UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

UNIDAD: IZTAPALAPA

DIVISION: CBI

GRADO: LICENCIATURA

ESTUDIO Y ANÁLISIS DE TECNOLOGIA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL Y BIODIESEL

ASESOR: EDUARDO PÉREZ CISNEROS

TRABAJO REALIZADO EN: UAM - IZTAPALAPA

HISTORIA DE LOS BIOCOMBUSTIBLES Etanol Cuando Henry Ford diseño su primer automóvil modelo T en 1908, esperaba utilizar etanol hecho de recursos renovables. Para que fuera el combustible utilizado principalmente de 1920 a 1924, la compañía de petróleo Estándar comercializó un 25 % por volumen absoluto de de etanol en gasolina as en el área de Baltimore, pero el alto precio del maíz combinado con las dificultades de almacenamiento ya transportación terminaron con el proyecto.

Esfuerzos subsecuentes por revivir un programa de etanol combustible, se hicieron a finales de los 1920’s y los 1930’s a través de legislación federal y estatal, particularmente en E.U. la franja de maíz cayó. Entonces Henry Ford y algunos expertos emplearon esfuerzos para promover el uso del etanol y construyeron una planta para fermentar 38,000 L / día de etanol, especialmente para combustible de motores. Fueron construidos en Atchinson Kansas durante los años 30’s más de 2,000 estaciones de servicio. En el medio oeste vendieron este etanol hecho del maíz y llamado gasohol. El bajo precio del petróleo causo el cierre de la planta productora de etanol en los años 40’s, este se convirtió en un negocio para la farmacéutica americana y el gasohol fue remplazado por gasolina.

En 1979 la mezcla etanol – gasolina fue reintroducida al mercado de EAU. cuando el abastecimiento de gasolina se interrumpió en el Medio este y se convirtió en tema de seguridad nacional. Los americanos estuvieron haciendo largas colas para comprar gasolina. El combustible alternativo vino a ser una solución del problema. La compañía de gasolina americana y algunas otras grandes compañías de gasolina comercializaron la mezcla etanol – gasolina como una “gasolina extendida y un octanaje mejorado”.

La enmienda del Aire limpio de 1990 ordeno la venta de combustible oxigenado en áreas del país con males insalubres de monóxido de carbono. Desde ese tiempo ha habido una fuerte demanda de etanol como una mezcla de gasolina oxigenada. La E10 (una mezcla con 10 % de etanol) ha sido la más comúnmente distribuida, la ER85 y E95 han sido exitosamente probadas en Norteamérica en veloces vehículos gubernamentales, como combustible flexible en vehículos de pasajeros y autobuses de transito urbano. En algunos años el número de E85 y el combustible para vehículos (CFVs) - los cuales corren tanto con gasolina como con E85 – se ha incrementado dramáticamente. En el verano de 1997, Ford y Chrysler por separado anunciaron que manufacturarían 250, 000 CFVs por año y que los vendrían al mismo precio que los modelos para gasolina.

Los productores de etanol de EU producen alrededor de 150,000 millones de galones de Etanol cada año, la mayoría derivado del maíz. Como la demanda por el etanol se incrementa otros recursos bióticos tales como los residuos agrícolas y forestales, residuos sólidos municipales, industriales y también cosechas con propósitos energéticos, serán usados para elaborar etanol. Como el costo efectivo de esta tecnología se incrementa, compañías industriales están viendo conveniente el incremento de la comercialización de la tecnología y de la producción de etanol de biomas. De hecho en pocos años las primeras plantas comercializadoras de etanol iniciaran operaciones en EA.

Biodiesel Cuando Rudolf Diesel diseño su motor diesel prototipo hace cerca de un siglo, éste corrió con aceite de cacahuate. Él visualizo que los motores diese operan con una variedad de aceites vegetales; pero cuando el petróleo – base del combustible diesel golpea el mercado, lo hizo con un precio bajo y con reeficacia y con fácil accesibilidad, rápidamente vino a ser el combustible diesel elegido, a mediados de 1970’s el combustible de corta edad despertó el interés en diversificar nuestros recursos combustibles y ese interés desarrolla el biodiesel como una alternativa del diesel del petróleo ahora, la inquietud creciente acerca del potencial cambio global y climático agrega más ímpetu al desarrollo del biodiesel como una alternativa Al diesel del petróleo. Desde que esto es un hecho el bióxido del carbono sale de la atmósfera, lo cual es importante para reducir el efecto invernadero.

Algunos operadores veloces fueron los primeros en encender sus autobuses urbanos con biodiesel, otros arrancaron también, inclusive autobuses de transito rápido, camiones pesados rápidos, botes y vehículos de la marina, partes nacionales del ejercito, así como en viajes aéreos cortos.

Biocombustibles y el ambiente El transporte es la causa mayor de impactos ambientales adversos. Muchos de estos transportes causan daños ambientales que pueden ser sustancialmente aliviados al sustituir los combustibles fósiles por biocombustibles. La contaminación por monóxido de carbono y ozono en el aire y por el MTBE en el agua subterránea a nivel global puede verse disminuida por el uso de biocombustibles.

Contaminación del aire El sector de transporte es responsable de la gran mayoría de los contaminantes aéreos en nuestras áreas urbanas. Emisiones de CO, por ejemplo, son el resultado de la combustión incompleta, los biocombustibles pueden reducir dichas emisiones por el oxígeno que contienen. Otro tóxico serio es el ozono (también llamado smog) se forma como resultado de una compleja reacción provocada por la radiación ultravioleta y que tiene como principales ingredientes el CO, hidrocarburos y óxidos nitrogenados. Otra vez, agregar biocombustibles a la gasolina o al diesel produce una combustión mas completa, reduciendo el CO y los hidrocarburos no quemados en la combustión. Por otra parte la típica mezcla del 10 % de etanol con gasolina o etanol (el cual es muy poco volátil), como evaporación de hidrocarburo del sistema de combustible puede ser alto con mezcla de etanol. También la formación de NO se incrementa con la temperatura de combustión. Así que la producción de NO actualmente se eleva muy levemente con combustibles oxigenados. El impacto total del uso de biocombustibles sin embargo reduce sustancialmente la emulsión del nivel de ozono que causa contaminación.

Datos técnicos sobre el impacto de mezclas de etanol en la reducción de emisiones tóxicas en el aire están disponibles en un estudio del estado de Colorado de 1999 y el siguiente estudio de General Motors (ver proyecto E – 46). El etanol es un excelente y esencialmente no tóxico, inyector de octano como compuestos aromáticos o metil tributil éter (MTBE) están entre los componentes mas tóxicos de gasolina y contribuyen a serios problemas ambiéntales y de salud tales como la contaminación de yacimientos subterráneos de agua.

Decenas de millones de americanos viven en áreas inconvenientes, al menos una calidad federal estándar del aire.

En 1990 el congreso aprobó el articulo “Aire Limpio” que manda combatir altas emisiones de monóxido de carbono y la creación de nivel base de ozono por petróleo en combustibles de transportes. Este artículo especialmente requiere el uso de combustibles oxigenados durante los meses de invierno en áreas que exceden los estándares de CO, y requiere “gasolinas reformuladas” en áreas donde se excede el nivel base estándar de ozono, con orden de cumplir los requerimientos de oxigenación el etanol es ahora mezclado con gasolina en áreas donde no se logra disminuir el CO y es también agregado, modesta pero crecientemente en porciones de gasolina reformulada (GRF). Otra GRF es oxigenada con MTBE, lo cual en muchos estados a provocando quejas porque se contamina el agua subterránea, así que el uso de etanol en GRF debería incrementarse sustancialmente.

Aunque las regulaciones de combustible diesel no requieren el uso de oxigenantes por su oxigeno contenido en el diesel renovable alternativo, tal como el biodiesel (grasa – ácido éster metil hecho de aceite vegetal o grasa animal) y E – diesel (etanol mezclado con diesel) reduce dramáticamente las emulsiones de motores diesel. Biodiesel utilizado en su totalidad o en la típica mezcla del 20 % con diesel de petróleo reduce visiblemente humo, olor y emisiones tóxicas como se muestra (ver tabla P -2), el cuadro ES – A agencia de protección ambiental – reporte de selección técnica EPA 420 – P – 02 – 001 “análisis comprensivo del impacto de biodiesel en emisiones exhaustivas” (PDF 765 KB) lo particular para la producción de diesel son requerimientos encaminados a reducir el contenido de sulfuro de diesel, lo cual también ocurre para reducir la lubricidad del combustible. El biodiesel no contiene sulfuro y tiene excelente lubricidad siempre que no aparezca el sulfuro se reducen los requerimientos esto es frecuentemente obtenido cuando se agrega una pequeña cantidad para reducir el uso del motor.

Contaminación del agua Tú no querrías intencionalmente agregar etanol al agua potable o a los arroyos, pero muchos de nosotros lo hemos bebido a propósito y porque el etanol es esencialmente no tóxico y biodegradable. Un biodiesel es muy parecido a un aceite vegetal, cada galón del combustible natural no tóxico usado reduce los riesgos de derrames de productos tóxicos derivados del petróleo de tanques y de pipas que gotean (un promedio de 12 millones de galones por año, más que lo derramado por el exenvaldes, de acuerdo con el departamento de transporte de EUA). En suma; usando biocombustibles se educe el riesgo de contaminación del agua subterránea debido a tanque estacionarios de gasolina subterráneos MTBE (más de 46,000 galones por año de 16,000 pequeñas goteras de aceite de acuerdo con la oficina de general de contabilidad y derrames de los motores tanto de aceites como de combustibles. La inquietud particular es sobre la contaminación causada por goteras de tanques estacionarios que contaminen. Obviamente las goteras deberían ser tapadas pero no es tan fácil. Debido al riesgo que se plantea por goteras de tanques estacionarios, como un más efectivo oxigenante e inyector de octano, el etanol puede remplazar al MTBE o algún otro

componente tóxico de la gasolina) con un combustible esencialmente no tóxico que rápidamente se degrade en el agua.

Ya que el biodiesel es también no tóxico y biodegradable en agua este es una alternativa atractiva al diesel del petróleo especialmente para embarcaciones recreativas y otros motores diesel usados en ambientes sensibles.

Cambio climático global El sector de transporte de EU. Es responsable de un tercio de las emisiones de dióxido de carbono de ese país, el principal gas que interviene en el efecto invernadero y que provoca el calentamiento global. La combustión de biocombustibles también libera CO2, pero debido a su origen vegetal y que justamente es capturado de la atmósfera por las mismas plantas – desde hace millones de años – esa liberación de CO2 es completamente balanceada con el crecimiento de las plantas. El CO2 liberado cuando la biomasa es convertida en biodiesel y utilizado en motores de camiones y automóviles.

Dependiendo de cuanta energía fácil es usada para cultivar y para el proceso existente de biomasa de este resultado depende la reducción de la nata de gases emitidos, que propician el efecto invernadero.

La alta producción de maíz actual requiere relativamente intensa energía de tal forma que las emisiones netas de gases (con efecto invernadero) se reducen hasta un 20 % cuando se produce etanol de grano de maíz. Produciendo biodiesel de origen de frijol de soya las emisiones netas a cerca del 80 %. Produciendo etanol de materia celulosa también involucra generación de electricidad por la combustión del lignito no fermentable. La reducción combinada del uso de gasolina con la producción eléctrica proveniente de energía fósil puede significar una reducción del 100 % de la emisión de los gases antes mencionados. En el caso de etanol de maíz cocido, podemos calcular que la reducción es de 11.3 %. Como la combustión de cualquier combustible fósil no implica gasto en la mejoría de tecnología y en los controles de emisiones, la gasolina y el diesel empleados en vehículos motores por lógica contribuirán al cambio climático global. Al contrario, el uso de biocombustibles reducirá el calentamiento global.

Otros beneficios e impactos ambientales Usando la tecnología avanzada del bioetanol desarrollada por el programa de biocombustibles, será posible producir etanol de cualquier material celuloso, lo cual significa cualquier planta o derivado natural de plantas. Algo de ese material no se utiliza o es barato, pero el problema en ocasiones es la disposición o venta. Por ejemplo, el arroz y el trigo de baja calidad son frecuentemente quemados en el campo, una practica que se esta limitando por la contaminación del aire. Tan bien mucho del material empleado en la preparación de celulosa podría ser utilizado para la producción de bioetanol. Una de las primeras plantas comerciales de etanol de celulosa es usada como fuente de la basura municipal. El grupo de recursos Masada esta construyendo una planta de etanol en el centro de Nueva Cork, donde se convertirá todo el material sólido de desecho en celulosa para etanol. Desecho de papel, comida procesada y otros desechos industriales podrían funcionar para la producción de bioetanol.

Otra posible fuente de material para producir bioetanol es la planta de maíz (hojas y tallo del maíz). Debido al gran volumen de la planta y a la proximidad de facilidades para la producción de etanol y también porque esta ahí lista para tomarse, el programa de biocombustibles espera que la planta de maíz sea uno de los recursos primarios para el avance de la producción de etanol. Comúnmente, la planta de maíz es dejada en el campo o arada. Apropiados niveles de cosecha de maíz necesitaran ser cuidadosamente determinados para evitar que el valor de la planta se pierda por control de erosión y enriquecimiento de la tierra. En muchas áreas, sin embargo – particularmente del norte donde en primavera el suelo se calienta considerablemente – la planta es arada con la tierra, principalmente para deshacerse de ella. Parte de la cosecha de la planta permite a los granjeros manejar sus tierras hasta el tiempo de labranza. Los agrónomos coinciden en esta práctica para evitar la erosión y permitir la fertilización.

La producción de etanol para combustible de transportes no produce inquietudes ambientales. Es común la producción de etanol basada enteramente en la extracción del grano de maíz. Para ejecutar estos tremendos niveles de producción, granjas modernas de maíz de EU hacen uso relativamente intenso de energía y químicos. Las primeras plantas de etanol requirieron también energía intensiva. Despertando inquietud de que el combustible utilizado para la transportación era del valor de la energía que implicaba su producción. La industria del combustible etanol, sin embargo, ha hecho adquisiciones con gran eficiencia, como tiene la agricultura americana – y el mayor resultado de un estudio oficial (USDA Oficina de Normas Energéticas y Nuevos Usos, El balance Energético de

Etanol de Maíz: Una determinación actualizada –concluye que el “balance neto de energía “ del biocombustible etanol elaborado de maíz es de 1.34; lo que significa que por cada unidad de energía que va al cultivo de maíz y que se convierte en etanol se obtiene cerca de un tercio mas de energía de vuelta para combustible de automóviles. Esto no suena impresionante, pero mantiene en mente que mientras el etanol desplace a la gasolina será de gran importancia por su alto nivel como fuente de contaminación. La mezcla de energía consumida en la producción de bioetanol incluye mucha energía domestica relativamente limpia. Para la base del combustible sólido solo, el reporte del balance neto calculado es de 3.64. Un estudio público de interés ambiental (1995) muestra cuanto se puede mejorar el balance neto promedio.

