menos que la gasolina, una cifra que algunos expertos consideran que podr ser todava mayor. Desarrollo Rural y Agrcola: apoyar a la agricultura nacional, mejorar la situacin econmica de las areas rurales y de los ingresos de los agricultores.

El etanol tambin utilizado por aprovechando sus propiedades desinfectantes, sin embargo, el principal mercado a futuro se encuentra enfocado en su aplicacin como combustible debido a las grandes ventajas que ofrece en esta rama.

Estado Actual

Perspectiva mundial

Los biocombustibles, a pesar de su gran expansin en los ltimos aos, cubren apenas al 1% del consumo total de combustibles para el transporte. Sin embargo, algunos pases han llegado a porcentajes ms altos de substitucin. Brasil llega a casi 50% en gasolina y EE.UU., segundo productor de etanol, al 2.5 %. En Brasil, el total de la substitucin de los combustibles en base a petrleo llega actualmente a un poco mas del 20% mientras que en EE.UU. esApenas del 1.8 %.Muchos pases han establecido metas ambiciosas para la substitucin como:

Japn: 20% de la demanda de petrleo con biocombustibles y gas licuado hasta 2030 (mandato previsto). Canad: mezcla de 10% etanol en 45% de la gasolina hasta 2010. Unin Europea: mezcla de 5.75% en todos los combustibles (diesel y gasolina) hasta 2010 en todos los pases miembros. Estados Unidos: El \Renewable Fuels Standard (RFS)", exige el uso de 28.4 billones de litros de etanol en 2012. Brasil: mezcla de biodiesel de 2% hasta 2008, y 5% hasta 2013 (mandato). Colombia: Mezcla de 10% en gasolina en ciudades mayores de 500.000 habitantes en 2006 (mandato). Venezuela: Mezcla de 10% en gasolina. China: Mezcla de 10% en gasolina en cinco provincias.

Principales productores de bioetanol en el mundo (2005).

Pas Produccin millones de litros

Brasil16,500

Estados Unidos16,230

China2,000

Unin Europea950

India300

Resulta de gran importancia considerar que EE.UU. y la Unin Europea no podrn ser autosucientes en biocombustibles considerando la tecnologa actual.Si quieren cumplir con las metas establecidas o por establecerse, tendrn que importar parte de los biocombustibles, bajar las restricciones comerciales y establecer as un mercado global.

Amrica Latina es una de las regiones con ms potencial para ofrecer biocombustibles, y etanol en especial, dadas sus ventajas climticas combinadas con una baja densidad poblacional. As se refleja si comparamos los mayores productores de etanol, Brasil y EE.UU., que producen el 80% de la oferta mundial.Para producir el mismo volumen de etanol, EE.UU. necesita el doble del rea de maz que Brasil con caa de azcar. Por tanto, para implementar una mezcla del 10% en la gasolina, EE.UU. tendr que transformar la mitad de la produccin de maz en etanol, utilizando un 15% de su tierra agrcola para la produccin de etanol. Brasil, por el contrario, con el 1% o 1.5% de sus tierras actualmente cultivadas, podr reemplazar totalmente su gasolina por etanol.

Para producir el etanol necesario para sustituir 10% de gasolina en Estados Unidos, Brasil necesitara el 3% de su tierra actualmente utilizada para agricultura. Sin embargo, esto podr cambiar en cinco a 10 aos, una vez creada la posibilidad de producir etanol en base a celulosa a gran escala.Por otro lado, Universidad de Toronto concluye que no ser posible aumentar la produccin de etanol con base en maz en EE.UU. ms all de una substitucin del 15% del consumo de gasolina. Solo con la produccin de etanol de celulosa ser posible llegar a niveles mas altos, de hasta el 50% de reemplazo de la gasolina, utilizando materia prima producida en EE.UU.Es importante tambin mencionar la barrera econmica. El etanol brasileo es competitivo si el barril de petrleo se mantiene a un precio mayor de US$40, US$60 en el caso del etanol de EE.UU. y US$80 con el europeo. Los expertos pronostican que el rango de precios por barril en 2010 va desde US$30 hasta US$100.

2.2.2 TEORICOS.Bioetanol como combustible nico:

El etanol, como combustible nico, es utilizado principalmente en Brasil y Argentina. Su uso con temperaturas inferiores a 15C pude dar lugar a problemas de encendido, para que esto no ocurra el mtodo ms comn de solucionarlo es aadirle una pequea parte de gasolina. La mezcla que se usa ms ampliamente es el E85 que est compuesto de un 85% de etanol y un 15% de gasolina.Desafortunadamente el etanol contiene menos energa por litro que las gasolinas, con lo que su rendimiento es menor, pudiendo llegar hasta un 30% menos, principalmente en modelos antiguos, cuando se utiliza el E85. Zab produce el modelo 95 turboalimentado que asegura una mayor economa que los motores de gasolina, utilizando una mayor relacin de compresin, ofreciendo rendimientos semejantes a sus equivalentes con combustibles convencionales.El etanol tiene un octanaje mucho mayor que la gasolina entorno a 110- lo que hace que no se queme de forma tan eficiente en los motores convencionales. El uso continuado de combustibles con una alta proporcin de etanol, como el E85, produce corrosiones en el metal y en las piezas de goma.Mezcla directa de Bioetanol y gasolina:Los motores de encendido pueden funcionar con mezclas de hasta el 25% de alcohol deshidratado sin que sean necesarias modificaciones en el motor. No obstante su rendimiento vara respecto al combustible convencional. Estas son algunas de las diferencias: Reduccin de la potencia y el par motor (aproximadamente un 2% para mezclas al 15%) Aumento del consumo (4% para mezclas del 15%) Aumento de la corrosin de las partes metlicas y componentes de caucho.

Sin embargo, si se ajusta el motor aumentando la relacin de compresin, y adaptando la carburacin a la nueva relacin estequiometria, se consigue una mayor potencia y par motor (9% con una mezcla del 20% de alcohol), mejora el rendimiento trmico y reduce el consumo (7% con respecto a lo que se obtendra solo con gasolina) y una combustin ms perfecta, con menor ndice de carbonizacin y emisin de gases contaminantes (reduccin de CO y HC a medida que aumenta el porcentaje de alcohol en la mezcla).Brasil es el pas que ms ha experimentado con la mezcla de alcohol y gasolina, aumentado su proporcin hasta un valor del 25%, como se ve en la siguiente progresin: 1977 4.5% 1979 15% 1981 20% 1985 22% 1998 25% Desde el ao 2002 entre el 20 y el 25%

Otros pases que utilizan estas mezclas son Nicaragua, EE.UU., Colombia, Argentina, Australia e India, por poner algunos ejemplos.Sin embargo, el lmite mximo de etanol en Europa est limitado por la especificacin del contenido en oxgeno de 2.7%, que supone limitar el uso del etanol al 7.8%. No se proporciona ninguna excepcin para la mezcla de etanol por encima del 7.8%. En algunos pases europeos se utiliza normalmente una mezcla del 5% de etanol.El Bioetanol como aditivo de las gasolinas: ETBEOtra alternativa para el uso del bioetanol como combustibles es transformarlo para su utilizacin en aditivo de la gasolina, en lugar de cmo su sustituto. Con la introduccin de las gasolinas sin plomo, necesarias por el uso de catalizadores para la disminucin de las emisiones nocivas, se vio afectado el nmero de octano de la gasolina. Para recuperar el octanaje y reducir las emisiones contaminantes se aadieron aditivos oxigenantes tales como el metanol, etanol, terbutil alcohol (TBA) o el metil-terbutil ter (MTBE).En los ltimos aos el etil-terbutil ter (ETBE) se est imponiendo sobre los otros aditivos por ser sus emisiones de hidrocarburos menos txicas, debido a que el acetaldehdo es mucho menos txico que el formaldehido, adems de poderse obtener a partir de recursos renovables en lugar del petrleo, como el MTBE. Adems, el ETBE es mucho menos soluble en agua que el MTEB, lo que disminuye la posibilidad de contaminar las aguas.El ETBE presenta dos grandes ventajas sobre el Bioetanol: su menor afinidad con el agua y una presin de vapor ms adecuada que el alcohol, adems de no requerir modificaciones en los motores actuales. Por estas razones su uso se est imponiendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla con la gasolina. En Espaa, por ejemplo, todo el Bioetanol dedicado a la automocin es convertido a ETBE.El ETBE se obtiene por reaccin cataltica de isobuteno y etanol, en una proporcin de 1:0,8, resultando un compuesto con unas cualidades superiores al MTBE y los alcoholes. A continuacin se relacionan algunas de sus ventajas: Baja solubilidad en el agua, menor que el MTBE. Menor contenido de oxgeno (15,7%) que el MTBE (18,2%), por lo que no se necesita modificar el carburador. Menor RVP (Reid vapor presure) (0,27 bar) que el MTBE (0,54 bar) y el etanol (1,22 bar). Reduccin en la emisin de monxido de carbono (CO) e hidrocarburos inquemados. Menor poder corrosivo que los alcoholes. Mayor poder calorfico. Mayor resistencia a la separacin de fase que el MTBE. Mayor rendimiento de fabricacin que el MTBE, a partir de isobuteno.

