ELABORACIÓN DE BIOETANOL CON ALIMENTOS ORGÁNICOS

ANGELA FERNANDA BARRETO PEÑA

55514523

ZAIRA YERALDIN MENDOZA OROZCO

55514525

PABLO ALEJANDRO SOCHA FIGUEROA

55514550

UNIVERSIDAD DE BOYACÁ

INGENIERIA AMBIENTAL

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

TUNJA

2015

OBJETIVOS

Objetivo general:

Reconocer, identificar y demostrar la importancia de los alimentos orgánicos, en la obtención de bioetanol por medio de la hidrólisis y fermentación.

Objetivos específicos:

Reconocer de qué manera se puede obtener el bioetanol, para que su utilización sea como biocombustibles o fuente energética a partir de la fermentación de alimentos orgánicos.

Identificar como influye la hidrólisis en la descomposición de amiláceos y celulósicos, en la producción de bioetanol.

Demostrar experimentalmente que el uso de alimentos orgánicos (remolacha azucarada) permiten la elaboración de bioetanol para ser usado como biocombustible.

INTRODUCCIÓN

Con el pasar del tiempo, los aumentos en la temperatura del planeta han producido diferentes daños como los gases de invernadero y sus efectos demoledores. Por esto, se busca dar soluciones a este grave problema; una de las herramientas más factibles científicamente es la sustitución de combustibles fósiles por energías alternativas, hoy en día las más utilizadas son las energías renovables (biocombustibles).

Los biocombustibles son combustibles producidos a partir de biomasa y pueden estar presentados tanto en forma sólida (residuos vegetales), líquida (bioalcoholes) y gaseosa (biogás).

En la actualidad, el mercado de biocombustibles crece, y con esto, las opciones de mejora para el planeta son más viables. Por lo tanto a lo largo de este proyecto se estudiará la producción de bioetanol el cual es un alcohol que puede ser fabricado a partir de alimentos orgánicos, en cual los almidones pasan a azúcares y estos sufren una fermentación que hace que pasen a etanol.

El estudio base del bioetanol se realizara teniendo en cuenta cada una de sus diferentes etapas, buscando soluciones para la mejora y la contribución con el planeta. El proceso se ira describiendo a lo largo del trabajo, para poder concluir cuan tan factible y bueno es este proceso de mejora.

MARCO CONCEPTUAL

Remolacha azucarera: Es una variedad de la remolacha común de donde se obtiene azúcar de forma industrial. Es una planta de ciclo bianual. En el año de siembra forma un abundante aparato foliar y acumula sacarosa en la raíz principal, mientras que en el segundo año, tras la vernalización, emite las flores y fructifica. Por tanto, para la

producción de azúcar interesa sólo la fase vegetativa (primer año), siendo lo adecuado recolectar cuando tiene lugar el máximo de acumulación de sacarosa en la raíz. La fase reproductiva (segundo año) sólo interesa para la producción de semillas.

Biocombustible: Son combustibles hechos a partir de elementos existentes en la naturaleza. Este tipo de combustibles ofrecen una mayor seguridad bioenergética, pues, llegan a rendir más y emiten menos gases de invernadero.

Bioetanol: Es un biocombustible obtenido por la fermentación de la materia orgánica y la biomasa rica en hidratos de carbono (azúcares). Dependiendo de la materia prima utilizada para la producción del bioetanol también genera varios subproductos para la industria de la alimentación y la energía.

Hidrolisis: Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química.

Celulósicos: Es la materia orgánica que puede descomponerse con

hidrólisis ácida o con enzimas para conseguir glucosa.

Amiláceos: Que contiene almidón o es semejante a él.

MARCO LEGAL

LEY 939 DE 2004 DE DICIEMBRE 31 DE 2004 por medio de la cual se subsanan los vicios de procedimiento en que incurrió en el trámite de la Ley 818 de 2003 y

se estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en motores diesel y se dictan otra disposiciones.

EL CONGRESO DE COLOMBIADECRETA:

Artículo 1°

Considerase exenta la renta líquida generada por el aprovechamiento de nuevos cultivos de tardío rendimientos en cacao, caucho, palma de aceita, cítricos y frutales, los cuales serán determinados por el Ministerio de Agricultura y desarrollo rural. La vigencia de la exención se aplicará dentro de los diez (10) años siguientes a la promulgación de la presente ley.

Artículo 2°

La exención descrita en el artículo anterior será para la palma de aceita, cacao, caucho, cítricos y demás frutales por un término de diez (10) años siguientes a la promulgación de la presente ley.

Artículo 3°

Para tener acceso a la exención se requiere que las nuevas plantaciones sean registradas ante el ministerio de agricultura y desarrollo rural y se exigirá que los beneficiarios lleven registros contables independientes que permitan determinar la renta sobre la que se otorgará la exención.

