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Biocombustibles de 2da y 3ra generación

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by

Ania Mahecha

on 11 February 2014

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Transcript of Biocombustibles de 2da y 3ra generación

Laura Vargas
Magda Ardila

design by Dóri Sirály for Prezi
Conceptos clave
Biocombustible: Combustible obtenido mediante el tratamiento físico o químico de materia vegetal o de residuos orgánicos.
Lignino-celulosa: Las microfibras de celulosa están cubiertas de hemicelulosa y, en el tejido leñoso, están embebidas en lignina formando la ligninocelulosa.
Costos de producción: son los gastos necesarios para mantener un proyecto, línea de procesamiento o un equipo en funcionamiento.
Despliegue de políticas: En una planeación estratégica se requiere que todos los departamentos de la organización planeen sus estrategias y tácticas alineadas hacia los resultados que se pretenden lograr.
OECD: Organization, for economic co-operation and development.
PJ: peca-jules (10*15)
BTL: biomass-to-liquids
GHG: Greenhouse gas
LGE: Litre of gasoline equivalent.
RD&D: Research, Development, and Demonstration


Introducción
•Las metas futuras y los planes de inversión indican un crecimiento del bioetanol, hasta alrededor de
100 000 Ml en 2014, un 45% más de lo producido en 2008.

•Existe un potencial en los gobiernos para alcanzar los objetivos de:
sustitución del petróleo, crecimiento económico, y mitigación del cambio climático
, los cuales se ve limitados por: la competencia por la tierra y el agua utilizada para la alimentación y la producción de fibras, los altos costos de producción y procesamiento, que a menudo requieren de subsidios y las valoraciones de las reducciones netas de gases efecto invernadero.

•Se debe reconocer que los precios de los alimentos básicos se han visto aumentados, aún sin existir alguna reducción en la producción de biocombustibles, es decir, que existen otros factores que causan este incremento.

Costos de producción
-El rango de costo actual de los biocombustibles de segunda generación se compara en general a precios al por mayor de gasolina (medidos en USD / lge) cuando el precio del petróleo crudo está entre 100 y 130 USD por barril.

-Otros estudios indican que el etanol tendría que ser reducido a alrededor de 0,80 USD /lge, antes de etanol pudiese competir con los precios de la gasolina al por mayor alcanzado cuando el petróleo crudo está alrededor de 100 USD/bbl.

-El potencial para la reducción de costos es mayor en el etanol producido por la ruta bioquímica, ya que para la termoquímica se necesitan componentes tecnológicos ya realizados.
Conclusiones
- La producción de biocombustibles de primera generación, principalmente de los tradicionales cultivos de alimentos, ha aumentado rápidamente en los últimos años, sin embargo ha sido criticado por sus relativas bajas emisiones de GEI.

- A menos que haya un gran avance técnico, ya sea en la rutas bioquímicas o en las termoquímicas, que reduczcan significativamente los costos de producción, al acelerar la inversión y el despliegue, se espera que la comercialización exitosa de la segunda generación bio-etanol y otros biocombustibles tenga lugar en una década más o menos.
Desarrollo de la segunda generación de biocombustibles

Objetivo
Este artículo tuvo como fin generar un informe detallado de la segunda generación de biocombustibles producidos por los autores. Los objetivos han de examinar el estado actual de desarrollo tecnológico con énfasis en el bioetanol, para evaluar y comparar los costos de producción, por lo cual se describen las políticas necesarias para superar las restricciones y apoyar el desarrollo y el despliegue de esta generación, además, determinar los desafíos futuros que han de alcanzarse si se llega a su comercialización.
Los materiales lignino celulíticos incluyen productos como residuos (paja de cereales, bagazo de caña, residuos forestales), desperdicios (componentes orgánicos de los residuos sólidos municipales), y materias primas (gramíneas vegetativas cultivadas a propósito, rotación corta de bosques y otros cultivos energéticos).
Suministros, mercados y tecnologías
Mitigación de gases efecto invernadero
•Las estimaciones en la literatura de la mitigación de GHG a partir de la producción de etanol de maíz (y de biodiesel) varían en función del país y la vía, pero en su mayoría superan los 250 USD/tonelada de dióxido de carbono evitado.
•La mayoría de los análisis siguen indicando que la primera generación de biocombustibles muestran al menos algún beneficio neto en términos de reducción de las emisiones de GHG.
•Se necesitan unas evaluaciones adicionales acerca del impacto de los biocombustibles sobre la biodiversidad y la escasez del agua.

Materias primas lignino celulíticas
•En disponibilidad de materiales lignino celulíticos, como cultivos de bajo costo, residuos forestales, residuos de proceso de madera, y la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales, se puede producir biocombustibles a partir de ellos, sin requisitos adicionales de tierra o los impactos sobre los alimentos y la producción de cultivos de fibra.

