ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caa deAzcarISSN: 0138-6204revista@icidca.edu.cuInstituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caa de AzcarCuba

Vials-Verde, Mabel; Bell-Garca, Antonio; Michelena-lvarez, Georgina; Ramil-Mesa, MarlenObtencin de etanol a partir de biomasa lignocelulsica

ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caa de Azcar, vol. 46, nm. 1, enero-abril, 2012, pp. 7-16Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caa de Azcar

Ciudad de La Habana, Cuba

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=223123848002

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Proyecto acadmico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

7Mabel Vials-Verde, Antonio Bell-Garca, Georgina Michelena-lvarez,Marlen Ramil-Mesa

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caa de AzcarVa Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrn, La Habana, Cuba

mabel.vinals@icidca.edu.cu

RESUMEN

Se muestra el estado de la literatura en cuanto a la obtencin de etanol a partir de hidro-lizados lignocelulsicos, una alternativa muy estudiada en la actualidad en el mundocon vistas a disminuir el costo del etanol combustible. Se reportan los materiales ligno-celulsicos que estn en estudio siendo el bagazo de caa de azcar y los derivados delmaz los ms utilizados. Se presentan los mtodos de pre-tratamiento, purificacin delhidrolizado, fraccionamiento de la celulosa, obtencin de microorganismos genetica-mente modificados y produccin a nivel de planta piloto e industrial. Los mtodos de pre-tratamiento por explosin por vapor y de purificacin por "overliming" son los ms estu-diados con resultados satisfactorios. Entre los mtodos de fraccionamiento de la celulo-sa, la sacarificacin y fermentacin simultneas (SSF) se reporta como el proceso msnovedoso y eficiente para la obtencin de etanol a partir de biomasa aunque a nivel deplanta piloto e industrial se contina trabajando con el sistema de hidrlisis cida. Semuestran algunos resultados obtenidos con microorganismos genticamente modificadoscomo la levadura Saccharomyces y la bacteria Escherichia coli.Palabras clave: etanol, materiales lignocelulsicos, hidrlisis.

ABSTRACT

In this work is shown the state of the literature for the obtaining of ethanol starting fromlignocellulosic hydrolysates, an alternative very studied at the present time in the worldwith a view to diminishing the cost of the combustible ethanol. The lignocellulosic mate-rials more studied are the sugar cane bagasse and derived of the corn. The pre-treatmentmethods, purification of the hydrolyzate methods, division of the cellulose methods, stu-dies of obtaining of genetically modified microorganisms and production at level of plantpilot and industrial are presented. The pre-treatment methods of vapor explosion andpurification for "overliming" are the more studied with satisfactory results. The sacharifi-cation and simultaneous fermentation (SSF) is reported as the most novel and efficientprocess for the obtaining of ethanol starting from biomass, although at plant pilot andindustrial level is continuous working with the system of sour hydrolysis. It shown someresults obtained with genetically modified microorganisms as the yeast Saccharomycesand the bacteria Escherichia coli. Keywords: ethanol, lignocelulosic materials, hydrolysis.

ICIDCA sobre los derivados de la caa de azcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 7 - 16

INTRODUCCIN

La mayora de los pases latinoamerica-nos, entre ellos los productores de azcar,estn en la bsqueda de una estrategia parala reconversin de sus tecnologas producti-vas y dar respuesta con ello a la apertura denuevos mercados y a la integracin regio-nal. Con la disminucin de las reservas delcombustible fsil y el aumento de los pre-cios de este, la bsqueda de una materiaprima alternativa para reemplazar el petr-leo se ha intensificado de un extremo a otrodel mundo (1).

El aumento de la produccin de alcoholen el mundo est aparejado con el desarro-llo de nuevas tecnologas que permitanobtener etanol a partir de residuos agrcolas,maderables, de desechos slidos y de todoslos materiales que contengan celulosa yhemicelulosas, para permitir entonces reva-lorizar los desechos de varias industrias yconvertirlos en materia prima para la obten-cin de alcohol (2,3).