Esto significa, que si la industria común se mueve hacia la industria corriente, se esperaría que ambas aumentaran dos veces la energía de etanol combustible que se empleé para su elaboración.

Para el bioetanol de celulosa – el foco del programa del biodiesel – que proyecta en estudio un balance de energía del 2.62. esto esta basado en el crecimiento y la energía de cosecha de plantas de rápido crecimiento., así que el bioetanol de planta de maíz o de otros residuos que no requieren esfuerzos extras de producción, mismos que darían un balance mas favorable de energía. Un análisis al programa Biocombustible ciclo de vida, de producción de etanol del rastrojo espera mostrar una muy impresionante energía neta del alrededor de 7. Esto debería ser notado.

Una de las más persistentes críticas del etanol combustible asevera que le tomo un 70 % o más de energía para cultivar maíz y producir etanol de la que da el propio etanol. Entre otras cosas, sin embargo, la crítica utiliza viejos datos y no da ningún crédito por el valor de la energía que se da al tiempo de la elaboración del etanol (plantas molidas secas e hidratadas son de alta proteína como alimento animal, siendo coproducto del etanol, un elemento clave y económico en el proceso de producción.

La crítica al etanol también cuestiona la cordura de producción de combustible lugar de alimento, pero el maíz es usado mayormente para el alimento ganadero y para bebidas azucaradas, antes que para el consumo humano directo. Como las cosechas mas grandes en EU tienen generalmente un excedente, requieren precios de soporte, mientras que los precios que los precios de etanol están exentos de soporte de precios y los pagos de impuestos son reducidos. La producción de bioetanol de celulosa tendrá menos impactos sobre suministros alimenticios. Serían utilizados los residuos tales como plantas, que son cultivadas como bioproductos en la producción de otras cosechas o cultivos dedicados a la energía en tierras no dedicadas económicamente para cosechas de alimento.

Biocombustibles y seguridad energética en EU

La economía americana de combustible económico del petróleo. En el 2000 los E.U. consumieron 19.7 millones de barriles de petróleo (en crudo y productos derivados) por día, y cerca de un cuarto de la producción de petróleo del mundo. Más de la mitad del petróleo es importado. Esta consumo de energía se espera que crezca hasta 26.7 millones de barriles de petróleo por día para el 2020, con un 60 % de importación. Mucha de la demanda de gasolina provendrá del sector transportación en las próximas dos décadas. Las fuentes propias de suministros de gasolina desaparecen, el incremento de la confianza sobre la gasolina importada hace a los E.U. vulnerable en los suministros de gasolina, y amenaza la economía americana y la seguridad energética.

Banda de seguridad energética del sector transportación de EU

El sector transportación confía plenamente en el petróleo, contado en dos tercios del petróleo usado en los EU en el 2000. Este nivel de consumo se espera continué hasta el 2020 para todo este periodo pronosticado el nivel de consumo de gasolina deberá permanecer estable en 45 % de todo el petróleo usado en los EU, como el consumo de gasolina se incrementa de 8.5 a 11.8 millones de barriles por día.

En suma, más del 50 % del combustible usado en transportación es importado. Esto hace a la transportación particularmente vulnerable al riesgo de contar con gasolina de importación.

Reducir la confianza en el combustible que tiene el sector transporte es claramente la clave para mejorar la seguridad energética nacional. Junto con otras medidas como mejorar la eficiencia del combustible para vehículos, usando bioetanol y biodiesel como aditivos para la gasolina y el diesel, puede ayudar a compensarla demanda del petróleo. En el 2001, 177 mil millones de galones de etanol combustible y 20 millones de galones de biodiesel fueron producidos en EU El incremento del contenido de biocombustibles en vehiculo9s automotores se incrementa del 1.2 al 4.0 % entre el 2001 y el 2016 desplazando un total de 29 mil millones de barriles de crudo.

Importaciones de petróleo de EU

Par tener al día la creciente demanda de los americanos por la gasolina, los EU han aumentado la dependencia por el petróleo extranjero desde 1985. En 1993 una parte de la importación total suministrada a los productos del petróleo rompió la marca del 50 % por primera vez. Las importaciones totales hoy en día son de 11.5 millones barriles por día que comprenden el 58.2 % del suministro de productos derivados del petróleo.

Las estadísticas se basan sobre importaciones en bruto e ignoran las exportaciones de petróleo de EU. La importación neta toma en cuenta el petróleo exportado por los EU dando un mejor indicador del panorama consumo del petróleo, el cual no ha sido suministrado por las fuentes del país. En el 2000 las importaciones netas totalizaron 10.4 millones de barriles por día, un 53 % de productos derivados del petróleo. Se proyecta un aumento en las importaciones netas hasta 16.6 millones de barriles por día o 62 % de petróleo suministrado para el 2020.

Loa gran confianza que tiene la nación en la importación de petróleo, hace peligrar la seguridad energética, económica y ambiental particularmente en el sector de la transportación. En la situación actual, los EU tienen poco control sobre el suministro de petróleo y sobre las fluctuaciones el precio. Es necesario mantener un suministro estable de petróleo importado imponiendo una política restrictiva al producto foráneo, y en tiempos de crisis, obligar a la milicia americana a entrar en acción.

Agotamiento de las reservas de petróleo de EU

La declinación de la reserva petrolera de EU y la caída de la producción nacional de los campos petroleros, son factores claves en la creciente dependencia de los americanos de las importaciones. En suma, Norteamérica ya ha desarrollado el volumen de esta dependencia, conocida y fácilmente accesible con bajos costos en depósitos. Las siguientes estadísticas del EIA claramente resumen el problema:

• Las reservas demostradas de petróleo de EU han disminuido en 172 mil millones de barriles, de 390 mil millones de barriles en 1970 a 218 mil millones de barriles a finales de 1999. esto esta por el 2% de las reservas conocidas del mundo.

• La producción nacional ha disminuido desde 1970. la producción de EU se pronostica permanezca virtualmente sin cambios (9.03 millones de barriles diarios en 2000 a 9.95 millones de barriles diarios en el 2020) por las próximas dos décadas, pero el consumo de petróleo se espera incremente de 19.7 millones de barriles diarios en 2000 a 26.7 millones de barriles diarios en 2020, un incremento del 35 %.

La combinación de la disminución de las reservas de petróleo de los EU y el incremento en la demanda del petróleo ha hecho imposible para los EU progresar significativamente en seguridad energética por el aumento en el uso del petróleo nacional, aún así los EU utilizaran todos los depósitos sobrantes en América. Eso solo podría demorar lo inevitable; y tendrían que reducir el uso de los productos provenientes del petróleo y utilizar otra alternativa como fuente de combustible para el transporte, tal como los biocombustibles para lograr la seguridad energética en un futuro.

Los EU son vulnerables a la interrupción del suministro de petróleo.

Mientras tanto, no es cuestionable que los EU son cada vez más dependientes del petróleo extranjero, el nivel de la dependencia del petróleo no da realmente una indicación de la vulnerabilidad si se interrumpe el suministro de petróleo. Si los suministros de petróleo de los EU vienen de algunos pequeños productores, y uno de ellos detiene la exportación, entonces el impacto sobre el suministro de petróleo y el precio sería mínimo, incluso en un alto nivel de dependencia. No obstante, este no es el caso, hoy cuatro de los principales productores suministran más de un tercio de los suministros de los EU: México, Canadá, Venezuela y la región del Golfo Pérsico (Irak, Irán, Kuwait, Qatar, Arabia Saudita y los Emiratos Árabes Unidos).

• México, Canadá y Venezuela combinados suministraron el 24 % del petróleo a los EU. en el 2000. un arreglo comercial con Canadá y México y la cercanía de estas fuentes pueden hacer que la vulnerabilidad y las interrupciones en el suministro disminuyan.

• En el 2000, el Golfo Pérsico suministro el 12. 4 % del consumo de petróleo; para el 202º podría suministrar el 15.5 %. Esta región puede continuar aumenta su influencia en el mercado mundial de petróleo, ya que las reservas de petróleo en otras partes del mundo se

están agotando porque más de la mitad de las reservas de petróleo conocidas están concentradas en el Golfo Pérsico.

La primera experiencia que tuvieron los EU en la interrupción del suministro de petróleo proveniente de la región del Golfo Pérsico fue en los 70 ’s cuando dos repentinos y súbitos aumentos del precio desequilibraron la economía americana. Desde entonces ha habido otras interrupciones en el suministro de petróleo, como la que ocurrió en 1979 debida a la revolución iraní, y en 1990 por la invasión de Irak a Kuwait, reforzando la necesidad de reducir la dependencia del petróleo del Medio Oeste. Ver interrupciones de los suministros y la economía.

La habilidad de los EU para compensar una mayor interrupción en el suministro de petróleo ha progresado poco desde los 70 ‘s. Severos factores han contribuido ha incrementar la vulnerabilidad de los EU.

• El petróleo y las instalaciones de producción están concentradas en la región del Golfo Pérsico. Además los expertos proyectan que el porcentaje del petróleo mundial en esta parte aumentará del 45 % en el 2000 al 60 % en el 2020. Con estos niveles, una interrupción en el suministro de de una de estas regiones puede tener un impacto inmediato en los suministros de petróleo y en los precios mundiales.

• El gobierno de los EU tiene un suministro de petróleo de emergencia de petróleo crudo, La Reserva de Petróleo estratégica (SPR), proporciona una menor protección ante las interrupciones del suministro que en años anteriores, debido al incremento en la demanda de petróleo. El máximo de días de protección fue de 118 en 1985 y bajó a 53 días a finales del 2001.

• La mayor parte de la capacidad de producción del petróleo excesiva esta en los países de la OPEC. Porque la OPEC opera bajo cierta capacidad, tienen una habilidad relativamente limitada de aumentar la producción. Para inicios del 2002 el mundo excederá la capacidad de que fue estimada entre 6.8 y 7.3 millones de barriles diarios. Cerca del 93 % de la capacidad considerada está situada en los países de la OPEC y alrededor de 2 quintas partes de la capacidad total de producción se encuentra en Arabia Saudita.

Aunque todos estos factores son indicadores de la vulnerabilidad de los EU, no son una forma real de calcular la probabilidad de una interrupción. Dentro de poco, la gran diversidad de fuentes de importación pueden reducir la vulnerabilidad de los EU cuando ocurra una interrupción en el suministro de petróleo. A largo plazo, la producción y promoción eficiente de energía y el uso de combustibles renovables, recursos de la biomasa nacional – particularmente en el sector transporte – pueden disminuir nuestra dependencia del petróleo extranjero y avanzar en la seguridad energética de nuestra nación. Adicionalmente, para desplazar las importaciones del petróleo, la producción de biocombustibles y la creación de la infraestructura como respuesta a las interrupciones del suministro de petróleo. El alto porcentaje de combustible para el transporte provendrá de de los biocombustibles, el gran avance de la industria debe ser capaz de aumentar la producción si se presentara una situación de emergencia.

Biocombustibles y la economía

La economía de los EU está muy cerca de vincular los productos del petróleo con las importaciones del petróleo crudo, estos pequeños cambios en el precio del petróleo crudo o las interrupciones en el suministro de petróleo pueden tener un enorme impacto en nuestra economía, de déficit comerciales a la inversión industrial y en el nivel de empleo. Las importaciones de petróleo generan casi un tercio de del déficit comercial de EU. Además de afectar la economía, el gran desequilibrio comercial depende del petróleo extranjero y también deja vulnerable e nuestro país de las alzas de precios en las interrupciones del suministro. Desarrollando una fuerte industria de biocombustibles en los EU podemos tener un tremendo beneficio económico, incluyendo una reducción en el déficit comercial, creación de empleos e intensificar los mercados agrícolas.

Actualmente la industria del etanol es responsable de aproximadamente 200, 000 empleos. La producción del etanol puede generar empleos nacionales en la construcción de plantas, en la operación de las plantas, en el mantenimiento de las plantas y en el soporte de las plantas en las comunidades donde se produce. Esto tiene un profundo impacto sobre el área rural de América donde una disminución en el empleo a aumentado la población en nuestras ciudades, infraestructura y los impuestos básicos. El gran nivel de la actividad económica aumenta debido al aumento de la industria del etanol, ya que los impuestos federales recibidos son de 3.6 billones de dólares anualmente.

El déficit comercial en EU y el petróleo

En el 2000 EU importó 106 billones de dólares de petróleo crudo y productos derivados del petróleo, un 63 % más que en 1999 cuyas importaciones fueron de 65 billones, aproximadamente, un tercio de los 376 billones de dólares del total del déficit comercial de EU en bienes y servicios.

Nuestra dependencia del petróleo ha resultado en la transferencia de 1.6 trillones de dólares para producir petróleo nacional en las tres últimas décadas. Esta transferencia de dinero se espera que continúe; para el 2020 EU el gasto en la importación de petróleo crudo y productos derivados se espera que aumente a 106 billones de dólares.

El departamento de de energía de los EU estima que por cada billón de dólares del déficit comercial le cuesta a EU 27,000 empleos. También se estima que se podrían crear más de 30,000 nuevos empleos con la producción y uso de 53 billones de litros por año de etanol proveniente de la celulosa de la biomasa.

Actualmente el etanol producido del maíz tiene un impacto positivo sobre la economía en general y sobre la reducción del déficit en particular. Debido al aumento en la producción de etanol y a la disminución de la importación de gasolina y oxigenantes, la producción del etanol reducirá el déficit comercial en aproximadamente 2 billones de dólares (basados en 1.52 billones de galones de etanol).

El ejército de los EU y el petróleo

EU depende del suministro de petróleo y la fácil producción y concentración de petróleo en el Golfo Pérsico, lo cual hace que la defensa de esta área sea una prioridad para el ejército de los EU en cuanto haya incertidumbre una parte del presupuesto del ejercito se usa para la defensa del acceso al petróleo del Golfo Pérsico, la magnitud de lo que cuesta es difícil de determinar.

