El Rol del Bioetanol Base Celulósicos en la Bioenergía · ¿Porqué el Bioetanol? Francia 511...

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El Rol del Bioetanol Base Celulósicos en la Bioenergía:

Los retos del futuro

Dra. Elizabeth Mar JuárezM. I. Florentino Murrieta

M. en P. Lina TaveraDr. Luis Miguel Rodriguez Otal

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Contenido

• Elementos de Mercado de los Biocombustibles• ¿Por qué el Bioetanol?• Estado del Arte• Proyecciones• Áreas potenciales de desarrollo• Producción potencial de Etanol en México• A parte del Etanol…• Grupo de Biocombustibles-IMP

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Biocombustibles en el mercado actual

El alto costo del petróleo y la necesidad de alternativas más baratasLa demanda mundial de petróleo se incrementará en un 50% en el 2025, principalmente debido a las economías de rápido crecimiento en AsiaVarios de los principales exportadores de petróleo se encuentran en una situación inestableEl Cambio Climático y la necesidad mundial de reducir las emisiones de carbonoLa necesidad de crear políticas de inclusión para el campo y reducir programas de apoyo para los agricultoresA diferencia del petróleo, la mayoría de los países pueden producir bioenergía

Elementos del mercado de combustibles…..(1)

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La sustitución de importaciones de combustibles fósiles, para aumentar los niveles de seguridad nacional en cuestiones de economía y suministro.

Oil gap

(Importaciones)

El “hueco” entre la producción y la demanda continuara aumentando en todo el mundo. El incremento de la dependencia hacia ciertas regiones del mundo se presenta como un riesgo para la seguridad energética

Demanda

Tiempo

ProducciónNacional

Prod

ucci

ón A

nual Escenarios

Seguridad Energética

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La Bioenergía hoy…

MuchosLeña, cosechas y residuos de cosechas

Carbón, gas y keroseno

Electricidad(Local para cocción y calefacción)

Biomasa

Unión Europea, en especial Alemania y Francia

OleaginosasDieselTransporteBiodiesel

Brasil y Estados Unidos

Caña de azúcar y Maíz

GasolinaTransporteEtanol

Principales Usuarios

MateriasPrimas

Reemplaza/Complementa

UsoTipo


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La Bioenergía hoy…

• La Bioenergía participa con el 14% del total mundial:– En el balance de energía esta representa un 33% en promedio

para los países en desarrollo (70% en África),– Sólo entre un 2-3% en los países desarrollados.

• Los biocombustibles para su uso en el transporte sigue siendo reducido; 40% del transporte en Brasil, pero sólo entre un 3-5% en Estados Unidos y la UE

• Brasil y Estados Unidos producen 90% de etanol del mundo mientras que la UE produce 88% de biodiesel del mundo.

• El biodiesel tan sólo representa una décima parte de lo que se produce de etanol


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Proyecciones• Para el 2010 la UE planea duplicar la participación de

las energías renovables en su consumo de energía primaria a un 12%. – La participación de los biocombustibles en el sector transporte

representará hasta un 5,75%

• Estados Unidos planea también ampliar su cuota de participación de renovables al doble con respecto a su participación actual que es del 2% (2020)

• Brasil tiene previsto aumentar su participación de 37% a 58%

• China y la India han puesto en marcha nuevas industrias de bioenergía


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¿Los biocombustibles son una opción económicamente viable?

Sólo si el precio del petróleo se ubica de manera sostenida alrededor de $70-75/barril

• Etanol base caña de azúcar es viable a un precio de petróleo de $30-35 /barril (Brasil)

• Etanol base maíz es viable a $55 (Estados Unidos)

• Biodiesel base oleaginosas es viable a un precio de petróleo de $80 (Unión Europea)


Fuente:AIE, 2004

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¿Porqué el Bioetanol?

