informe - biocombustibles de segunda generación

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “INFORME DE MAQUETA - PROCESO DE ELABORACION DE BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACION” CURSO: BIOTECNOLOGÍA DOCENTE: SOTO GONZALES, HEBERT HERNAN ESTUDIANTE: MERMA CHACCA, DONALD EFRAÍN       AGOSTO DEL 2020 AREQUIPA – PERU

2. INDICE INDICE 1. INTRODUCCION..................................................................................................................... 3 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 4 2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................ 4 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................. 4 3. MARCO TEORICO .................................................................................................................. 4 3.1. BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN ............................................................... 4 3.2. PROCESO POR DONDE SE PUEDE OBTENER LOS BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN según (Grupo Banco de Patentes - SIC, 2011). ................................................. 4 3.2.1. Transesterificación sin catalizador ........................................................................... 5 3.2.2. Cracking térmico o pirolisis de grasa ........................................................................ 5 3.2.3. Transformación de biomasa en líquido .................................................................... 5 3.2.4. Productos y residuos forestales ............................................................................... 5 4. PROCESO DE LA ELABORACION DEL MAQUETA ..................................................................... 6 4.1. MATERIALES ................................................................................................................... 6 4.2. PROCESO DE ELABORACIÓN DE LA MAQUETA ................................................................ 7 5. EXPLICACIÓN DE LA MAQUETA ............................................................................................ 10 5.1. DESECHOS AGROINDUSTRIALES .................................................................................... 10 5.2. CÉLULA VEGETAL .......................................................................................................... 10 5.3. PARED CELULAR VEGETAL............................................................................................. 10 5.4. PRETRATAMIENTO ....................................................................................................... 11 5.5. LA LIGNINA ................................................................................................................... 11 5.6. HIDROLISIS ENZIMÁTICO .............................................................................................. 11 5.7. FERMENTACIÓN ........................................................................................................... 11 5.8. LEVADURAS .................................................................................................................. 12 5.9. BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN ....................................................................... 12 6. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 12 7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 14 8. ANEXOS .............................................................................................................................. 15 2

3. 1.INTRODUCCION La biotecnología ofrece diversas opciones para la generación de energías renovables. Una de ellas es la producción de bioetanol, el cual se obtiene mediante fermentación. El bioetanol se usa en la preparación de carburantes para vehículos automotores (Vazquez & Dacosta, 2007). Los biocombustibles constituyen una de las alternativas más importantes hoy en día en la producción de la demanda energética a nivel nacional y mundial, los biocombustibles se pueden obtener a partir de residuos domiciliarios, esterificación de ácidos grasos, entre otros, todo esto con diferentes factores que se tienen que controlar en todo el proceso del bioetanol (González et al., 2008) Por milenios las sociedades han utilizado materiales biológicos para energía. Plantas y aceites de origen animal o vegetal siempre han sido quemados para producción de calor, y animales son usados en el transporte. Solamente al final del siglo XIX se inició la transición para uso de combustibles fósiles para la generación de calor y energía motriz. Actualmente, la biomasa responde solamente un 10% de la matriz energética mundial. Sin embargo, con la perspectiva de un aumento de la demanda de combustible, varios países están promoviendo acciones para que las energías renovables vuelvan a tener una mayor participación en sus matrices energéticas. La motivación para ese cambio de postura no solamente es la necesidad de reducir el uso de derivados de petróleo (y, consecuentemente, la dependencia de los países exportadores de ese insumo), sino también de reducir las emisiones de los gases de efecto invernadero(Wackett, 2008). Los Biocombustibles de 2da generación, también llamados biocombustibles celulósicos, son producidos de materias-primas no alimentares como residuos agroindustriales y gramíneas forrajeras de alta producción de biomasa. Su producción es significativamente más compleja, si comparados a los de 1ra generación y todavía no son comercializados. 3

4. Son clasificados según el proceso utilizado en la conversión de la biomasa: bioquímicos – producidos por hidrólisis enzimática, fermentación y termoquímicos – producidos por pirolisis, gasificación y síntesis de Fischer-Tropsch.(Machado & Monteiro Machado, 2010). 2.OBJETIVOS 2.1.OBJETIVO GENERAL Analizar el proceso de la obtención de biocombustibles de segunda generación 2.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS Definir lo que es un biocombustible de segunda generación describir el proceso de obtención del bioetanol Analizar los factores en los procesos de biocombustibles de segunda generación Elaboración de una maqueta 3.MARCO TEORICO 3.1.BIOCOMBUSTIBLE DE SEGUNDA GENERACIÓN también llamado biocombustibles celulósicos, es producido de materias primas como residuos agroindustriales y gramíneas forrajeras (plantas herbáceas) de alta producción de biomasa. Su producción es significativamente más compleja, en comparación con los de 1ra generación. La diferencia fundamental del biodiesel de segunda generación (2G) con respecto al de primera generación es que se elabora a partir de materias primas que no se destinan a la alimentación y se cultivan en terrenos no agrícolas o marginales (Grupo Banco de Patentes - SIC, 2011). 3.2.PROCESO POR DONDE SE PUEDE OBTENER LOS BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN según (Grupo Banco de Patentes - SIC, 2011). 4