Los analistas estiman que para mantener un flujo ininterrumpido de petróleo de la región del Golfo Pérsico varía considerablemente entre 0.5 y 70 billones de dólares anuales. Esto es equivalente a 0.015 y 0.30 dólares por galón de gasolina proveniente del Golfo Pérsico. Estas estimaciones no incluyen el costo de de la acción militar para defender nuestros intereses en el Golfo Pérsico. La acción militar de los EU en el conflicto del Golfo Pérsico en 1990 tuvo un costo para los EU de 61 billones de dólares y la inestimable perdida de muchas vidas humanas.

Algunos analistas políticos sostienen que mantener el suministro ininterrumpido de petróleo del Golfo Pérsico es peligroso y costoso para los EU y que debe liberarse lo antes posible de los caprichos de la política del Golfo. El mismo capital invertido en el desarrollo de la energía alternativa puede mejorar la seguridad de los EU, siempre y cuando disminuya la dependencia de del petróleo extranjero. Produciendo biocombustibles de recursos renovables, provenientes de la biomasa nacional existe una gran oportunidad para nuestro país de atenuar la carga de proteger nuestros intereses en el Golfo Pérsico.

Interrupciones en el suministro de petróleo y la economía.

Entre 1973 y 1974, durante el embargo del petróleo árabe, los EU experimentaron la primera interrupción en el suministro de petróleo con el cese de cerca de 2.6 millones de barriles de petróleo diarios, lo que ascendió aproximadamente al 55 % de las exportaciones mundiales. Durante estos 6 meses de interrupción el precio mundial del petróleo se triplicó, de cerca de 4 dólares por barril a cerca de 12 dólares por barril. En 1974, la revolución iraní provocó un déficit de 3.5 millones de barriles diarios de petróleo diarios y esto causo que el precio se triplicara. Otra interrupción en el suministro ocurrió en 1990 con la guerra del Golfo Pérsico. La invasión de Irak contra Kuwait provocó un déficit de 4.6 millones de petróleo por dia durante un periodo de 3 meses o aproximadamente 13 % de las exportaciones en el mercado mundial. Esto provoco que el precio del petróleo se duplicara de 16.50 a 33 dólares por barril. Estos casos en la interrupción en el suministro de petróleo y el subsecuente aumento en el precio del petróleo fueron seguidos por una recesión económica en los EU.

En los últimos 30 años, la dependencia del petróleo a provocado el alza de precios durante las interrupciones en suministro y la transferencia de riqueza, que le ha costado a los EU una aterradora cantidad de 3.4 trillones de dólares. La producción de biocombustibles no puede eliminar nuestra dependencia del petróleo extranjero en poco tiempo, pero el aumento en la producción de biocombustibles disminuirá la dependencia y la mejoría en la infraestructura para responder a las interrupciones del suministro.

Gasto de salud pública y el petróleo

El transporte es el gran causante de la contaminación del aire en los EU. Las emisiones dañinas provenientes de un motor de vehicular incluyen: monóxido de carbono, oxidas de nitrógeno, componentes volátiles orgánicos (o hidrocarburos), óxidos de azufre y gases tóxicos como el benceno. Además, ozono que es el primer ingrediente del smog, este se forma cuando los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno reaccionan en presencia de la radiación solar. Hay una gran variedad de problemas relacionados con la emisión de estas sustancias, provocan irritación de los ojos, enfermedades respiratorias y cardiovasculares y hasta cáncer. Por ejemplo, la contaminación por ozono es responsable de entre el 10 y el 50 % en los días malos de todas las admisiones en un hospital debido a problemas respiratorios. Y la Agencia de Protección Ambiental estima que los gases tóxicos emitidos por un motor de vehículo al aire son responsables de la mitad de todos los casos de cáncer provocados por la contaminación atmosférica.

En consecuencia, enormes problemas de salud ocultos vienen con el uso del petróleo en el sector transporte. En términos económicos estos gastos son externos porque no se incluyen en el costo del transporte privado. En 1997 el Servicio de Investigación estimó que 4 billones de dólares o 0.05 dólares por galón de gasolina es el costo adicional debido a los problemas respiratorios relacionados con el ozono. Y que10 billones de dólares o 0.59 dólares por galón de diesel es el costo adicional debido a las patologías y muertes prematuras causadas por las partículas y el acido en aerosol 8.

La Unión de Científicos Disconformes estima que los costos de salud pública debidos a la contaminación del aire sobrepasan los ¾ del total de los costos de salud pública relacionados con la contaminación y puede elevarse hasta $182 billones de dólares anualmente. Reduciendo la cantidad de combustibles provenientes del petróleo que usamos y remplazándolos con biocombustibles de combustión limpia podemos disminuir la contaminación del aire y los costos relacionados con la salud pública.

Economía agrícola y los biocombustibles

La producción de etanol como combustible para motores puede traer como resultado grandes beneficios en el sector económico agrícola. Un estudio reciente estimó que el impacto de incrementar el uso de combustibles renovables de 1.2 a 4 % en motores en los próximos 15 años puede resultar puede resultar en el desplazamiento de 302 millones de barriles de petróleo crudo al año, y puede proporcionar 6.6 billones de dólares al año adicionales a la agricultura americana.

Utilizando la agricultura para producir nuestros combustibles se generan empleos en otros sectores de la economía, como el aumento en la demanda de maquinaria y equipo para la agricultura y la operación de las plantas de etanol. Se estima que se crearían 195,000 empleos al aumentar la producción de etanol en 1.52 billones de galones por año. Este aumento en los empleos y las utilidades generadas reducirán el déficit federal en 3.6 billones de dólares al año, debido a que los impuestos federales aumentaran en esta cantidad, además se disminuirían en 0.6 billones de dólares los pagos de desempleo y esto proporcionará un subsidio de 0.6 billones de dólares en el etanol.

Introducción a los biocombustibles

A diferencia de otras fuentes renovables de energía, la biomasa puede convertirse directamente en combustibles líquidos - biocombustibles- para nuestros transportes (automóviles, camiones, tractores, aeroplanos y trenes). Los dos tipos más comunes de biocombustibles son el etanol y el biodiesel.

El etanol es un alcohol idéntico al que contienen la cerveza y el vino. Se obtiene al fermentar la biomasa rica en carbohidratos (almidón azúcar o celulosa) mediante un proceso semejante a al que se utiliza para producir la cerveza. El etanol es utilizado principalmente como un aditivo para gasolina para disminuir la emisión de monóxido de carbono y otras sustancias que contaminan el ambiente. Pero los vehículos de combustible flexible funcionan con una mezcla de gasolina y un 85 % de etanol, están ya disponibles. El biodiesel se fabrica al combinar alcohol (normalmente metanol) con aceite vegetal, grasa animal u otro tipo de grasa comestible reciclada. Este puede ser utilizado como un aditivo para reducir las emisiones de de los vehículos (aproximadamente en un 20 %) o en su forma pura como una alternativa de combustible renovable para máquinas diesel.

Otros biocombustibles son el metanol y los componentes de la gasolina reformada. El metanol, normalmente conocido como el alcohol de madera, se produce normalmente del gas natural. Pero puede ser producido también de la biomasa. Existen varias formas de producir la biomasa en metanol, pero la más común es por gasificación. La gasificación implica la evaporación de la biomasa

a altas temperaturas, entonces se remueven las impurezas del gas caliente y y se somete a un proceso de catálisis que lo convierte en metanol.

La mayor parte de la gasolina reformulada se produce de la biomasa y se utiliza como aditivo para disminuir la contaminación, estos pueden ser metil – tributil – éter (MTBE) y etil – tributil – éter (ETBE).

Tecnología avanzada del bioetanol

Los investigadores de biocombustibles ayudan a dirigir un esfuerzo nacional para el desarrollo de la tecnología del etanol a partir de biomasa lignocelulosa, para aprovechar el enorme potencial energético de la biomasa en el sector transporte.

Las actividades de investigación y desarrollo se estad realizando en cuatro plataformas de tecnología del etanol en colaboración con la industria y las universidades.

Descripción

Hay cuatro pasos básicos para convertir la biomasa en etanol:

1. Producir la biomasa resulta en la fijación del dióxido de carbono en el carbono orgánico.

2. Convertir la biomasa en algún tipo de sustancia fermentable que se pueda utilizar ( generalmente algún tipo de azúcar) que puede lograrse utilizando un gran variedad de procesos tecnológicos. Estos procesos para la producción de materia prima fermentable constituyen las diferencias críticas entre todas las opciones de tecnología del bioetanol.

3. Fermentación de la biomasa por medio del uso de biocatalizadores (microorganismos incluyendo bacteria y levaduras) para producir bioetanol en solución acuosa relativamente diluida que es probablemente la forma más antigua de biotecnología desarrollada por la humanidad.

4. Procesando el producto de la fermentación se producen los diferentes grados de etanol y los bioproductos que pueden ser utilizados para producir otros combustibles químico, calor y/o electricidad.

Las cuatro plataformas de tecnología

El proyecto de bioetanol apoya el desarrollo de cuatro plataformas de tecnología pata la producción de bioetanol. Las primeras tres están basadas en las diversas formas de producción de del azúcar extraídas de la biomasa y entonces fermentar el azúcar para producir etanol. La cuarta es una forma muy diferente que involucra un proceso térmico que transforma la biomasa en hidrógeno gaseoso y monóxido de carbono, seguido de una fermentación para producir etanol.

Actividades de investigación y desarrollo

El proyecto del bioetanol requiere de la colaboración de la industria y de la universidades para desarrollar y facilitar la comercialización de la biotecnología del etanol en los EU.

Investigación aplicada

Composición de la materia prima de la biomasa y propiedades de la base de datos de la hidrólisis con ácido diluido y el pretratamiento.

Presupuesto de todo el proceso de limpieza (base de datos de la limpieza por presurización caliente).

Investigación de la enzima de la celulosa.

Investigación de los microorganismos para la fermentación.

Coproductos derivados del lignito.

Desarrollo integral del proceso

Transformación de la madera blanda.

El puente a la industria del etanol de maíz.

Evaluación tecnológica

Ingeniería y análisis económico.

Hornos de maíz para examinar el ciclo de vida del etanol – la reproducción de microorganismos.

Análisis de la biomasa como fuente de azúcares y energía

El grado de complejidad y factibilidad de las técnicas de transformación de la biomasa depende de la naturaleza de la materia que se utilice.

Monosacáridos

Las consideraciones menos complicadas para la producción de etanol como combustible están en el uso de monosacáridos, los cuales pueden ser fermentados directamente de la caña de azúcar y del azúcar de la remolacha, estos son ejemplos de la biomasa que contiene gran cantidad de monosacáridos. Hasta los años 1930 ‘s a nivel industrial fue producido en los EU mediante la fermentación de la melaza derivada de la recolección de azúcar. El alto costo de la recolección de esta azúcar ha hecho que se prohíba esta fuente en los EU.

Almidón

Los azucares se encuentran más comúnmente en forma de biopolímeros y que son procesados químicamente para producir azúcares simples. En los EU el etanol se derive principalmente del almidón (un biopolímero contenido en el maíz). El almidón consiste de moléculas de glucosa unidas mediante enlaces glucósidos en forma de hélice. Estas conexiones se encuentran en cadenas de uno a cuatro enlaces formadas como resultado de 1 – 6 enlaces.

Los términos (a, and) son usados para describir diferentes estéreo isómeros de gl no – así que – la consecuencia obvia de los eslabones en el almidón es este “p” altamente amorfo, haciéndolo más agresivo para sistemas enzimáticos y para los humanos. La capacidad para comercializar productos de azúcar del “st” resultado de uno de los primeros ejemplos de la moderna industria de la tecnología enzimática. La producción y uso de amilasas, gluepamilasas, glucosa, isomerasa en procesamiento de almidón. Investigadores tienen gran esperanza en emular el éxito en la conversión de celulosa por azúcar.

Celulosa

La celulosa, la forma más común de carbono en la biomasa, es también una biomolécula de glucosa. En la glucosa los moieties están ligados por los enlaces glucosídicos. Los enlaces B en la celulosa forman cadenas lineales de gran estabilidad y mucho más resistencia a la agresión química debido al grado de enlace de hidrogeno que pueda ocurrir entre cadenas de celulosa hechas de polímeros más rígidos, inhibiendo la flexibilidad de las moléculas que muchas veces ocurre en el rompimiento hidrolítico de las cadenas glucosídicas.

Hemicelulosa

Aún una cuarta forma de polímero de azúcar encontrado en biomas es la hemicelulosa. La hemicelulosa consiste de cortas cadenas de azúcar altamente ramificadas. El carbón cinco (usualmente D – xilosa y L – arabinosa) y carbón – seis ( D – galactosa, D – maltosa) y ácido úrico. El azúcar altamente sustituida por acido acético. Esta ramificación natural amorfa y encerrada y relativamente fácil de hidrolizar para constituir azúcar hidrolizada, la forma de hemicelulosa de madera dura libera productos altos en xilosa (un carbón de azúcar 5). La hemicelulosa contenida en la madera suave contrasta, rindiendo más carbón de azúcar 6.

La forma 4 de azúcar en la biomasa representa un rango de accesibilidad reflejado en la historia de la producción de etanol. Azúcares simples son las más fáciles de usar, fuentes por fermentación de etanol. La opción preferida como fuente para la producción de etanol combustible llego a ser ésta. El almidón contiene cultivos, como el cultivo de azúcar que tiene alto valor alimenticio y se utiliza en la alimentación de animales y humanos. Se puede digerir el almidón pero no la celulosa. El almidón probablemente continúe sirviendo única y exclusivamente a la agricultura. Las dos formas restantes – celulosa y hemicelulosa – las formas más presentes de carbón en la naturaleza, pero que también son todavía difíciles de utilizar. La estructura cristalina de la celulosa se muestra altamente resistente a la agresión, mientras que en la hemicelulosa algunos azúcares recientemente se fermentaron para producir alcohol.

Biomasa para la energía

Para expandir las posibles fuentes de energía basadas en azúcar así como los costos de esas fuentes, los estudios se han centrado en la biomasa de materiales como: árboles, grasas y desperdicios, dejando a un lado los alimentos y las levaduras. Los tres mas grandes componentes de esas fuentes de biomasa son la celulosa, hemicelulosa y el lignito como un biopolímero rico en componentes fenólicos que las plantas provén íntegramente los. Los porcentajes de celulosa, hemicelulosa y lignito como biomasa se presentan en la tabla 1. Los porcentajes de los carbonos 5 y 6 contenidos en maderas duras y suaves y residuos agrícolas se muestran en la tabla 2. la combinación de hemicelulosa y lignito forman una proto vaina alrededor de la celulosa, la cual debe ser modificada y removida para beneficiar la hidrólisis de la celulosa. El lignito a menudo se ”limpia” (liberar del sulfuro) debido a que esta porción del lignito de plantas es el antecesor del caucho (el cual es bioma facilitador). El lignito residual después de que el azúcar de la biomasa a sido fermentada tiene un uso económico, pues su uso es crítico par la factibilidad financiera de la tecnología del etanol.