Caractersticas del Bioetanol.El Bioetanol, como una sustancia qumica, presenta las sgtes. caractersticas:

Punto de ebullicin:78,4 C

Punto de fusin:-114,3 C

Densidad:0,810 g/cm3

Masa:46,07 u

Temperatura crtica:240 C

Acidez (pKa):15,9

Solubilidad en agua:Miscible

Densidad ptica (nD20):1,361

LD50:7,060 mg/Kg (va oral)

Este alcohol es miscible (mezclable) con agua y con la mayor parte de los disolventes orgnicos. Las disoluciones alcohlicas de sustancias no voltiles se denominan tinturas. Si la disolucin es voltil recibe el nombre de espritu.Como producto biolgico, el Bioetanol se caracteriza por provenir de una fuente biolgica: biomasa, cultivos agrcolas (maz, caa de azcar, sorgo, etc.), desechos forestales; a partir de la fermentacin alcohlica producida por diferentes microorganismos.

El Bioetanol como Biocombustible:Es el trmino con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa, organismos recientemente vivos o sus desechos metablicos (como el estircol de la vaca, p. ej.). Se entiende entonces por Biocombustible aquel combustible de origen biolgico que no se ha fosilizado. Si no se aadiera la frase no se ha fosilizado, el petrleo, los carbones minerales (hulla, ligninos, turba, antracitas) y el gas natural seran considerados como biocombustibles, ya que su origen tambin es biolgico; pero han sido fosilizados hace cientos de miles de aos. En ltima instancia, el origen de los Biocombustibles es la energa solar que es almacenada por algunos seres vivos en forma de Biocombustible.

Tipos de Biocombustibles:

Existen diferentes tipos de Biocombustibles, esto atendiendo a varios criterios. De acuerdo a su origen los podemos clasificar en:

Origen del BiocombustibleEspecie o procedencia

Cultivos energticosAgrcolasCardo, sorgo, miscanto, girasol, soya, maz, trigo, cebada, remolacha, especies C4 agrcolas

ForestalesChopos, sauces, eucaliptos, robinias, acacias, especies C4 forestales

Restos de cultivos agrcolasCultivos herbceosPaja, restos de cereales y otras especies herbceas

Cultivos leososOlivo, vid, frutales de hueso, frutales de pepita y otras especies leosas

Restos de tratamientos selvcolasPodas, claras, clareos, restos de cortas finalesEspecies forestales de los montes

Restos de industrias forestalesIndustrias de primera transformacin de la maderaEspecies de madera nacional o importada utilizadas por estas industrias

Industrias de segunda transformacin de la maderaEspecies de madera nacional o importada utilizadas por estas industrias

Restos industriales agro-alimentariasEspecies vegetales utilizadas en la industria de la alimentacin

Restos de explotaciones ganaderasAnimales de granja, domsticos

Restos de actividades humanasTodo tipo de biomasas slidas urbanas

De acuerdo a su aspecto fsico los podemos clasificar en slidos, lquidos y gaseosos, de la sgte. manera:

Aspecto FsicoBiocombustible

SlidosLeas y astillasPajas de cereales y biomasa de cardo, miscanthus, etc.Biocombustibles slidos densificados (pelets y briquetas)Carbn vegetal

LquidosLquido piroleosoLquido de hidrlisisBioetanol y bioalcoholesAditivos oxigenadosAceite vegetalMetilster

GaseososBiogs de origen muy diverso

Los Biocombustibles ms usados y desarrollados en la actualidad son el Bioetanol y el Biodiesel; ya que estos pueden sustituir parte del consumo en combustibles fsiles tradicionales, como el petrleo o el carbn. Otras alternativas como son el Biopropanol y Biobutanol son menos populares, pero no pierde importancia la investigacin en estas reas debido al alto precio de los combustibles fsiles y su eventual trmino (Snchez y Castro, 1997; Camps et. al. 2002, Smith, 2006).

2.3. otros temas:

Demanda externa de biocombustibles

Etanol El 66% de la produccin mundial de etanol se utiliza como combustible en mezclas con gasolinas; 21% se destina a las industrias de cosmticos, farmacutica, qumica y otras; y el 13% restante es orientado a la produccin de bebidas. Ms del 90% del etanol en el mundo se produce a base de caa de azcar y maz (Maximixe, 2007). Se estima que en el 2005, las importaciones mundiales de etanol alcanzaron los 51,5 miles de millones de galones. Los principales bloques econmicos importadores fueron la Unin Europea (39,2%) y los Estados Unidos (18,5%). En la Unin Europea (UE-25), se estima que el consumo de etanol aument en 6,5% durante el 2006. Se proyecta tambin que el consumo alcanzar los 1,7 miles de millones de galones en el 2016 (81,8% de lo actual) (Maximixe, 2007). En los Estados Unidos, el consumo de etanol viene incrementndose aceleradamente, tras ser requerido como reemplazo de aditivos oxigenantes que elevan el octanaje de la gasolina, con el fin de cumplir con normas relativas a la calidad del aire, agua y subsuelo y con el objetivo a largo plazo de reducir su dependencia de petrleo importado. Los Estados Unidos tambin esperaban resolver el problema interno de sobreproduccin de maz, destinando los excedentes a etanol. Sin embargo, este nuevo mercado para el maz, sumado a la creciente demanda por alimentos de China, est contribuyendo a las fuertes subidas de los precios internacionales de los cereales registradas en los ltimos meses. Otros mercados emergentes son China e India. El consumo de etanol en China se incrementara a 1,4 miles de millones de galones antes del 2016. Aunque actualmente China es un exportador neto de etanol, se estima que en el 2016 tendr que importar 133 millones de galones. De otro lado, el consumo de etanol en la India habra ascendido a 603,8 millones de galones durante el 2006, y podra alcanzar 763,1 millones de galones en el 2016, con unas importaciones netas de 118,2 millones de galones en ese ao (Maximixe, 2007). Este crecimiento en la demanda de etanol se debe a que diversos pases han declarado o estn planeando incluir el etanol en su matriz de consumo de combustibles:

Ventajas y desventajas de los biocombustibles y los alcoholes

Biocombustibles

VentajasDesventajas

No incrementa los niveles de CO2 en la atmsfera, con lo que se reduce el peligro del efecto invernadero. Proporciona una fuente de energa reciclable y, por lo tanto, inagotable. Revitalizan las economas rurales, y generan empleo al favorecer la puesta en marcha de un nuevo sector en el mbito agrcola. Se podran reducir los excedentes agrcolas que se han registrado en las ltimas dcadas. Se mejora el aprovechamiento de tierras con poco valor agrcola y que, en ocasiones, se abandonan por la escasa rentabilidad de los cultivos tradicionales. Se mejora la competitividad al no tener que importar fuentes de energa tradicionales. El costo de produccin de los Biocombustibles casi dobla al del de la gasolina o gasleo (sin aplicar impuestos). Por ello, no son competitivos sin ayudas pblicas. Se necesitan grandes espacios de cultivo, dado que el total de la plantacin slo se consigue un 7% de combustible. Por ejemplo, en Espaa habra que cultivar un tercio de todo el territorio para abastecer slo su demanda interna de combustible. Potenciacin de monocultivos intensivos, con el consiguiente uso de pesticidas y herbicidas. El combustible precisa de una transformacin previa compleja. Adems, en los bioalcoholes, la destilacin provoca, respecto a la gasolina o al gasleo, una mayor emisin en CO2. Su uso se limita a un tipo de motor de bajo rendimiento y poca potencia.

Alcoholes*

VentajasDesventajas

Mejores prestaciones globales. Incremento del par y valor energtico por unidad de volumen de mezcla. Combustin ms completa, y menores residuos en general. Aumentara el nmero de puestos de trabajo en el campo. Mejor distribucin de la riqueza. Mayor consumo, debido al menor poder calorfico. Emisin de aldehdos, y posible contenido en cido sulfrico. Problemas de almacenamiento, sobre todo con el metanol.

*Adaptado de Camps et. Al. 2002 y Smith, 2006.