La produccin de etanol de maz esuna tecnologa establecida, pero es unafuente bsica de alimentacin mundial(1,4). La bsqueda de una alternativa reno-vable debe lograrse mediante el uso demateriales lignocelulsicos para produciretanol, debido a ser abundantes y relativa-mente baratos. Aunque los procesos soncostosos en la actualidad, los avances enla biotecnologa deben conllevar a una dis-minucin sustancial del costo de conver-sin de estos materiales a etanol. La posi-bilidad de producir etanol de biomasa debajo costo debe ser la clave para que el eta-nol sea competitivo al compararlo con lagasolina (5).

El uso de biomasa celulsica en la pro-duccin de etanol ha sido beneficiosoambientalmente. La aplicacin a gran esca-la de bioetanol como un combustible detransportacin puede contribuir sustan-cialmente a la reduccin de la emisin deCO2 y otras emisiones (SO2 y NO2) desdereceptores de transporte. El etanol celul-sico puede reducir el efecto invernadero(5,6).

El objetivo de este trabajo es analizar lastecnologas que se utilizan en el mundo,para la obtencin de etanol a partir de mate-riales lignocelulsicos que constituyen de-sechos industriales.

MATERIAS PRIMAS ESTUDIADAS

El inters por el uso de materiales ligno-celulsicos como materia prima en procesosde transformacin por microorganismos esimportante desde hace varias dcadas.Entre las razones fundamentales se tienenque:- La materia lignocelulsica es el producto

agroindustrial de mayor abundancia.- Es una fuente de materia prima renova-

ble, por constituir una parte estructuralen el reino vegetal (2).

- Los materiales lignocelulsicos sonmenos costosos que los materiales con-vencionalmente utilizados para produciretanol (7).

Sus tres mayores constituyentes (celulo-sa, hemicelulosas y lignina) encuentranaplicaciones prcticas apreciables: celulosay hemicelulosas para obtener etanol y/o bio-masa y lignina como fuente de combustible,adhesivos o inmunoadyuvantes (2).

Las fracciones ms importantes para laobtencin de etanol y otros productos qu-micos a partir de la biomasa lignocelulsicason las hemicelulosas (15 al 30 % del pesoseco del material) y la celulosa (35 al 50 %del peso seco del material) (8).

La biomasa lignocelulsica es menoscostosa que los materiales convencional-mente utilizados para producir etanol (7).Entre los materiales lignocelulsicos msutilizados o estudiados para la obtencin deetanol se hallan los residuales agrcolas yforestales. Entre los residuos agrcolas, seencuentran los de la industria azucarera,siendo el bagazo de la caa de azcar, elmaterial ms utilizado y estudiado debido aque es un residuo abundante, renovable yde bajo costo. La paja de caa de azcar esten fase de estudios previos para determinarsu factibilidad (9).

En la industria del maz molido se repor-tan estudios con la fibra de maz que repre-senta una fuente renovable que est dispo-nible en cantidades significativas y debeservir potencialmente como una materiaprima para la produccin de alcohol gradocombustible (10). Otros residuos menosestudiados de esta industria, son las hojas,tallos y mazorcas.

Tradicionalmente, la paja y la cscara dearroz se queman unidas con otros residuos

8

agroindustriales. Estos residuos, a largoplazo, podran convertirse en fuente de bio-masa para soportar el crecimiento sustan-cial de la industria del etanol en EstadosUnidos, unido a los residuos de la industriadel maz (5).

El material residuo de la cosecha demandioca puede ser usado en la produccinde etanol, para obtener rendimientos acep-tables (11).

Otros residuos agrcolas estudiados son:la paja de trigo (12), los tallos de girasol(13), los tallos de tabaco (14), las cscara deman (15) y los residuos de la industria de lanaranja (16), entre otros.

Entre los desechos forestales que se pue-den utilizar se encuentran: la madera subu-tilizada, residuos leosos, maderas corrom-pidas, exceso de rboles nuevos y pequeosrboles. Tambin se pueden explotar losrboles de rpido crecimiento, los arbustosy algunas hierbas (5).