Tabla 1. Niveles típicos de celulosa, hemicelulosa y lignito en la biomasa

Componente Por ciento en peso seco

Celulosa 40 – 60 %

Hemicelulosa 20 – 40 %

Lignito 10 – 25 %

Tabla 2. Azúcares y cenizas. Composición de diversas materias primas de la biomasa.

Material Carbón – seis

azúcares

Carbón – cinco

azúcares

Lignito Ceniza

Maderas duras 39 – 50 % 18 – 28 % 15 – 28 % 0.3 – 1.0 %

Maderas blandas 41 – 57 % 8 – 12 % 24 – 27 % 0.1 – 0.4 %

AG Residuos 30 – 42 % 12 – 39 % 11 – 29 % 2 – 18 %

Hidrólisis del ácido concentrado

Este proceso esta basado en la descristalización del ácido concentrado seguido de la hidrólisis del ácido diluido con azúcar cercano a la producción teórica. La separación del ácido de los azúcares, ácido recuperado y ácido reconcentrado, son operaciones unitarias críticas. La fermentación convierte los azúcares en etanol. Erkanol y el grupo Masada planean usar este proceso en sus plantas de bioetanol.

Antecedentes

El proceso de ácido concentrado para producir azucares de etanol de la biomasa de lignocelulosa tiene una larga historia. La capacidad de disolver e hidrolizar celulosa nativa en algodón usando ácido sulfúrico concentrado seguido de una disolución con agua fue reportado en la literatura en 1883. La hidrólisis que ocurre en la disolución. El ácido concentrado rompe la ligadura de hidrógeno entre las cadenas de celulosa, convirtiéndolas en un estado completamente amorfo. Una vez que la celulosa ha sido descristalizada, se forma una gelatina homogénea con el ácido. La celulosa es extremadamente susceptible a la hidrólisis en este punto. Así, la disolución a modestas temperaturas realiza una rápida y completa hidrólisis de glucosa, con poca degradación. De hecho el uso de ácido sulfúrico concentrado es un método de prueba aceptado para cuantificar la glucosa potencial contenida de celulosa y para cuantificar el lignito contenido.

Se observa que la mayoría de investigaciones sobre procesos con ácido concentrado han sido realizadas usando residuos agrícolas, particularmente mazorca de maíz. En 1918, investigadores norteamericanos del departamento de agricultura, propusieron un proceso de producción de azúcar y otros productos de la mazorca de maíz basado en un proceso de dos estaciones. Estos investigadores introdujeron la idea de usar ácido diluido pretratado de la biomasa para remover la hemicelulosa antes de la descristalización e hidrólisis de la fracción celulosa. La capacidad de aislar azúcar hemicelulosa de azúcar celulosa fue un importante mejoramiento en el proceso porque el carbon de azúcares cinco no era fermentable.

En 1937, los alemanes construyeron y operaron plantas de hidrólisis de ácido concentrado basadas en el uso y recuperación de ácido hidroclórico. Algunas de esas mejoras fueron operadas exitosamente. Durante la segunda guerra mundial, investigadores de la USDA en Perrona, Illinois refinaron el proceso de ácido sulfúrico concentrado proveniente de mazorcas. Dirigieron el proceso desarrollando estudios sobre un proceso continuo que produjo entre un 15 a 20 % de azúcar xilosa corriente y de 10 a 12 5 de azúcar glucosa corriente, con el lignito como bioproducto tomado de los residuos. La glucosa fue fermentada para producir etanol en un 85 – 90 % de la producción teórica. Los japoneses desarrollaron un proceso del ácido sulfúrico concentrado que fue comercializado en 1948. el rasgo característico del proceso fue el uso de membranas para separar el azúcar y el ácido en producto final. La membrana de separación fue tecnología de punta en su tiempo, logrando recuperar un 80 % del ácido. R y D basados en el proceso del ácido sulfúrico concentrado estudiado por USDA (el cual llegó a ser conocido como el “proceso Peoria”) retomaron en los E. U. en los 80’s particularmente en la Universidad de Pordue y en Valle Autoridad Tennesse (TVA).

Entre las mejoras agregadas por estos investigadores están 1) reciclamiento del ácido diluido del proceso de hidrólisis en pretratamiento, y 2) ácido sulfúrico reciclado mejorado. Minimización de ácido sulfúrico y reciclaje del ácido, costos que efectivamente son factores críticos en la factibilidad económica del proceso.

Descripción del proceso

La tecnología del ácido sulfúrico concentrado esta apoyada por DOE y NREL siguiendo directamente el trabajo hecho por el laboratorio Peoria del USDA en la década de 1940 y el trabajo de TVA durante los ochentas.

El diagrama de flujo del proceso esta basado en información confiable de Arkenol. Este es un ejemplo de cómo un proceso basado en ácido concentrado debe ser configurado. El corazón del proceso es la descristalización seguida de la hidrólisis del ácido diluido. El original proceso Peoria y la versión modificada propuesta por Purdue lleva a cabo pretratamiento del ácido diluido para separar la hemicelulosa antes de la descristalización. La biomasa deberá ser secada para concentrar el ácido absorbido en la biomasa previa a la adición del ácido sulfúrico concentrado. Purdue propuso reciclar reciclar el ácido sulfúrico tomando la corriente diluida de agua/ácido del reactor de hidrólisis y utilizarlo en el paso de la celulosa pretratada.

En el proceso de Arkenol la descristalización se realiza por una suma de 70 – 77 % de ácido sulfúrico a la biomasa que ha sido secada al 10 % de humedad.

El ácido es agregado en un rango de 1.25 : 1 (ácido : celulosa + hemicelulosa) y la temperatura es controlada en menos de 50 º C. agregando agua al ácido diluido en un 20 – 30 % y calentando hasta 100 ºC durante una hora, dando como resultado la liberación del azúcar. El gel de esta reacción se presiona para remover una corriente del producto ácido / azúcar. Los residuos sólidos se someten a un segundo proceso de hidrólisis. El uso de una columna cromatográfica para realizare una alta producción y separación del ácido y el azúcar es una mejora crucial en el proceso que fue primeramente introducido por TVA e investigadores en la universidad del sur de Mississippi. La

fermentación convierte a la glucosa y a la xilosa en etanol en la producción teórica de 85 y 92 % respectivamente. Un triple efecto evaporador es requerido para reconcentrar el ácido. Arkenol que el azúcar recuperada en la columna de separación del ácido / azúcar es de al menos el 98 % y el ácido perdido en el torrente de azúcar no supera el 3 %.

Estatus comercial

El proceso del ácido sulfúrico concentrado ha sido comercializado en el pasado, particularmente en la antigua Unión Soviética y en Japón. Sin embargo, esos procesos solo9 fueron exitosos durante el periodo de crisis nacional, contra la competencia económica contra el etanol podía ser ignorada. La cordura convencional en la literatura sugiere que los procesos Peoria y TVA no pueden ser económicos debido a los grandes volúmenes de ácido requeridos. Mejoras en la separación de ácido / azúcar y en su recuperación han abierto las puertas para una aplicación comercial. Dos compañías en E. U. están actualmente trabajando con DOE y NREL para comercializar esta tecnología y tomar ventaja del nicho de oportunidades que envuelven el uso de biomasa como medio de mitigar la eliminación de desechos o algunos otros problemas ambientales.

Arkenol

Arkenol es dueña de una serie de patentes sobre el uso de ácido concentrado para producir etanol. Las plantas de Arkenol toman ventaja en las oportunidades de obtener rastrojo de cara las nuevas regularizaciones que deberán restringir la práctica común de abrir campo quemando el rastrojo en él. La economía de esta oportunidad se conduce por la oportunidad de utilizar un recurso barato que normalmente sería un problema. La tecnología de Arkenol mejora la economía de la conversión de la paja cruda por la recuperación y purificación de la silicia presente en la paja. NREL esta trabajando con Arkenol bajo una CRADA para desarrollar unas Zimomonas Mobilis recombinante deformada para el proyecto. Las instalaciones serán ubicadas en la ciudad de Sacramento.

Grupo del recurso de masada

Masada tiene algunas patentes relacionadas con el desecho sólido municipal (MSW, siglas en inglés) para la conversión de etanol. DOE Y NREL a estado trabajando con masada para apoyar la planta de etanol con MSW la cual deberá instalarse en Middletown N. Y. La planta procesará la fracción de lignocelulosa del desperdicio sólido municipal en etanol utilizando tecnología basada en el proceso del ácido sufúrico concentrado de TVA que satisfizo bien al complejo y para las altamente variadas materias del desperdicio sólido municipal. El proyecto de Nueva Cork de Masada aprovecha la variedad de residuos que se recogen en el área así como la disposición de los desechos sólidos municipales. Masada esta finalizando la ingeniería y los proyectos financieros y espera construir en la planta.

Hidrólisis de ácidos diluidos

La hidrólisis en dos estados de producción máxima de azúcar de la hemicelulosa y celulosa en fracciones de biomasa. La primera estación es operada bajo las condiciones más ligeras para hidrolizar la hemicelulosa mientras que la segunda estación es optimizada al hidrolizar la fracción más resistente de la hemicelulosa. Los líquidos hidrolizados son recubiertos en cada estación, neutralizados y fermentados para etanol. Plantas BCI para usar hidrólisis de ácidos diluidos durante el inicio de la fase se facilitan en Jenings, Louisiana.

Antecedentes

La hidrólisis de ácido diluido de biomasa es con mucho, la más antigua tecnología para convertir la biomasa

en etanol. Como se indico al principio, el primer intento por comercializar un proceso para etanol de madera fue realizado en Alemania en 1898. Esto permitió el uso del ácido diluido para hidrolizar la celulosa de la glucosa, y fue posible producir 7.6 litros de etanol de 100 kilogramos de desecho (18 gal / ton).

Loa alemanes pronto desarrollaron un proceso industrial optimizado para producir alrededor de 50 galones por tonelada de biomasa. Este proceso pronto llegó a los Estados Unidos culminando en la

operación de dos plantas comerciales en el sureste durante la primera Guerra Mundial. Estas plantas usaron lo que fue denominado “El proceso Americano” la hidrólisis de un ácido sulfúrico diluido en una estación. Sin embargo, la producción solo alcanzó la mitad de lo que lograron en el proceso original de Alemania (25 gal. De etanol por ton. Contra 50), la dirección del proceso americano fue mucho más alto. Un descenso en la producción de madera forzó el cierre de las plantas poco después del final de la Primera Guerra Mundial. Mientras tanto un poco pero firme investigación sobre la hidrólisis de ácidos diluidos continua en los laboratorios de productos.

Forestales USDA

En 1932 los alemanes desarrollaron una mejorada filtradora “proceso usando ácido sulfúrico diluido conocido como el proceso Scholler”. Esos reactivos eran simples sistemas en los cuales una solución diluida en ácido sulfúrico era bombardeada directo a un tendido de astillas. Varios años en la segunda guerra mundial, los E.U. encontraron como cultivar en corto tiempo para producir etanol y azúcar. La producción de guerra de los E. U. embarcó nuevas y revigorizadas investigaciones de etanol de madera como una medida de seguridad sobre futuros inseguros a poco tiempo y dispuso fondos para la construcción de una p0lanta en Springfel, Oregon.

El compromiso estuvo dirigido al laboratorio de productos forestales para que se fijara en mejorar el proceso Scholler. Esos trabajos dieron como resultado el proceso de azúcar de madera “Madison” el cual mostró una sustancial mejoría en la productividad con producciones por encimas de su predecesor alemán. Los problemas con el pronto inicio de Oregon. Originado por procesos de desarrollo adicionales al trabajo en el proceso Madison en facilidad de Wilson Dam TVA.

La planta piloto de TVA llevó más lejos el proceso de refinación al incrementar la producción y simplificar aspectos mecánicos del proceso. La hidrólisis de ácidos diluidos por una reacción filtrada, culminó en el diseño desarrollado en 1952, y que en esta hora una de las mas simples formas de producción de azúcar de origen de biomasa.

Este es un referente contra el que se comparan las nuevas ideas de hechos, el sistema esta operando todavía en Rusia.

En la parte final de los 70’s un renovado interés en esta tecnología tomo forma en EU debido a la falta de petróleo experimentada en aquella época, la creación de modelos estudios experimentales sobre sistemas de hidrólisis diluidos fueron desechados durante la mitad de la década de los 80’s. Mucho de este trabajo patrocinado por DOEY USDA.

Para 1985, muchas investigaciones de filtración de ácido diluido fueron bien entendidas y han alcanzado los límites de su potencial. Su comparativamente alta producción de glucosa (alrededor del 70 %) fue lograda en el gasto de producción de chorro de azúcar altamente diluida. Modelos cinéticos basados sobre seudo cinéticos de primer orden, y un proceso de diseño funcional mostrado que el diseño más efectivo requeriría lata concentración de sólidos y algunas formas de flujo en contra corriente. Lo anterior es una consecuencia de las medidas de equipamiento y costo de energía y lo posterior es consecuencia de la reacción cinética. Ambos requerimientos involucrados significan problemas en el diseño del equipo. Los estudios pasaron a diseños alternativos, tal como reactores con flujo de agua y el llamado sistema de baño progresivo que simula la operación de contracorriente. La operación del reactor con flujo de agua requirió de un corto tiempo de resistencia (6 a 10 segundos) y una alta temperatura (alrededor de 240 º C). Sobre escala superior esos sistemas encontraron algunas dificultades con el manejo de sólidos, siempre en concentraciones más bajas de lo óptimo. Sistemas de flujo de agua en laboratorio y en la p0lanta piloto produjo cantidades de glucosa del 50 % esas cantidades son aproximadas a los límites teóricos para sistemas continuos de reactor.

Descripción del proceso

Después de un siglo de investigación y desarrollo el proceso de hidrólisis de ácido diluido ha envuelto el concepto general. La hidrólisis ocurre en dos etapas para acomodad las diferencias entre hemicelulosa y celulosa. La primera etapa puede ser operada bajo condiciones más suaves como lo que maximiza la cantidad de hemicelulosa hidrolizada. La segunda etapa es optimizada por hidrólisis de la fracción más reciente de la celulosa. El líquido que hidroliza es recuperado para cada etapa y para alcohol fermentado. La celulosa residual y el carbón dejado en los sólidos utilizados en la hidrólisis sirven como combustibles en calentadores o en producción de vapor.