Barreras en el uso del Bioetanol:Las dos principales barreras pasa su uso son las siguientes:

Afinidad con el agua:Los sistemas de transporte y almacenamiento deben estar totalmente libres de agua. Incluso pequeas cantidades de agua en las mezclas etanol-gasolina pueden producir su separacin en dos fases, lo que reduce el rendimiento del motor. El etanol puede actuar como un disolvente que facilita la incorporacin de agua a las mezclas de etanol-gasolina. El agua se puede almacenar en pequeas cavidades de los sistemas con hidrocarburos, tales como caeras, depsitos o sistemas de alimentacin. Esta agua, a menudo, contiene impurezas que normalmente no ocasionan problemas debido a que no se mezcla con los combustibles y se pueden drenar peridicamente. La mezcla de gasolina con etanol puede arrastrar esta agua e incorporarlo al combustible.Debido a los problemas con el agua, se prefiere no transportar estas mezclas por tuberas, usando en su lugar camiones para llevar el Bioetanol hasta los puntos de distribucin, principalmente en EE.UU.

Presin de vapor:Aunque el Bioetanol tiene una relativamente baja presin de vapor, cuando se utiliza como aditivo de la gasolina su presin de vapor efectiva es muy alta, llegando a un valor RVP (Reid Vapor Presure) de 18 psi (124 KPa), lo cual representa una desventaja para su uso. Cuando el Bioetanol se aade a una gasolina formulada adecuadamente, los hidrocarburos con bajo punto de ebullicin, como butanos o incluso pentanos, deben ser reducidos para cumplir con las especificaciones de presin de vapor.Valores bajos de presin de vapor reducen las emisiones debidas a la evaporacin, en los procesos de llenado de los tanques y almacenamiento del combustible. Debido a estos beneficios ambientales es de esperar que las especificaciones de este parmetro sigan mantenindose bajas. En algunos casos, para cumplir especificaciones, es necesario eliminar tambin el pentano. Esto supone un encarecimiento del proceso de produccin de mezclas de etanol y gasolina, por lo que las compaas consideran impracticable reducir ms la presin de vapor.

El Bioetanol y su impacto ambiental.El uso de Biocombustibles como el Bioetanol tiene impactos ambientales negativos y positivos. Los impactos negativos hacen que, a pesar de ser una energa renovable, no sea considerado por muchos expertos como una energa no contaminante y, en consecuencia, tampoco una energa verde.Una de las causas es que, pese a que en las primeras producciones de Biocombustibles slo se utilizaban los restos de otras actividades agrcolas, con su generalizacin y fomento en los pases desarrollados, muchos pases subdesarrollados, especialmente del sureste asitico, estn destruyendo sus espacios naturales, incluyendo selvas y bosques, para crear plantaciones para Biocombustibles. La consecuencia de esto es justo la contraria de lo que se desea conseguir con los Biocombustibles: los bosques y selvas limpian ms el aire de lo que lo hacen los cultivos que se ponen en su lugar.Algunas fuentes afirman que el balance neto de emisiones de dixido de carbono (CO2) por el uso de Biocombustibles es nulo debido a que la planta, mediante fotosntesis, captura durante su crecimiento el CO2 que ser emitido en la combustin del Biocombustible. Sin embargo, muchas operaciones realizadas para la produccin de Biocombustibles, como el uso de maquinaria agrcola, la fertilizacin o el transporte de productos y materias primas, actualmente utilizan combustibles fsiles y, en consecuencia, el balance neto de emisiones de CO2 es positivo.Otras de las causas del impacto ambiental son las debidas a la utilizacin de fertilizantes y agua necesarios para los cultivos; el transporte de la biomasa; el procesado del combustible y la distribucin del Biocombustible hasta el consumidor. Varios tipos de fertilizantes tienden a degradar los suelos al acidificarlos. El consumo de agua para el cultivo supone disminuir los volmenes de las reservas y los caudales de los cauces de agua dulce.Algunos procesos de produccin de Biocombustible son ms eficientes que otros en cuanto al consumo de recursos y a la contaminacin ambiental. Por ejemplo, el cultivo de la caa de azcar requiere el uso de menos fertilizantes que el cultivo del maz, por lo que el ciclo de vida del Bioetanol de caa de azcar supone una mayor reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero respecto al ciclo de vida de combustibles fsiles con ms efectividad que el ciclo del Bioetanol derivado del maz. Sin embargo, aplicando las tcnicas agrcolas y las estrategias de procesamiento apropiadas, los Biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al menos el 50% comparando con combustibles fsiles como el gasleo o la gasolina.

El uso de Biocombustibles de origen vegetal produce menos emisiones nocivas de azufre por unidad de energa que el uso de productos derivados del petrleo. Debido al uso de fertilizantes nitrogenados, en determinadas condiciones el uso de Biocombustibles de origen vegetal puede producir ms emisiones de xidos de nitrgeno que el uso de productos derivados del petrleo.

Una solucin real pero an no disponible es la utilizacin de residuos agroindustriales ricos en hemicelulosas. De esta forma no se utilizaran reas de cultivos nuevas ni utilizacin de alimento para la produccin de Biocombustibles. Un ejemplo de esto es la utilizacin de coseta de remolacha, paja de trigo, coronta de maz cortezas de rboles. La hidrlisis de estos compuestos es ms compleja que la utilizacin de almidn para la obtencin de azcares libres fermentables, por lo tanto, requiere de una mayor cantidad de energa inicial para procesar los compuestos antes de la fermentacin, sin embargo, el costo de produccin es casi nulo al considerar que se trata de residuos. La nica tecnologa eficiente y limpia es la utilizacin de enzimas hemicelulolticas. Existen tres puntos claves que se deben solucionar o perfeccionar antes de aplicar esta tecnologa: (1) Se deben encontrar enzimas ms estables y eficientes, (2) Mtodos menos destructivos de inmovilizacin de enzimas para su utilizacin industrial y (3) Microorganismos capaces de fermentar eficientemente monosacridos derivados de las hemicelulosas (xilosa y arabinosa principalmente).Impactos ambientales del Bioetanol y ciclo del carbono

El Per como productor de Biocombustibles:Ante los precios del petrleo en aumento y el debate de cmo disminuir las emisiones de carbono para mitigar el calentamiento global, los Biocombustibles estn siendo promovidos como una alternativa limpia y renovable. El Per no es ajeno a estos esfuerzos, ya que tanto el estado como el sector privado estn haciendo todo lo posible para investigar e informar sobre todo lo concerniente a este tema. En un esfuerzo del gobierno por normar este tema, el 2007 se aprob la reglamentacin que establece una mezcla obligatoria del 2% de Biodiesel con Diesel 2 para el 2009 y del 5% para el 2011. Adems se estableci una mezcla obligatoria del 7,8% de etanol en gasolina a partir del ao 2011.La naciente industria de los Biocombustibles en el Per ha despertado el inters de varios inversionistas y capitales privados; pero el desarrollo de los mismo es en s un tema complejo ya que implica tanto factores econmicos, agrcolas, energticos, productivos, sociales y ambientales. Las reas disponibles en el Per para la siembra de cultivos energticos son de aprox. 470 mil ha: 50 mil ha para Bioetanol en la costa, 100 mil ha para Biodiesel en la sierra, y en la selva 200 mil ha para Biodiesel de palma aceitera y 120 ha para etanol de caa de azcar. Estos espacios estn empezando a ser utilizados, p. ej. Para el 2008 se haba anunciado la siembra de 50 mil ha de canola para Biocombustibles, desarrollado por el programa Sierra Exportadora.Con todo esto, existen diferentes dificultades que impiden un amplio desarrollo de las tecnologas que permitiran su implementacin y de polticas que las regulen. Esto se debe a los miedos que puedan traer los posibles impactos negativos que pueda conllevar su utilizacin. Entre estos, los riesgos para la seguridad alimentaria nacional por la subida de precio de los alimentos. El Banco Mundial indica que el 75% del incremento de los precios de los alimentos ha sido causado por la produccin de Biocombustibles. Esto tambin afecta al Per; en cuanto a la produccin de Biodiesel, la vulnerabilidad es baja ya que el aceite usado para su produccin (el de palma) es poco usado para consumo humano, siendo el Per dependiente del aceite de soya importado para satisfacer las necesidades de grasas comestibles. En cuanto a la produccin de Bioetanol, el uso de la caa de azcar como materia prima s sera un problema ya que es una fuente importante de energa alimentaria aqu y en toda la regin latinoamericana, por tanto, todos los pases de la regin son vulnerables a incremento de precios o disminucin de la disponibilidad del azcar. Otro de los problemas de la caa de azcar en la costa es que utiliza una gran cantidad de agua y ese es un recurso escaso de la zona. Existen proyectos para producir Biodiesel en la costa a partir de Jatropha (pin blanco), pero el problema se centra en que entrara en competencia con tierras de cultivo para otros alimentos y el agua para riego. Otro problema que se cierne sobre la produccin de Biocombustibles en el Per es referente a la amenaza sobre la Biodiversidad. En la selva los cultivos energticos ejercen una presin sobre los bosques y la biodiversidad. La selva cuenta con ms de 60 millones de ha de bosques primarios de los cuales 10 millones ya han sido deforestados y de stos, el 80% estn abandonados. El desarrollo de cultivos energticos en la selva debe apuntar al uso de esas hectreas de bosques abandonados para no destruir ms bosques primarios. Casos similares de deforestacin y atentados contra la biodiversidad a favor de la produccin de Biocombustibles se han visto en Malasia, Indonesia, Colombia y Brasil.En el Per, el negocio de los Biocombustibles recin comienza y hay una gran incertidumbre respecto a los impactos que esta industria pueda tener en el pas; adems hay una gran desinformacin respecto al tema, sobre todo en el pblico general, lo que genera una polarizacin de ideas.Para cumplir con la demanda interna de Biocombustibles y cumplir con el cronograma de mezclas para el 2009 y 2011, en lo que respecta a Bioetanol, el Per no requiere ms de 10 mil ha de tierras de cultivo; y en cuanto a Biodiesel, se necesitara alrededor de 80 mil ha, pero hasta el momento hay menos de 20 mil ha sembradas, entonces para cumplir con la demanda se necesitara exportar la materia prima, pero el Ministerio de Energa y Minas est en contra de esta posibilidad y espera que para el 2009 ya est disponible esta cantidad de cultivo para Biodiesel. El Per tiene para el 2011 el objetivo de dividir su matriz energtica en 3 fuentes: petrleo (33%), gas natural (34%) y energas renovables (33%). Para cumplir con lo referente a las energas renovables, el estado est entregando concesiones de tierras en los bosques amaznicos y en la costa para promover la produccin de caa de azcar, pero no para satisfacer el mercado nacional. El Per no requiere, en trminos cuantitativos un incremento significativo en la produccin de Biocombustibles, porque su matriz energtica est ms apuntada al tema del gas natural y no tanto al tema de los Biocombustibles, por lo que la produccin de stos est ahora ms centrado a la exportacin y mientras el precio del petrleo siga incrementndose, este rubro aparecer como una interesante fuente de ganancias. En el marco de la implementacin del tratado de libre comercio con los Estados Unidos, se cre el Ministerio del Ambiente y su ministro, el prestigioso eclogo Antonio Brack, ha establecido tres condiciones para la produccin de Biocombustibles en el Per: Que no se talen bosques primarios. Que no se utilicen tierras para la produccin de alimentos. Que se utilice riego tecnificado.