ESTADO DE LA TECNOLOGA

Procesamiento de los materiales lignocelu-lsicos

La fermentacin tradicional convierte laglucosa en etanol, pero en el caso de losmateriales lignocelulsicos, la celulosa debeser primero convertida a azcares simplespor hidrlisis y entonces fermentada paraproducir etanol (5,1). Debido a esto, la mate-ria prima lignocelulsica debe ser procesa-da por las etapas que se muestran a conti-nuacin:1. Preparacin del material lignocelulsico.2. Pre-tratamiento (fraccionamiento de las

hemicelulosas y parte de la lignina).3. Purificacin del hidrolizado (si es nece-

sario).4. Hidrlisis principal (fraccionamiento de

la celulosa).5. Purificacin del hidrolizado (si es nece-

sario).6. Fermentacin.7. Recuperacin del etanol.

Preparacin del material lignocelulsicoLos residuos lignocelulsicos, despus

de colectados, deben ser procesados ade-cuadamente, mediante la reduccin deltamao por procesos de cortado y/o molidoy posteriormente lavado, si fuera necesario.

De esta forma, los materiales estn listospara su procesamiento (8).

Pre-tratamientos del material lignocelulsicoPara la utilizacin de los carbohidratos

que constituyen la biomasa es necesario elrompimiento de la estructura lignocelulsi-ca, a travs de un pre-tratamiento, con el finde separar la fraccin hemicelulsica, ricaen xilosa y parte de la lignina.

El pre-tratamiento de los materiales lig-nocelulsicos es una etapa muy importantepara mejorar la eficiencia del proceso defraccionamiento de la celulosa, debido a serestos materiales poco susceptibles a ataquesenzimticos y microbianos por su composi-cin y estructura fsico-qumica. Esto sedebe a la estrecha relacin estructural queexiste entre la celulosa, hemicelulosas y lig-nina que forma estructura no accesible a lasenzimas y a otros agentes qumicos y a lacristalinidad de la celulosa (2).

El objetivo del pre-tratamiento esaumentar la susceptibilidad del materialpara obtener un sustrato lignocelulsicoreactivo que sea altamente accesible al ata-que qumico, microbiolgico o enzimtico.Para esto se pueden utilizar mtodos fsicos,qumicos, fsico-qumicos y biolgicos(2,17).

Entre los procesos de pre-tratamientoms estudiados est el tratamiento conexplosin a vapor con aplicaciones envarios productos lignocelulsicos. Este pro-ceso se ha estudiado tambin catalizado conSO2 (10). En la literatura se reporta que estemtodo es muy efectivo debido a queaumenta la deslignificacin del material yeste se hace ms susceptible a la hidrlisisposterior. Las condiciones de temperatura ytiempo con mejores resultados son 190 Centre 5 (10) y 10 minutos (12) para procesoscatalizados con SO2 y 205 C en 10 min(14,18) en procesos sin catalizar. Los hidro-lizados obtenidos presentan en su composi-cin, adems de los azcares, xilosa, gluco-sa y otros azcares, cidos alifticos, aldeh-dos furnicos y compuestos fenlicos quepueden afectar el proceso fermentativo pos-terior, por lo que deben ser sometidos a unapurificacin si se mezclaran con el produc-to de la hidrlisis principal (19).

El proceso de oxidacin hmeda ha sidoestudiado ampliamente. Como principalesresultados se reportan aumentos en la con-

9

vertibilidad enzimtica de la celulosa dehasta 5 veces (16). En estudios comparativoscon el mtodo de explosin a vapor se detec-t que los hidrolizados obtenidos por oxida-cin hmeda contienen ms cidos alifticosy menos aldehdos furnicos. Adems, loscompuestos fenlicos formados fueron dife-rentes para cada tratamiento y se obtuvo unaalta concentracin en la oxidacin hmeda.Tambin se observ que los tratamientos queusaron oxidacin hmeda tuvieron unamejor fermentabilidad usando fermentacinseparada o sacarificacin y fermentacinsimultneas (SSF) que el hidrolizado obteni-do con explosin a vapor (20). El tratamientode oxidacin hmeda se ha estudiado enmedio alcalino con buenos resultados (21).

Un mtodo muy utilizado para separarlas hemicelulosas de la celulosa es la hidr-lisis cida, donde la materia prima lignoce-lulsica es sometida a una solucin cida atemperaturas medias. De este pretratamien-to se obtiene una solucin rica en xilosa yun residuo slido que contiene celulosa ylignina. La celulosa podr ser procesadapara la obtencin de etanol y la solucinrica en xilosa puede ser utilizada para obte-ner xilosa pura o un derivado de la xilosa(22) o puede ser fermentado a etanol usan-do microorganismos que fermentan azca-res de 4 o 5 tomos de carbono a etanol (8).

