" Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas ”

1. "Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas”

2. “Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas”

3. Asegurar el futuro de nuestros ciudadanos promoviendo la prosperidad humana, la seguridad energética y la sostenibilidad ambiental Seguridad Energética Seguridad Alimentaria Sostenibilidad Ambiental Agricultura y Vida Rural Quinta Cumbre de las Américas. Declaración de Compromiso de Puerto España. http://www.summit-americas.org/V_Summit/decl_comm_pos_sp.pdf

4. Seguridad Energética Sostenibilidad Ambiental 4. (…) promover un acceso adecuado y sostenible a la energía, los alimentos y el agua y manejar responsablemente nuestro medio ambiente. Vulnerabilidad, Sustentabilidad, Adaptación y Mitigación Quinta Cumbre de las Américas. Declaración de Compromiso de Puerto España. http://www.summit-americas.org/V_Summit/decl_comm_pos_sp.pdf

5. “Sembrando innovación para cosechar prosperidad” DECLARACIÓN DE MINISTROS DE AGRICULTURA, SAN JOSÉ 2011 Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2011 http://www.iica.int/Esp/prensa/Documents/JIA2011Declaracion_esp.pdf • … promover la innovación es vital para: • incrementar e intensificar la producción y la productividad, • mejorar los ingresos, • reducir pobreza e inequidad, • disminuir el impacto ambiental del sector agroalimentario, • responder a desastres naturales, • incrementar el acceso a nuevas tecnologías, • adaptarse al cambio climático y, consecuentemente, • alcanzar la seguridad alimentaria y la calidad de vida para todos nuestros ciudadanos.

6. “Sembrando innovación para cosechar prosperidad” DECLARACIÓN DE MINISTROS DE AGRICULTURA, SAN JOSÉ 2011 Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2011 http://www.iica.int/Esp/prensa/Documents/JIA2011Declaracion_esp.pdf • Compromiso Estimular innovaciones en diferentes tipos de agroenergía que contribuyan a diversificar la matriz energética y a reducir el impacto ambiental negativo.

7. Desarrollo sostenible “El futuro que queremos”. Resolución aprobada por la Asamblea General de las Naciones Unidas. A/RES/66/288. 123ª sesión plenaria del 27 de julio de 2012. (…) un crecimiento sostenido, inclusivo y equitativo, creando mayores oportunidades para todos, reduciendo las desigualdades, mejorando los niveles de vida básicos, fomentando el desarrollo social equitativo y la inclusión, y promoviendo la ordenación integrada y sostenible de los recursos naturales y los ecosistemas, (…)

8. La agricultura está llamada a jugar un papel preponderante para el futuro de la humanidad, pues producirá los alimentos, las fibras y gran parte de la energía que se necesitará para vivir, y puede hacer importantes contribuciones a la conservación de los recursos naturales y la biodiversidad. Síntesis del documento técnico elaborado por el IICA con aportes de profesionales de la República Argentina en apoyo al Encuentro de Ministros de Agricultura de las Américas 2013. Se agradecen los aportes de otros países miembros y expertos en el tema. Lea el documento completo en la dirección: http://go.iica.int/dt-agua-esp

9. Estrecha vinculación entre energías renovables y desarrollo sustentable Summary for Policy Makers (SPM):http://srren.ipcc-wg3.de/ Source: The Working Group III Mitigation of Climate Change of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Summary for Policymakers of the Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN), approved at 11th Session of Working Group III, May 9th 2011, in Abu Dhabi, United Arab Emirates. Históricamente, el desarrollo económico ha sido fuertemente correlacionado con el incremento del uso de energía y el crecimiento de las emisiones de GEI, y las ER pueden ayudar a optimizar esta relación, contribuyendo al desarrollo sustentable.

10. Complejidad de las interacciones dinámicas entre la sociedad, la energía y el ambiente, asociada con la bioenergía Alimento, forraje, fibra y combustible Macro Escala • Biodiversidad Source: The Working Group III Mitigation of Climate Change of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Summary for Policymakers of the Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN), approved at 11th Session of Working Group III, May 9th 2011, in Abu Dhabi, United Arab Emirates.

11. Los mensajes claves de mitigación acerca de agricultura. Grupo de Trabajo III. Resumen para Diseñadores de Políticas: Mitigación del Cambio Climático. Resumen sujeto a la aprobación por los delegados de todos los gobiernos participantes. 2014. Disponible en inglés: http://report.mitigation2014.org/spm/ipcc_wg3_ar5_summary-for-policymakers_approved.pdf El sector de agricultura, silvicultura y otros usos del suelo representa alrededor del 25% de las emisiones netas antropogénicas de GEI. Las políticas que rigen las prácticas agrícolas, y la conservación y manejo de bosques son más eficaces cuando se involucran tanto a la mitigación como la adaptación. La bioenergía puede jugar un papel fundamental para la mitigación; sii sostenibilidad de las prácticas y la eficiencia de los sistemas de bioenergía.