Entonces, en el Per, la produccin de Biocombustibles debe apuntar a resolver los siguientes problemas: la reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero, al desarrollo rural, al abastecimiento energtico; adems de desarrollar ganancias por exportaciones (Dammer y Monteferri, 2008; Coello, 2008).

III. METODOLOGIA

3.1 Tcnicas y mtodos que estn relacionados con el objeto y problema de investigacin.

3.1.1Produccion de Bioetanol (1)5. Procedimiento ExperimentalEl procedimiento experimental que se llevo a cabo para la realizacin de este proyecto se muestra en forma esquemtica en la Figura 5.1. Cada uno de los pasos se describe detalladamente a lo largo de esta Seccin.

Figura 5.1: Diagrama esquemtico del procedimiento experimental.

5.1. Pruebas Preliminares

5.1.1. Solucin Almidn de TrigoSe preparo 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 almidn de trigo en 50 mL de agua destilada.2. Mezclar perfectamente y se almacenar

5.1.2. Prueba de YodoLa prueba de yodo se realizo 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.

Reactivos: solucin de yoduro de potasio (KI) 5mM Solucin de yodo (I2) 5 mM

Preparacin:1. Se prepararon 6mL de una solucin KI/I2 1:1.2. Se tomo una alcuota de 1mL de la muestra y se coloco en un tubo de ensaye.3. Se adiciono 1.5 mL de agua destilada al tubo descrito anteriormente.4. Se colocaron 2.5 mL de la solucin KI/I2 y se agregaron al tubo de ensaye con la muestra y el agua. Se observo el cambio de coloracin.5. Se calibra el espectrofotmetro a una longitud de onda de 580 nm con un blanco que contiene una solucin de 1:1 de la solucin KI/I2 y agua destilada. 6. Se colocaron 3mL de la muestra del tubo de ensaye en una celda.7. Se introdujo la celda al espectrofotmetro, se ley el valor y se registro en la bitcora.

Notas: Al inicio de la hidrolisis cuando haba mucho almidn y forma el complejo con el yodo y se obtiene una coloracin azul intenso. Al final de la hidrolisis cuando el almidn es muy poco y ya no hay complejo con el yodo y la coloracin es casi imperceptible.

5.1.3. Prueba de Azucares ReductoresLa prueba de azucares reductores tiene como objetivo determinar la presencia de grupos carbonilo libres (C=O), de ah su nombre. Esto implica la oxidacin del grupo aldehdo de la glucosa.

Reactivos:1. solucin de Sal de Rochelle (40% w/v)2. solucin DNS (acido dinitrosaliciclico)

Preparacin:1. Se tom una alcuota de 2 mL de la muestra y se colocaron en un tubo de ensaye.2. Se adiciono 2 mL de reactivo DNS.3. La mezcla se coloco en bao Mara a una temperatura de 90 C durante 15 minutos hasta que se desarrolle una coloracin rojiza casi caf.4. Se calibro el espectrofotmetro a una longitud de onda es 575 nm. Con un blanco que contiene una solucin 1:1 del reactivo de DNS y agua destilada.5. Se enfri a temperatura ambiente y se registro el valor de la absorbancia que registra el espectrofotmetro a una longitud de onda de 575 nm.

Notas:Antes de llevar la solucin a 95 C, cuando todava no hay reaccin entre la oxidacin del grupo aldehdo de la glucosa.Despus de que se oxido el grupo aldehdo de la glucosa, por la accin de la temperatura, tornndose la solucin a color marrn.

5.2. Hidrolisis de Almidn de TrigoLa hidrolisis del almidn se llevo a cabo en dos etapas. En la primera etapa se llevo a cabo la reaccin de la enzima-amilasa y la segunda por medio de la enzima glucoamilasa, esto se realiz para obtener glucosa, porque esta es la fuente de carbono (sustrato) que requiere la levadura para crecer y poder producir el etanol.

Procedimiento:1. 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 colocaron 6 g de la enzima-amilasa. La reaccin se dejo a temperatura constante durante 5 horas.6. Se realiz una prueba de cuantificacin de almidn por medio de la prueba de yodo. Si la coloracin observada era lila o casi blanca se podra seguir con la segunda etapa de la hidrolisis. De otro modo, se dejaba reaccionar por ms tiempo hasta que se presentara este color.7. 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 realiz una prueba de azcares reductores, si la coloracin es rojo casi caf la reaccin de la hidrolisis est terminada.

5.3. Experimentacin de la Cintica

Procedimiento:1. En un reactor biolgico de 3.25 L de volumen nominal se agregaron 2 L de solucin de almidn hidrolizada, el cual es el medio de cultivo y se le agregaron 10 g de nutrientes para levadura.2. Se inocul al medio de cultivo del birreactor, 500 mL de la solucin de levadura, que llevaba 24 hr con el inculo.3. Se esteriliz el inculo y se lav perfectamente el biorreactor antes de la operacin.4. Se ajust el biorreactor a una temperatura de 30 C y una agitacin de 150 rpm.5. Se tomaron muestras de 10 mL aproximadamente cada 5 horas y se tom de ah una alcuota de 6 mL y se colocaron en un tubo de centrfuga y se introdujo al equipo por 15 minuto a 4000 rpm.6. Mientras tanto, a los 4 mL sobrantes se les realiz un anlisis de absorbancia.7. Al terminar el tiempo en la centrfuga se tomaron 3 mL del sobrenadante y se guard en un tubo con tapn, se etiquet y se guard en el congelador.

Medio de cultivo:

10 g/L dextrosa diluido en 100 mL 10 g/L peptona de casena 5 g/L de extractos de levadura (yeast extract) 1 g/L de NaCl. Estos ltimos tres diluidos todos en 400 mL.

5.4. 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 analizar 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).

Descripcin del equipo: Marca: Waters Modelo: 2695 Columna C-18 de 5 micras de 150 * 4.6 mm

Condiciones de operacin del CG: Isopropanol-Agua: 58-42 Flujo: 1.2 mL/min

5.4.1. Curva de calibracinUtilizando los datos que se muestran en la Tabla 5.1 se realizo una curva de calibracin, para estimar los valores de concentracin para la prueba de alcohol. La Figura 6.1 muestra la ecuacin de la regresin lineal obtenida..

5.5. Destilacin y PurificacinPara aumentar la concentracin de alcohol de la solucin obtenida posterior a la fermentacin se llevaron a cabo cuatro etapas. Dos destilaciones y dos lubricaciones en las cuales se utilizo acetato de sodio anhidro.