5. 3.2.1.Transesterificación sin catalizador Este método es una alternativa interesante para la transesterificación de aceites usados que usualmente contienen ácidos grasos libres (AGL) y agua, que consiste en utilizar metanol a condiciones supercríticas. 3.2.2.Cracking térmico o pirolisis de grasa es la conversión de una sustancia en otra por medio de su calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno. El combustible obtenido mediante este proceso no es biodiesel (no está compuesto por ésteres de ácidos grasos), pero es también un combustible renovable semejante al diesel fósil. 3.2.3.Transformación de biomasa en líquido Permite obtener combustibles a partir de casi cualquier tipo de biomasa con bajo contenido de humedad, tal como residuos orgánicos, grasas perennes, paja, clareo de bosques, residuos de la producción de papel, bagazo, madera de desecho, papel de desecho, cultivos lignocelulósicos, etc. Es decir, con estas tecnologías no se necesitará partir de un aceite para obtener combustibles, sino de cualquier materia prima orgánica. 3.2.4.Productos y residuos forestales Según la Organización de las Naciones Unidas para Agricultura y Alimentación (FAO), en 2005 existían en el mundo 3,9 billones de hectáreas de bosques. Rusia, con 809 millones de ha es el principal país forestal del planeta, seguido por Brasil, con 478 millones de ha, Estados Unidos (303 millones de ha), Canadá (310 millones de ha) y China (197 millones de ha). Algunas naciones con bosques de menor magnitud se destacan como activos fabricantes de productos forestales y detentores de bosques plantados, a ejemplo de Finlandia, Chile y Japón. Los bosques plantados aparecen también como un componente estratégico para países como China, Rusia y Estados Unidos, los cuales poseen fuerte dependencia de la madera como fuente de suministro de 5

6. energía y materia prima para la construcción civil (Machado & Monteiro Machado, 2010). 4.PROCESO DE LA ELABORACION DEL MAQUETA En este trabajo describiremos el proceso de obtención del bioetanol de segunda generación a partir de la masa lignicelulosica, empezando de un desecho agroindustrial, seguidamente la elaboración de una célula vegetal y la pared celular vegetal con todos sus componentes. A partir de ahí obtendremos la lignina para su posterior hidrolisis enzimática y finalmente su fermentación. 4.1.MATERIALES Cartulina Tubos pequeños (lignina) Cajas de fosforo Papel de seda color verde Botella de plástico 3 tubos de 1 pulgada de diámetro Gomas Rafias delgadas Cinta aislante Recipiente (2cm de alto y 3cm de Etiquetas largo) Marcadores Tijeras 6

7. 4.2.PROCESO DE ELABORACIÓN DE LA MAQUETA Primero con un molde de una hoja de planta, vamos a cortar la botella de plástica Ilustración 1.- representación de un residuo agroindustrial (botella reciclada) segundo vamos a empezar a forras con papel de seda las cajas de fosforo y los tubos para representar nuestra celula y pared celular Ilustración 2.- envolver el tubo y las cajitas para la representación de la célula y micro fibrillas vegetales 7

8. con las rafias vamos a envolver los tubos verdes, para representar nuestra pared celular vegetal Ilustración 3.- representación de la pared celular vegetal vamos a pegar las etiquetas y ubicarlos ordenadamente sobre la cartulina Ilustración 4.- pegado de las etiquetas 8

9. Trabajo terminado 9

10. 5.EXPLICACIÓN DE LA MAQUETA Esta maqueta nos ayudara a entender el proceso de obtención de los biocombustibles de segunda generación 5.1.DESECHOS AGROINDUSTRIALES Estos pueden ser residuos agrícolas como, cascarilla de arroz, la madera, residuos domiciliarios, etc. Se emplea como una alternativa esta materia prima por que el volumen de los residuos generados en la producción agrícola es muy elevado (en el orden de centenas de millones de toneladas anuales) una parte relativamente pequeña sería aprovechable para energía (biocombustible). 5.2.CÉLULA VEGETAL Es una célula eucariota, con un núcleo diferenciado, membrana y citoplasma al igual que la célula animal. Ambos tipos de células comparten algunas características, pero difieren en otras. 5.3.PARED CELULAR VEGETAL En la tecnología bioquímica, ocurre una hidrólisis de los polisacáridos presentes en la pared celular a azúcares simples que serán fermentados a etanol, Así, la composición y la estructura de la pared celular son de fundamental importancia. La presencia de pared celular es una característica intrínseca a las células vegetales, que presentan pared primaria y secundaria. La pared celular está formada principalmente de polisacáridos (celulosa, hemicelulosa y lignina), seguida en cantidad por la lignina (10- 25%), que posee la función estructural y da resistencia a la planta a humedad y ataques biológicos y esta parte es la importante en el hidrolisis para la obtención del bioetanol. 10