12. “Cambio Climático: Lo que las Américas Pueden y Deben Hacer” Discurso para la Cátedra de las Américas de la Organizacion de Estados Americanos Washington D.C., 13 de mayo 2011 Declaración de la secretaria ejecutiva Christiana Figueres Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático Hacer caso omiso de las oportunidades de mitigación en el sector energético conlleva claramente una serie de peligros inherentes. Si no se aprovechan y apoyan las oportunidades para energías renovables, los países en desarrollo del continente americano intensificarán su capacidad de generación de energía con combustibles fósiles a medida que desarrollan rápidamente su infraestructura.

13. PLAN ESTRATÉGICO IICA 2010-2020Contexto y objetivos estratégicos para el sector agrícola relacionados con cambio climático, recursos naturales y energía Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura. Plan Estratégico 2010-2020: síntesis / IICA – San José, C.R.:IICA, 2011. http://www.iica.int/esp/dg/Documentos%20Institucionales/PE_2010_2020_espanol.pdf • Contexto: • La vulnerabilidad climática tiene estrecha relación con la agricultura. • Aumenta la demanda por productos de la agricultura, para fines no alimentarios: agroenergía, aceites industriales, medicina e industria textil, entre otros. • Objetivo estratégico: • Mejorar la capacidad de la agricultura para mitigar y adaptarse al cambio climático y utilizar mejor los recursos naturales.

14. “Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas”

15. Compromiso del IICA con la innovación para el desarrollo de las Américas • La GCARD2 (2012) se estructuró a partir de tres grandes temas: • más y mejores alianzas; • la relevancia de la prospectiva; y • el desarrollo de capacidades. • El IICA busca potenciar el papel de la innovación en los diversos ámbitos del desarrollo agroalimentario, labor que ejecuta en conjunto con los países. Nota técnica del IICA para GCARD 2012 - Segunda Conferencia sobre Investigación Agropecuaria para el Desarrollo Prospectiva y Alianzas para la Innovación e Impacto en la Agricultura Familiar”. http://www.iica.int/Esp/Programas/Innovacion/Documentos%20de%20Tecnologa%20e%20Innovacin/Boletin%20GCARD2_es.pdf

16. La innovación como solución a los retos de la agricultura • Para avanzar hacia una agricultura competitiva, sustentable e inclusiva. • Para enfrentar los desafíos asociados a la mitigación y al cambio climático, y a la seguridad alimentaria. • Para la gestión del riesgo. • Existe innovación cuando hay apropiación social; el conocimiento es llevado al mercado; y los nuevos desarrollos o cambios se traducen en respuestas a las necesidades de las personas y la sociedad. IICA,2012. Situación y desempeño de la agricultura en ALC desde la perspectiva tecnológica 2012/ IICA. San José, C.R. http://repiica.iica.int/docs/B2951E/B2951E.PDF

17. Escenario de la innovación: desafíos globales Fuente:La innovación en la agricultura: un proceso clave para el desarrollo sostenible. Posicionamiento institucional del IICA Autor:  IICA - Preparado por French, J, Montiel, K y Palmieri, V Aumento de la población El impacto del CC Las emisiones de GEI Rápido desarrollo de economías emergentes Creciente inestabilidad en torno a la escasez de tierra, agua y energía

18. Dinámica del sistema de innovación Fuente:La innovación en la agricultura: un proceso clave para el desarrollo sostenible. Posicionamiento institucional del IICA Autor:  IICA - Preparado por French, J, Montiel, K y Palmieri, V

19. Sistema Regional de Innovación PROCINORTE CARDI PROMECAFE CATIE PROCITROPICOS SICTA PROCISUR Centros CGIAR CIAT, CIP, CIMMYT, IFPRI, Bioversity Agencias de I&D de los países desarrollados

20. “Desafíos de innovación para el desarrollo sustentable del bioetanol en las Américas”

21. Oportunidades y Desafíos en los biocombustibles Gazzoni, Decio Luiz. Biocombustibles y alimentos en América Latina y el Caribe / Decio Luiz Gazzoni – San José, C.R.: IICA, 2009. 118 p.; 21.5 x 28 cm. http://www.iica.int/Esp/conocimiento/infoRecurso/Paginas/Publicaciones.aspx Para mantener la competitividad de los sistemas de producción de biocombustibles, será fundamental que se muestren avances tecnológicos en tres grandes vertientes: En la producción de materia prima En los procesos de transformación En los motores y generadores de energía