La Tabla 5.2 muestra un resumen de los datos experimentales obtenidos paraEstas cuatro etapas.

5.5.1. Primera y Segunda DestilacinLa primera destilacin se llevo a cabo la destilacin en la columna de destilacin del laboratorio de Ingeniera Qumica donde se hicieron 6 cortes midiendo la concentracin de alcohol como %v utilizando un refractmetro. Cabe destacar que el refractmetro esta referenciado a 20 C, lo que puede causar errores en las mediciones, no obstante, de acuerdo a los fines de este trabajo, dichas variaciones sern despreciadas.La segunda destilacin se llevo a cabo en una columna a escala laboratorio utilizando una columna larga. De igual forma se midi la concentracin puntual en funcin del tiempo, as como la concentracin de los cortes.

5.5.2. Primera y Segunda PurificacinLas purificaciones se llevaron a cabo a escala laboratorio utilizando en ambas ocasiones una columna corta. En ambos casos se utilizo acetato de sodio anhidro para favorecer la separacin.

6. Resultados

6.1. Pruebas PreliminaresTanto la prueba del yodo, como la de azucares reductores se llevaron a cabo de forma cualitativa, resultando ambas positivas.

6.2. Balance de MasaRendimiento tericoSe 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:

Asumiendo que el almidn est compuesto por n glucosas que todo el carbono de estas estuviera disponible para la produccin de alcohol, el rendimiento ser de 69 g de C2H5OH. Si se considera una densidad a 25 C de 798.5096 kg/m3:

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:

Para el clculo del rendimiento de la etapa se considera que el valor inicial de la destilacin n es el mismo que el final de la destilacin n-1. Los resultados se muestran en la Tabla 6.1.

Si bien los rendimientos por etapa resultan altos es posible notar que disminuyen a partir de la segunda destilacin. Asimismo, por ms alto que sea el rendimiento, no justica el aumento mnimo en la concentracin de la solucin.

El peor rendimiento se obtuvo para el caso de la primera destilacin. Esto debido quiz al ser desproporcionadamente grande respecto a nuestra muestra. A lo largo de la columna y al haber tanto volumen muerto existen una considerable cantidad de fugas y posibles mermas.

El rendimiento de la fermentacin resulta sorpresivamente alto, ms si se considera que para obtener el valor terico se supuso que la totalidad de la masa utilizada en un inicio era almidn puro de trigo y que todo el carbono disponible se convertira en etanol. Cabe recordar que el almidn no es una cadena lineal.Si bien la hidrolisis favorece la exposicin de gran parte del carbono, no todo queda expuesto y listo para la fermentacin.

6.3. FermentacinDurante la fermentacin se tomaron muestras del reactor para monitorear la concentracin de alcohol. Esta se determino utilizando la tcnica de cromatografa de gases. Para poder interpretar las reas de los picos fue necesario realizar una curva de calibracin (Figura 6.1). Los resultados de la concentracin de alcohol se muestran en la Figura 6.2.

Figura 6.1: Curva de calibracin para las pruebas de alcohol en el CG.

Analizando la Figura 6.2 es posible observar como en un inicio, la concentracin de alcohol aumenta con una tendencia fuerte, la cual va disminuyendo conforme avanza el tiempo, hasta llegar a un estado casi estacionario, e incluso un poco decreciente. Asimismo, es posible observar que la mxima concentracin es cercana al 5 %v, no muy lejos del 2%v obtenido a travs del ndice de refraccin. Cabe recordar la alta imprecisin de dicho aparato, no solo por las variaciones en la temperatura, sino por la naturaleza de su lectura.

6.4. Etapas de PurificacinLa Figura 6.3 muestra una tabla comparativa con el rendimiento para cada etapa y el porcentaje de alcohol de la solucin obtenida. Claramente se observa que la segunda destilacin, es decir, la primera realizada a escala de laboratorio no solo es la de mayor rendimiento, sino la que en mayor proporcin aumenta la concentracin del destilado. Podra argumentarse que el resto de las destilaciones y purificaciones fueron un tanto obsoletas, pues mas all de purificar ligeramente la solucin, causaron mermas importantes en la muestra.

Figura 6.2: Concentracin de alcohol durante la fermentacin.

La Figura 6.4 muestra la variacin de la concentracin en funcin del tiempo para cada una de las etapas de purificacin. Asimismo se comparan los valores experimentales con los tericos ideales. Si bien los valores resultan poco usuales, es posible notar con claridad que la primera destilacin es la nica notablemente diferente al resto. Es decir, una vez analizada la segunda destilacin, los cambios en la concentracin del destilado fueron prcticamente nulos.

3.1.2SACARIFICACIN Y FERMENTACIN SIMULTNEA PARA LA PRODUCCIN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIN, MEDIANTE PRETRATAMIENTOS ALTERNATIVOS: LQUIDOS INICOS RECICLADOS Y HONGOS DE PUDRICIN BLANCA (2)

5.2.- Metodologas

Antes de profundizar en detalle cada metodologa y procedimiento, en la Ilustracin 5.1 se presenta un diagrama de bloques que indica todas las etapas relevantes y/o involucradas en el actual estudio para producir bioetanol a partir de residuos forestales.

Ilustracin 5.1. Diagrama de Bloques de las etapas relevantes y/o involucradas en el estudio para producir bioetanol a partir de residuos forestales. Los bloques de color azul corresponden a las etapas contempladas en el trabajo; en naranjo, etapas no realizadas en el trabajo realizado y en verde las etapas realizadas en el trabajo como ensayos de control, pero no reportadas en los resultados.

5.2.1.-Secado de Material Las muestras de madera son llevadas a secado por 24 horas a una estufa Gallenkamp a 60C, asegurando que no exista una carbonizacin de material. La prdida de masa se estima midiendo el porcentaje de humedad hasta que se mantenga constante el peso del material. La Ecuacin indica la frmula de porcentaje de humedad utilizado.

5.2.2.- Recuperacin de Lquido Inico Para recuperar el lquido inico se realiza una destilacin en dos etapas. La primera etapa se realiza en un Rotovapor Stuart mediante un bao de glicerol a 110C con una rotacin de 30 RPM, el cual permite eliminar el 90% del agua de lavado. Como segunda etapa de destilacin se utiliza el equipo MERCK HEIDOLPH MR Hei-Standard con un bao de glicerol a 150C el cual provoca la ebullicin del resto de agua presente en la mezcla, con lo que disminuye al mnimo la cantidad de agua retenida en la mezcla (bajo el 5%), sin embargo no fue posible determinar la humedad exacta del lquido inico debido a su propiedad hidroscpica al agua, que evita disminuir an ms la humedad, sin importar el mtodo de secado utilizado. Desde la segunda recuperacin en adelante, previamente a la destilacin, se realiza un proceso de filtrado con papel filtro con la finalidad de eliminar la mayor cantidad de slidos en suspensin y azcares disueltas en la solucin Agua-L.I..

5.2.3.- Aislamiento de colonias de levadura y obtencin de inculo La metodologa utilizada para el aislamiento de colonias de levadura y obtencin de inculo son los mismos realizados en el estudio de Niklitschek.

5.2.4.- Determinacin actividad de celulasas La actividad para las celulasa Celluclast 1,5L empleada en el presente estudio fue de 87 FPU/ml. El procedimiento para estimar dicho valor corresponde al mtodo clsico utilizado en previos estudios [17, 20]. En el estudio de Niklitschek se utiliz celulasa Celluclast 1,5L con una actividad nominal promedio de 70 FPU/ml.

5.2.5.- Determinacin actividad de celobiasas La actividad para las celobiasa Novozyme 188 empleada en el presente estudio fue de 650 CBU/ml. El procedimiento para estimar dicho valor corresponde al mtodo clsico utilizado en previos estudios.

5.2.6.- Medicin de Glucosa Para estimar la concentracin de glucosa se utiliza un kit comercial de ensayo GlucoPap marca Randox (GL2623). El procedimiento usado para determinar dichos valores fue el mtodo clsico utilizado en previos estudios. 5.2.7.- Medicin de azcares reductores Para estimar la concentracin de los azcares reductores se utiliza el mtodo del cido dinitrosaliclico (DNS), en donde el estndar corresponde a glucosa. El procedimiento usado para determinar dichos valores fue el mtodo clsico utilizado por estudios anteriores [13, 19, 22]. La curva de calibracin de Concentracin de Azcar vs Absorbancia a 540 nm, con un ajuste R2= 0,9975, se puede observar en el Anexo B.