Mientras una gran cantidad de diseños de reactores han sido diseñados, el reactor de filtración originalmente desarrollado ya hace un siglo es todavía muy rentable aunque más limitado en cantidad

que el reactor de filtración, reactores con corriente de pulpa han sido probados a escala en la industria. Recientemente NREL reportó resultados de hidrólisis de ácido diluido de maderas suaves en las que las condiciones del reactor fueron las siguientes:

Etapa 1. 0.7 % ácido sulfúrico, 190 º C y en tres minutos tiempo de resistencia.

Etapa 2. 0.4 % ácido sulfúrico, 215 º C y en tres minutos tiempo de resistencia.

Esta prueba de escala confirmó el potencial de la cantidad logrado de 89 % para * mannose, 82 % para * galactosa y 50 % para glucosa. Fermentación con *Saccharomyces cerevisiae. Logro de conversión de etanol del 90 % de el total teórico.

Estatus comercial

Hay verdaderamente poca experiencia con procesos de ácidos diluidos. Como se indicó al principio, Alemania, Japón y Rusia han operado plantas de hidrólisis de ácido diluido por filtración durante los pasados 50 años. Sin embargo, esa filtración diseñada no sobreviviría en situaciones de competencia en el mercado. Hoy en día compañías están revisando oportunidades comerciales para esta tecnología, la cual combina mejoras recientes y colocación de oportunidades para resolver problemas ambientales.

BC Internacional (BCI)

BCI y la oficina de DOE de desarrollo de combustibles han formado una asociación para desarrollar una planta de biomasa para etanol. Con facilidad producen 20 millones de galones por año de etanol. BCI utilizará una planta existente de etanol localizada en Jennings, L. A. hidrólisis de ácido diluido será usado para convertir azúcar de gabazo, es decir, las sobras dejadas después de procesar las materia para azúcar.

La construcción se espera que inicie en el verano del 2000 y la producción inicial en febrero del 2002.

Industria de la pulpa y el papel

El Tenbecan Georgia Pacífico esta operando un aserradero con pulpa de sulfito en Norteamérica, el cual utiliza un proceso de hidrólisis de ácido diluido para disolver hemicelulosa y lignito de madera y produce especialmente pulpa celulosa. El azúcar extraído en el licor del sulfito gastado es fermentado para etanol.

Hidrólisis enzimática

La primera aplicación de enzimas a hidrólisis de madera en un proceso de etanol fue simplemente para reemplazar la etapa de hidrólisis de ácido celuloso con paso de hidrólisis de enzima celuloso. Esto es llamado hidrólisis separada y fermentación.

Una importante modificación hecha al proceso de hidrólisis enzimática de biomasa fue la introducción de simultaneas sacarizaciones y fermentación (SSF) lo cual ha sido recientemente al incluir la cofermentación de múltiples sustratos de azúcar. El proceso SSF microbios de celulosa y fermentación son combinados. Como la azúcar es producida los organismos de fermentación se convierten a etanol. La hidrólisis enzimática será usada en la Iogen / Petro de Ottawa. Canadá, este proyecto es a su vez estudiado por el proyecto BCI de Gridely debido a los programas de investigación de los biocombustibles conllevan alto costo de enzima celulosa se ve como barrera de clave a la producción económica de bioetanol de material de celulosa de lignito los programas de biocombustible han sido utilizados con los dos más grandes productores globales de enzimas Genecorp Internacional Inovocimas Biotech Incorporate. El objeto de esta colaboración es la de activar una reducción de hasta 10 veces en el costo de enzimas.

Antecedentes

Las enzimas son recientemente llegadas con respecto a los procesos de biomasa para etanol. Mientras la química de producción de madera tiene al menos dos siglos de investigación y desarrollo, y 100 años de procesos desarrollados, enzimas de hidrólisis de biomasa puede decirse que apenas tienen 50 años de esfuerzos serios. La investigación por causas biológicas de la hidrólisis de celulosa no mereció interés hasta la segunda guerra mundial. El ejército de los E. U. montó un programa de investigación básica para entender las causas de la deteriorización de la ropa y equipo militar en las junglas del Pacífico Sur. Un problema que causó estragos en los embarque de la guerra. De esta campaña resulto la formación de los laboratorios NATISK de la armada de los E. U. de este esfuerzo de revisar miles de muestras recolectadas de la jungla vino la identificación de lo que vino a ser uno de los organismos más importantes en el desarrollo de la celulosa de enzimas – la tricoderma viride (eventualmente renombrada tricoderma reesei). La Tricoderma Reesei es la antecesora de muchos de los más potentes enzimas de producto fungi de uso comercial de hoy.

Irónicamente la investigación sobre celulosa fue inspirada por la necesidad de prevenir el ataque hidrolítico sobre la celulosa. Hoy en día, volteamos hacía esas enzimas con la esperanza de incrementar el poder hidrolítico. Este viraje pone énfasis sobre la investigación de celulosa que no ocurrió sino hasta principios de la década de 1960, cuando azúcares de celulosa fueron reconocidos como posible fuente de alimento, algo similar a lo expresado en investigaciones en sus primeros días de investigación sobre hidrólisis ácida. A mediados de los 1960’s el descubrimiento de las preparaciones de enzimas extracelulares pudieron ser hechas de la observación científica acelerada de T. Reesei y del interés comercial en celulosas. Para 1979, el aumento genético de T. Reesei había ya producido cepas mutantes con productividad 20 veces por encima de los organismos originales aislados en Nueva Guinea. Por aproximadamente 20 años celulosas producidas bajo la cultura de la fermentación de hongos ha estado disponible comercialmente. En otro giro irónico, el mercado más lucrativo de celulosa hoy en día es en la industria textil, donde un nicho valioso ha sido encontrado en la producción de jeans “stone – washed”.

La ciencia de la celulosa ha recorrido un largo camino desde la Segunda Guerra Mundial. Ha crecido con los cambios monumentales que han ocurrido en la biología molecular, en la química de proteínas y en la enzimología en los pasados 50 años. Es fácil olvidar como se han dado estos grandes cambios. En 1876, el investigador alemán Wilhelm Frederich Kuhne acuñó el término de “enzima”. Esa raíz griega que solamente significa “en fermentación”. Kuhne uso esto para describir la “fermentación organizada de la levadura y otros organismos”. El debate en esos tiempos fue si la actividad catalítica observada en esa fermentación podría existir independientemente de la cedulas vivas. Para la década de 1920, fue acumulada evidencia de que esas enzimas fueron en realidad proteínas y esas proteínas fueron en realidad entes químicos discretos. Pero la respuesta a esta pregunta a de esperar una técnica suficientemente sofisticada ha desarrollarse de purificación de proteínas. Eso no ocurrió sino hasta 1951, con la elucidación sucesiva del aminoácido como parte de la insulina, esas enzimas fueron indiscutiblemente reconocidas como proteínas químicas independientes.

Sin embargo, en muchas formas nuestro conocimiento de las celulosas esta en la infancia comparada con otras enzimas. Hoy algunas buenas para esto. Sistemas celulosa - celulasa involucra enzimas solubles funcionando sobre sustratos insolubles. El salto en complejidad de sistemas de enzimas con sustratos homogéneos es tremendo. Conviene aclarar rápidamente que las enzimas llamadas “celulasa“ eran realmente un complejo sistema de enzimas que trabajan sinergísticamente juntas para atacar la celulosa natural. En 1950, este complejo fue toscamente descrito como un sistema en el cual una enzima conocida como C1 actúa para descristalizar la celulosa, seguido por un conjunto de enzimas hidrolíticas conocidas como Cx, las cuales rompen la celulosa de azúcar. Este primer concepto de actividad celulasa ha sido modificado, se ha agregado y argumentado en los pasados 40 años.

Aunque muchas investigaciones todavía hablan en términos del modelo original de la enzima hidrolítica C1 y de un grupo de enzimas hidrolíticas Cx, nuestra visión de cómo las enzimas funcionan juntas es mucho más compleja. Las tres clases mayores de celulosa de enzimas son reconocidas hoy:

• Endoglucanasas, que actúan azarosamente sobre una cadena de glucosas solubles y insolubles.

• Exoglucanasas, que incluye glucohidrolasas que preferentemente libera celubiosa (glucosa más baja) del final de la cadena de celulosa.

• B – glucosidades, que liberan D – glucosa de celubiosas más bajas y celo dextrosas solubles.

Por un largo periodo, las investigaciones han reconocido, que esas tres jóvenes enzimas funcionan juntas sinergísticamente en una compleja interacción que resulta en una eficiente descristalización e hidrólisis de celulosa natural. Extendiéndose a audiencias no científicas, promotores de la investigación de celulosa describen a menudo de forma básica y simplificada de cómo las enzimas trabajan juntas para atacar eficientemente a la celulosa. El peligro con estas simplificaciones es que pueden engañar mucho sobre el desconocimiento y las dificultades que todavía se enfrentan en el desarrollo de una nueva generación del costo efectivo de enzimas. Mientras nuestro entendimiento de los modelos de la celulasa ha mejorado, hay mucho más por aprender antes de que se puedan desarrollar eficientemente cocteles de enzimas con actividad incrementada.

Descripción del proceso

La primera aplicación de enzimas por hidrólisis de la madera en un proceso de etanol era simple y obviamente, reemplazar el paso de hidrólisis ácida por un paso de hidrólisis de enzimas. Esta configuración, ahora conocida como hidrólisis separada y fermentación (SHF, por sus siglas en inglés) es mostrada en la figura 1. se requiere un pretratamiento de la biomasa para hacer la celulosa más accesible a las enzimas. Muchas opciones de pretratamiento han sido consideradas, incluyendo pasos térmicos y químicos.

El más importante proceso de mejoramiento hecho por hidrólisis enzimática de biomasa fue la introducción de sacarificación y fermentación simultánea (SSF por sus siglas en inglés) patentado por la compañía gula Oil y la universidad y la Universidad de Arkansas. Este nuevo proceso proyecta reducir el número de reacciones involucradas en la elaboración de de hidrólisis separada, y aún algo más importante, eliminar el problema de inhibición de producto asociado con enzimas. En la presencia de glucosa B – glucosidada detiene la hidrólisis de celubiosa. La elaboración de celubiosa en transformación cierra la degradación de la celulosa. En el proyecto del proceso SSF, enzimas de celulosa y microbios fermentados son combinados. Como azúcares son producidos por las enzimas, los organismos de fermentación los convierten en etanol. El proceso SSF recientemente ha sido mejorado para incluir la cofermentación de múltiples sustrato de azúcar. Esta nueva variante de SSF, conocida como SSCF por su simultánea sacarificación y cofermentación.

Estatus comercial

Como propuesta inmediata, la enzima celulasa ya esta disponible para ser comercializada para varias aplicaciones, muchas de estas aplicaciones no involucran hidrólisis extensas de la celulosa. Por ejemplo, las aplicaciones en la industria textil de celulosa requieren menos del 1 % de hidrólisis. La producción de etanol, en contraste, requiere casi una hidrólisis completa. Además muchas de las aplicaciones de la enzima celulasa tienen un mayor valor en la bolsa de valores que en el mercado de combustible. Por esta rezón es que existe un gran obstáculo entre la industria de la enzima celulasa y la industria del etanol. Nuestros socios en la comercialización de de la tecnología del etanol ha corto plazo están decidiendo empezar con la tecnología de la hidrólisis ácida debido al alto precio de la enzima celulasa.

El acuerdo Iogen – Petro Canadá

Petro – Canadá la segunda refinadora y comercializadora más grande en Canadá, firmó un acuerdo con la corporación Iogen en noviembre de 1997 para cofinanciar la investigación y el desarrollo de la tecnología de transformación de la biomasa en etanol durante un periodo de 12 a 18 meses. Petro – Canadá, Iogen y el gobierno de Canadá están financiando la construcción de una planta piloto de un proceso de muestra, el cual esta basado en la tecnología de la enzima celulasa propiedad de Iogen.

BC Internacional

Esta compañía empezara su operación en Jennings, LA. Esta planta utilizará la tecnología de la hidrólisis de ácido diluido. La selección de la tecnología de ácido diluido es estratégica, ya que permitirá la adición eventual de la hidrólisis enzimática cuando la producción de celulosa sea costeable. BCI esta evaluando actualmente las opciones para el uso de enzimas. Las plantas de BCI utilizan la enzima celulosa en un proyecto parcialmente financiado por DOE que puede conducir a una comercialización de arroz para producir etanol en Gridle, CA.

Gasificación y fermentación de la biomasa

La biomasa se puede convertir a un gas sintético (que consiste principalmente de CO, CO2 e hidrógeno) mediante un proceso de gasificación a altas temperaturas. Las bacterias anaerobias son utilizadas para convertir el gas sintético en etanol. Bioresource Engineering Inc. ha desarrollado la tecnología de la fermentación del gas que puede ser usado para producir etanol de los desechos de celulosa con un alto índice de rendimiento.

Fondo

La biomasa se puede convertir por la síntesis de gas, el cual consiste principalmente de CO, CO2 e hidrógeno, a través de un proceso de gasificación. La tecnología de la gasificación ha estado bajo un desarrollo intensivo en las últimas dos décadas. Instalaciones de demostración a gran escala se han evaluado y unidades comerciales están en operación en todo el mundo. Los problemas con la aplicación de la gasificación han sido problemas económicos y no técnicos. En el pasado, el producto de la gasificación había sido la electricidad y como fuente de calor y el bajo valor de estos productos en el mercado son insuficientes para justificar el capital y los gastos de operación. Sin embargo, si la gasificación se completa con la producción de un combustible líquido de más valor, la combinación podría ser una alternativa viable en la tecnología de la energía.

Después de la gasificación la bacteria anaerobia como la Clastridium ljungdahli son usadas para convertir CO, CO2 Y H2 a etanol. Los altos índices son obtenidos porque el proceso esta limitado por la fase de transferencia de gas a líquido en vez del índice de consumo efectuado por las bacterias.

Status comercial

Bioengineering Resources, Inc.