Un desarrollo reciente e interesante dela hidrlisis de las hemicelulosas y pre-tra-tamiento de la celulosa es el proceso cidocarbnico. Este proceso emplea agua lquidacomprimida caliente saturada con CO2,como agente para promover la hidrlisis delas hemicelulosas y el rompimiento de laestructura lignocelulsica, para aumentar omejorar la subsiguiente hidrlisis de la celu-losa. Esta tecnologa evita el uso de cidosminerales y la produccin de residuos aso-ciados al proceso y recicla algo del CO2 pro-ducido durante la fermentacin (6).

Con el objetivo de destruir las estructurascristalinas de la celulosa para preparar lamasa de alimentacin se puede utilizar ladestruccin con vapor. En este proceso, labiomasa es cortada a un tamao apropiado yalimentado en un cilindro de reaccin a altaspresiones. El slido se agita continuamentecon vapor a presin. La presin causa la ace-tilacin, auto-hidrlisis de las hemicelulosasa xilosa y fundicin de la lignina. La biomasaresidual se convierte en un producto viscoso

de celulosa, constituido por polisacridos quepueden ser digeridos por las enzimas.

El doctor Lazlo Paszner desarroll unainvestigacin para el pre-tratamiento ehidrlisis de la biomasa a etanol. La ligninaen la biomasa es extrada y sometida a unproceso con acetona acidificada a elevadastemperaturas y presin. Posteriormente, laacetona es separada por destilacin de lamezcla acetona - lignina, liberando la ligni-na para la generacin de electricidad ocalor. Los residuos hemicelulosas y celulosason fcilmente hidrolizables para producirazcares para la fermentacin (23).

La etapa siguiente al pretratamiento es laetapa de fraccionamiento de la celulosa ohidrlisis principal, si no es necesario puri-ficar el producto.

Purificacin de hidrolizados hemicelulsicoso celulsicos

Posterior al proceso de pre-tratamiento ode hidrlisis de la celulosa, en algunoscasos es necesario un proceso de purifica-cin debido a la existencia en el hidrolizadode compuestos txicos que pueden afectarla fermentacin del hidrolizado a etanol,por lo que en la literatura se reportan losestudios siguientes: Hidrolizados de bagazo de caa de az-

car, obtenidos por explosin a vapor,sometidos a purificacin enzimtica portratamiento con lacasa fenoloxidasa ypurificacin qumica por el proceso over-liming. Overliming removi parcialmentelos compuestos fenlicos y otros inhibi-dores de la fermentacin como cido ac-tico, furfural e hidroximetilfurfural(HMF). Los hidrolizados se fermentaroncon Saccharomyces cerevisiae eficiente-mente (18).

Hidrolizados de madera pre-tratados porexplosin a vapor fueron purificados porlos mtodos overliming con hidrxido decalcio, lavado con agua y lavado en dosfases con agua y acetato de etilo. Losmayores rendimientos fueron obtenidoscon tratamiento por overliming, hidrli-sis cida y fermentacin (19).

Hidrolizados de fibras de maz con cidosulfrico fueron sometidos a un procesode neutralizacin por dos variantes: tra-tamiento con cal y tratamiento con resinaaninica. Los hidrolizados tratados conresinas tenan menos compuestos inhibi-

10

dores como el furfural, HMF y cido ac-tico, pero removi del hidrolizado msazcares que el otro tratamiento. Los ren-dimientos obtenidos fueron similarespara ambos tratamientos (24).

Hidrolizados de madera blanda fuerontratados por el proceso overliming concenizas de madera para aumentar la fer-mentatividad del hidrolizado y se logrla reduccin de inhibidores furnicos ycompuestos fenlicos (25).

Fraccionamiento de la celulosaDespus del tratamiento, el material se

somete a una hidrlisis qumica o enzimti-ca. Los mtodos qumicos ms empleadospara convertir la celulosa a azcares sim-ples son la hidrlisis cida concentrada ydiluida, ambas usando cido sulfrico.

