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BIOETANOLBIOETANOLAlcohol CarburanteAlcohol Carburante
Ing. Ing. QcoQco IvIváán Ochoa Martn Ochoa MartííneznezIng. Ing. QcoQco GreysGreys Miranda Miranda HerazoHerazo
AntecedentesAntecedentes
1908
Henry Ford diseñó el primera automóvil que empleó bioetanol.
Se comercializó en E.U.A. un 25% de bioetanol en la gasolina.
1920
1930
Construcción de una planta de etanol a partir de maíz, al que llamaron “gasohol’’
Cierre de la planta de gasohol, por los bajos precios del petróleo.
1940
Crisis del petróleo
1970’s
Surgen políticas energéticas en busca de alternativas a la dependencia de los combustibles fósiles.
1980’s
PercepciPercepcióón actualn actual
El bioetanol no podrá sustituir totalmente a los combustibles fósiles, pero sícomplementarlos en forma de mezclas con el fin de reducir la dependencia respecto del petróleo.
El combustible del futuro será el hidrógeno, el bioetanol es solo un puente.
Es un alcohol elaborado de fuentes renovables que sigue un procedimiento de fabricación similar al de la cerveza:
Almidón Azúcar Etanol
o mediante la fermentación directa de productos azucarados:
Bioetanol...Bioetanol...
fermentaciónHidrólisis
)(2)(2)(236126 22 lglEnzimas OHCOOHCHCHOHC ++⎯⎯⎯ →⎯
Azúcar Etanol
...Bioetanol....Bioetanol.
Los principales objetivos de la producción de bioetanol son:
Preparar mezclas con gasolina en lugar de otros aditivos como el ETBE (Etil terbutil éter) o el MTBE (Metil terbutil éter) en proporciones superiores al 5%.
Usarlo como carburante en mezclas con gasolina hasta un 85%.
Suministrarlo como materia prima en la producción del ETBE.
Materias Primas*...Materias Primas*...
El alcohol carburante se obtiene generalmente de:
Almidones de cereales (trigo, maíz, cebada, yuca).Azúcares (caña de azúcar, remolacha azucarera, sorgo dulce).Sustancias celulósicas (desechos agrícolas y forestales).
• También es posible usar centeno y alcohol vínico, pero no han prosperado por su gran valor en la industria alimenticia.
...Materias Primas....Materias Primas.
Las principales fuentes actuales de producción de bioetanol a nivel mundial son:
• Maíz• Yuca• Remolacha• Sorgo Dulce• Caña de Azúcar
ProducciProduccióón de alcohol n de alcohol a partir de Maa partir de Maíízz
Es la materia prima de mayor uso en E.U.A.A., se d., se destinan 35 millones de toneladas del cereal para producir etanol.
Desde hace 20 años se utiliza este combustible en una mezcla del 10 %, en promedio, con las naftas.
Se obtienen 0,40 litros de etanol/kg de maíz.
Relación Energía entregada/Energía utilizada = 1,22
Contexto internacional Etanol de Contexto internacional Etanol de mamaíízz
• En E.U. existen 74 plantas que producen etanol de maíz y existen otras 15 en construcción.
• Europa, Japón, India y China consumen 4500 millones de litros de etanol. En el viejo continente planean mezclar en 2010 un 5,75% de este combustible con nafta.
ProducciProduccióón de Etanol de man de Etanol de maíízz
El etanol a partir de maíz se obtiene mediante los siguientes pasos:
1. Hidrólisis (rompimiento o degradación) de las cadenas polisacáridas
del_almidón para obtener jarabe de glucosa.
2. El jarabe se convierte en Etanol mediante el uso de levaduras.
De cada 100 g. de almidón se pueden obtener teóricamente 111 g. de
glucosa, lo que implica una relación estequiométrica de 9:10.
Para la hidrólisis del almidón se usan bacterias termorresistentes porque el
proceso se lleva a cabo a altas temperaturas (90 -110 ºC).
ProducciProduccióón de alcohol n de alcohol a partir de Yucaa partir de Yuca
Nigeria es el precursor de la producción mundial de alcohol de yuca en el mundo, pero su producción no alcanza niveles industriales competentes.
Hasta ahora no se ha podido resolver satisfactoriamente el tratamiento de aguas residuales producidas por la planta.
Se obtienen 0,53 litros etanol/kg de yuca.
Relación Energía entregada/Energía utilizada = 1,17
Etanol de yuca en el mundoEtanol de yuca en el mundo
La yuca, es un cultivo prácticamente exclusivo de los países en vías de desarrollo.
Nigeria produce 39 millones de toneladas métricas de yuca, su meta es usar la mayor parte de esta como materia prima para etanol.
