obtenciÓn de bioetanol a partir de ciruelas chilenas...

DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTEFACULTAD DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD DE PLAYA ANCHAVALPARAÍSO

CHILE

JORNADAS IBEROAMERICANAS "OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA Y ECOLÓGICA DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR"

OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELAS CHILENAS

DGI CNEI 05-09

EVA ANDREA SOTO ACEVEDOMSC. ING. CIVIL BIOQUÍMICO – PUCV.

22.637-8 REGISTRO COLEGIO DE INGENIEROS DE CHILE A. G.DIRECTORA DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE

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OCTUBRE 2010

FACULTADESARTEHUMANIDADESCIENCIAS DE LA EDUCACIÓNCS. DE LA ACT. FÍSICA Y DEL DEPORTECIENCIAS NATURALES Y EXACTASCIENCIAS DE LA SALUDCIENCIAS SOCIALESINGENIERÍA


UNIVERSIDADESTATALPÚBLICA

LAICAPLURALISTAINCLUSIVA

DEPARTAMENTO DE MEDIO AMBIENTE


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300 ALUMNOS ING. AMBIENTAL E ING. CIVIL AMBIENTALDESDE 1996, 1º ING. EN MEDIO AMBIENTE EN CHILE – U TRADICIONAL.

OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE CIRUELASPROYECTO DGI CNEI 05-09 Dirección General de Investigación y

Postgrado Universidad de Playa Ancha, Chile.


Factibilidad de producir biocombustibles a partir de frutas de bajo consumo per cápita y que finalmente es un desecho orgánico, determinando la capacidad fermentativa de la levadura Saccharomycescerevisiae de tipo comercial, para obtener bioetanol a partir de ciruelas cultivadas en Chile, se utilizaron 3 tipos de ellas.

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En Chile la demanda energética aumenta en formacontinua y seguirá creciendo fuertemente al menos en lospróximo 20 años. Así lo señaló el ministro de Energía,Marcelo Tokman, quien indicó que según un estudiorealizado por la Universidad de Chile, la demandaenergética, que incluye el consumo de combustibles,eléctrico y de otras fuentes, crecerá a una tasa superior al5% anual entre el 2008 y el 2030, debido a esto es que sehace imprescindible proyectar un cambio en el actualmodelo energético.

En Chile, la bioenergía aún se encuentra en unnivel incipiente, sin embargo, el potencialagrícola y forestal que presenta el país laconvierte en una oportunidad de desarrollo,


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convierte en una oportunidad de desarrollo,no solo porque esta puede contribuir en ladependencia energética, sino también porquepuede transformarse en una alternativarentable para productores agrícolas yforestales.

BIOCOMBUSTIBLES

VALORIZACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS

RSUFERIAS LIBRESRISES


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Producto de la necesidad de estudios vinculados a laobtención de bioenergía a partir de biomasa, esteproyecto tiene por objeto evaluar la calidad quepresentan 3 tipos de ciruelas cultivadas en Chile en laobtención de bioetanol, presentando las ventajas ydesventajas de esta materia prima.

Estudiar la factibilidad de producirbiocombustibles a través de lasciruelas Chilenas, a partir de unestudio de fermentación microbiana.

•Estudiar la factibilidad de producir etanol a partir de ciruelas chilenas oen su defecto de ciruelas extranjeras que se puedan cultivar en Chile.


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en su defecto de ciruelas extranjeras que se puedan cultivar en Chile.•Desarrollar una alternativa de generación de energía con materiasprimas que sean menos requeridas alimentariamente, para producirbiocombustibles.•Contribuir al aumento de la participación de fuentes de agro energíaen la composición de la matriz energética de Chile.•Estudiar las oportunidades que presenta para el país, el desarrollo deesta nueva tecnología, a través de la difusión de sus ventajas ybeneficios.

La producción de BIOETANOL, a partir de las energíasrenovables constituye una de las alternativas para solucionar


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renovables constituye una de las alternativas para solucionarlos problemas energéticos del país, ya que muchas de lasespecies vegetales utilizadas para la obtención de este, secultivan anualmente en Chile y no son necesariamentealimentos de primera necesidad para la población , como es elcaso del maíz y el trigo.

METODOLOGÍA


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BIOETANOLSe denominan biocombustibles a productosgeneralmente líquidos que se obtienen apartir de la transformación de la biomasa,mediante diferentes procesos y que soncapaces de sustituir a los combustiblesfósiles, actualmente uno de los másutilizados en el mundo, es el etanol el cual seobtiene a partir de los azucares presente endiferentes vegetales que luego, porfermentación son transformados a etanol.