Bioresource Engineering Inc. (BRI) ha desarrollado una tecnología de la fermentación que puede ser usada para producir etanol de los desechos de celulosa con un alto índice de rendimiento. El proceso combinado de gasificación/ fermentación ha sido desarrollado por BRI por varios años. La viabilidad de esta tecnología ha sido demostrada y planteada bajo la forma de piloto como el primer paso hacia su comercialización. La conversión de un torrente de desperdicio en un combustible valioso añade incentivos tanto ecológicos como económicos. Los rendimientos pueden ser altos porque todo el material excepto la ceniza y el metal pueden ser convertidos en metanol. BRI ha desarrollado sistemas de biorreactor para la fermentación, que resulta en tiempos de retención de de solamente unos pocos minutos en la presión atmosférica y menos de un minuto en la presión elevada. Estos tiempos de retención resultan en gastos de equipo muy económicos. La biocatálisis es generada automáticamente por el crecimiento lento de la bacteria en el reactor.

Composición de la materia prima de la biomasa y base de datos de las propiedades

Este sitio Web es diseñado para marcar los datos de la composición química y las propiedades físicas de varios recursos de la biomasa disponibles para los profesionales en la energía en la comunidad científica e ingeniería.

Biomasa para la energía

La biomasa es muy heterogénea y un recurso renovable químicamente complejo. Entendiendo esta variabilidad natural y el rango de composición química es esencial para los científicos e ingenieros dirigir esta investigación y desarrollo de la tecnología de la energía en el uso de los recursos de la biomasa. El termino biomasa representa cualquier materia orgánica derivada de las plantas. La biomasa disponible para energía sobre una base sostenible incluye hierbas, madera de los bosques, cultivos, productos agrícolas y cultivos de forraje, desechos agrícolas, residuos de plantas acuáticas y otros desperdicios de materiales incluyendo algunos desperdicios municipales. El Departamento de Energía patrocino la investigación desarrollo y demostración de los esfuerzos dirigidos al uso de los recursos renovables de la biomasa así como la materia prima una selección de productos relacionados con la energía, incluyendo líquidos, sólidos o gases combustibles;: electricidad, calor productos químicos y otros materiales.

Contenido de la base de datos

La base de datos es una compilación de resultados de pruebas analíticas conducidas con muestras de biomasa por científicos del Programa de Biocombustibles de acuerdo con los métodos de prueba actuales. Casi todos son métodos de American Society for Testing and Materials (ASTM). La información incluye el análisis de la composición, análisis de la estructura química, análisis elemental, análisis de aproximación, valores de temperatura y propiedades del lignito. No todos los métodos analíticos fueron aplicados a todas las muestras, sin embargo todos los datos del análisis se realizaron en una base libre de humedad. Hemos incluido las referencias para los datos cuando estén disponibles, así como las referencias para los métodos de prueba empleados. Valores para muestras individuales incluidos en esta base de de datos son asi reportados. Esto significa que cualquier prueba adicional usando el método identificado en muestras similares puede resultar en valores un tanto diferentes. Estas diferencias resultan de una combinación de variables naturales en la biomasa, como también como la precisión analítica y repetitiva. Las muestras incluidas en la base de datos no son necesariamente representativas de ese tipo de biomasa.

Orientación de búsqueda

Tu puedes buscar la base de datos de varias maneras, dependiendo de en que estés interesado, porque hay muchas pruebas individuales de biomas incluidas en la base de datos, el primer paso que te permite buscar en un grupo específico o una clasificación de pruebas de tipos de biomasa. El siguiente paso te permite escoger de todas las muestras, aquellas que satisfagan la clasificación seleccionada, si solo quieres los números, rasgos sobresalientes de los tipos de muestras y los tipos de propiedades sobresalientes. Para notas específicas sobre la muestra elegir “Display data references”.

Tecnología de tratamiento

El programa de la biomasa del Departamento de Energía de los EU esta trabajando para mejorar la tecnología para el pretratamiento de la celulosa de la materia prima de lignocelulosa para ayudar a activar la producción económica del etanol y otros químicos valiosos de origen de biomasa. La investigación del pretratamiento y las actividades de desarrollo tratan de evaluar, desarrollar y demostrar la máxima promesa de aprovechamiento del pretratamiento de ésta, siendo investigada por una amplia comunidad de investigadores. Este esfuerzo principalmente apoya una plataforma de hidrólisis enzimática del azúcar que provea el pretratamiento más relevante enfocado tanto a plazo corto como para tecnologías a largo plazo..

Investigación actual

Evaluación de la tecnología de pretratamiento

Pretratamiento del ácido diluido

Proceso de baño caliente

Principios de la hidrólisis de la hemicelulosa

Capacidad del equipo de pretratamiento

Evaluación de la tecnología de pretratamiento

En general, los procesos de pretratamiento producen un residuo sólido de biomasa pretratado que es más dócil para la hidrólisis enzimática por medio de celulasa y enzimas relacionadas nativas de la biomasa. Muchos enfoques de pretratamiento como los métodos basados en el ácido diluido y vapor presurizado de agua caliente tratan de conseguir esto, hidrolizando una cantidad significativa de la fracción de hemicelulosa de la biomasa y obtener como resultado monosacáridos y oligosacáridos solubles. Otros procesos de pretratamiento, tales como los métodos de bases alcalinas, son generalmente más efectivos a solubilizar una fracción más grande de lignito mientras dejan gran parte de hemicelulosa en una forma polímera insoluble. La mayoría de los métodos de pretratamiento no hidrolizan grandes cantidades de la fracción de hemicelulosa de la biomasa, pero facilitan eficientemente la hidrólisis de la celulosa al retirar la hemicelulosa circundante y/o a lo largo de la lignita con una modificación de la estructura de micro fibra de la celulosa.

Numerosos métodos de tratamiento han sido investigados por laboratorios, universidades e industrias locales durante los últimos 25 años. En el pasado, esto ha sido difícil compararse el rendimiento y la economía de estos diversos enfoques debido a las diferentes materias primas utilizadas, los métodos de análisis químicos y la metodología de los datos reportados. Recientemente, un grupo de investigadores en el norte de América han empezado ha colaborar para investigar las diferentes formas de pretratamiento sobre una base común para permitir una comparación significativa. Estas investigaciones han formado la Biomass Refining Consortium for Applied Fundamentals and Innovation (CAFI) para avanzar en la eficacia de conocimientos basados en la tecnología de pretratamiento. Actualmente, las instituciones participantes en la CAFI son Auburn University (Y.Y. Lee), University of British Columbia (Jack Saddler), Dartmouth College (Charles Wyman), University of Hawaii (Michael Antal), Michigan State University (Bruce Dale), National Renewable Energy Laboratory [NREL] (Rick Elander and Bob Torget), Purdue University (Michael Ladish), University of Sherbrooke (Esteban Chornet), and Texas A&M University (Mark Holtzapple).

Como un miembro activo de la CAFI, National Renewable Energy Laboratory [NREL] esta generando y abasteciendo datos sobre el pretratamiento de ácido diluido y el proceso de lavado caliente a proyectos de la CAFI en curso vía los proyectos del programa de biocombustibles de la EU DOE en curso. Además, NREL esta proporcionando importante apoyo a las actividades de los proyectos de la CAFI., incluyendo suministro y análisis de materia prima común, suministro de enzimas comunes y análisis, desarrollo del modelo de ingeniería de proceso y el entrenamiento para estudiantes de las instituciones de la CAFI.

NREL esta usando la información de los procesos de pretratamiento generados por la CAFI y otras investigaciones de pretratamiento para evaluar y seleccionar en última estancia el más atractivo método de pretratamiento para las plataformas de tecnología a corto plaza y también para las plataformas de tecnología avanzada a largo plazo. Tal evaluación y actividad de selección son típicamente hechas en colaboración de reconocidos expertos en un concurso abierto.

Pretratamiento de ácido diluido

Investigadores de NREL han estado activamente comprometidos en el desarrollo y demostración de varios métodos del pretratamiento de ácido diluido, en primera instancia utilizando ácido sulfúrico, por más de 15 años. En la actualidad el trabajo en esta área es principalmente a favor del Proyecto de la Plataforma de la Enzima de la Azúcar que involucra el uso de reactores de pretratamiento piloto a escala en la Unidad de Desarrollo de Proceso. Los objetivos técnicos en este esfuerzo son para mejorar la digestibilidad enzimática de la celulosa que queda en los sólidos pretratados logrando la solubilidad casi completa de la fracción de la hemicelulosa con un resultado de azúcar soluble de alto rendimiento de la hemicelulosa. el proceso económico manda que tales procesos sean operados en grandes cuerpos sólidos para reducir la demanda de vapor y producir flujos de alta concentración para los subsecuentes pasos de bioconversión y recuperación del proceso. Para minimizar el volumen de líquido requerido, un proceso híbrido que emplea un baño o un pretratamiento de flujo para los grandes sólidos seguido directamente de una separación caliente y un lavado de los sólidos pretratados se esta investigando. Un equipo piloto a escala para operar dicho proceso a la escala piloto esta siendo instalado actualmente en la unidad de desarrollo del proceso.

Procesos de baño caliente

Una variación del pretratamiento de ácido diluido, el cual puede ser aplicado a otros procesos de pretratamiento, involucra una separación y lavado a alta temperatura de los sólidos pretratados. Se cree que tal paso del procesamiento previene la re – precipitación del lignito y/o xilosa que podría haber sido solubilizado bajo condiciones de pretratamiento previas en los sólidos pretratados. Esta re – precipitación puede afectar negativamente la subsecuente hidrólisis enzimática de los sólidos pretratados debido a la presencia de este lignito.

El trabajo inicial sobre este proceso conceptual emplea un sistema de reactor de flujo constante filtrado usando ácido sulfúrico extremadamente diluido (0.1 % P/ V). Este proceso dio como resultado un gran rendimiento de oligosacáridos y monosacáridos de xilosa (teóricamente > 95) y produjo sólidos pretratados significativamente más reactivos en las operaciones de hidrólisis enzimáticas siguientes usando materia prima de madera dura.

Principios de la hidrólisis de la hemicelulosa

El trabajo de contrato de la y Aubum University es generar los datos de la cinética de ácido diluido para la hidrólisis de la hemicelulosa usando un maíz stover para una variedad de baños y la configuración del reactor de flujo completo. Además, un reciente modelo de mecánica cuántica de Accelerys, Inc. Ha dado una nueva perspectiva a la relación entre las condiciones de pretratamiento del ácido sulfúrico diluido y los cambios de conformación en la xilosa que se requieren para conseguir buenos rendimientos de xilosa de la fracción de hemicelulosa de la biomasa en este tipo de proceso de pretratamiento. Finalmente, el trabajo en curso para desarrollar y comprender las interacciones químicas y moleculares fundamentales en el proceso de lavado caliente esta proporcionando nueva información respecto a las interacciones lignito – xilosa en los procesos de pretratamiento de ácido diluido. Tales enfoques pueden tener aplicaciones en procesos de pretratamiento que empleen diferentes ambientes químicos.

Investigación actual (cont.)

Principios de la hidrólisis de la celulosa.

Capacidad del equipo de pretratamiento.

Investigación de la enzima celulasa

La meta es reducir el costo de la enzima celulasa en el proceso de bioetanol mediante el uso de tecnología bioquímicas eficientes y vanguardistas. Nuestros cálculos actuales para los rangos de celulasa son de 30 a 50 centavos por galón de etanol producido. Esto requiere un incremento de diez veces en la actividad específica o en la eficiencia de producción o de la combinación de ambos. Objetivos a corto plazo incluyen un aumento de tres veces la actividad específicas de la celulasa (relativa al sistema de la Trichoderma reesei por FY 2005.

Investigación actual

Ingeniería de las mezclas de celulasa

Ingeniería de las proteínas

Avances en el funcionamiento de la celulasa

Trichoderma reesei Proteonomics

Diseño de las mezclas de celulasa

Los pretratamientos de ácido diluido en la madera dura tienden a producir residuos de la biomasa que contienen una gran cantidad de celulosa natural y muy poca cantidad de azúcares hemicelulósicos. A principios de lo 90 ‘s investigadores de la NREL determinaron que una mezcla 90:9:1 de cellobiohidrolasa de T. reesei (CBH I), una endoglucanasa tolerante al calor de A. Cellulolyticus (EI), y un B-D-glucosidasa era capaz de acercarse al rendimiento observado por una preparación comercial de T. Ressei en una carga de proteína comparable. (i.e. punto final de sacarificación de celulosa en álamo amarillo pretratado después de 120 horas). Este descubrimiento fue un importante progreso porque la alternativa de crear la ingeniería de sistemas de celulasa para materias primas pretratadas específicas de biomasa se puso en evidencia por primera vez.

Desarrollo evaluación mejorada de la celulasa T. fusca

La Universidad de Cornell esta evaluando nuevas mezclas de celulasa y de sus aplicaciones para biomasa aso como trabajando para mejorar la T. fusca E3 y E5 por medio de mutaciones en sitios dirigidos.

Ingenieria de proteína

El trabajo de NREL en FY 1997 a 1998, con la colaboración de la Universidad de Arkansas (J. Sakon), presentó otro progreso en el campo de la bioquímica de la celulasa. Mostramos que el rendimiento (medido como el porcentaje máximo final de sacarificación de biomasa) de este sistema

ternario fue mejorado en un 13 % luego de la modificación de sitio dirigido de un sitio activo residuo de aminoácido identificado por una cristalografía de rayos X de alta resolución de EI. Estamos dando seguimiento a otras prometedoras clases de mutaciones que modifiquen la química de la superficie interactiva de la biomasa.

Subtemas

• Suministro de estructuras de rayos x de alta resolución

La Universidad de Arkansas (J. Sakon) esta trabajando para apoyar los estudios de la mutación de sitio dirigido de la Acidothermus EI y la T. reesei CBH I.

• Modelo molecular de la celulosa con la celulasa y catálisis.

La Universidad de Cornnell (J. Brady) esta trabajando para aplicar modelos moleculares para aumentar nuestro entendimiento sobre la acción de la celulasa. Esta información esta siendo usada para diseñar experimentos de ingeniería de proteínas.

Avances en las pruebas de desarrollo de celulasa

Las pruebas en el reactor – membrana analítico para celulasa desarrollados en NREL, las pruebas de diafiltración sacarificación (DSA) producen curvas muy precisas y detalladas de del progreso parea la sacarificación enzimática de material celulósico bajo condiciones que imitan la sacarificación y fermentación simultáneas. Recientemente se han realizado extensos estudios sobre la carga de enzimas, usando la DSA, sobre la cinética de la digestión de álamo amarillo pretratado con ácido diluido por tres diferentes preparaciones de celulasa T. Reesei. Análisis de los resultados combinados demuestran que una aproximación utilizando la cinética de “un tiempo meta” y trazando el resultado de los valores del “recíproco del tiempo contra una función de la carga de celulosa dan como resultado una relación lineal. Esta relación lineal constituye un método accesible para describir la función que tiene una preparación de celulasa sobre un amplio rango de carga y tiempos de reacción.