22. Oportunidades y Desafíos en los biocombustibles Gazzoni, Decio Luiz. Biocombustibles y alimentos en América Latina y el Caribe / Decio Luiz Gazzoni – San José, C.R.: IICA, 2009. 118 p.; 21.5 x 28 cm. http://www.iica.int/Esp/conocimiento/infoRecurso/Paginas/Publicaciones.aspx • En la producción de materia prima se requiere: • Alta densidad energética, como también un favorable balance energético • Fácil producción, almacenamiento y transporte • Sin conflictos en la producción de alimentos  la celulosa y la hemicelulosa

23. Oportunidades y Desafíos en los biocombustibles Gazzoni, Decio Luiz. Biocombustibles y alimentos en América Latina y el Caribe / Decio Luiz Gazzoni – San José, C.R.: IICA, 2009. 118 p.; 21.5 x 28 cm. http://www.iica.int/Esp/conocimiento/infoRecurso/Paginas/Publicaciones.aspx • En los procesos de transformación: • Mayor eficiencia • Bajo costo • Reducido impacto ambiental • Seguridad para almacenamiento, transporte y uso

24. Oportunidades y Desafíos en los biocombustibles Gazzoni, Decio Luiz. Biocombustibles y alimentos en América Latina y el Caribe / Decio Luiz Gazzoni – San José, C.R.: IICA, 2009. 118 p.; 21.5 x 28 cm. http://www.iica.int/Esp/conocimiento/infoRecurso/Paginas/Publicaciones.aspx • En los motores y generadores de energía: • Mejora progresiva en los actuales motores para la adaptación • a celdas de energía con capacidad para ser movidos con alcoholes • e hidrógeno.

25. Escenario bioenergético de innovación: Recursos genéticos de diversa complejidad biológica para la producción de bioenergía y la mitigación del cambio climáticoFuente: Elaboración propia.

26. Biocombustibles de segunda generación • Evitaría muchas de las consecuencias adversas de los biocombustibles de la 1ª generación: • No competirían directamente por alimentos • Causarían menor impacto ambiental • Mayor energía producida por hectárea • Sin embargo, los biocombustibles de 2a generación actualmente: • No son competitivos y • Las expectativas sobre los costos y la energía producida por unidad de superficie varía dependiendo de la materia prima utilizada.

27. Biocombustibles de segunda generación Representan un cambio en la tecnología de conversión que permite reemplazar las azúcares, el almidón y los aceites de las materias primas utilizadas por la primera generación, por diversas formas de biomasa lignocelulósica. Dejarían atrás el dilema biocombustibles vs. alimentos, además de representar una mayor participación potencial en la matriz energética y un avance significativo en términos de balance de carbono.

28. Estructura de la celulosa Genomic Science Program, Department of Energy, US http://genomics.energy.gov/gallery/gtl/detail.np/detail-36.html

29. Etapas en la producción bioquímica de etanol celulósico Fuente: Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación en América Latina y Caribe. Cristina M. M. Machado http://www.procitropicos.org.br/portal/newbb/dl_attachment.php?attachid=1282647161&post_id=34

30. Grado de importancia de características físico-químicas de la biomasa para diferentes tecnologías en la producción de biocombustibles +++ mucha importancia; ++ media importancia; + poca importancia Fuente:Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación en América Latina y Caribe. Cristina M. M. Machado http://www.procitropicos.org.br/portal/newbb/dl_attachment.php?attachid=1282647161&post_id=34

31. 7º Programa Marco de Cooperación Internacional de la Unión Europea con Países en Desarrollo Nuevasmateriasprimas y proceso de transformacióninnovadorpara un desarrollomássustentable y producción de etanollignocelulósico “BABETHANOL” www.babethanol.com Start of the project: 01/05/2009 End of the project by April 2013

32. Las instituciones participantes • EUROPA INPT - Institut National Polytechnique de Toulouse, Lab. de Chimie Agroindustrielle , Francia (Institución Líder del Proyecto) INSA - Institut National de Sciences Appliquées, Lab. d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, Francia CIEMAT- Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, España VTT - Valtionteknillinentutkimuskeskus, Finlandia Università degli Studi di Udine DiSA, Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali, Italia APYGEC, Francia

33. Las instituciones participantes • LATINOAMERICA UNAM - Universidad Nacional Autónoma de México, Fac. Química UCR - Universidad de Costa Rica, Laboratorio de Química Bio-orgánica UAE – Universidad Agraria de Ecuador, Fac. de Ciencias Agrarias CMM – Centro Mario Molina, México CRT – Consejo Regulador de Tequila, México PALMA TICA, Costa Rica PROCAZUCAR S.A., México PROCISUR, Cono Sur

34. Objetivos de BABETHANOL Desarrollar una nueva alternativa para el proceso de transformación de materias primas lignocelulósicas en la producción de etanol. Enfocar el estudio para que sus resultados puedan ser incluidos en las matrices energéticas nacionales. Contribuir a un desarrollo más sustentable de los biocombustibles renovables. Proponer, al final del proyecto, los mejores parámetros biológicos para obtener etanol con el mejor rendimiento de conversión al menor costo de material biológico.

