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.