5.2.8.- Medicin de etanol mediante Cromatografa Gaseosa (GC) Para disminuir el ruido provocado por la presencia de compuestos orgnicos no deseados en las muestras obtenidas de la fermentacin, las muestras son filtradas utilizando una membrana de nitrocelulosa de 0,22 m de poro y 13 mm de dimetro Advantec MFS. Inc. El cromatgrafo gaseoso utilizado es de marca PerkinElmer modelo Clarus 500 con un detector de llama ionizante FID que se encuentra a 250C para gasificar las muestras en estado lquido, se utiliza una columna capilar Supelco Nukol de slica con medidas de 15 m X 0,53 mm X 0,5 m (catlogo #25326). El gas carrier (fase mvil) es helio y los estndares son de etanol diludo. El software integrado Total Chrome proporciona la interfaz computador-cromatgrafo. El mtodo utilizado fue el siguiente: Inicialmente el horno se mantiene a 50C por 2 minutos y luego, mediante una rampa de 20C/min, se alcanza la temperatura de 150C mantenindola por 5 minutos. Se utiliza una microjeringa para inyectar 5 l de muestra, lo que se traduce en un pico de banda de etanol con un rea asociada proporcional a la concentracin de etanol presente en la muestra. Se realizan dos mediciones por muestra y se estima la concentracin de etanol mediante las curvas de calibracin, que se realizan cada vez que se hacen las mediciones. Un ejemplo de curva de calibracin se puede observar en el Anexo B.

6.- Procedimientos

El procedimiento del trabajo a realizar consta de tres etapas. La Primera Etapa consiste en la realizacin de un estudio de pretratamientos con lquidos inicos reciclados (desde ahora L.I. rec.) con distintas cargas de L.I. realizadas paralelamente a Nothofagus pumilio (lenga) y Eucalyptus globulus Labell (eucalipto), para luego ver sus efectos en la hidrlisis enzimtica (desde ahora H.E.). La Segunda Etapa es una continuacin del estudio anterior donde se busca realizar Fermentaciones y Sacarificaciones simultneas (SSFs) con variaciones en parmetros recomendados que permitan obtener el mejor rendimiento posible, todo esto utilizando un pretratamiento con L.I. rec. conforme a los resultados de la primera etapa. Los parmetros que se variarn se consideraron respecto a las recomendaciones de estudios anteriores [13], stos se mencionan a continuacin: Carga Enzimtica entre 5-20 [FPU/g material] Concentracin inicial de inculo entre 0,1 -1,0 [g.p.s./L] Aumento del tiempo de Fermentacin a 96 [horas]

La Tercera Etapa es realizar una SSF con material pretratado biolgicamente recomendado por estudios anteriores [31] utilizando las condiciones de la segunda parte que entreguen el mayor rendimiento posible, tanto para lenga como para eucalipto. En el Anexo C se entrega un Diagrama de Decisiones que ilustra cmo se seguir el trabajo a realizar.

6.1.- Estudio de pretratamiento con Lquido Inico y Sacarificacin

6.1.1- Pretratamiento con Lquido Inico (L.I) El pretratamiento con LI puro, utilizado como control, fue realizado bajo las mejores condiciones de operacin encontradas en trabajos anteriores [13] el cual considera una proporcin de material lignocelulsico / L.I. de 1:3 p/p, con una base de 0,5 gr. de material por tipo de residuo (lenga o eucalipto). El pretratamiento se realiz en un equipo MERCK HEIDOLPH MR Hei-Standard con un bao de glicerol a 150C controlados por una termocupla. Las muestras de lenga y de eucalipto se incubaron por 15 y 30 minutos respectivamente. El pretratamiento con LI reciclado se realiz con las proporciones 1:3, 1:5, 1:9 y 1:10 basndose en estudios anteriores [13, 19] en base a un uso de 0,5 gr. de material por tipo de residuo (lenga o eucalipto). El pretratamiento se realiz bajo las mismas condiciones que con LI puro. Posterior a los pretratamientos las muestras son llevadas a un recipiente con hielo, la fraccin slida de las muestras fue lavada con 200 ml de agua destilada y filtrada con papel filtro. Las muestras son llevadas al proceso de secado de material. Del agua de lavado se toman 50 l para la posterior medicin de azcares reductores y glucosa. El resto del volumen de agua utilizada para el lavado se recupera en una botella para una nueva destilacin y recuperacin de L.I.El clculo de la prdida de peso no se consider un factor relevante para determinar la factibilidad de los pretratamientos con LI reciclado, por lo tanto no sern reportados. Sin embargo el rango estimado para las muestras de lenga fue entre 10 15% en base seca y entre un 5 8% en base seca, para eucalipto.

6.1.2.- Sacarificacin (Hidrlisis Enzimtica) La sacarificacin fue realizada bajo las mejores condiciones encontradas en estudios previos [13], el cual considera una carga de sustrato 5% p/v, en base a 0,1 gramos de material por muestra. La carga enzimtica de celulasas fue de 37 [FPU/gr. material] y la adicin de celobiasas se mide segn la relacin celulasas/celobiasas (v/v) de 7,5:1. Definido los volmenes de enzimas se completan los 2 ml del volumen de trabajo con tampn acetato de sodio (50 mM; pH 4,8) y Tween 20 (2,5 g/l) y se deja incubando en un agitador rotatorio (ZHCHENG modelo ZHWY100B) a 200 rpm por 72 horas a 50C. Se toman muestras de 40 l a las 0, 24, 48 y 72 horas. Las muestras son centrifugadas en un equipo Eppendorff Centrifuge 5403 a 12.857g por 5 minutos a 4C. El sobrenadante se almacena a 4C para la posterior determinacin de glucosa y azcares reductores. Todos los experimentos fueron realizados en triplicado y los valores promedios (con su debida desviacin estndar) fueron reportados.

6.2.- Estudio de Sacarificacin y Fermentacin Simultnea (SSF) mediante un pretratamiento con Lquido Inico reciclado

6.2.1.- Pretratamiento con Lquido Inico puro (Control) El material utilizado fue sometido a un pretratamiento con lquido inico puro. Segn los resultados reportados en estudios anteriores [13] se estim la carga de material de 1:3 para lenga . Para lenga el pretratamieto se realiz en un bao de glicerol a 150C controlados por 15 minutos y para eucalipto, a un bao de glicerol a 150C controlados por 30 minutos. Todo esto se realiz en el equipo MERCK HEIDOLPH MR Hei-Standard, luego el material fue lavado con agua destilada y posteriormente llevado a secado en una estufa Gallenkamp a 60C. Solo se realiz un experimento control sobre lenga, ya que existen referencias y resultados [13] que permiten comparar los resultados.

6.2.2.- Pretratamiento con Lquido Inico reciclado El material utilizado fue sometido a un pretratamiento con lquido inico reciclado. Segn los resultados de la parte anterior. Para lenga, se carg el material en una proporcin 1:5 (g material/g LI reciclado) en un bao de glicerol a 150C controlados por 15 minutos. Todo esto se realiz en el equipo MERCK HEIDOLPH MR Hei-Standard, luego el material fue lavado con agua destilada y posteriormente llevado a secado en una estufa Gallenkamp a 60C.

6.2.3.- Sacarificacin y Fermentacin Simultnea (SSF) De la fraccin slida (secada) post pretratamiento, se pesa el material lignocelulsico y se carga en una razn 10% p/v, considerando un volumen de trabajo de 40 ml en matraces Erlenmeyer-modificados. La suspensin en donde se realizan las reacciones est constituida por un medio base-enzima que se detalla a continuacin. Para lenga, la carga enzimtica a utilizar fue de 5, 15, 20 [FPU/g material]. El medio tiene como base el tampn Acetato de Sodio (50 mM; pH 4,8), 5 [g/l] de extracto de levadura; 0,5 [g/l] de (NH4)2HPO4; 0,025 [g/l] de MgSO4x7H2O y 2,5 [g/l] de Tween 20. La cantidad del medio base a utilizar se estima segn el volumen de enzimas e inculo aplicados. Las concentraciones iniciales de inculo fueron 0,1; 0,5 y 1 [g.p.s/l], para lenga. Las condiciones de incubacin son a 37C a una agitacin de 200 RPM durante 96 horas. Todas las incubaciones son realizadas en un incubador rotatorio marca Innova modelo 4300 o en un agitador rotatorio (ZHCHENG modelo ZHWY100B). Durante el proceso de SSF, se tomaron muestras de 300 l con una jeringa estril de 3 ml de capacidad a los tiempo 0, 24, 48, 72 y 96 horas. Las muestras se centrifugan (Eppendorff Centrifuge 5403) 12.857g por 5 minutos a 4C, 40 l se almacenan a 4C para el posterior anlisis de azcares reductores y glucosa, realizando el mismo procedimiento que en el Estudio de Pretratamiento con Lquido Inico y Sacarificacin. El volumen restante del sobrenadante se almacena, en tubos eppendorf de 1,5 ml a 4C, para el posterior anlisis de etanol, siguiendo la metodologa detallada anteriormente. Todos los experimentos fueron realizados en duplicado y se reportan los valores promedios y su error de medicin.

