EL ETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN SERÁ CAPAZ DE COMPETIR CON ETANOL DE PRIMERA GENERACIÓN?

Q.I. JORGE FRANCISCO RAMÍREZ PÉREZ

Tecnología y ciencia del biocombustible

BIOETANOL DE PRIMERA GENERACION

La primera generación de etanol fue adoptado rápidamente, inicialmente como un oxigenante y luego como combustible para el transporte.

La producción mundial total creció de 17,1 BL en 2000 a 73,9 en 2009 BL que es un aumento de 430% o 17,7% de crecimiento anual.

Un enfoque principal de apoyo reciente del gobierno de biocombustibles ha sido la comercialización de biocombustibles de segunda generación derivados de la lignocelulosa.

LIGNOCELULOSA

La lignocelulosa es el principal componente de la pared celular de las plantas, La lignocelulosa está constituida por tres polímeros estructurales: lignina, celulosa y hemicelulosa. Las propiedades químicas de sus componentes hacen de ella un substrato de enorme valor biotecnológico.

Los materiales lignocelulósicos, por su alto contenido de azúcares fermentables, han merecido particular atención como sustrato alternativo en la producción de etanol. En este sentido, con respecto a los sustratos tradicionales (azúcar de caña y remolacha, y materiales amiláceos), presenta la gran ventaja de su extraordinaria disponibilidad

BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACION

Se le llama bioetanol de segunda generación al etanol obtenido a partir de material lignocelulósico, a menudo llamado biomasa. Esto quiere decir material de origen biológico que contiene azúcares, pero es clasificado como desecho.

El etanol derivado bioquímicamente se produce generalmente a partir de materiales lignocelulósicos mediante un proceso que involucra a los cuatro pasos principales: pre-tratamiento, hidrólisis de azúcares, de fermentación y recuperación del producto.

MÉTODOS

Un modelo de hoja de cálculo técnico-económico fue creado para determinar el costo actual de producción de etanol lignocelulósico y el impacto en el costo total de producción de las diversas estrategias de reducción de costos.

Modelo incluye entradas sobre el tipo de materia prima, la escala de las instalaciones, los factores de operación y la capacidad, los costos de instalación, financiamiento de la estructura y las consideraciones operativas, tales como mano de obra, las enzimas y los suministros.

RESULTADOS

Los resultados del modelo muestran junto con los costos reportados en la literatura que tanto el maíz de EE.UU. y Brasil así como los costos de producción de etanol de caña de azúcar están en el rango de $ 0,30 - $ 0,40 L-1, mientras que el etanol lignocelulósico es 250-300% más alto en $ 0,90 L-1.

Los costos de materias primas son la mayor fuente de variación reportados para la producción de etanol de primera generación.

RESULTADOS

40 BL de etanol debe ser producido en el año 2020 con un aumento de la producción acumulada de más de diez años (2010 a 2020) de 160 BL. Desde 2010 una cifra de base de 0,38 BL, esto es equivalente a 8.65 duplicaciones.

En base a los costos de producción actuales y futuros, el avance que define la reducción de costos para cada duplicación del volumen de producción se puede calcular usando la fórmula:

C1 = C0 • Pd

SELECCIÓN DE MATERIAS PRIMAS

Cuando la composición de una amplia gama de materia prima se comparó, era evidente que podría haber importantes diferencias en la producción teórica de etanol.

Debido a la dificultad en el proceso de hidrólisis y sobre la base de las diferencias estructurales entre los tipos de biomasa, rendimiento teórico por sí solo no debe utilizarse como base para la elección de la materia prima más atractiva.

REDUCCIÓN DE COSTOS: ENZIMAS

Después de los costos de capital y de materias primas, enzimas son el mayor costo asociado con la producción de etanol lignocelulósico según el modelo. Celulasas comerciales contienen endoglucanasas, celobiohidrolasas, β-glucosidasa (cellobioase), así como otras enzimas auxiliares.