Hidrlisis cido diluidoConvencionalmente, la hidrlisis cida

diluida se realiza en dos etapas por las dife-rencias que existen entre la degradacin dela celulosa y las hemicelulosas, la primeraetapa es un pretratamiento. El fracciona-miento de la celulosa se realiza a altas tem-peraturas para optimizar la hidrlisis de lacelulosa (5,8).

La hidrlisis cido diluido es una tecno-loga vieja de conversin de biomasa a eta-nol. Esta puede realizarse poniendo en con-tacto el material celulsico con una solu-cin diluida de cido sulfrico a altas tem-peraturas por un tiempo determinado. Serealiza en reactor agitado o a flujo a contra-corriente en un reactor esttico en un cortotiempo, alta concentracin de slidos y altastemperaturas (240 C) (8).

Se han realizado algunas experienciasindustriales con procesos cido diluido.Alemania, Japn y Rusia han operado plantasde percolacin con hidrlisis cido diluido enlos pasados aos 50. En muchos de estoscasos, el diseo de percolacin no fue com-pletamente competitivo en el mercado. En laactualidad se estn analizando oportunidadescomerciales para esta tecnologa, lo cual com-bina mejoras recientes y oportunidades pararesolver los problemas ambientales (8).

Hidrlisis cido concentradoSegn DiPardo (2003) (5) para tratar el

producto lignocelulsico con el tratamientode hidrlisis cido diluido, la biomasa se

seca antes de la adicin del cido sulfricoconcentrado; posteriormente, se adicionaagua para diluir el cido y se calienta paraliberar los azcares para producir un gelque puede ser separado del residual slido.Para la recuperacin del cido se puedenutilizar columnas cromatogrficas que sepa-ran el cido de los azcares. El mtodo decido concentrado es usado por Arkenol ensu planta de paja de arroz y la planta de RoLinda en Sacramento (8).

El Laboratorio de Energa RenovableNacional (NREL) estima que la recuperacinde cido y el rendimiento de azcares para elproceso de hidrlisis cido concentrado debeproveer ahorros de 3,7 cent./litro de etanol yel cido diluido 5 cent./litro de etanol (5).Algunos estudios usan para la hidrlisis el100 % del cido reciclado. Los trabajos msnotables fueron realizados por las autorida-des del Valle de Tennesse que desarrollarontecnologas para la conversin de materialescelulsicos a etanol combustible en los aos50, la Universidad del sur de Missisipi y lacorporacin Arkenol en Nevada (27,28).Resinas comerciales son tambin usadaspara separar el cido de los azcares sindiluir los azcares. El cido retenido en elazcar se neutraliza con hidrxido de calciopara obtener sulfato de calcio hidratado (25).

Entre las desventajas de estos procesosde hidrlisis cida figuran: - La hidrlisis cido diluido tiende a ren-

dir una gran cantidad de subproductos.- La hidrlisis cido concentrado forma

menos subproductos pero por razoneseconmicas el cido debe reciclarse. Laseparacin y reconcentracin de cidogenera ms complejidad al proceso, ade-ms el cido sulfrico es altamentecorrosivo y difcil de manipular.

- Ambos procesos se realizan a altas tempe-raturas (entre 100-200 C) lo cual puededegradar los azcares, y se reducen lasfuentes de carbono y seobtiene una dismi-nucin en el rendimiento a etanol (5).

Hidrlisis enzimticaEl mayor potencial para la produccin

de etanol de biomasa se encuentra en lahidrlisis enzimtica de la celulosa. La enzi-ma celulasa reemplaza el cido sulfrico enla etapa de hidrlisis y las temperaturas sonde 30 a 50 C, lo cual reduce la degradacinde los azcares.

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NREL estima que la reduccin del costopuede ser 4 veces mayor en el proceso enzi-mtico que en la hidrlisis cido concentra-do. Para lograr la reduccin del costo esnecesario reducir sustancialmente el costode produccin de la enzima celulasa yaumentar el rendimiento en la conversin aetanol de los azcares (no glucosa) (5).Segn algunos autores (6), para que sea via-ble econmicamente el proceso enzimticoes necesario el desarrollo de celulasas acti-vas a altas temperaturas, tolerantes a bajospH, con alta actividad especfica y resisten-te a la inhibicin por glucosa.