ProducciProduccióón de etanol de yuca...n de etanol de yuca...YUCAYUCA
LavadoLavado
DescortizadoDescortizado
RalladoRallado
TamizadoTamizado
SedimentaciSedimentacióónn
T = 40 T = 40 ººCCt = 24 horast = 24 horas
SecadoSecado
Tiempo: 12 horasTiempo: 12 horas
5.9 5.9 mlml de agua/g almidde agua/g almidóónnDiDiáámetro tamiz 0.1 mmmetro tamiz 0.1 mm
...producci...produccióón de Etanol de yuca.n de Etanol de yuca.ALMIDALMIDÓÓNN
HidrHidróólisislisis
HidrHidróólisis lisis QuQuíímicamica
HidrHidróólisis lisis BiolBiolóógicagica
FermentaciFermentacióónn
DestilaciDestilacióónn VinazasVinazas
EtanolEtanol
ProducciProduccióón de alcohol n de alcohol a partir de Remolachaa partir de Remolacha
Francia es uno de los países que ha desarrollado tecnología para obtener etanol de remolacha, después de establecido el Protocolo de Kyoto.
Se obtienen 0,2 litros de etanol/kg de remolacha.Se obtienen 0,2 litros de etanol/kg de remolacha.
En Colombia todavEn Colombia todavíía no se produce este tuba no se produce este tubéérculo en las cantidades rculo en las cantidades necesarias para justificar una planta de tamanecesarias para justificar una planta de tamañño comercial.o comercial.
RelaciRelacióón Energn Energíía entregada/Energa entregada/Energíía utilizada = 2,92a utilizada = 2,92
ContextoContexto internacional Etanol de internacional Etanol de RemolachaRemolacha
Los franceses tienen sistemas para producir en la misma planta, etanol de remolacha durante el otoño, y de trigo el resto del año.
Próximamente se pondrá en marcha en Francia una planta de 2,6 millones de hectolitros de bioetanol, y otra de 3 millones de hectolitros.
ProducciProduccióón de alcohol n de alcohol a partir de Sorgo Dulcea partir de Sorgo Dulce
En la India operan plantas de tamaño comercial produciendo alcohol carburante con esta planta leguminosa.
En Colombia aún no se produce esta planta en las cantidades necesarias para justificar una planta de tamaño comercial.
El grano de sorgo es rico en almidón y es uno de los cultivos óptimos para otras aplicaciones industriales.
Se obtienen 0,14 litros de etanol/kg de sorgo dulce.Se obtienen 0,14 litros de etanol/kg de sorgo dulce.
RelaciRelacióón Energn Energíía entregada/Energa entregada/Energíía utilizada = 2,14a utilizada = 2,14
ProducciProduccióón de alcohol n de alcohol a partir de Caa partir de Cañña de Aza de Azúúcarcar
Esta plantación ha demostrado a nivel mundial que es autosuficiente energéticamente con excedentes en electricidad.
Se obtienen 0,085 litros de etanol/kg de caña de azúcar.
En Colombia se produce esta planta en las cantidades necesarias para haber justificado varias plantas de tamaño comercial, principalmente en el Valle del Cauca.
EtanolEtanol de cade cañña en el mundoa en el mundo
Actualmente, Brasil es el principal productor mundial de etanol de caña.
Produce alrededor de 315 millones de toneladas de caña , y cerca de 2/3 de esta es utilizada para la producción de etanol.
Brasil cuenta con cerca de 300 destilerías y más de 225 ingenios.
Balance EnergBalance Energéético tico CaCañña de Aza de Azúúcarcar
La producciLa produccióón de etanol tiene los siguientes indicadores:n de etanol tiene los siguientes indicadores:
•• EnergEnergíía producida, 567.900 kcal/t de caa producida, 567.900 kcal/t de caññaa•• EnergEnergíía utilizada, 50.702 kcal/t de caa utilizada, 50.702 kcal/t de caññaa•• EnergEnergíía producida/Energa producida/Energíía utilizada = 11,2 a utilizada = 11,2 (1)(1)
Una planta de 300 klitros/dUna planta de 300 klitros/díía resulta en:a resulta en:
•• GeneraciGeneracióón total...........16.414 kWn total...........16.414 kW•• Consumos propios........ 6.414 kWConsumos propios........ 6.414 kW•• ExportaciExportacióón a la red......10.000 kWn a la red......10.000 kW
(1) Fuente: Net Emissions for the Sugar Cane to Ethanol Cycle C&T Brasil. Comparado con el maíz, es 8,3 veces superior.
Balance de COBalance de CO22 –– CaCañña de Aza de AzúúcarcarReacciones quReacciones quíímicas de formacimicas de formacióón:n:
ReacciReaccióón de combustin de combustióón:n:
Sumando (1), (2) y (3) se tiene que el balance de COSumando (1), (2) y (3) se tiene que el balance de CO22 es neutral. es neutral. Se capturan 12 molSe capturan 12 molééculas de COculas de CO22 y se liberan primero 4 moly se liberan primero 4 molééculas culas de COde CO22 en la fermentacien la fermentacióón y luego 8 moln y luego 8 molééculas de COculas de CO22 en la en la combusticombustióón. En general se capturan 8,7 tm de COn. En general se capturan 8,7 tm de CO22 por ha/apor ha/añño.o.