6.3.- Estudio de Sacarificacin y Fermentacin Simultnea (SSF) mediante un pretratamiento biolgico

6.3.1.- Pretratamiento con Hongos de Pudricin Blanca El pretratamiento con Hongos de Pudricin Blanca (HPB) se realiz paralelamente al trabajo realizado y dada las recomendaciones de los resultados obtenidos anteriormente [24, 29, 30], se entrega la tabla 6.7 que indica las condiciones de operacin del pretratamiento y resultados obtenidos (razn glucosa/azcares reductores).

7.- Resultados y Discusin La presentacin de los resultados seguir el orden acordado en el Captulo VI de Procedimientos del trabajo de investigacin. Como recordatorio se tiene que la primera parte consta de un estudio de pretratamientos con LI reciclados a distintas cargas para eucalipto y lenga, usando proporciones de material lignocelulsico y LI de 1:3, 1:5, 1:9, 1:10 para observar su factibilidad. La segunda parte corresponde a la estrategia SSF previo pretratamiento con LI reciclados con variaciones en los parmetros: Concentracin inicial de inculo (0,1; 0,5; 1,0 [g.p.s./L]) y carga enzimtica (5, 15, 20 [FPU/g material]). La tercera parte consta de la realizacin de la estrategia SSF previo pretratamiento con hongos de pudricin blanca, utilizando los mejores parmetros encontrados. A continuacin se presentarn las discusiones independientes de las etapas del trabajo, las conclusiones finales y finalmente se darn las recomendaciones que permitan continuar con el trabajo en la produccin de bioetanol a partir de residuos forestales, mediante pretratamientos alternativos.

7.1. Primera etapa: Estudio del efecto del uso de Lquido inico reciclado, sobre la hidrlisis enzimtica

En esta Primera Etapa se observarn los resultados obtenidos en las sacarificaciones posteriores a la realizacin de pretratamientos con lquidos inicos reciclados con distintas cargas o proporciones (material/ LI) para lenga y eucalipto. La etapa de reciclo del LI consta principalmente de 3 etapas importantes: 1. Obtencin del LI utilizado: una vez que el LI es utilizado, despus del lavado se acumula en recipientes. La caracterstica principal de esta solucin es que contiene azcares y otros compuestos inhibitorios como furfurales y lignina [17], los cuales se van acumulando a medida que aumenta la cantidad de veces que se recicla. 2. Filtracin: en esta etapa se busca eliminar la mayor cantidad de slidos en suspensin y en lo posible, compuestos no deseados que interfieran en la actividad del LI. 3. Destilacin: realizada principalmente en un rotovapor que eliminara gran cantidad del agua utilizada para el lavado del material, adems se recomienda utilizar LI reciclado con menos de un 5% p/p de agua [38], por lo tanto se realiza otra etapa de destilacin a mayor temperatura para asegurarse de eliminar casi en su totalidad el agua de lavado.

En la Ilustracin D.1 (ver Anexo D) se muestra una imagen del proceso de obtencin del LI reciclado.

7.1.1.- Resultados para Eucalipto En la Ilustracin 7.1, que corresponde a la Hidrlisis enzimtica realizada a eucalipto, se observa una sacarificacin en todos los casos superior al caso sin pretratamiento (destacado con color azul), lo cual era de esperarse debido a los antecedentes obtenidos [19]. Se puede apreciar que a las 72 horas no es concluyente la aparicin de un valor mximo en la sacarificacin, esto se explica porque la concentracin de azcares y glucosa en particular no son lo suficientemente alta para producir la inhibicin por producto final de las enzimas hidrolticas [34]. La sacarificacin con LI reciclado (LI rec.) es factible para todos los casos logrndose obtener aproximadamente 200 mg de azcares reductores por gramo de material cuando se utiliza una carga 1:3. Sin embargo el mejor caso se reporta cuando se utiliza LI puro, obtenindose a las 72 horas sobre 250 mg de azcares reductores por gramo de material.

Algo similar se obtiene para la glucosa, siendo el mejor caso nuevamente el pretratamiento con LI puro. Para los pretratamientos con LI rec. se obtiene un mejor resultado con LI rec. con una carga peso material lignocelulsicos/LI reciclado de 1:9, logrndose 150 mg de glucosa por gramo de material. Estos resultados tienen un comportamiento similar a las obtenidos en trabajos anteriores [19], ya que las conversiones y rendimientos para eucalipto son bajos en comparacin a otros materiales lignocelulsicos como lenga, maz o trigo [13, 19, 22]. Esto tiene una explicacin ya que la densidad del eucalipto es mucho mayor que el resto de los otros materiales lignocelulsicos mencionados [9], por lo tanto tiene una resistencia mayor a la humectacin por solventes y por ende una resistencia a la exposicin de la celulosa para la sacarificacin. Es por esto adems que el pretratamiento realizado debi ser por mayor tiempo (30 minutos), de la misma forma que en estudios previos.

Ilustracin 7.1. Hidrlisis enzimtica para eucalipto durante de 72 horas con una carga enzimtica de 37 FPU/g material a 50C por 30 minutos. La carga de L.I. puro fue de 1:3 (p/p), las cargas de LI reciclado fueron: 1:3, 1:5, 1:9 y 1:10. S/P indica Sin Pretratamiento. (A) Perfil de azcares reductores totales. (B) Perfil de glucosa. 30Para el eucalipto se aprecia la Ilustracin 7.2, que consecuentemente indica que el mejor caso es con LI puro con una selectividad9 del 70% obtenindose as un 44% de rendimiento10 (261,59 [mg A.R./g de eucalipto] y 185,05 [mg glucosa/g de eucalipto]), luego lo sigue el pretratamiento con LI reciclado 1:3 con un rendimiento del 69%/67%11 respecto al terico. Entonces como decisin final se puede optar por utilizar LI puro como el mejor caso, pero dada una visin econmica a la problemtica ante el valor del LI, es posible decidir a favor del pretratamiento con LI reciclado con una carga 1:3.

Ilustracin 7.2. Cantidad de azcares liberadas en eucalipto a las 72 horas y Selectividad de la sacarificacin. A.R. (azcares reductores). La carga de L.I. puro fue de 1:3 (p/p), las cargas de LI reciclado fueron: 1:3, 1:5, 1:9 y 1:10. S/P indica Sin Pretratamiento (A) Cantidad de azcares liberadas a las 72 horas. (B) Selectividad del pretratamiento entre glucosa y otros azcares

7.1.2.- Resultados para lenga En la Ilustracin 7.3 se observan los resultados para lenga. Aqu los pretratamientos con LI rec. tienen un comportamiento muy similar a lo que ocurre con el LI puro, obtenindose cantidades similares de azcares reductores totales y de glucosa. Adems es posible notar que la sacarificacin llega a un plat a las 48 horas, esto puede deberse a que la concentracin de azcares, sobre 30 [g/L], liberadas provocan la inhibicin por producto (celobiasa y glucosa) de la celulasa, lo cual es similar a lo observado con estudios que caracterizan estas enzimas, en que sobre los 35 [g/L] existe el problema de la inhibicin [33]. Esto se puede reflejar en los mejores casos de pretratamiento, no as en los casos de carga 1:3 y 1:10 donde la liberacin de azcares no es suficiente para interpretar que se alcanz un valor mximo de la concentracin de azcares reductores en el medio.

Los mejores casos se observan con cargas 1:5 y 1:10, con una cantidad aproximada de 600 mg de azcares reductores por gramo de material y de 400 mg de glucosa por gramo de material, similar a lo esperado para la sacarificacin para lenga [13]. Por lo tanto existe una gran factibilidad de utilizar LI reciclado para los pretratamientos de lenga.

Ilustracin 7.3. Hidrlisis enzimtica para lenga durante de 72 horas con una carga enzimtica de 37 FPU/g material a 50C por 15 minutos. La carga de L.I. puro fue de 1:3 (p/p), las cargas de LI reciclado fueron: 1:3, 1:5, 1:9 y 1:10. S/P indica Sin Pretratamiento. (A) Perfil de azcares reductores totales. (B) Perfil de glucosa.

Dado que la sacarificacin llega a un valor constante a las 48 horas en la mayora de los casos y luego ocurren anomalas, tales como la reduccin de la cantidad de azcares a las 72, en algunos casos se prefiri tomar como referencia la sacarificacin hasta las 48 horas. Siguiendo el mismo razonamiento que para eucalipto, el resultado con LI puro entrega un rendimiento de sacarificacin del 91% con una selectividad del 70% (674,7 [mg A.R./g de lenga] / 408,3 [mg glucosa /g de lenga]). Los pretratamientos con LI rec. 1:5 y LI rec. 1:10 entregan un total de glucosa y A.R. liberadas respecto al obtenido con LI puro de 94%/104% y 90%/104%, respectivamente. Entonces como mejor opcin tecno-econmica se tiene el pretratamiento con LI reciclado 1:5.