511Francia

227Italia

1,920Alemania

300India

950UE

2,000China

16,500Brasil

29016,230Estados Unidos

BiodieselEtanolPaís

Etanol

Gasolina

AutosPrincipales productores de biocombustibles en el 2005

(millones de litros)

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Bioetanol

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Producción de EtanolEstado del Arte… (2)

Presente

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Producción de Bioetanol

Estado del Arte… (3)

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Producción de Bioetanol

+5%


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Producción de Etanol

Futuro


www.imp.mxFuente: Iyer, Rao & Grover (2002); DOE (2005)

351.0018.5029.0033.60Bagazo de caña

392.3317.2017.8544.06Cascarrilla de arroz

319.9631.2813.9436.55Cáscara y

paja de cacahuate

359.0016.9724.0739.63Paja de trigo

346.0012.0620.3641.36Paja de arroz

Rendimientos teóricos de

etanol(l/ton)

Lignina(% ton/ton)

Hemicelulosa(% ton/ton)

Celulosa(%ton/ton

Agro-residuo

Producción Potencial de Etanol para Diferentes Agro-Residuos


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Biomasa Pre-tratamiento Hidrólisis Fermentación

Purificación

Cogeneración

Etanol

AguaResidual

SólidosResidual

Electricidad

Vapor

Pretratamiento 1

Fase 1


www.imp.mxP>psat

De 5 a 10 años

―>9088 – 98%45 seg –4 min

190 – 230 ºCNingunoAgua líquida caliente

De 2 a 5 años

―88 (2 pasos)160 – 220ºCÁcidoExplosión de vapor

catalizadacon ácido (f)

De 2 a 5 años

―9045 – 65 %2 min160 – 260ºC_____Explosión de vapor sin

catalizador (e)

Actual+ +5560-75%BaseHidrólisis alcalina (d)

Actual+< 8575-90%2-10 min>160ºCÁcidoHidrólisis con acidodiluido(c)

Disponibilidad

Costos (b)

Rendimiento de Xilosa

Tiempo de

Reacción

Temperatura/presión

Medio Químico

Efecto enzimático

(a)(downstream)

Método de Pre-

Tratamiento

Comparación de varias opciones de pre-tratamientos (remoción de lignina e hidrólisis de hemicelulosa)


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Estado del Arte (6)


Purificación

Co.-generación

Etanol

AguaResidual

SólidosResidual

Electricidad

VaporFase - Hidrólisis•ácido sulfúrico concentrado•diluir el ácido sulfúrico•uso de ácido nítrico•pretratamiento de ácido seguido de hidrólisis enzimática.


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Proceso Consumibles Temperatura °C Tiempo Producción

de Glucosa Disponibilidad

Diluir el Ácido Sulfúrico <1% H2SO4 215 3 min 50 - 70 % Actualmente

Ácido Sulfúrico Concentrado

30 - 70% H2SO4

40 2 - 6 h 90% Actualmente

Enzimático (pretratamiento de ácido seguido de hidrólisis enzimática)

Celulasa 70 1.5 días 75% 95% Actual 2020

Fase - Hidrólisis

Comparación de las Condiciones de Proceso y desempeño de tres procesos de hidrólisis de celulosa


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I&D - HidrólisisHidrólisis

Arkenol Ácido Sulfúrico Concentrado

Diluir el Ácido Sulfúrico en dos etapasInvestigación de hidrólisis enzimática

Iogen Hidrólisis enzimática

Masada Ácido Sulfúrico Concentrado

Para C-5 ,Diluir el Ácido Sulfúrico

Para C-6, enzimática

Ácido Sulfúrico Concentrado

Diluir el Ácido Sulfúrico

BCI

NREL

TVA


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Purificación

Co.-generación

Etanol

AguaResidual

SólidosResidual

Electricidad

Vapor

I&D en esta fase se centra en el desarrollo (natural o manipulación genética) de microorganismos tales que puedan metabolizar azúcares C5 y C6, en menos etapas de reacción

Fase 3. Fermentación


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Configuración de ProcesoEstado del Arte… (13)

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Reducción del tamaño de partícula

Pretratamiento

Desintoxicación y neutralización

Separación sólidos/ líquidos

ProducciónEnzimática

HidrólisisEnzimática

FermentaciónAzúcarCelulósica

FermentaciónAzúcarHemicelulosa

Proceso Típico para la Obtención de Etanol

Base Lignocelulósicos

Etanol

Co-productos

Procesamiento deResiduos

Recuperación delProducto

SSF


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Reducción del tamaño de partícula

