Caracterización química de Caracterización química de EucalyptusEucalyptus globulusglobulus yy E. E. nitensnitenspara la producción de para la producción de bioetanolbioetanol
Carolina ParraCarolina Parra, , AlexánderAlexánder Berrocal, Berrocal, Juanita Juanita FreerFreer,, Jaime Rodríguez, Jaime Rodríguez, Miguel Espinosa,Miguel Espinosa, Jaime BaezaJaime Baeza
Universidad de Concepción
Taller Internacional de Taller Internacional de BioenergíaBioenergía para un para un Desarrollo Sustentable Desarrollo Sustentable
Viña del Mar, 2004Viña del Mar, 2004
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles
ETANOL (incluye ETBE)BIODIESELBIOGAS
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles
E-5E-10E-85E-95
90% del consumo de
biocombustibles
ETANOL
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBeneficios uso Beneficios uso biocombustiblesbiocombustibles
AMBIENTALES
SEGURIDAD ENERGETICA
DESARROLLO ECONOMICO
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNBiocombustiblesBiocombustibles
Biofuels in the Future“Although grain, sugar and oil crops to be important biomass resources the use of lignocellulosic biomass is essential in the longer terms”
“International Energy Agency Bioenergy. Annual Report 2003
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNMaterias PrimasMaterias Primas
La producción de Biomasa en el mundo es de 170 billones de ton/año.
El 70% es aportado por losbosques.
La madera es 50% celulosay 20-25 % hemicelulosa.
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera
MaderaMadera
Sustancias de baja masa Sustancias de baja masa molecularmolecular
Sustancias Sustancias MacromolecularesMacromoleculares
Materia Materia OrgánicaOrgánica
Materia Materia InorgánicaInorgánica
ExtraíblesExtraíbles CenizasCenizas
LigninaLigninaPolisacáridosPolisacáridos
Celulosa Poliosas
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera
Estructura de la CelulosaEstructura de la Celulosa
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNComposición de la MaderaComposición de la Madera
Hemicelulosa de madera dura
Hemicelulosa de madera blanda
Estructura Estructura de Ligninade Lignina
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNPlantaciones ForestalesPlantaciones Forestales
Fuente: INFOR 2000
Otros155.712 ha
Pino radiata1.474.773 ha
Eucalipto358.616 ha
Total: 2 millones ha
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNVentajas de usar Pino ó EucaliptoVentajas de usar Pino ó Eucalipto
MaderaBlanda
MaderaDura
Pino EucaliptoCelulosa 35-55% 40-60 %
HemicelulosaHexosasPentosas
12-15%8-10%
2-7%12-15%
Lignina 28-31 15-22%Crecimiento Lento Rápido
Fuente: Mansilla, 1991; Hills, 1982
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNEvaluación de PinoEvaluación de Pino
“Effect of tree age on variation of Pinus radiata D Don. Chemical
composition.”
J. Chil. Chem. Soc. 49, Nº 3: 251-256 (2004)
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNDistribución de Eucalipto en ChileDistribución de Eucalipto en Chile
212 1 1074 2184
42868
2869221765
129535
82063
56864
11528
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
I II III IV V VI VII VIII IX X M
Región
Supe
rfic
ie (h
a)
Arauco31%
Bio Bio33%
Concepción24%
Ñuble12%
Fuente: INFOR, CONAF, Empresas. 1998
0
2
4
6
8
10
12
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
20112012
20132014
20152016
20172018
Periodo (años)
Vol
umen
(mill
ones
m3 ss
c/añ
o)E. globulus E. nitens Total
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNDisponibilidad Futura de Madera de EucaliptoDisponibilidad Futura de Madera de Eucalipto
Fuente: INFOR. Informe Técnico No 151, 2000.
BIOETANOL BIOETANOL Laboratorio Recursos RenovablesLaboratorio Recursos Renovables
Evaluación Material Lignocelulosicodisponible.Definir Recurso Forestal Optimo para el ProcesoOptimización Procesos Tradicionales
PretratamientosConversión Química
EnzimáticaDesarrollo de un Proceso No Tradicional
Procesos Organosolv
OBJETIVOOBJETIVO
Determinar rendimiento biomásico de plantaciones de eucalipto y los rendimientos potenciales para la producción de bioetanol
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
Simulación del crecimiento y rendimiento de los árboles.Estudio de la composición química de árboles de diferente rango de edad.Estimación de la producción de bioetanol.Proyección de la producción de bioetanol.
MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSMuestras de maderaMuestras de madera
E. globulus E. nitens1-3 -4-6 4-6
7-10 7-1011-15 11-1516-20 16-2021-25 21-2526-30 ->30 -
Rangos de edad (años)
MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSDeterminación de AzúcaresDeterminación de Azúcares
Hidrólisis con ácido Sulfúrico72% H2SO4, 30 ºC, 30 min.
2,5% H2SO4, 120ºC, 60 min.Neutralización
HPLC Columna Aminex HPX-87P
MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSSimulación del crecimiento de los árbolesSimulación del crecimiento de los árboles
Simulador de Crecimiento EUCA 2000 V3.0
Densidad inicial 1250 árboles/haSin manejo silvicultural2 zonas por especie con Indice de Sitio diferente
Volumen m3 ssc/ha
Etanol (L/t) = Azucares (%) * ph * pe * pt * pg * pl* (0,01)
MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSEstimación Teórica de la Producción de EtanolEstimación Teórica de la Producción de Etanol
Fuente: U.S. Department of Energy, 2003
Azúcares = Sumatoria de hexosas ó pentosas anhidras;
ph = 1,11 lb hexosas/1 lb azúcar polimérico ó1,136 lb pentosas/1 lb azúcar polimérico;
pe = 0,51 lb etanol/1 lb hexosas;pt = 2000 lb etanol/1 tonelada de hexosas; pg = 1 gal etanol/6,55 lb de etanol; pl = 1 litro etanol/0,26gal; L = litros; t = tonelada de materia seca.