•El crecimiento de los materiales lignino celulíticos, se pueden dar en tierras marginadas o degradadas, por lo cual no compiten directamente con la comida ni con los cultivos de fibra que requieren una mejor calidad de tierra.
Por ejemplo, el crecimiento de eucaliptus malle (reducir niveles de alcalinidad).

Rutas de conversión
La producción de biocombustibles a partir de materias primas lignino celulíticas puede lograrse a través de dos rutas de procesamiento muy diferentes:
Problemas de la cadena de suministro
La recolección, el tratamiento, el transporte, el almacenamiento y la entrega de grandes volúmenes de materia prima de biomasa, con una calidad deseada, todo el año a una planta de procesamiento de biocombustibles requiere una cuidadosa logística y un análisis previo a la inversión y a la construcción de plantas,
se necesita mucho suministro económico para la síntesis de un biocombustible.
Se plantea la hipótesis de que la industria de biocombustibles crezca de manera estable y que tanto la primera, como la segunda generación lleguen a ser ambiental, sostenible y económicamente más viables para el cumplimiento de las metas establecidas.
Desafíos del desarrollo tecnológico
Mejor comprensión de las materias primas y la reducción de los costos
Se requiere una mejor comprensión de las materias primas disponibles en la actualidad, su distribución geográfica y la producción, transporte, almacenamiento y gastos de transformación.

Mejoras tecnológicas para la ruta bioquímica
- Debe haber mayor eficacia en la apertura de la estructura celular de la materia prima para su posterior hidrólisis.
- Se deben generar enzimas mejoradas para hacer que la hidrólisis de celulosa, hemicelulosa y lignina sea más eficaz y rápida.
-Minimizar la presencia de productos inhibitores.
-Utilizar el reciclaje de las enzimas como una vía para ayudar a reducir los costos.



Mejoras tecnológicas para la ruta termoquímica
-Se deben desarrollar de tecnologías fiables que tengan una alta disponibilidad y producir limpio
gas que no afecten los catalizadores FT (Fisher-Tropsch), o que se puedan limpiar para cumplir con estas normas sin costo adicional significativo.

- El desarrollo de nuevos catalizadores que sean menos sensibles a las impurezas y tengan tiempos de vida más largos ayudarían reducir estos costos.



Los co-productos y la integración de procesos
Optimización del proceso de conversión a maximizar el valor de los subproductos producidos (calor, electricidad, varios productos químicos, etc) debe ser seguido para diferentes materias primas y las vías de conversión.
Implicaciones para las políticas
Mejora en la inversión de RD&D de la segunda generación de biocombustibles
Aceleración en la demostración de biocombustibles de 2da generación
Las políticas de implementación para los biocombustibles de 2da generación
Desempeño ambiental y sistemas de certificación
Bibliografía
BIOQUÍMICA: en la que las enzimas y otros micro-organismos son utilizados para convertir los componentes de celulosa y la hemicelulosa a los azúcares antes de su fermentación para producir etanol
TERMOQUÍMICA (también conocido como la biomasa a líquidos, BTL): donde las tecnologías de pirólisis y gasificación producen una síntesis gas de la cual se producen una serie de combustibles de cadenas de carbono, como un diésel sintético.
Ruta Termo química ó BTL (biomass to liquid)
Ruta Bioquímica
El proceso Fischer-Tropsch es un proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos (gasolina, keroseno, gasoil y lubricantes) a partir de gas de síntesis (CO y H2).
Descripción de áreas que necesitan investigación y atención política.
Maderas blandas
Maderas duras y plantas herbáceas
- Tienen un contenido de xilosa menor pero mayor contenido de manosa / galactosa que en especies de madera dura.
-Tienen sólo dos principales unidades de propano fenilo (cumaril y guayacilo)
que forman los bloques básicos de construcción de lignina.
-Tienen unidades siringil adicionales, este químico aumenta la dificultad de deslignificación debido a una mayor estabilidad de la lignina en forma condensada cuando se expone
a condiciones ácidas.

Promoción de la segunda generación de biocombustibles puede ayudar a proporcionar soluciones a múltiples impulsores de políticas como la seguridad energética y la diversificación, el desarrollo económico rural y la mitigación de los GEI.
Los objetivos de las inversiones de RD&D, tanto públicas y privadas relacionadas con la producción de biocombustibles de 2 ª generación son:
Incrementar la productividad de cultivos y mejoramiento del ecosistema.
Evaluar los impactos en el uso de tierras que causan emisiones de GEI, minimizar la pérdida de nutrientes.
Generar eficacia en los costos de producción, procesamiento, mezcla y distribución.
Aumentar el rendimiento de las diversas tecnologías de conversión.
Se debería implementar un enfoque de colaboración internacional, para reforzar los RD&D en los países.

Antes de comenzar la producción comercial de los biocombustibles, se necesitan varios millones de dólares provenientes del gobierno, para fomentar al sector privado, de asumir el riesgo de desarrollar un proceso en una planta a escala comercial.