Artículo 6°

Para efectos de interpretar y aplicar la presente ley se entiende por biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en motores diesel aquel combustible líquido o gaseosos que ha sido obtenido de un vegetal o animal que se puede emplear en procesos de combustión y que cumplan con las

definiciones y normas de calidad establecidas por la autoridad competente, destinados a ser sustituto parcial o total del Acpm utilizado en motores diesel.

Artículo 7°

A partir de la fecha señalada en la reglamentación de la presente ley, el combustible diesel que se utilice en el país podrá contener biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en motores diesel en las calidades que establezcan el ministerio de minas y energía y el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial.

Artículo 9°

El biocombustible de origen animal o vegetal para uso en motores diesel de producción nacional que se destine a la mezcla de Acpm estará exento al impuesto global

LEY 693 DE SEPTIEMBRE 19 DE 2001 Diario Oficial No. 44.564, de 27 de septiembre de 2001 Por la cual se dictan normas sobre el uso de alcoholes

carburantes, se crean estímulos para su producción, comercialización y consumo, y se dictan otras disposiciones.

EL CONGRESO DE COLOMBIADECRETA:

Artículo 1°

°. A partir de la vigencia de la presente ley, las gasolinas que se utilicen en el país en los centros urbanos de más de 500.000 habitantes tendrán que contener componentes oxigenados tales como alcoholes carburantes, en la cantidad y calidad que establezca el Ministerio de Minas y Energía, de acuerdo con la reglamentación sobre control de emisiones derivadas del uso de estos combustibles y los requerimientos de saneamiento ambiental que establezca el Ministerio del Medio Ambiente para cada región del país. En los centros urbanos de menos de 500.000 habitantes, el Gobierno

podrá implementar el uso de estas sustancias. Ello sin perjuicio de las demás obligaciones que sobre el particular deban observarse por parte de quienes produzcan, importen, almacenen, transporten, comercialicen, distribuyan o consuman gasolinas motor y/o combustible diesel en el país. Si el oxigenado a utilizar es Etanol carburante éste podrá ser utilizado como combustible.

Artículo 2°

La producción, distribución y comercialización de los alcoholes no potables estarán sometidas a la libre competencia, y como tal, podrán participar en ellas las personas naturales y jurídicas de carácter público o privado, en igualdad de condiciones, quedando derogada la autorización conferida por el artículo 11 de la Ley 83 de 1925.

Artículo 3°

Considérase el uso de Etanol carburante en las Gasolinas y en el combustible Diesel, factor coadyuvante para el saneamiento ambiental de las áreas en donde no se cumplen los estándares de calidad, en la autosuficiencia energética del país y como dinamizador de la producción agropecuaria y del empleo productivo, tanto agrícola como industrial. Como tal recibirá tratamiento especial en las políticas sectoriales respectivas.

MARCO REFERENCIAL

Historia

La utilización de los líquidos biocombustibles, es tan antigua como la de los combustibles fósiles y los motores de combustión. Hace más de 100 años Rudolf Diesel diseñó el prototipo de un motor utilizando aceite de cacahuate, de esto derivó el “gasóleo” pero como estaban más accesibles los biocarburantes se opta por ellos.En 1908 Henry Ford en su conocido modelo T, utilizaba etanol como combustible para el funcionamiento de éste.La compañía Standard oil Company entre 1920 y 1924 comercializó un 25% de etanol en gasolina vendida en Betalmore (USA), y los altos costos del maíz hicieron abortar el proyecto.En la década de los 30 se hicieron bastantes esfuerzos por recuperar esta iniciativa.A causa de ésta decaída, Ford y diversos expertos unieron sus fuerzas para promover su recuperación. A raíz de esto se construyó una planta de fermentación en Kansas, el cual fabricaba 38.000 litros diarios para automoción. En los años 30 más de 2000 estaciones de servicio en el Mediano Oeste vendieron este etanol hecho de maíz denominado “Gasol”. La alta competencia de bajos precios obligó al cierre de la planta de producción de etanol cerca de los años 40.En 1985 el objetivo de la introducción de los biocombustibles en Europa era sustituir el 25% del combustible fósil por bioetanol. Esta medida ha tenido aplicaciones parciales especialmente en Italia, Francia, Alemania y Austria

Importancia del Bioetanol

El bioetanol es el producto de fermentación alcohólica de diversos materiales orgánicos a través de la acción de microorganismos. La producción de bioetanol perdió importancia a finales de la primera mitad del siglo XX, al ser sustituida por la producción de etanol por vía sintética, a partir de derivados del petróleo, que resulta más barata, pero no puede ser utilizado en la preparación de alimentos, bebidas alcohólicas, ni medicamentos. Actualmente la importancia del bioetanol está en que es un recurso energético que puede ser el futuro frente a los combustibles fósiles. Sin embargo, también este es un punto negativo para él ya que muchas organizaciones y expertos opinan que este recurso produce mayores deforestaciones y también precios alcistas de los alimentos, al necesitar grandes terrenos para su producción, lo que va en detrimento de otras producciones agrícolas.