Rendimiento (L/ha) = Ethex * Db * V * 0,001
MATERIALES Y METODOSMATERIALES Y METODOSRendimiento Teórico de la Producción de EtanolRendimiento Teórico de la Producción de Etanol
Fuente: U.S. Department of Energy, 2003
Ethex = Cantidad de etanol que se produce por tonelada de materia seca a partir de las hexosas
Db = Densidad básica de la maderaV = Volumen de madera que se produce por hectárea (m3
sólidos sin corteza/ha).
RESULTADOS Y DISCUSIÓNRESULTADOS Y DISCUSIÓN
RESULTADOS Y DISCUSIÓNRESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para determinar la edad óptima de una plantación, con una mayor producción de Bioetanol se debe relacionar la productividad del bosque a diferentes edades con la cantidad de azúcares presentes a cada edad.
GLUCOSA % b.s. XILOSA % b.s.Rango edad
(años) E. globulus E. nitens E. globulus E. nitens1-3 44,9 - 16,2 -4-6 47,9 42,2 15,2 17,0
7-10 48,5 43,2 15,0 16,1
11-15 50,2 49,3 15,7 14,9
16-20 53,2 46,4 13,0 15,1
21-25 53,2 45,0 14,3 15,7
26-30 55,9 - 13,6 ->30 55,0 - 13,4 -
COMPOSICIÓN QUÍMICACOMPOSICIÓN QUÍMICAAzúcares Azúcares E. E. globulusglobulus y y E. E. nitensnitens
ESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLE. E. globulusglobulus
97 91 90 94 78 87 82 80
345353336337318308302284
0
100
200
300
400
1-3 4-6 7-10 11-15 16-20 21-25 26-30 >30Edad (años)
Eta
nol (
L/to
n)
Hexosas PentosasEucalyptus globulus
ESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLESTIMACIÓN PRODUCCIÓN ETANOLE. E. nitensnitens
269 276312 297 288
102 9689 91 94
0
100
200
300
400
4-6 7-10 11-15 16-20 21-25Edad (años)
Eta
nol (
L/to
n)
Hexosas Pentosas
Eucalyptus nitens
CONCLUSIONCONCLUSIONParcialParcial
El rango de edad de máxima producción de bioetanol es de 20-25 años para E. globulus y de 11-15 añospara E. nitens. Utilizando el incremento medio de la producción de bioetanol, se determinó que la edad óptima de corta es entre los 7-10 años para ambas especies.
SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOSIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOE. E. globulusglobulus
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Edad (años)
Vol
umen
(m3 ss
c/ha
)
Valle Alto Valle Bajo Costa Alto Costa Bajo
SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOSIMULACIÓN DEL CRECIMIENTOE. E. nitensnitens
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Edad (años)
Vol
umen
(m3 ss
c/ha
)
Valle Alto Valle Bajo Precordillera Alto Precordillera Bajo
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPlantaciones de Plantaciones de E. E. nitensnitens
Eucalyptus nitens
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
4-6 7-10 11-15 16-20
Edad (años)
Etan
ol (L
/ha)
Precordillera AltaPrecordillera BajaValle AltoValle Bajo
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPROYECCIÓN PRODUCCIÓN ETANOLPlantaciones de Plantaciones de E. E. globulusglobulus
Eucalyptus globulus
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
1-3 4-6 7-10 11-15 16-20
Edad (años)
Etan
ol (L
/ha)
Costa AltoCosta BajoValle AltoValle Bajo
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
La proyección de la producción de bioetanol en diferente sitios de la VIII Región, permitió establecer que los terrenos con indice de sitio altos son los más adecuados para obtener una mayor producción.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Para E. globulus el rango de edad óptimo es de 7-10 años para los cuatro sitios estudiados. Para E. nitens los rangos de edad varían dependiendo del sitio evaluado, suelos con indice de sitio alto el rango es de 4-6 años, y de 11-15 años para suelo con indice de sitio bajo.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Los rango de edad obtenidos, como óptimos para una mayor producción de bioetanol, indican que el tiempo de permanencia de las plantaciones deberían ser cortos. Estos tiempos podrían ser menores dependiendo del tipo de suelo que se utilice y de la densidad de la plantación.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
De acuerdo con la información obtenida sería interesante la evaluación de plantaciones de corta rotación para aumentar la biomasa y obtener mejores rendimientos.
Los autores agradecen el apoyo de
Innova-BíoBio-Abengoa (Proyecto 03-
A1-153) y Fondecyt (Proyecto
N°1040614).
AGRADECIMIENTOSAGRADECIMIENTOS
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNEstimación de la producción de etanol de Estimación de la producción de etanol de Pinus radiataPinus radiata D DonD Don
Rango Edad(años)
EtanolHexosas(L/ton ssc)
EtanolHexosas + Pentosas
(L/ton ssc)
1-3 316 3754-6 325 367
7-10 367 40711-15 380 41316-20 381 41521-25 402 42926-30 401 430>30 361 392