El financiamiento de la segunda generación de biocombustibles, se necesita tanto en el sector público como en el privado. Se requieren de políticas de apoyo que establezcan un fondo económico para las pruebas pre-comerciales de los biocombustibles, así como también para reducir el riesgo de los inversionistas.

El mejoramiento de la producción de biocombustibles y la infraestructura necesaria, debe e ser integrada y coordinada por los sectores claves envueltos en el uso y desarrollo de los biocombustibles.
Las políticas de implementación generalmente se dividen en dos categorías:
> Blending targets (objetivos de mezcla): Pueden ser voluntarios o mandatarios. Los objetivos obligatorios dan certeza sobre los resultados, pero no sobre los costos potenciales.
> Créditos fiscales
Las políticas de implementación son esenciales si se requiere una rápida ampliación de la industria para reducir los costos a través del aprendizaje por la práctica. De lo contrario despliegue y reducción de costes tienden a ser lento.
Debe existir un apoyo continuo para el desarrollo de biocombustibles de 2 ª generación, sin reducir los programas diseñados para apoyar desarrollos de primera generación.
Se debe hacer un progreso continuo para abordar y caracterizar el desempeño ambiental de los biocombustibles, además se deben establecer enfoques de estandarización y evaluación de métodos, así como equilibrar la sostenibilidad de la certificación de los métodos de biomasa.

Esto con el fin, de implementar políticas de utilización de estas medidas como acuerdos entre el sector gubernamental y el sector industrial.

- Se espera que para el año 2020, aprox., la segunda generación bioetanol tendrá mayor importancia en un mercado mundial de biocombustibles.
- Se cree que pese a que los costes de producción son inciertos y varían con la materia prima disponible y el proceso de conversión, para el bioetanol estarán por encima de 0.80 USD/lge.
- Es requerida mayor inversión, investigación, desarrollo, demostración y se necesita el apoyo gubernamental para el despliegue de la segunda generación, y así asegurar que la producción futura de diversos biocombustibles, sea mas sostenible.

Sims R. E., Mabee W., Saddler J. N., Taylor M. (2010). An overview of second generation biofuel technologies. Bioresour. Technol. 101, 1570–1580. doi: 10.1016/j.biortech.2009.11.046.

Tan, I. S., Lam, M. K., & Lee, K. T. (2013). Hydrolysis of macroalgae using heterogeneous catalyst for bioethanol production. Carbohydrate Polymers, 94(1), 561-566. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.01.042


Tercera generación de bioetanol
Este artículo tiene como
objetivo
desarrollar un nuevo método para la sacarificacion del extracto de macroalgas de la especie
Euchema cottoni
, haciendo uso del catalizador enzimático Amberlyst(TM)-15, y además se comparó la producción de bioetanol a partir de la fermentación generada por
Saccharomyces cerevisiae
. Se tuvieron en cuenta variables como carga del catalizador, temperatura, concentración de la biomasa y tiempo de reacción.
Conceptos previos
Macroalgas: tipo de alga marina multicelular y por lo tanto se diferencia de las algas microscópicas en su tamaño. Las macroalgas son generalmente algas de tipo marrón o rojo.
Catalizador ácido heterógeneo: Es una catálisis heterógenea porque el catalizador esta en una fase diferente al reactivo, y ácida porque es característica de reacciones en donde ocurre una protonación. Se utilizan sustancias como zeolitas, resinas sulfónicas, SO4/ZrO2, WO3/ZrO2.
Concentración

del catalizador: Concentraciones a las cuales el catalizador causa un incremento en el rendimiento a medida que aumenta el tiempo.
Concentración

de biomasa: Concentraciones de biomasa que causan un efecto en la formación de la galactosa, en este caso.
Efecto de la concentración del catalizador
Efecto de la temperatura de reacción
Efecto de la concentración de biomasa
Cuando la hidrólisis es conducida a 120°C por 2,5h, el rendimiento de galactosa incrementa gradualmente con la concentración [ ] de biomasa hasta de 12,5% (m/v), por debajo de esta, hay una reducción en el rendimiento de galactosa. En la segunda gráfica se muestra, que un aumento en la [ ] de biomasa, el incremento en el rendimiento de producción de galactosa no es tan rápido.
Efecto en la concentración del inóculo de
Saccharomyces cerevisiae
La concentración óptima de inoculo de
Saccharomyces cerevisiae
es de
16 mg/ml, ya que es en esta [ ], donde presenta una mayor producción de bioetanol.
Conclusión
Eucheuma cottoni
, es una materia prima viable para la producción de bioetanol. El catalizador heterogéneo Amberlyst(TM-15) puede actuar eficientemente en la hidrólisis de los carbohidratos de la macroalga tratada. La concentración óptima encontrada para la fermentación con
Saccharomyces cerevisiae
fue de 16 mg/ml. El método más efectivo fue la utilización del catalizador ya que facilita la conversión de la biomasa de la macroalga a bioetanol.
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