La reaccin enzimtica se lleva a caboen diferentes etapas, cuya velocidad depen-de del tamao de partculas, la materiaprima, calidad y composicin del complejoenzimtico, grado de polimerizacin y cris-talinidad originales del sustrato lignocelul-sico, las cadenas de la reaccin y la inacti-vacin enzimtica, entre otras (1,2).

Las enzimas celulasas estn disponiblesen el mercado para una variedad de aplica-ciones pero estas no incluyen hidrlisisextensiva de la celulosa, por lo que tienenvalores en el mercado mayores que los delos combustibles, por lo que el costo de laenzima celulasa es muy alto (11,9 centa-vos/litro de etanol). Se estudian en la actua-lidad nuevas tecnologas que puedan redu-cir el costo de la enzima a menos de 2,65centavos/litro de etanol (6). Por esta razn,un reto de nuestros tiempos es adecuar laindustria de la enzima celulasa a la indus-tria del etanol.

Sacarificacin y fermentacin simultneasEl proceso mejorado de la hidrlisis

enzimtica de la biomasa es la introduccinde la sacarificacin y fermentacin simult-nea (SSF) que fue patentado por la OilCompany y la Universidad de Arkansas.Este esquema del proceso reduce el nmerode reactores y elimina el reactor de hidrli-sis. Adems, evita el problema de la inhibi-cin asociada con las enzimas, por lo que selleva a cabo eficiente y econmicamente.

En este esquema las enzimas celulasas ylos microbios fermentativos se combinan.Los azcares son producidos por las enzi-mas y los organismos fermentativos los con-vierten a etanol. Recientemente este proce-so (SSF) ha sido mejorado, incluyendo laco-fermentacin de mltiples sustratos azu-

carados. Esta nueva variante de SSF seconoce como SSCF (simultnea sacarifica-cin y co-fermentacin) (1,8,26).

Esta tecnologa est muy asociada con elprograma de investigacin y desarrollo de laNREL en Goleen, Colorado. Esta institucintiene una larga historia de desarrollos detecnologas para la produccin de etanol debiomasa lignocelulsica (26).

Utilizacin de microorganismos gentica-mente modificados

En la actualidad se estudia el uso demicroorganismos genticamente modifica-dos como una alternativa tecnolgica viablepara la produccin de etanol, debido a quepara una produccin de etanol ms eficientey con menos costo es necesario que la leva-dura tradicional fermente los azcares decuatro y cinco a etanol o existan otros micro-organismos que lo realicen. Entre los estu-dios reportados en la literatura est que laBioenergy International, L.C., subsidiaria dela Quadres Corporation, patent un opernporttil nico para la produccin de etanol,el cual consta de las enzimas alcohol deshi-drogenasa y piruato descarboxilasa de genesde Zymomonas mobilis la cual es insertadaen un genoma de E. coli, Erwinia o Klebsiella.Este sistema debe aumentar la produccin deetanol por desviacin del piruvato a etanoldurante el crecimiento en condiciones aero-bias o anaerobias, lo que permite que la lac-tosa, xilosa, glucosa, arabinosa, galactosa ymanosa sean transformados a etanol sin laproduccin de cidos orgnicos (6).

Otros estudios reportaron la obtencinde una bacteria genticamente modificadade Escherichia coli modificada con genes deZymomonas mobilis para producir la cepaKO11, para la fermentacin de siropes deri-vados de las hemicelulosas compuestos porlos azcares hexosas y pentosas presentesen los polmeros de hemicelulosas. Tambinse modific genticamente la Klebsiela oxy-toca MA1 para obtener la cepa P2 y produ-cir etanol de celulosa. Este organismo tam-bin tiene la capacidad de fermentar la celo-biosa y la celotriosa, y elimina la necesidadde la enzima celulasa a pH 5,0 - 5,5. En laactualidad, se estudia el desarrollo de siste-mas enzimticos que eliminen la necesidadde la hidrlisis cido diluido u otro pretra-tamiento lo que debe traer mejora en lavelocidad de produccin de etanol, dismi-

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nucin del costo de nutrientes, aumento dela concentracin de etanol y debe resultaren una disminucin en el costo de produc-cin de etanol (29).