Para representar los costos de la contribución de las enzimas del total de producción de etanol lignocelulósico se puede aproximar por la ecuación:

Donde E es el precio de la enzima en etanol $ L-1, P es el precio de las proteínas en $ kg-1, L es la carga de enzima en unidades papel de filtro (FPU)-1 g de celulosa, C es el contenido de celulosa de la biomasa (%), A es la actividad de la enzima en FPU-1 g de proteína, Y es el rendimiento de etanol en L BDT-1.

ESCALADA

Impacto de la capacidad de la planta y factor de escala sobre la contribución de capital para el costo de producción de etanol de segunda generación. "A" escenarios se basan en un costo de instalación de $ 3.50 L-1, capacidad anual de 50 ml año-1, 'B' escenarios en un costo de instalación de $ 2.50 L-1 capacidad anual a 50 ML año-1, y 'C' escenario en un costo de instalación de $ 1.50 L-1 capacidad anual a 50 ML año-1.

EQUIPO-DIGESTOR

Los resultados muestran que la biomasa lignocelulósica es mucho mayor costosa en el pre-tratamiento y su rendimiento más bajo por unidad de materia prima que un proceso de maíz a etanol.

En comparación con la hidrólisis del almidón, la hidrólisis de la celulosa difiere principalmente en la capacidad del reactor requerido por unidad de producción de azúcar.

Aunque el rendimiento en azúcar es significativamente inferior por tonelada utilizando tiempos cortos de residencia, la velocidad de hidrólisis, y por lo tanto las toneladas de celulosa hidrolizada, se maximiza.

PRE-TRATAMIENTO

El mayor costo entre el etanol de primera y segunda generación es el pre-tratamiento.

Debido a su alto contenido de lignina, la madera blanda es normalmente la materia prima más difícil hidrolizar. Pre-tratamientos tales como AFEX y agua caliente son suficiente para romper la matriz de lignocelulosa y permitir el acceso de la enzima a las fibras celulosa.

CO-PRODUCTOS

Se evaluaron algunos de los co-productos que podrían ser producidos en un proceso de lignocelulosa en etanol, mientras que la estimación de los ingresos esperados que pueden ser generados a partir de una tonelada de materias primas de biomasa diferentes suponiendo un 75% de rendimiento de etanol a partir de azúcares C6 y no fermentación de azúcares C5.

ADMINISTRACIÓN

Tanto el calor y energía se puede obtener como co-productos del proceso de etanol-lignocelulosa. Con un rendimiento de 300 L bdt-1, aproximadamente un tercio de la energía inherente a la biomasa (suponiendo 18,5 GJ bdt-1), o 6,3 GJ bdt-1, se produce en la forma de etanol. Dos tercios restantes de energía inherente, o GJ 12,2 bdt-1, se puede utilizar para la generación de energía. Suponiendo que la eficiencia de calor 65% y 25% de eficiencia eléctrica, la producción de calor sería igual a 26,4 MJ L-1 y la producción eléctrica de 2,8 kWh L-1.

Esto se compara con las estimaciones de necesidad interna de calor de proceso 16-19 requisito MJ L-1 y de 0,9 kWh eléctrico L-1

DISCUSIÓN

Esta estimación de alto nivel de costos lignocelulósicos anticipados a la producción de etanol se llevó a cabo para determinar si las reducciones de costos significativos en los componentes de producción, tales como las enzimas de celulasa podría traducirse en la producción competitiva con respecto a los procesos de etanol de maíz.

La reducción en el precio de las enzimas celulasa ha sido un punto focal para el proceso de lignocelulosa-etanol. Sin embargo, basándose en el análisis presentado aquí, será extremadamente difícil para los proveedores de enzimas y los productores de etanol obtener la biomasa

Otro punto importante son las mejoras tecnológicas y reducción de los costos reales de los aparatos que deberán ser combinados con el aumento de escala para reducir los costos por unidad de producción.

CONCLUSIÓN

Es evidente que, para que el etanol de segunda generación pueda competir con etanol de primera generación, debe producirse grandes reducciones de costos, incluyendo los costos de capital y operativos.

Es probable que el etanol lignocelulósico requiera subsidios adicionales o apoyo de la política más allá de los que ofrecen actualmente al etanol de maíz, a fin de que sea competitivo en 2020.