(2) 4COOHH4COHOHC(1) 12OOHCO11H12CO
252Bacterias
2112212
2112212Solar Luz
22
+⎯⎯⎯⎯ →⎯+
+⎯⎯⎯⎯ →⎯+
(3) O218CO3OOHH4C 22Otto Motor
252 H+⎯⎯⎯⎯ →⎯+
Maniobra de RecolecciManiobra de Recoleccióón de Can de Cañña a de Azde Azúúcarcar
ESQUEMA BESQUEMA BÁÁSICO DE LA COMBUSTISICO DE LA COMBUSTIÓÓN DEL N DEL BAGAZO DE CABAGAZO DE CAÑÑAA
Balance para 300 klitros/dBalance para 300 klitros/dííaa
Caldera TURBINAGENERADOR16,4 MW
PrecipitadorElectrostático
Planta de Alcohol, 2,8MW
Molinos, 3,6 MW
Red Nacional, 10,0 MW39,4 tm/h
Bagazo
Chimenea
38,1tm/h
2,5
bar
g
42,0 barg
400°C
74 mm Hg°
1,5 barg
Condensador Total
Complejo AgroindustrialComplejo Agroindustrial
Planta de Tratamiento
VinazasAbonos
200 TMD
Distribuidores
Alcoholcarburante
Planta de Mezclado
Mat Prima
Cultivo Caña
Destilería300.000 litros día
Bagazo
Red Eléctrica NacionalEnergía Eléctrica
Planta Térmica22 Mw
ETANOL Y EL CICLO DEL CARBONO
Oxígeno
Dióxido de Carbono
Etanol
Agua
Fotosíntesis
Celulosa
2CO2
ImpactosImpactos AmbientalesAmbientales
6O26CO2
4CO2
6O2
4CO2C6H10O5
2C2H5OH
Con el 10% en volumen de etanol en la gasolina, se reducirá hasta 1,6 millones de toneladas de CO2 / año para una producción de 300 kl/día de etanol.
6H2OH2O5H2O
RENDIMIENTO DE CULTIVOS EN LA RENDIMIENTO DE CULTIVOS EN LA PRODUCCIPRODUCCIÓÓN DE ALCOHOLN DE ALCOHOL
RENDIMIENTO EN ALCOHOLCULTIVO
RENDIMIENTOAGRÍCOLA
ton/ha litrosetanol/ton
litrosetanol/ha
CAÑA 120 84.5 10140
MAÍZ 85 409 34765
YUCA 29 182 5278
SORGO DULCE 50 140 7000
REMOLACHA 60 200 12000
RELACIRELACIÓÓN: ENERGN: ENERGÍÍA GENERADA/ ENERGA GENERADA/ ENERGÍÍA A CONSUMIDACONSUMIDA
GENERACIÓN Y USO DE ENERGÍA
kcal/ ton
CAÑA MAÍZ YUCA SORGO
DULCE REMOLACHA
Inputs:
Sector Agricultura
Sector Industrial
Subtotal
41995
8707
50702
570234
1478557
2048791
393013
574888
967901
71641
340281
411922
295522
156914
452436
Outputs:
Etanol 489300 2109994 995400 77400 1106000
Subproductos 78600 399011 136134 107367 214171
Subtotal 567900 2509005 1131534 881567 1320171
Output/Input
11.2
1.22
1.17
2.14 2.92
PRINCIPALES PRODUCTORES DE BIOETANOL PRINCIPALES PRODUCTORES DE BIOETANOL EN EL MUNDO, 2005EN EL MUNDO, 2005
PAÍS PRODUCCIÓN (millones de litros)
BRASIL 16.500
ESTADOS UNIDOS 16.230
CHINA 2.000
UNIÓN EUROPEA 950
INDIA 300
OBLIGATORIA %
Tailandia 10 Por ahora en Bangkok
Suecia 5 Todo el territorio nacional
China 5 Por ahora en 5 provincias
Filipinas 5 Todo el territorio nacional
Francia 5 Se para el 2010
Japón 3 Es opcional, pero le apuntan al 10 %
Bolivia 25 Sin fecha
Argentina 5 Se espaera para el 2011
MEZCLA DE GASOLINA CON ETANOL
DESTILERÍA CAPACIDAD (litro/día)
Ingenio del Cauca 300,000
Ingenio Providencia 250,000
Ingenio Manuelita 275,000
Ingenio Mayagüez 150,000
Ingenio Risaralda 75,000
Total 1,050,000
PRODUCTORES NACIONALES
El Caso ColombianoEl Caso Colombiano
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
La caña tiene el más bajo rendimiento de etanol por tonelada pero, en contraste, tiene un alto rendimiento agrícola.
La caña aporta la totalidad de la energía térmica que necesita el proceso industrial y puede distribuir a la red eléctrica nacional o privada 52484 kcal/t caña.
La energía requerida para obtener maíz en el proceso agrícola es 11 veces mayor que la necesaria para cultivar la caña y producir etanol de su jugo.
La yuca, el sorgo dulce y la remolacha tienen un alto rendimiento de alcohol por hectárea pero su producción agrícola es muy baja para el propósito industrial.
Todas las materias primas generan coproductos de un significativo valor agregado, que pueden ser destinados con éxito para la alimentación animal por su alto contenido energético.
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