Cabe mencionar que el efecto de lograrse sobre el 100% de la sacarificacin de celulosa, se puede deber principalmente al arrastre de A.R. que el LI reciclado contiene, debido principalmente al lavado de ste cuando se utiliza para pretratamientos y que al momento de reutilizarlo en el pretratamiento puede existir una adhesin de los azcares al material que no se retira al momento de ser lavado y que termina aportando a los valores encontrados de glucosa, efecto que se ha reportado en estudios anteriores [17, 20]. Sin embargo no se estim el aporte del efecto. Algo que s se podra realizar para observar dicho aporte es observar el material pretratado con LI reciclado en un medio adecuado sin enzimas hidrolticas y observar si existe un aumento considerable de los azcares totales en el medio por efectos difusivos y convectivos de la agitacin misma, que liberen los azcares adheridos. Por lo tanto para evitar este efecto que puede conducir a confusin, solo se utiliza LI reciclado que fue recuperado mximo dos veces para evitar una acumulacin de azcares y la acumulacin de compuestos txicos o inhibitorios para los procesos fermentativos, como furfurales. En todo caso este efecto a nivel industrial no debiese ser negativo, ya que se logra con esto poder recuperar gradualmente los azcares reductores que se pierden con el solvente.

Ilustracin 7.4. Cantidad de azcares liberadas en lenga a las 48 horas y Selectividad de la sacarificacin. A.R. (azcares reductores). (A) Cantidad de azcares liberadas a las 48 horas. (B) Selectividad del pretratamiento entre glucosa y otros azcares

Comparando los resultados de sacarificacin, previo pretratamiento con LI reciclados aplicados a eucalipto y lenga, es posible indicar que el pretratamiento para lenga es mucho mejor que para eucalipto y esto puede explicarse por las diferencias de densidad que tienen ambas especies, siendo la lenga mucho ms susceptible a la humectacin por algn solvente [9]. Adems es posible observar estas diferencias en los rendimientos en trabajos anteriormente realizados [17]. Otro factor no menor es que la granulometra de ambas especies no era exactamente la misma. A pesar de que en ambos casos las partculas de madera se retenan por el mismo nmero de malla, existi una pequea diferencia de tamao (largo especficamente) lo que podra afectar directamente en la superficie de reaccin enzimtica por gramo de material. El material lignocelulsico utilizado y sus diferencias se pueden ver en la Ilustracin D.2 del Anexo D.Para efectos del trabajo, las condiciones de pretratamiento escogidas para la siguiente etapa se resume en la Tabla 7.1.

Tabla 7.1. Resumen de los pretratamientos a utilizar para la Segunda Etapa del trabajo

7.2.- Estudio de Sacarificacin y Fermentacin Simultnea (SSF) previo pretratamiento con Lquido Inico recicladoDe acuerdo a los resultados obtenidos en la Parte I y por lo que indica el Diagrama de Decisiones (Ilustracin C.1), en esta seccin se presentarn todos los resultados respecto a la estrategia SSF previo pretratamiento con LI reciclado, bajo las condiciones que se indicaron en la Tabla 7.1. Los resultados se presentarn en milgramos (mg) por gramo de material lignocelulsico, lo que permite representar de mejor manera los resultados. En la Ilustracin 7.5, se observa el comportamiento de la estrategia SSF en lenga con la menor Concentracin Inicial de Inculo (C.I.I.) utilizada, que fue de 0,1 [g.p.s./L]. Como es posible analizar en la Ilustracin 7.5A a medida que transcurre el tiempo de la fermentacin, mayor es la cantidad de bioetanol presente, lo que era de esperarse. Para determinar que s existe una sacarificacin conjunta y no solo hubo un consumo de los nutrientes presentes en el medio como extracto de levadura [13], la Ilustracin 7.5B muestra que la cantidad de azcares reductores aumenta en el transcurso del tiempo, pero la concentracin de glucosa se mantiene prcticamente nula, lo que permite inferir que s existe una sacarificacin de la madera y tambin un consumo de la glucosa para producir bioetanol. Para las C.I.I. de 0,5 y 1,0 [g.p.s./L] los resultados tiene un comportamiento similar que se presentan en las Ilustraciones 7.6 y 7.7 lo que permite deducir que el comportamiento general de la estrategia SSF es similar independiente de la C.I.I., pero donde existen diferencias es en los rendimientos que se presentan en la Tabla 7.2.

Ilustracin 7.5. . Perfiles cinticos de fermentacin, usando la estrategia SSF para lenga previo pretratamiento con LI reciclado, con una C.I.I.= 0,1 [g.p.s./L], a distintas cargas enzimticas. En azul 15 [FPU/g material], en rojo 20 [FPU/g material] y en verde 5 [FPU/g material]. (A) Perfil cintico de la generacin de bioetanol. (B) Perfil cintico Produccin de Azcares Reductores totales y Glucosa.

Ilustracin 7.6. Perfiles cinticos de fermentacin, usando la estrategia SSF para lenga previo pretratamiento con LI reciclado, con una C.I.I.= 0,5 [g.p.s./L], a distintas cargas enzimticas. En azul 15 [FPU/g material], en rojo 20 [FPU/g material] y en verde 5 [FPU/g material]. (A) Perfil cintico de la generacin de bioetanol. (B) Perfil cintico de Produccin de Azcares Reductores totales y Glucosa.

Ilustracin 7.7. Perfiles cinticos de fermentacin, usando la estrategia SSF para lenga previo pretratamiento con LI reciclado, con una C.I.I.= 1,0 [g.p.s./L], a distintas cargas enzimticas. En azul 15 [FPU/g material], en rojo 20 [FPU/g material] y en verde 5 [FPU/g material]. (A) Perfil cintico de la generacin de bioetanol. (B) Perfil

Un comportamiento a considerar es la velocidad de generacin continua de azcares reductores para todos los casos, esto tiene una explicacin que se basa en que el MO utilizado solo puede consumir glucosa, por lo tanto es esperable que no exista una acumulacin de glucosa, pero no consume azcares de cinco carbonos, los que se van acumulando. La estrategia SSF disminuye la inhibicin por producto de las enzimas hidrolticas, por lo tanto es posible que la actividad de dichas enzimas se mantenga y siga liberando azcares no fermentables durante toda la fermentacin. Este efecto es el que diferencia las estrategias SHF de la SSF [28]. Los resultados de la Tabla 7.2. muestran el rendimiento de etanol12 calculado para cada combinacin de C.I.I. y carga enzimtica, con el fin de establecer si existe alguna correlacin entre ambos parmetros en estudio y su incidencia en el rendimiento de etanol de la fermentacin.

Tabla 7.2, Resumen de la concentracin final en [g/L] y rendimientos de etanol porcentuales de la estrategia SSF en lenga previo pretratamiento con LI reciclado. Rendimiento mximo terico 0,51 [g etanol/g glucosa]. Se consideran los carbohidratos aportados por el extracto de levadura, para que sea un rendimiento absoluto, procedimiento similar al utilizado anteriormente

De la Tabla 7.2. es posible destacar que a mayor concentracin inicial de inculo , mayores son los rendimientos encontrados, y en el caso de la C.I.I. de 1,0 [g.p.s./L] resulta ser independiente de la carga enzimtica utilizada, esto puede deberse principalmente a que a menores C.I.I. el consumo de glucosa para crecimiento es mayor. Resultados similares se encontraron en estudio previos donde a mayor concentracin inicial de inculo los rendimientos son mucho mayores [13]. Sin embargo, no existe una relacin determinante en los rendimientos cuando se estudia el efecto de la carga enzimtica, como se aprecia en la Tabla 7.2. Comparando estos resultados con los estudios previos, se puede percibir que los rendimientos son entre el 50 60% respecto a los reportados en la literatura [13]. Esto se puede deber principalmente a que el pretratamiento con LI reciclado puede contener compuestos txicos (furanos) que afectan directamente en las fermentaciones [36], ya que podra permitir la adherencia de estos compuestos en el material lignocelulsico y provocar la disminucin en el rendimiento de las levaduras. Esto no ocurre con el LI puro, porque los compuestos txicos, como furfurales y lignina, se eliminan cuando el material lignocelulsico es lavado por un antisolvente como agua[39]. Para ilustrar de mejor forma las diferencias entre los resultados con LI puro y reciclado, se realiz un experimento control de SSF con un pretratamiento de LI puro sobre lenga. La Ilustracin 7.8, muestra el comportamiento en la generacin de bio