BIOCOMBUSTIBLES

BIOCOMBUSTIBLESBioetanol

Javier Varas Cobos i Abel Pacheco Lopez

Grau en Enginyeria MecnicaSistemes Qumics Curs 2013-2014, Grup 11, Subgrup 4Roser Gorchs Altarriba

Lliurament del treball: 10/06/2014

Contenido1. Introducci32. Recurs natural i Matries primeres33. Matries primeres: Monmer43.1 Cellulosaa43.2 Mid43.3 Glucosa44. Sntesi. Esquema de sntesi44.1 Esquema de sntesi de Iuca a mid54.2 Esquema de sntesi de mid a etanol54.2.1 Hidrlisi enzimtica per obtenir glucosa:54.2.2 Fermentaci:75. Procs: Diagrama de flux75.1Diagrama de flux de iuca a mid ( Citar pagina 24 document almidonagrio.pdf)85.2Diagrama de flux de mid a etanol96. Producte final107. Propietats, usos, repercussi mediambiental108. Bibliografia; Referncies, webs119. Glossari11

1. Introducci- Definici de biocombustible:Combustible slid, lquid o gass dorigen biolgic (biomassa) que ha seguit un procs de transformaci per tal dadaptar-lo a una funci substitutiva dels combustibles convencionals dorigen fssil. La idea inicial de la utilitzaci debiocombustiblesfou laprofitament de residus, principalment agrcoles, per tamb la fracci orgnica dels residus domstics, per a obtenir una energia alternativa a un cost relativament baix.- Bioetanol:Alcohol obtingut a partir de la fermentaci dels sucres que es troben als productes vegetals agrcoles com el blat, melca , patata, canya de sucre o biomassa. Aquests sucres estan combinats en forma de sacarosa, mid y cellulosa. 2. Recurs natural i Matries primeresEl bioetanol, es pot produir utilitzant tres varietats de matries primeres:

* Biocombustible de segona generaci: Sn combustibles produts a partir de recursos naturals que no sn font dalimentaci, utilitzen tecnologia en etapes de I + D i amb costos molt elevats .

3. Matries primeres: Monmer3.1 Cellulosaa

La cellulosa s el principal component de les parets cellulars dels arbres i altres plantes. T una estructura lineal o fibrosa, en la qual sestableixen mltiples ponts dhidrogen entre els grups hidroxil de diferents cadenes de glucosa, fent-les molt resistents i insolubles a laigua. La cellulosa es forma per la uni de molcules de -glucopiranosa mitjanant enllaos -1,4-O-glucosdic. s una llarga cadena polimrica de pes molecular variable, amb frmula emprica (C6H10O5)n, amb un valor mnim de n=200.La paret duna cllula vegetal jove cont aproximadament un 40% de cellulosa; la fusta un 50%, mentre que lexemple ms pur s el cot amb un percentatge major al 90%

3.2 Mid

Des del punt de vista qumic, el mid s un polisacrid, el resultat dunir molcules de glucosa formant llargues cadenes, que poden arribar a tenir fins a 2000 o 3000 unitats de glucosa, encara que poden aparixer altres constituents en quantitats mnimes.El mid esta format per una mescla de dues substncies, amilosa i amilopectina, que noms difereixen en la seva estructura:Amilosa: Est formada per -D-glucopiranoses unides mitjanant enllaos (14) en una cadena sense ramificar. Aquesta cadena adopta una disposici helicodal i t sis monmers per cada volta d'hlix.Amilopectina: Tamb est constituda per -D-glucopiranoses, encara que forma una cadena ramificada en la qual hi ha unions (14), com en el cas anterior, i enllaos (16) que originen llocs de ramificaci cada dotze monmers.

3.3 Glucosa

La glucosa (C6H12O6) s una hexosa ( monosacrid amb sis toms de carboni), que cont un grup CHO, s a dir, un grup aldehid. Per tant, es classifica com una aldohexosa.La molcula de glucosa en dissoluci aquosa presenta un equilibri entre dues formes que coexisteixen: la forma de cadena oberta i la forma cclica, predominant a pH7. Les formes ccliques es formen per la reacci intramolecular del grup hidroxil (-OH) del C-5 amb el grup aldehid (-CHO) del C-1, que origina una hemiacetal. Lanell resultant est format per cinc toms de carboni i un tom doxigen. Els carbonis 1 a 4 estan units a un grup hidroxil, mentre que el C-5 resta unit a un grup CH2OH.La glucosa s el hidrat de carboni ms elemental i essencial per a la vida, s el component inicial o el resultant de les principals rutes del metabolisme dels glcids. s tamb producte de la fotosntesi que fan els vegetals de fulla verda grcies a la seva clorofilla. La glucosa es transforma desprs en mid en els cereals i hortalisses, o en fructosa en les fruites i la mel. Tots dos es tornen a transformar en glucosa en el nostre organisme i aix s com sabsorbeix.