11. 5.4.PRETRATAMIENTO El complejo polimérico está hecho de una matriz de celulignina ligada por cadenas de hemicelulosa. Esta matriz deberá ser rota de modo a reducir el grado de cristalinidad de la celulosa y aumentar la celulosa amorfa, que es más accesible al ataque enzimático. Adicionalmente, la mayor parte de la hemicelulosa deberá ser hidrolizada en esa etapa y la lignina deberá ser suelta y, tal vez degradada. 5.5.LA LIGNINA un polímero de alto grado de carbono, es uno de los mayores componentes de algunas paredes secundarias. No es constituido de azúcares y aparece impregnando las paredes celulares de ciertos tejidos como, por ejemplo, las células del xilema y del esclerénquima, dándoles rigidez, resistencia, cohesividad y hidrofobicidad. 5.6.HIDROLISIS ENZIMÁTICO Para generar este combustible sustentable (bioetanol) es fundamental la etapa de hidrólisis enzimática, este tiene como finalidad producir azúcares fermentables, es decir, glucosa, mediante el uso de enzimas. Estos azúcares son fermentados y se obtiene el bioetanol. ¿Porque es importante? es la segunda etapa del proceso de producción de bioetanol y es en esta donde se obtienen los monómeros de glucosa que son los que, posteriormente, se fermentarán a través de una levadura para la producción del bioetanol. 5.7.FERMENTACIÓN 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. 11

12. La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol 5.8.LEVADURAS Las principales responsables de esta transformación son las levaduras. La Saccharomyces cerevisiae, es la especie de levadura usada con más frecuencia. Por supuesto que existen estudios para producir alcohol con otros hongos y bacterias, como la Zymomonas mobilis, pero la explotación a nivel industrial es mínima. 5.9.BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN Con todos estos procesos mencionados obtendremos un biocombustible de segunda generación, que es una alternativa medioambientalmente factible para remplazar los combustibles sintéticos, reutilizando la materia vegetal no alimentario para su producción. 6.CONCLUSIONES La producción de bioetanol, a partir de residuos agroindustriales y bajo un concepto de medioambiental, es una alternativa viable dentro del área de los biocombustibles. Existen diversos estudios analizando el potencial de inúmeros residuos agrícolas para producción de biocombustibles, considerando aspectos de logística y uso actual además de su producción y características físico-químicas. La biomasa celulósica (residuo agroindustrial) puede ser convertida en diferentes clases de compuestos con propiedades de combustible vehicular como alcoholes (metanol, etanol, butanol); ésteres (ésteres de ácidos grasos – biodiesel). La biotecnología ofrece diversas opciones para la generación de energías renovables. Dentro de las ventajas más importantes encontramos su carácter sustentable, la garantía 12

13. de mantener la seguridad y diversidad del suministro energético y la posibilidad de obtener servicios de energía sin impacto ambiental. Una de estas energías renovables, obtenidas por vía biotecnológica, es el bioetanol. En el proceso de obtención del biocombustible se den tomar en cuenta la temperatura, aireación, y las composiciones de los desechos agroindustriales. 13

14. 7.BIBLIOGRAFIA González, a. F., Jiménez, I. C., Restrepo, S., & Gómez, J. M. (2008). Biocombustibles de segunda generación y Biodiesel. Revista de La Facultad de Ingeneria de La Univerisaidad de Los Andes, 28, 70–82. https://doi.org/0121-4993 Grupo Banco de Patentes - SIC. (2011). Biocombustibles: Biodiesel de 2da y 3ra Generación. In boletin Tecnologico. Machado, C. M., & Monteiro Machado, C. M. (2010). Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación. In Organización Latinoamericana de Energía. http://biblioteca.olade.org/opac-tmpl/Documentos/old0155.pdf Vazquez, H., & Dacosta, O. (2007). Fermentación alcohólica: Una opción para la producción de energía renovable a partir de desechos agrícolas. Ingenieria, Investigacion y Tecnologia, 8(4), 249–259. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405- 77432007000400004 Wackett, L. (2008). Microbial-based fuels: science and technolog. Microbial Biotechnology, 1(3), 211–225. 14

15. 8.ANEXOS MAQUETA FINAL 15