PretratamientoConversión Directade la celulosa/hemicelulosa en azúcar

Incorporando el concepto de BIOREFINERIA

Etanol

Co-productos

Procesamiento deResiduos

Recuperación delProducto

•Incrementar la productividad por área de cultivo•Mejorar las características de la biomasa

•Aprovechar de forma extensa los catalizadores biológicos•Reducir las condiciones severas del proceso y los residuos•Incrementar el contenido de azúcares

•Eliminar la separación•Combinar en un solo reactor la producción enzimática, la hidrólisis y la fermentación•Proceso Integral

Oportunidades para IDT Estado del Arte… (15)

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Ingeniería GenéticaEstado del Arte… (16)

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Costos de Producción de Etanol

Mantenimiento4%

Servicios Elec y Agua 4%

Mano de Obra y Gastos de Admon

4%Enzimas, hongos y

químicos5%

Gastos Financieros

6%

Gas Natural12%

Materia Prima62%

Otros 5%

Uno de los costos más importante al momento de producir el Bioetanol, es el precio que se paga por la Materia Prima

http://plantsci.sdstate.edu/precisionfarm/paper/Powerpoint012605/Ethanol%20Share%20Ownership.pdf

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Tallo

Hojas

Olote

Raíces

Agroresiduos: 1 to 2 tons /acre

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Proyecciones: Producción de Etanol en Estados Unidos

2006 4.8 (maíz)2008 7.5 (maíz + celulosa)2015 12.0 (maíz + máyor productividad celulosa)2030 60.0 ( toda la celulosa + maíz)

Esta es la visióndel futuro…

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Eficiencia Energética / tecnologías

Producción de Energía Limpiay Biocombustibles

Oportunidades deNegocio

Áreas Potenciales de Desarrollo

Creación de Nuevos Negocios en el Mercado Global

I&D Tecnologías

N2O CO2

CO2CO2

CO2

CH4

F-gases

Captura y utilización de las emisiones

contaminantes

Servicios, consultorias energéticas

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Producción Potencial de Etanol con Materias Primas Lignocelulósicas

-

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

bagazo

r. madera

cebada

sorgo

trigo

maíz - olote

maíz - rastrojo

frijol

arroz -cascarillaarroz - rastrojo

Mill

ones

de

litro

s Presente y Futuro del Bioetanol en México

Fuente: Estudio propio, IMP, 2007

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Aparte del Bioetanol…• Gasificación de la Biomasa y Rutas

Tecnológicas Alternas– Combustibles Fischer-Tropsch (F-T). – Metanol.– Dimetil Éter

• Biodiesel– A partir de Algas

• Procesos de Producción de Hidrogeno a partir de Biomasa

• La Ingeniería Genética

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El IMP…Grupo de Biocombustibles• Bioetanol

– Fermentación– Hidrólisis– Biotecnología

• Biodiesel– Mejoras de Proceso– Base Algas

• Biocrudo– Pirolisis– Gasificación

• Factibilidad• Realidades y Mitos• Las opciones realespara el país

• Hidrógeno• Sustentabilidad

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Bionergéticos

• ¿Por qué es relevante el Bioetanol en este momento? – Es un mercado potencial enorme– Puede ser usado en motores convencionales– Desarrollo rápido de políticas públicas para

incorporarlo– Es una tendencia internacional para combatir

el Cambio Climático– Reactivación de campo (sector clave en los

países en desarrollo)

Recomendaciones… (4)

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Impulsores de Sustentabilidad

Cambio Climático

Revitalización del campoSeguridad Energética

Diversificación Energética

¿Por qué?

¿Cómo?

Precios del PetróleoApoyo

GubernamentalLey de Bioenergéticos

Nom 086 (UBA)

Nicho de Mercado; LocalMezclado en Infraestructura existente

PromociónEducación

Sector Transporte/Autotransporte

Pemex /Armadoras

SectoresInvolucrados

Rol Mercado Energético Internacional

Mercadoen Desarrollo

Mercado de Bioenergéticosen Desarrollo

www.imp.mx Elbersen, Wageningen, 2004

Switchgrass: 5 a 10 ton /acre

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