Subtemas

• Diseño y evaluación de pruebas mejoradas para endoglucanasas y exogluc anasas.

La Universidad de California en Davis (S. Shoemaker) esta trabajando en comprender mejor los mecanismos de acción de la celulasa. Se pueden desarrollar metodos para evaluara el desarrollo de endoglucanasas y exoglucanasas.

Tricoderma Reesei Proteonomics Para materias primas de biomasa más complejas, comprender los roles y las relaciones de las enzimas componentes de los sistemas de celulasa T. Reessei actuando en sustratos complejos es fundamental para el desarrollo de un sistema artificial eficiente de celulasa para la conversión de lignocelulosa en azúcar. Se presume que las siguientes enzimas son importantes en la hidrólisis de la biomasa: B-1,4-endoglucanasas (EG I,EG II,EG III, y EG V);B-1,4-celobiohidrolasas (CBH I & CBH II); xilanasas (XYN I & XYN II);B-glucosidasa; a-L-arabinofuranosidasa; acetil xilan esterase; B-mananasa; y a-glucoronidasa. En NREL, estas enzimas son esencialmente huellas dactilares del caldo de T. reesei por 2-D gel electroforesis y confirmadas por análisis de secuencia directa de péptidos. La composición de la preparación variable de celulasa producidos de T. Reesei son también comparados por este método y relacionados a la actividad en conjunto de estas preparaciones de celulasa usando las pruebas de diafiltración sacarificación.

Coproductos derivados del lignito

La finalidad de este proyecto es obtener los datos científicos y tecnológicos para evaluar la economía y los mercados para convertir lignito en valiosos aditivos para combustible. El lignito esta presente (15 – 30 %) en toda la biomasa lignocelulósica y en cualquier proceso de producción de bioetanol se obtiene como residuo. El lignito puede ser quemado para producir calor y/ o potencia para los procesos de etanol; sin embargo, se puede aumentar el valor de este residuo si se transforma en aditivos para combustible y puede mejorar significativamente la competitividad de la tecnología del bioetanol.

Investigación actual

Un equipo que involucra personal de NREL, de la Universidad de Utah (U de U) y y de los laboratorios nacionales de Sandía (SNL) esta trabajando para desarrollar un proceso para elabora aditivos para combustibles provenientes de lignito. Las especificaciones actuales para gasolina determinan las propiedades de los productos finales. Los aditivos valiosos son hidrocarburos u oxigenantes que tienen un alto octanaje (> 100) y son compatibles con el punto de ebullición de la gasolina y los parámetros de la presión de vapor.

El profesor J. S. Shabtai de la U de U esta estudiando los fundamentos de la despolimerización de lignito y el hidrotratamiento. El doctor J. E. Millar de SNL esta estudiando también la despolimerización de lignito. El doctor D. K. Johnson de NREL esta proporcionando materias primas de lignito y las características químicas de las materias primas y los productos generados por los otros dos grupos. El doctor E. Chornet y NREL están coordinando el trabajo de este grupo.

Despolimerización del lignito

El primer pasos para convertir el lignito en un producto compatible con el combustible utilizado en el transporte es disminuir sus peso molecular. Actualmente, la base catalizadora de despolimerización del lignito (BCD) es el proceso esencialmente estudiado para realizar esto.

Estudios sistemáticos han sido realizados en la U de U en el paso BCD usando autoclaves removedoras. Se han examinado los efectos del tiempo de reacción, la temperatura, la presión, tipo de base, concentración de la base y el solvente. Se ha obtenido una gran producción (60 – 80 %) de lignito despolimerizado a temperaturas moderadas y tiempos de reacción cortos. La reacción de despolimerización es necesaria para aumentar la producción en un reactor de flujo capaz de procesar 150 g de lignito por hora.

SNL esta estudiando la cinética química y la reacción química de la despolimerización del lignito y también un sólido sistema de base catalizadora utilizando un rápido baño caliente en un micro reactor. SNL busca repetir los resultados de la U de U mostrando que se puede obtener una gran producción de lignito despolimerizado.

Hidroproceso BCD

La transformación posterior de lignito despolimerizado (el producto BCD) es necesario antes de que el producto sea adecuado para una aplicación como combustible. El producto debe estar parcial o completamente desoxigenado, dependiendo de si el objetivo sea un producto oxigenado o un hidrocarburo.

El paso BCD es seguido de un aumento de calidad vía hidroprocesamiento (HPR), que involucra una hidrodsoxigenación catalítica (HDO) y también hidrocraqueo (HCR). El producto BCD se convierte en una mezcla de hidrocarburos aromáticos. Las pruebas de lignito despolimerizado por un hidroproceso en la U de U produjeron mezclas de hidrocarburos aromáticos y naftalínicos que se pueden usar como aditivos para combustible. Análisis de estas muestras de hidrocarburos realizados en NREL indican que son predominantemente (65 %) hechos de hidrocarburos aromáticos. Las estimaciones indican que el octanaje de estos productos están en un rango de 100 – 110. La producción de hidrocarburos esta siendo aumentada de modo que haya bastante disponible para poner a prueba las propiedades del combustible.

Una prueba de lignito despolimerizado hecho en SNL fue hidroprocesado bajo condiciones normales usadas en la U de U para poder obtener un producto que fuese muy similar al que se realizó en la U de U.

En una segunda aproximación, el hidrotratamiento selectivo (HT) se aplicó en los grupos funcionales que contenían oxígeno, preservándose, mientras que los enlaces C – C se rompen para aumentar la producción de fenoles monoméricos. El paso HT es seguido de de la eterificación para producir otros éteres aromáticos que pueden desempeñar bastante bien el papel de los aditivos oxigenados comerciales para gasolina.

Ingeniería y análisis del proceso

En NREL (k. Ibsen) se construyó un diseño conceptual del proceso a una escala de 600 toneladas por día, para convertir lignito de una planta de etanol (proceso enzimático) en hidrocarburos de alto octanaje (aditivos para gasolina). El costo de producción de esto fue estimado en una aproximación de 1.06 dólares por galón. Suponiendo que el rendimiento del diseño incluye el 100 % de solubilidad de lignito en el residuo de SSF en una concentración de lignito del 8 %, una concentración de base soluble del 1 % o menor en el paso de la despolimerización del lignito, y una gran cantidad de productos hidrocarburos en el rango del punto de ebullición de la gasolina en un 70 % de la producción teórica (equivalente a aproximadamente un 50 de la masa base). La extracción del lignito intermedio despolimerizado también se debe realizar con un solvente de bajo costo. Investigaciones actuales están dirigidas a encontrar la realización de este objetivo.

Un especialista (J.E. Sinor y asociados) familiarizado con la venta de combustibles a estimado el valor de un aditivo de gasolina de alto octanaje derivado del ignito. El valor de un aditivo para gasolina mejorado se a estimado que esta en rango de 0.7 – 1.4 centavos por galón de octano. Basados en la perspectiva de la proyección anual de energía de 20 – 25 dólares por barril de petróleo crudo en el 201, el precio esperado para la gasolina puede estar cerca de 0.80 dólares por galón. El valor de los hidrocarburos aditivos para gasolina de alto octanaje puede entonces estar en el rango de 0.97 – 1. 14 dólares por galón usando esta estimación. Así que si el objetivo proyectado se puede satisfacer o excederse ligeramente, esto puede hacer posible que se use el lignito de una planta de etanol para mejorara la competitividad de la conversión de biomasa a etanol.

Tecnología de la conversión de la madera blanda

La manufactura de leña, la recolección de madera y la limpieza de matorrales para prevenir loa incendios genera una gran cantidad de residuos de madera blanda que los desechos sean atractivos para producir etanol combustible. La cantidad de desechos de madera blanda no son tan grandes como los residuos de la agricultura, tales como los de la cosecha del maíz, sin embargo los residuos de madera blanda son una importante fuente de biomasa a corto plazo porque hay una necesidad de mantener la ecología y métodos rentables para disponer de estos residuos. En los últimos tres años las actividades de investigación de la madera blanda en NREL se han enfocado en la búsqueda de la factibilidad de la conversión de la madera blanda proveniente de la limpieza de los matorrales a etanol usando dos etapas de hidrólisis de ácido diluido.

Investigación actual

Las investigaciones reciente sobre biocombustibles que han completado las etapas experimentadas confirman la factibilidad de las técnicas de la conversión de la madera blanda proveniente de la limpieza de matorrales a etanol usando la tecnología de dos etapas de hidrólisis de ácido diluido.

Hidrólisis con ácido sulfúrico diluido

La hidrólisis con ácido sulfúrico con un y dos etapas aplicados a la madera blanda provenientes de la limpieza de matorrales de California (virutas enteras del árbol) se realizó usando un digestor de baño de vapor de 4 – L de NREL. Después la hidrólisis con ácido diluido de dos etapas, el azúcar hemicelulosa producida fue de un 85 – 90 % y la glucosa producida fue del 55 – 60 %. La celulosa residual puede hidrolizarse posteriormente a glucosa mediante la enzima celulasa, col la adición de la enzima la producción total de azúcar se incrementa al 75 % mediante un pretratamiento con ácido diluido de una etapa y a 82 % mediante un pretratamiento de dos etapas.

Experimentos de hidrólisis preliminares en una mezcla de aserrín de madera blanda de Alaska también se realizaron. El azúcar hemicelulosa producida estuvo en un rango de 82 – 94 %.

Pretratamiento mediante la explosión de dióxido de azufre vaporiz ado

El objetivo de este proyecto fue maximizar la producción de etanol obtenido de la hemicelulosa de la madera blanda utilizando como catalizador la explosión de SO2 vaporizado.

El trabajo se realizó mediante un convenio entre NREL y la Universidad Británica de Columbia. El pretratamiento experimental se realizó usando un reactor de explosión de 2 – L. Los desechos incluyeron madera blanda de árboles enteros provenientes de los árboles de California (tallo y corteza) madera de varios bosques (corteza pero no tallo) y varias maderas (tallo y no corteza). Bajo

condiciones óptimas de pretratamiento, del 92 % de la azúcar hemicelulosa original se recupero como licor hidrolizado. La azúcar hemicelulosa soluble resultante cosiste del 61 % de monosacáridos y del 39 % de oligosacáridos. Aunque los tres tipos de desechos respondieron similarmente en términos de azúcar hemicelulosa, la hidrólisis de la maderas blanda proveniente de los árboles enteros del bosque tuvo una pobre fermentabilidad.

Azúcar recuperada de la primera etapa de la hidrólisis

Para la segunda etapa de hidrólisis con ácido diluido, es importante alcanzar una alta (> 95 %) cantidad de azúcar soluble recuperada de la primera etapa de la hidrólisis mientras que se minimiza la cantidad de agua de limpieza requerida. Usar mucha agua puede diluir el flujo de la azular y aumentar el costo del etanol recuperado. Examinando posteriormente la disponibilidad comercial del equipo de lixiviación, se instalo un extractor de tornillos de contracorriente continua en la unidad de desecho del progreso NREL. El extractor fue usado con éxito utilizando los desechos forestales pretratados en la primera etapa. Desarrollo matemático. Los modelos matemáticos se están desarrollando esencialmente para predecir el rendimiento del extractor de tornillo de NREL y otros limpiadores de contracorriente se están evaluando por los distribuidores.

Análisis rápido de los materiales de la biomasa

Los métodos de transformación infrarrojos de Fourier (FTIR) fueron desarrollados con éxito para desarrollar rápidamente la composición química de los licores hidrolizados, la fermentación del etanol y la limpieza de sólidos pretratados. Los resultados de FTIR fueron correlacionados con los resultados obtenidos por humectación química y por la cromatografía química de alto rendimiento (HPLC). Una base de datos correlacionó los resultados establecidos por el FTIR y el HPLC. Los métodos FTIR fueron invaluables para el monitoreo y el control de las líneas de proceso en las plantas de operación comercial.

Fermentación de etanol

La levadura Saccharomyces cerevisiae fue adaptada para productos de extracción y degradación del lignito y los carbohidratos en la madera blanda hidrolizada. La levadura mutante dio una producción mayor al 90 % de etanol de toda la hexosa disponible en el licor hidrolizado obtenido de los desechos forestales sin requerir una desintoxicación ni la adición mínima de los nutrientes. En lo futuro una recombinación de xilosa fermentada con levaduras puede ser probada.

Coproductos

Bajo un contrato de NREL y Kemestrie, Inc. (Sherbrooke, QC, Canadá) se desarrollaron métodos preliminares para recuperar y caracterizar los extractos de la madera blanda de la limpieza de matorrales. Si algunos de los organismos de la fermentación del etanol se eliminan se puede aumentar la producción de etanol. Químicos de gran valor (antioxidantes) han sido identificados en extractos aislados de la madera blanda de los árboles enteros de los desechos forestales. El valor comercial potencial de estos compuestos (sin considerar el costo de purificación) puede ser considerablemente mayor que el valor del etanol que se puede derivar de la celulosa y la hemicelulosa. Así que los coproductos de los extractos pueden aumentar el proceso económico global de la conversión de los residuos de madera blanda a etanol.

El programa de biocombustibles esta ayudado actualmente por Collins Pine Co. (Chester, CA) y BCI (Dedham, MA) en la investigación de monitoreo y análisis de mercado de los productos potenciales de los extractos de la madera blanda bajo contrato con Enerkem Technologies (Sherbrooke, QC, Canadá). NREL también esta analizando las características de la combustión de los residuos de lignito contenidos en los procesos de conversión de la madera blanda en etanol bajo la evaluación del proyecto Collins Pine / BCI.

Modelo del proceso y evaluación.

Un concepto del diseño de una planta basado en la hidrólisis con ácido diluido de dos etapas fue desarrollado usando el simulador de procesos ASPEN PLUS. El paquete de diseño incluye un diagrama de flujo del proceso, balance de materia y energía, una lista del equipo y una estimación de los costos de material y de operación. Los modelos del funcionamiento independiente y de grupo se

compararon con las plantas de potencia. Los modelos ayudaron a los socios industriales a identificar la áreas que requerirías una investigación mas prefunda y áreas de desarrollo y para evaluar la variabilidad económica del proyecto potencial de demostración.