Aplicaciones

- Biocombustibles obtenidos a partir de bioetanol

E5: El biocombustible E5 significa una mezcla del 5% de bioetanol y el 95% de gasolina normal. Esta es la mezcla habitual y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación europea, sin embargo, es previsible una modificación de la normativa europea que aumentará este limite al 10% (E10) ya que diferentes estudios constatan que los vehículos actuales toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de bioetanol y los beneficios para el medioambiente son significativos.E10: El biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de bioetanol y el 90% de gasolina normal. Esta mezcla es la más utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción de mezcla los motores de los vehículos no requieren ninguna modificación y e incluso produce la elevación del un octano en la gasolina mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en la emisión de gases contaminantes.E85: Mezcla de 85% de bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada en vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más conocidas ofrecen vehículos adaptados a estas mezclas. Tambien se comercializan, en algunos paises (EEUU, Brasil, Suecia) los llamados vehículos FFV o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas.Los "Fuel Flexible Vehicles" (FFV) son vehículos de turismo que pueden utilizar como combustible tanto gasolina convencional derivada del petróleo como bioetanol en mezclas de hasta un 85% (E85). Por tanto, son vehículos totalmente polivalentes, que ofrecen la posibilidad de utilizar energía renovable en su máximo estado de mezcla sin la necesidad de consumir más energía.

- El bioetanol como aditivo de las gasolinas (ETBE)

Otra alternativa para el uso del bioetanol como combustibles es transformarlo para su utilización en aditivo de la gasolina, en lugar de sustituto.

El ETBE presenta dos grandes ventajas sobre el bioetanol, como son su menor afinidad con el agua y una presión de vapor más adecuada que el alcohol, además de no requerir modificaciones en los motores actuales. Por estas razones su uso se está imponiendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla con la gasolina. En España todo el etanol dedicado a la automoción es convertido a ETBE.

- Aditivo para mejorar la ignición en motores diésel

La mezcla etanol-diesel, mejor conocido como E-diesel, contiene hasta un 15% de etanol. Comparado con el diesel normal, el E-Diesel (nombre comercial utilizado por Abengoa para este producto) reduce perceptiblemente las emisiones de partículas y otros contaminantes y mejora las características del arranque en frío. Se encuentra actualmente en la etapa de desarrollo y no se comercializa actualmente. Abengoa Bioenergy R&D (ABRD ) está trabajando para eliminar las principales barreras técnicas y reguladoras para su comercialización.

Explicación de procesos

El proceso que se llevara a cabo para la obtención de bioetanol a partir de remolacha azucarada es el siguiente: Como lo indica su nombre la remolacha azucarada, es un azúcar por lo tanto no necesita del proceso de hidrolisis. El siguiente pasó a seguir es la fermentación el cual es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol. Como resultado a lo anterior se realizara la deshidratación que consiste en separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla. 

AZÚCARES

ETANOL HIDRATADO

BIOETANOL

Fuente: www.miliarium.com

REMOLACHA AZUCARADA

FERMENTACIÓN

DESTILACIÓN

DESHIDRATACIÓN

Análisis en el contexto regional

Las tecnologías de producción de etanol, hacen referencia a procesos de fermentación e hidrólisis de materias primas comestibles (caña de azúcar y maíz), las cuales a nivel mundial están bastante maduras. No obstante, en virtud de a enorme polémica a nivel mundial en relación al posible desabastecimiento de alimentos derivado de la producción masiva de biocombustibles, se están investigando otras fuentes, con mayor énfasis en biomasa residual de procesos industriales – los llamados biocombustibles de segunda generación. En este sentido, vale la pena destacar la puesta en marcha de proyectos piloto en distintos países. Aunque esta tecnología es aún naciente y no está disponible comercialmente, es conveniente considerarla dentro del abanico de posibilidades futuras dada la vocación agroindustrial del país. De igual forma existe un sinnúmero de ofertas tecnológicas para el procesamiento de la yuca, la remolacha y de muchas otras materias primas, susceptibles de ser fermentadas y por consiguiente obtener etanol. Un aspecto que marca la diferencia entre los oferentes de tecnología es el manejo de los efluentes, cuyo tratamiento incrementa los costos de inversión de un modo significativo. Hasta hoy, el alcohol carburante producido en Colombia proviene exclusivamente del procesamiento de la caña de azúcar del Valle Geográfico del Río Cauca. Por sus condiciones agro-climáticas ideales, esta región permite cosecha y molienda de caña de azúcar durante todo el año y no en forma estacional o por zafra, como lo es en el resto del mundo. Lo anterior hace del valle del río Cauca una región especial que la sitúa dentro de las mejores regiones cañeras del mundo.

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