Otra cepa genticamente modificadapara fermentar la xilosa sola o en presenciade glucosa fue la cepa Saccharomyces 1400(PLNH32), que logr una alta produccin deetanol con todos los azcares en condicio-nes anaerobias (30).

Hidrolizados de mazorca de maz, conxilosa como azcar predominante, se fer-mentaron a etanol con la cepa recombinan-te Escherichia coli K011 con buenos resulta-dos. Al realizar la simulacin de un procesoindustrial de pentosas con E. coli y de hexo-sas con una levadura; en la primera etapa E.coli ferment hidrolizados que contenan 85g/l de xilosa y se produjo 40 g/l de etanol en94 horas; despus de 8 horas de adicionar lasacarosa (150 g/l) al caldo fermentado el teorde etanol aument a 104 g/l. Esta fermenta-cin en dos fases podra aumentar la con-centracin final de etanol, por lo que puedeser atractivo para la bioconversin de mate-riales lignocelulsicos a etanol (31).

PRODUCCIN DE ETANOL DE BIOMASAEN EL MUNDO

Actualmente estn en proyecto y pro-duccin varias plantas piloto en algunosestados de Estados Unidos y Canad. Entreellas se reconocen: La empresa Arkenol est trabajando para

establecer una instalacin comercial enRo Linda, Sacramento, estado deCalifornia, una planta para el procesa-miento de paja de arroz y otros residuosagrcolas con una produccin de etanolde 75 710 l/ao (5).

En Misin Viejo, California se mont unaplanta piloto con la tecnologa cido con-centrado para obtener 380 l/Bach (5).

La empresa BCI est construyendo insta-laciones en Louisiana para convertirbagazo en etanol por el proceso cidodiluido, aunque en el futuro esta plantapasar a proceso enzimtico (5).

La BC International (BCI) y la Oficina deDesarrollo del Combustible (DOE) forma-ron una sociedad para producir 20 millo-nes de galones por ao de etanol, a partirde biomasa en Jenning L.A., usandohidrlisis cido diluido, como material

bagazo de caa de azcar y cscara dearroz y un microorganismo genticamen-te modificado.

La BCI present el proyecto de plantaspara usar la tecnologa de dos etapas decido sulfrico diluido con paja de arrozy maderas residuales para obtener etanol.

Tenher y Pacific Ocean usan cido dilui-do para producir pulpa de celulosa (8).

La Iogen tiene el proyecto de una plantapiloto en Ottawa, Canad (6).

La primera planta de produccin a esca-la comercial de biomasa a etanol se constru-y por Abengoa Bioenergy para demostrar elproceso tecnolgico de obtencin de etanola partir de residuos lignocelulsicos.

La construccin comenz en agosto del2005 y est localizada prxima a la plantade etanol a partir de cereales enBabilafuente, Salamanca, Espaa. La co-localizacin e integracin de la planta debiomasa con la de cereal, conlleva a costosde capital y de operacin reducidos para laplanta de biomasa. Bioenerga Abengoa uti-lizar la planta BCyL de biomasa comotrampoln para desarrollar y lanzar tecnolo-gas competitivas de conversin de biomasapara asegurar a largo plazo un crecimientosostenible de la compaa.

Debido a que esta planta es la primerademostracin comercial de la tecnologa deprocesamiento de la biomasa a etanol, se haformulado con la siguiente filosofa: Diseo tan flexible como sea posible para

realizar futuros cambios. Diseo de planta robusta, fcil de operar

y de dar mantenimiento. Diseo de planta que minimice el costo. Optimizar el flujo de materiales. Usar equipamiento probado y disponi-

ble.

Esta planta procesa 70 t/d de residuosagrcolas, tales como paja de trigo y cebada.Produce aproximadamente 5 millones delitros de etanol combustible por ao. Elobjetivo es desarrollar una tecnologa quesea econmicamente competitiva con lagasolina.

Las principales etapas de la planta inclu-yen: almacenamiento y preparacin de lamateria prima, pre-tratamiento, hidrlisisde la celulosa, fermentacin y recuperacindel etanol.