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El etanol se obtiene esencialmente a partirde azucares extraídos de diferentes tipos devegetales que luego, por fermentación, sontransformados a etanol. El sustrato mas usadopara la producción de etanol es el azúcarpresente en frutos raíces, semillas y tallos,tales como sacarosa, glucosa y la fructuosa


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Fermentación de buena manera con el fin de lograr altosrendimientos del proceso.

1. Clase de microorganismo:Saccharomyces y Kluyveromyces y las bacterias Zymomonas

mobilis.

2. Concentración del sustrato:Satisfactoria una concentración de azúcar del 10 al 18%, el valormás corriente es del 12%.3. Concentración de Etanol:Una concentración alcohólica del 3% ya influye sobre elcrecimiento; una concentración de un 5% influye tanto sobre elcrecimiento como en la fermentación.4. Temperatura.


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4. Temperatura.5. pH.6. Concentración de nutrientes:Las más influyentes son el nitrógeno, fósforo, azufre, vitaminas ytrazas de algunos elementos.

Fruto del ciruelo, pertenece a la familiade las Rosáceas de nombre científicoPrunus domestica.

El principal componente de las ciruelas esel agua, seguido de los hidratos decarbono, El aporte de vitaminas no esrelevante, aunque destaca su contenidomoderado vitamina E y provitamina A.


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moderado vitamina E y provitamina A.En cuanto a su contenido de minerales,es rica en potasio, magnesio y calcio.

El contenido de azucares va desde un 4,3% de sacarosa, 4.0 % de glucosa y 1,4 %de fructosa.

Y el pH se encuentra entre 2,8 y 4,6


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2.-TIPO DE CIRUELA : GOLDEN JAPAN

CARACTERISTICAS DEL FRUTO

Fecha de Cosecha: 15 de Enero a 5 de MarzoCalibre: Medio (90g) Color: Amarillo verdosoForma: OvaladaPulpa: Amarilla,buen sabor, f irme

CARACTERISTICAS

4.-TIPO DE CIRUELA : CATALINA

CARACTERISTICAS DEL FRUTO

Fecha de Cosecha: 5-10 de Enero

Calibre: Medio Color: Púrpura oscuro

Forma: Ovalada

Pulpa: Amarillo ámbar

CARACTERISTICAS


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Pulpa: Amarillo ámbar

1.-TIPO DE CIRUELA : READ BEAUT

Características del fruto

Fecha de Cosecha: Fines de Nov. a inicios de Dic.Calibre: Medio a pequeño (55g)Color: Rojo brillantForma: Ovalada redondaPulpa: Amarillo ámbar

CARACTERISTICAS

La levadura escogida para realizar lafermentación pertenece a la especieSaccharomyces cerevisiae este tipo delevadura es la mas utilizada para laobtención de etanol a nivel industrialpues no presenta alto costo, es de fácilmanipulación, tolera altasconcentraciones de alcohol y es capazde utilizar altas concentraciones deazúcares


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azúcares

El cultivo se llevó a cabo a escala de laboratorio y serealizó a diferentes concentraciones de sustrato, con y sinesterilizar por los problemas asociado al pardeamiento de


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esterilizar por los problemas asociado al pardeamiento delas muestras, la producción de etanol fue similar en ambassituaciones a partir de una concentración de azúcaresbordeando el 4% v/v, se logró de un 3 a un 4,3 %v/v delalcohol. Lo mismo si se diluye hasta un 60% el caldo decultivo a emplear.

Fermentación Fruta sin carozo sin esterilizar 60% d iluida

0

2

4

6

8

10

12

14

Azúc

ar, %

p/v

Eta

no, %

p/v

0

1

2

3

4

5

6

7

Bio

mas

a, g

/L


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0 5 10 15 20 25 30 35

Tiempo, horas

Azúcar Etanol Biomasa

Condiciones operacionales: Temperatura ambiente, cercana a los 23ºC, agitación suave, menor a 50 rpm. Se observa que ya a las 20 horasde iniciado el cultivo se alcanza la mayor producción de etanol, delorden de 4%v/v.

Producción de Etanol, tomando el valor obtenido a las 10 horas decultivo, para comparar el efecto de la esterilización, y si sólo se trabajacon el jugo de ciruela o con la totalidad del fruto (únicamente sin elcarozo), con caldos de cultivos diluidos 0%, 30% y 60%. Figuras a, b y c,respectivamente.