4. Sntesi. Esquema de sntesiPer obtenir bioetanol, es realitzen diferents processos depenent de la matria primera a utilitzar:-Per un desenvolupament representatiu, realitzarem lesquema de sntesi en dos apartats, obtenci del mid amb un recurs natural ( en aquest cas, Iuca ) i obtenci del bioetanol partint del mid, ja que aquest, inclou els processos utilitzats amb la glucosa.-NO realitzarem lesquema de sntesi a partir de cellulosa, per obtenir bioetanol amb aquesta matria primera, requereix de pretractaments diferenciats seguit de hidrlisi enzimtica, que requereix duns processos molt complexes per alliberar les estructures polimriques dels sucres presents en la cellulosa i la hemicellulosa, que suposen del 30 al 50 %, y del 20 al 35 % del material de la planta, respectivament. Citaci: http://www.abengoa.es/web/es/innovacion/areas_de_innovacion/biocombustibles_2_generacion/

4.1 Esquema de sntesi de Iuca a midPer extreure el mid de la Iuca, es realitzen els segents processo fsics:

* Processos desenvolupats en el punt segent ( 5. Procs: Diagrama de flux )

4.2 Esquema de sntesi de mid a etanolPodem diferencien dos apartats en el procs:4.2.1 Hidrlisi enzimtica per obtenir glucosa: 1- Liqefacci

Amb la liqefacci per mtode humit, modifiquem el mid amb la gelatinitzaci i dextrinitzaci daquest. El mid es dispersa en aigua i sescalfa en presncia dun catalitzador (alfa-amilasa) que, catalitza la hidrlisi de la cadena lineal ( amilosa ) i la ramificada ( amilopectina ) del mid, trencant enllaos 1,4 interiors ( endo-amilasa). Dextrina: Sn productes de degradaci parcial de mid obtingudes per escalfament, amb o sense catalitzador, en un mecanisme de conversi que inclou processo de ruptura hidroltica, reorganitzaci de molcules i repolimeritzaci. La alta temperatura, trenca part de les unions 1,4 del mid i incrementa les unions 1,6 disminuint la longitud de la cadena molecular, al mateix temps que sincrementa la ramificaci. Aix determina bona solubilitat en aigua freda.

2- Sacarificaci

Amb la sacarificaci, es realitza un trencament de les dextrines a sucres simples, com glucosa i fructosa, sutilitza un catalitzador (gluco-amilasa), enzim secundari que actua com a exoenzim, alliberant de forma seqencial unitats senzilles de glucosa a partir dels extrems no reductors de les molcules de amilosa i amilopectina. Pot hidrolitzar enllaos 1,3 i 1,6 glicsids.4.2.2 Fermentaci:

Amb la fermentaci, produm etanol amb la conversi anaerbica de la glucosa per acci del llevat (51% de glucosa es converteix en etanol i 49% en dixid de carboni). El percentatge detanol al final de la fermentaci s de 10-20% v/v.

5. Procs: Diagrama de fluxDiferenciem dos apartats:5.1 Diagrama de flux de iuca a mid ( Citar pagina 24 document almidonagrio.pdf)

Aigua necessria: 710l/100Kg de iuca31l/Kg de midRelaci (arrels/mid): 4.4 a 1Rendiment procs: 22.6%1- Rentat i pelat: En aquesta etapa selimina la sorra i les impureses que porten les arrels, la clofolla es desprn per fricci durant el procs de rentat. Normalment, en el rentat es perd el 2-3 % del pes de les arrels fresques. 2- Rallat: Salliberen els grnuls de mid continguts en les cllules de les arrels. La eficincia de aquesta operaci, determina en gran part, el rendiment total del mid en el procs dextracci.( citaci llibre CIAT) 3- Colat: Separaci de la polpa o material fibrs de la lletada de mid. Sha devitar que petites partcules de fibres passin a la lletada de mid, per aquest motiu saconsella realitzar un recolat. 4- Sedimentat: Es separa el mid sosps en aigua.5- Assecat: Es pot realitzar per assecat solar o artificial. Es remou la humitat del mid fins a un 12-13 %.5.2 Diagrama de flux de mid a etanol

DestillaciEtanol hidratat Sacarificaci60oC8-10 hJet Cooker>100oC5-8 min

Fermentaci25-35oCpH (4.5-6.5 )4 hLiqefacci85oC~90 minMid

Jet Cooker: Es realitza un escalfament en un perode de temps molt curt per interferir el menys possible en el procs.Liqefacci: En el procs, els factors importants sn; percentatge de mid de la soluci, concentraci de -Amilasa, pH i temperatura.Sacarificaci: En el procs, els factors importants sn; percentatge de dextrina de la soluci, concentraci de gluco-amilasa, temperatura i temps.Fermentaci: En el procs, els factors importants sn; concentraci inicial de glucosa, pH, nutrients i concentraci alcohlica.Destillaci: Es realitza una destillaci azeotrpica, ja que per utilitzar-lo com a combustible, es necessita una concentraci superior al 95%. Letanol es destilla fins al 95%, a continuaci es fa passar per un tams molecular que absorbeix laigua de la mescla, i sobt etanol a major concentraci, el tams es pot escalfar per eliminar laigua i repetir el procs.6. Producte final

7. Propietats, usos, repercussi mediambiental

Propietats fsiques i qumiques:FamliaAlcohols

Grup funcionalHidroxil (-OH)

FormulaciCH3-CH2-OH

Massa molar46.07 g/mol

Punt de fusi-114 oC

Punt debullici78.4 oC

Densitat789 Kg/m3

Solubilitat en H2O

Temperatura crtica241 oC

PolaritatPolar

Comparativa Etanol - GasolinaCaractersticaUnitatGasolina 95Etanol

Densitat (15oC)Kg/l0.740.79

ndex de refracci (20oC)1.44021.3577

%p/p de sofre%0.070

Corrosi en lamina de coure (50oC)Classificaci1a1a

ndex doctanatge RON93.4120

ICVkPa75.83-

Poder calorficMJ/Kg46.5529.62

Parafines%5.860

Isoparafines%26.120

Aromtics%30.660

Benz%0.660

Naftes%7.520.02

Olefines%22.150.01

Oxigenats%0.5299.97

No identificats%1.610

C12+%5.570

8. Bibliografia; Referncies, webs

9. Glossari