35. El foco innovador del proyecto El proyecto BABETHANOL propuso desarrollar y probar hasta la escala piloto semi-industrial, un nuevo concepto que permite la integración del pre-tratamiento (CES) e hidrólisis enzimática completa de la biomasa lignocelulósica.

36. El concepto del proyecto El nuevo proceso denominado CES :Extrusión – Sacarificación Combinada sebasa en el concepto de desintegración mecánica de la matriz de biomasa por extrusión, para favorecer la hidrólisis enzimática de la hemicelulosa y la celulosa.

37. Las ventajas de CES (Extrusión – Sacarificación combinada) en comparación con las actuales tecnologías serán: • Menor consumo de energía termal y agua (menor T°, hidrólisis en condiciones de baja humedad). • Sin consumo ácido y reactivos de neutralización (más bajo en materias primas). • Sin corrosión (más bajo en mantenimiento y costo de capital en equipamiento). • Sin residuos tóxicos y reciclaje / tratamiento de residuos (más bajo en materias primas y costo de capital en equipamiento). • Integración de procesos (más bajo en costo de capital en equipamiento).

38. Characterization of the 4 feedstock LCA (Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle)

39. Characterization of the 4 feedstock • The samples of BAB – Blue Agave Bagasse were supplied by CRT (ConsejoRegulador del Tequila). • The samples of POEFB – Palm Oil Empty Fruit Buncheswere supplied by UCR from the residues obtained at PALMATICA (Costa Rican palm oil manufacturer). • The samples of OMH – Olive Milled Husks were supplied by CIEMAT from a local olive oil producer. • The samples of CC - Corn Cob were supplied by INPT from a local farming production.

40. Characterization of the 4 feedstock • All the biomasses show cotents of C and Hc, except OMH wich shows lower contents of C and Hc and higher content of L. • Consequently, OMH is a poor candidate for the conversion to bio – ethanol. • OMH has been replaced it by Barley Straw (BS) wich shows good carbohydrate contents in the same range as BAB, POEF and CC. CC= Corn cob; BAB= Blue Agave Bagasse; OMH= Olive Oil Milled Husk; POEFB= Palm Oil Empty Fruit Brunches. CIEMAT – UCR: NREL Methodology (National Renewable Energy Laboratory) INPT – UNAM: Van Soest and Wine‘s method. Priciple vegetal matter = L + C + Hc + minerals + others

41. Sugar release from extruded barley straw biomass by enzymatic hydrolysis • OBJECTIVE:To evaluate the ability of extrusion pretreatment to enhance sugar production from barley straw biomass by enzymatic hydrolysis with commercial enzymes. • The final objective is to maximize the hydrolysis yield of glucans and xylans to fermentable sugars for further conversion to ethanol by studying extrusion configuration. • Metodology: • NaOH- extrusion + neutralization • Screw speed = 150 rpm • Temperature = 68ºC • %NaOH/DM = 7.5 • CONCLUSION • Extrusion pretreatment has been proved as an effective method to improve fermentable sugars production by enzymatic hydrolysis of barley straw biomass.

42. TreatmenteffectonlignocellulosicbiomassU de Toulouse - UNAM – UCR A thermo – mechanico – chemical pre-treatment in twin-screw extruder using alkali solution as catalyst allows preparing the cellulosic matter in a really goodconfiguration. PHOTO: CIEMAT – BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS

43. El Rol de PROCISUR/IICA2013 - 2014 • Desarrollar un catálogo de las mejores materias primas lignocelulósicas candidatas para la producción de etanol en los países miembros de PROCISUR (Argentina, Brasil, Chile, Paraguay y Uruguay), tomando en cuenta: • Disponibilidad • Composición química • Concentración geográfica • Elotes vacíos (CC); podas de los viñedos y de las huertas; hojas y bagazo de la caña de azúcar; residuos industriales del eucalipto; residuos de campo como rastrojo maíz y paja de trigo.

44. Orlando Vega Charpentier. Especialista en Energías Renovables Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA) Tel: (506) 2216 – 0314 Fax: (506) 2216 – 0139 orlando.vega@iica.int Muchas Gracias!!