3,00%

3,50%

4,00%

Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo


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0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

2,50%

Etanol %v/v

Esterilizado Sin esterilizar Jugo sin esterilizar

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

Etanol %v/v


Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo diluido en 30%


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0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

Etanol %v/v


Fermentación Saccharomyces cerevisiae 10 horas cultivo diluido en 60%

Se evidenció que, es factible de realizar a escala delaboratorio, con resultados similares a los de literatura,evidenciando que la etapa de esterilización puede no llevarsea cabo, por las dificultades de mediciones de algunosparámetros, y que el microorganismo seleccionado es unagente adecuado de producción del combustible alternativo,no sólo a partir del jugo de ciruelas, sino que también altrabajar con la pulpa, la cáscara únicamente retirando elcarozo.

Y la etapa siguiente a escala piloto, es una iniciativa real yconcreta de emplear todo el fruto sin carozo y aplicarlo a la


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concreta de emplear todo el fruto sin carozo y aplicarlo a lavalorización de residuos orgánicos, con concentraciones deazúcares fermentables similares.

Hay ciruelas en el país, que se exportan en un porcentajesuperior al 60%, el resto queda para consumo interno ypara la elaboración de mermeladas, suplementosalimenticios, jugos, o bien se emplean sus descartes paracompostaje.

Hay residuos orgánicos disponibles en las ciudades concaracterísticas de concentración de azúcares similares alas del proyecto en comento.


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Las ciruelas a pesar del consumo mayoritario comoalimento tal cual y como materia prima a procesar, permiteestablecer un modelo fermentativo extrapolable a otros,residuos, descartes que con características fermentativasadecuadas, sirven de base para valorizar desechos, con undiseño de reactores que permitan la degradación deresiduos orgánicos, además la presencia de otrosmicroorganismos no fue impedimento para que laslevaduras funcionaran


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Se visualiza como alternativa de valorización dedesechos, disminución de volúmenes,incorporación de tecnología solidaria, en lacomunidad que trabaja a diario con desechos


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comunidad que trabaja a diario con desechosorgánicos, frutas y verduras, principalmente.Incorporando podas de árboles y arbustos,césped, etc.

SOCIALIZACIÓN

Se difundió el proceso de fermentación por levaduras defácil acceso a las personas, generando etanol, que seemplea como biocombustible, que contribuye a valorizardesechos y residuos, se realizaron charlas, actividades de


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desechos y residuos, se realizaron charlas, actividades decomunicación por medios digitales e impresos.


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La meta principal de este estudio consistió en ampliar lasmaterias primas utilizadas actualmente en el país para laobtención de biocombustibles, debido a la escasa informacióny a los pocos estudios realizados en esta área es necesariobuscar nuevas alternativas de disponibilidad local, para asídeterminar si estas corresponden efectivamente a buenasalternativas para la producción de energía en Chile, valorizarresiduos, incorporar la ingeniería y la tecnología al servicio dela comunidad.


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Si la concentración de azúcares fermentables en los residuosorgánicos en comento: descartes de frutas, verduras, podas, pasto,


orgánicos en comento: descartes de frutas, verduras, podas, pasto,malezas, desechos orgánicos de mercados, ferias libres,municipalidades, domicilios, con un porcentaje promedio deazúcares del 3 al 4% p/p, los valores de rendimiento, ya se tornancomercialmente atractivos.

Lógicamente hay que efectuar la evaluación económica, técnica,ambiental-sustentabilidad y social, para que con cifras resulteatractivo a las ciudades y regiones del país.

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Decreto Nº 11/2008Especificaciones de calidad de Bioetanol y Biodiesel

Resolución SEC para métodos de ensayos

Ley 20214/2008, fomento a la I+D, vía crédito tributario de un 35% a la inversión.


Trabajar en biocombustibles de segunda

generación, iniciando el fortalecimiento

institucionalidad y el aprendizaje con los

biocombustibles tradicionales,

enfocando el futuro en la Investigación,

el Desarrollo y la innovación.

POLÍTICA NACIONAL

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ETAPAS SIGUIENTES

ESCALAMIENTO A NIVEL PILOTO

PRUEBAS PARA OBTENER BIOETANOL A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS – COMPOST.

RELACIÓN ENTRE BIOETANOL Y BIOGÁSRENDIMIENTOS Y CAPACIDADES FERMENTATIVAS


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