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Las materias primas (biomasas como lapaja de trigo o lacebada) se muelen y lim-pian en la fase preparatoria, y despus sepretratan. La biomasa pretratada pasa al pro-ceso de hidrlisis, para fraccionar los azca-res que sern seguidamente fermentados poruna levadura para obtener etanol y dixidode carbono. El etanol se recobra en el proce-so de destilacin, y el residuo se procesapara la obtencin de alimento animal o pararecuperar productos qumicos tiles.

Con la construccin de la BCyL Plantade Biomasa, Bioenerga Abengoa demuestraclaramente su liderazgo mundial en tecno-loga y desarrollo de negocios en esta impor-tante y rpidamente creciente rea de pro-duccin de etanol a partir de biomasa (32).

ESTADO DE LA LITERATURA EN ELMUNDO

Segn el anlisis de la literatura los pa-ses que ms han investigado la conversinde biomasa a etanol desde los primeros aosde la dcada del 80 son: Estados Unidos,India y Brasil, siendo el primero el de mayorvolumen de informacion publicada y enti-dades reconocidas (5).

En Brasil varias Facultades Universitarias eInstitutos estn investigando sobre esta temti-ca y la tecnologa DEDINI, aplicada a nivelsemi-industrial es la de mejores resultados (33).

En el mundo se investiga tambin enAustralia, Japn, Suecia, Canad, Uruguay,Blgica, Espaa, Polonia, Italia, Slovaquia,Dinamarca, Holanda y en Cuba.

En el Ministerio de Agricultura, Forestaly de Pesca (MAFF) de Japn se han realiza-do estudios de energa por ms de dos dca-das. Los estudios estuvieron encaminadosmayormente a la produccin de biomasa yconversin de energa. Los resultados mssignificativos fueron: tecnologas para laconversin de celulosas y hemicelulosas enetanol usando bacterias y enzimas modifi-cadas y tecnologas para la separacin deetanol por membrana. El material ms estu-diado fue la cscara de arroz (34).

ESTUDIOS REALIZADOS EN CUBA

En Cuba se estudia esta temtica en lasUniversidades de Matanzas, las Villas y

Camagey principalmente, y en Institutoscomo el ICIDCA (2,3,14-16,18,20,35). Losestudios son preliminares en materias pri-mas como el bagazo de la caa de azcar, lacscara de man, la cscara de arroz, lostallos de yuca, los residuos de naranja, y losde la cosecha de la yuca, las astillas detallos de tabaco y los residuos de madera.

Las investigaciones se enfocan en el an-lisis de las tecnologas de fraccionamientode la celulosa, hidrlisis enzimtica, hidr-lisis cido diluido, sacarificacin y fermen-tacin simultneas y en los procesos de pre-tratamiento por explosin a vapor y oxida-cin hmeda.

CONCLUSIONES

La conversin bioqumica de la biomasalignocelulsica a etanol es una alternati-va promisoria para obtener etanol com-bustible.

La utilizacin de materiales lignocelul-sicos como residuos agrcolas y madera-bles est aparejado con el desarrollo denuevas tecnologas para aumentar la pro-duccin de alcohol a nivel mundial. Elbagazo de la caa de azcar, subproduc-to de la industria azucarera, es el mate-rial ms estudiado y en segundo lugar seencuentran los residuos de la industriadel procesamiento del maz.

El pretratamiento del material lignocelu-lsico es una etapa muy importante en elprocesamiento de la biomasa y dependedel material y la tecnologa a utilizar parael fraccionamiento de la celulosa.

La tecnologa ms estudiada en la actua-lidad para la produccin de etanol debiomasa es la hidrlisis enzimtica, sien-do el proceso de sacarificacin y fermen-tacin simultnea la alternativa ms efi-ciente.

La utilizacin de bacterias genticamentemodificadas para obtener etanol de lig-nocelulsicos se est estudiando. Se hanobtenido resultados importantes en laconversin de los azcares de 4 y 5 to-mos a etanol.

La primera planta industrial de produccinde etanol a partir de biomasa se construypor Bioenerga Abengoa en Salamanca,para procesar paja de trigo y cebada a eta-nol combustible (5 000 000 l/ao).

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En Estados Unidos y Canad se encuen-tran en explotacin varias plantas pilotosen las que se prueban diferentes materiasprimas y tecnologas para la obtencin deetanol combustible.

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