De acuerdo con el proceso diseñado por NREL y los modelos de simulación de ASPEN PLUS para una planta de 2000 toneladas métricas por día de madera blanda seca a etanol usando la tecnología de dos etapas de hidrólisis con ácido diluido, Merrick & Company (Aurora, Co.) desarrollaron un concepto del diseño para una planta de 800 ton. Por día en un lugar cercano a Martel l, CA. Dos escenarios se investigaron: una planta independiente y una que cofuncione con biomasa. Un estudio de viabilidad también se realizó en un planta de 275 toneladas de producto seco por día para convertir los residuos de madera blanda a etanol en el sureste de Alaska. Colocando una planta de etanol con una planta de potencia que funcione con biomasa ofrece ventajas significativas en el costo.

El puente a la industria del etanol del maíz

La gran mayoría de la producción nacional de etanol – aproximadamente 1.5 billones de galones por año – se derivan actualmente del almidón de los granos de maíz. El puente a la industria del etanol de maíz es una iniciativa que tiene el firme propósito de expandir la producción nacional de etanol al incrementar el número de recursos económicos por desechos en las refinerías de etanol de los EU con más tipos de materia prima, especialmente en la industria del mismo maíz, los productores de etanol pueden mantenerse con el aumento esperado en la demanda. Habrá muchos beneficios de una iniciativa prospera incluyendo la reducción del costo de producción del etanol nacional, crear nuevos mercados para los cultivadores de maíz en los EU y conectar la industria del etanol de maíz ya establecida con las tecnologías que están surgiendo para producir etanol de los residuos agrícolas y otros tipos de biomasa. Los residuos agrícolas, como el stover del maíz son los candidatos más probables para ayudar a cubrir la demanda de más materias primas.

Investigación en curso

Conversión de la fibra del maíz

Coloquio sobre el stover del maíz

Modelos de la ingeniería de procesos para la trituración del maíz seco y la conversión del stover de maíz

Stover de maíz para la valoración del ciclo vital del etanol

Puente para los contratos de etanol de maíz

Conversión de la fibra de maíz

Mientras que la mayoría de los carbohidratos en los granos de maíz son básicamente almidón y se convierten fácilmente a etanol mediante los procesos existentes, una fracción insignificante (hasta el 15 % del contenido total de carbohidratos) es de carbohidratos de lignocelulosa y celulosa, xilosa y arabinosa. Esta fracción generalmente se refiere a la fibra del maíz. La fracción de la fibra también proporciona una poco de almidón, limitando eficazmente la habilidad de los procesos existentes de transformar el almidón completamente. Actualmente, el almidón no convertido y la fibra al mismo tiempo que las proteínas y las grasas de los granos del maíz, son procesados como un subproducto para alimento de animales, ya que el valor de este subproducto esta basado principalmente en el contenido de proteínas, la fracción de fibra puede ser retirada sin disminuir el valor de este producto si el contenido de las proteínas y sus propiedades se mantienen iguales. DOE Y NREL están trabajando actualmente en la industria del etanol de maíz para identificar y dirigir los proyectos de investigación destinados a convertir la fibra del maíz a etanol adicional.

Coloquios sobre el stover de maíz

Una serie de nuestros coloquios realizados en el primer trimestre del 2000 revisó el desarrollo esperado de la biomasa, especialmente el stover de maíz, la comercialización en los próximos 2 a 5 años. Cada coloquio incluía de 1 a 10 representantes de las industrias claves que podrían colaborar en la comercialización de la biomasa y que ocuparan puestos que pudieran influir en la futura

dirección. Las discusiones informales tuvieron como resultado un mayor conocimiento del estado en curso, futuras posibilidades y acciones que puedan acelerar la comercialización.

La comercialización de la biomasa a gran escala tiene cuatro asuntos importantes:

1. Disponibilidad de la materia prima de los agricultores.

2. Recolección a gran escala y almacenamiento.

3. El proceso económico

4. Demanda del mercado para los productos.

Los participantes del coloquio demostraron que la disponibilidad de la materia prima, la recolección y el almacenamiento son más probables de realizarse cuando se demuestra el proceso económico y la producción a gran escala es inminente. La economía del proceso que ha sido validada sobre la escala requerida, aproximadamente 50 toneladas de materia prima por día, junto con un atractivo punto de vista del mercado son las claves para que la industria de la biomasa emerja.

Modelos de la ingeniería de procesos para la trituración del maíz seco y la conversión del stover de maíz

El maíz maduro para la industria del etanol tiene muchas semejanzas a la biomasa utilizada en la industria del etanol. Es probable que algunos de los nuevos profesionales de esta tecnología sean los productores de etanol de maíz en curso. Para analizar las sinergias entre las dos tecnologías la USDA y DOE/NREL han establecido un proyecto conjunto para evaluar los dos procesos de producción de etanol – maíz seco molido y el stover de maíz – sobre un diseño de proceso y base de ingeniería similar. Los esfuerzos futuros analizarán las maneras de combinar los dos procesos.

Stover de maíz para la valoración del ciclo vital del etanol

Hemos emprendido un estudio del ciclo de vida para comprender el impacto de elaborar bioetanol del stover de maíz. Este estudio incluirá toda la información reciente sobre la tecnología de conversión y uso de combustible, así como la mejor información disponible sobre la recolección del stover de maíz y su impacto sobre el cultivo. La primera parte del estudio involucra la cuantificación del ambiente y el flujo de energía en el ciclo de vida realizando un inventario de todos los recursos utilizados, la energía consumida; todo el aire, agua y emisiones de gases de los desechos sólidos. Estos datos pueden ser utilizados para calcular el soporte del conjunto stover de maíz – derivados del bioetanol. . Estamos trabajando con un amplio rango de presiones para determinar se puede realizar esta tipo de valoración.

Limitamos el estudio a una región muy específica del estado de Iowa. El estudio incluirá dos periodos de tiempo, a mediano plazo (2005 – 2010) y a largo plazo (2020 y más allá). Las etapas incluidas en el ciclo de vida son:

• Producción de granjas y recolección de stover, incluyendo le impacto de fertilizantes, herbicidas y de pesticidas.

• Transporte del stover a una planta de procesamiento.

• Conversión del stover a etanol.

• La combustión del etanol en vehículos de trabajo ligero (E10 y E85).

Las emisiones del ciclo de vida del bioetanol serán comparadas con las emisiones de gases del ciclo de vida de la gasolina en los mismos periodos de tiempo y escenarios de uso final. Un informe preliminar sobre la valoración del ciclo de vida estará disponible pronto.

Puente para los contratos del etanol de maíz

En febrero de 1999 la iniciativa “puente hacia la industria del etanol de maíz” fue lanzado con el anuncio de seis costos acciones de contrato compartido que totabilizaban 1 millón de dólares. El esfuerzo se realizó para ayudar a conectar la industria del etanol del maíz ya establecida con las nuevas tecnología para producir etanol de de los desechos agrícolas, del bosque y otros tipos de biomasa.

Recolección de stover de maíz

El objetivo de este proyecto, el cual esta se esta llevando a cabo por la Universidad de Iowa, es diseñar y construir un nuevo sistema de recolección y transporte de stover de maíz. Una mayor restricción en la amplio comercio de la biomasa agrícola, en la dispersa, diversa y baja densidad natural de los materiales. Estas características traen como resultado un gran trabajo y altos costos de transporte. Se necesitan mejores formas o alternativas de recolección, manejo, densidad y transporte de la biomasa agrícola, como el stover de maíz. El resultado final de este proyecto es proveer los medios económicos para la recolección del store de maíz para utilizarlo como materia prima en algunas industrias potenciales como incluyendo la del papel y pastas, combustibles alternativos, químicos y materiales especiales. Cada uso final tendrá probablemente un sistema de rendimiento diferente y diferentes criterios de costos. Por ejemplo, cuando la materia prima se recolecta para papel es imperativo minimizar la cantidad de tierra recolectada con el stover. Algunos materiales especiales pueden derivarse de una porción específica del stover, tales como las mazorcas del maíz. Esto puede requerir un paso adicional para separar la fracción deseada como parte de los procesos de recolección. Este proyecto se espera que se complete a mediados del 2001.

Macroeconomía del stover de maíz para la industria del etanol

Los esfuerzos en los análisis están en marcha para calcular el impacto macroeconómico del establecimiento de una industria de etanol del stover del maíz en los diez estados más productores de maíz de los EU (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Minnesota, Missouri, Nebraska, South Dakota, Ohio y Wisconsin). Estos estados representan más del 80 % de la producción típica anual en los EU. El análisis esta siendo conducido en cuatro etapas:

1. Estimación de las cantidades de stover de maíz y los costos.

2. Estimación de los costos de los derivados del stover de maíz para las plantas de una capacidad específica.

3. Estimación del costo para producir etanol del stover de maíz.

4. Estimación del impacto macroeconómico.

La estimación del impacto macroeconómico incluiría el impacto al mismo tiempo de la construcción de plantas así como el impacto anual en la industria, agricultura y sectores de transporte que resultan de la operación de la planta. El impacto directo, indirecto e inducido puede ser estimado para cada sector económico. Los resultados de este trabajo serán divulgados próximamente.

Análisis rápido del stover de maíz

Investigadores de NREL desarrollaron recientemente un electroscopio de aproximación infrarroja basado en el método de análisis rápido de la biomasa que reduce el costo de una caracterización química completa de 1,000 dólares (por el método tradicional de humectación química) a aproximadamente 20 dólares por muestra, con resultados obtenidos en minutos en vez de días. El método gano uno de los 100 premios otorgados por la revista R & D en el 2000, que premia a las 100 tecnologías que considera como las innovaciones más significativas del año. Mientras que el método fue originalmente desarrollado para la biomasa proveniente de los árboles, nuevos procesos se han desarrollado con el propósito de que ahora también se utilicen para la caracterización química de las materias primas del stover de maíz. Los métodos se utilizan para determinar el nivel de lignito, glucosa, galactosa, maltosa, proteína, extractos y ceniza. Hasta la fecha más de 650 muestras han sido analizadas por NREL usando el método de análisis rápido (NRI). Esto habría sido casi imposible de lograr usando métodos tradicionales de humectación química debido al costo. El desarrollo de los métodos de análisis rápido son una llave que permite el uso de tecnología de procesos usando materias primas de la biomasa porque ahora será posible caracterizar materia prima y procesos intermedios en un tiempo real a una escala industrial y en un costo moderado. Esta capacidad es necesaria para monitorear, controlar y optimizar el rendimiento de los procesos de conversión de la biomasa.

Proyectos cooperativos con socios industriales

• National Corn Growers Association/Archer Daniels Midland • Cargill/Dow

• National Corn Growers Association/Corn Refiners Association Cooperative Research and Development Agreement (CRADA)

• New Energy of Indiana CRADA • Amoco CRADA

National Corn Growers Association/Archer Daniels Midland

National Corn Growers Association (NCGA) y Archer Daniels Midland (ADM) han iniciado (el 15 / 9 / 00) un Nuevo proyecto asociado de investigación de dos años que espera crear un proceso de fabricación industrial que convierta la fibra maíz o de trigo en productos de gran valor. Esto incluirá materias primas químicas, tales como el etilenglicol y propilglicol como anticongelantes y combustibles como el etanol. La fibra de maíz y trigo es un producto abundante de la industria de molienda fresca y es usado como forraje barato. En el proyecto de 2.5 millones de dólares, NCGA como director del proyecto contribuirá con 250,000 dólares en personal de dirección y ADM proveerá 600,000 en tiempo de los investigadores y otros recursos. DOE otorgó una concesión de 1.7 millones de dólares para la investigación, mientras que Battelle Pacific Northwest National Laboratory de Richland, Washington es un subcontratista para el proyecto. Los 1.7 millones de dólares de concesión de DOE es a favor del decreto del ejecutivo para triplicar el uso de productos biobases y bioenergía en los EU antes del 2010.

Cargill/Dow Una asociación de de empresas con participación 50:50 entre Cargill Incorporated y The Dow Chemical Company, Cargill Dow es la primera compañía en brindar una familia de polímetros polilactidos (PLA) derivados completamente de azúcares de plantas naturales con el costo y el rendimiento necesario para competir con las fibras tradicionales y materiales de embalaje. En el 2000 a Cargill Dow le fueron otorgados mas de 2 millones de dólares por el DOE para la investigación y desarrollo de la compañía de un proceso revolucionario de fermentación. La financiación fue otorgada como parte de dos programas corrientes de ayuda financiera por el DOE a favor del decreto del ejecutivo de triplicar el uso de productos biobase y bioenergía en los EU antes del 2010. Cargill Dow compartirán el costo de 4.6 millones de dólares mitad y mitad con DOE para presupuestar los proyectos. Los proyectos se concentran en el desarrollo de la tecnología de proceso para la fermentación de la fibra de maíz y el stover de maíz a ácido láctico y a otros productos. Los resultados de los proyectos ayudaran directamente al avance continuo del combustible de Cargill Dow. También ayudará ha establecer el escenario para otros productos de biobase. Al enfocarse en el proceso de fermentación, las compañías pueden usar anualmente recursos renovables como maíz, trigo o azúcar de la remolacha para fabricar una variedad de productos de uso final. En última instancia el azúcar de otros orígenes, como residuos de maíz, la producción de trigo y azúcar de la remolacha serán usados. Esto permitirá que la tecnología basada en la fabricación sea utilizada en cualquier lugar del mundo, dependiendo de los productos agrícolas originarios de la región.

National Corn Growers Association/Corn Refiners Association CR ADA

National Corn Growers Association (NCGA) y la Corn Refiners Association (CRADA) están interesados en desarrollar una levadura que fermente la arabinosa ya que la L – arabinosa es la segunda mayor azúcar pentosa en la hidrolización de la fibra del maíz, con la D – xilosa que es la más predominante. La Saccharomices cerevisiae es la levadura tradicional utilizada para fermentar la glucosa del maíz en la industria existente del etanol, se utiliza para fermentar el azúcar pentosa D – xilosa y la L – arabinosa a etanol. Se ha realizado mucho esfuerzo en enfocar el desarrollo de la Saccharomice para fermentar la xilosa a etanol en los últimos 10 a 15 años. Expresión de la xilosa reductasa y de los genes del xilito deshidrogenado de la PIchia y del gen de la xiloquinasa de la S. cerevisae, bajo fuertes glucólisis promociones en Saccharomices produjeron una levadura para fermentar la xilosa. NREL esta trabajando bajo esta CRADA para aumentar el rango de sustratos de levadura para incluir la L – arabinosa. El metabolismo de la L – arabinosa involucra tres enzimas: L – arabinosa isomerasa (araA), L – ribuloquinasa (araB) y L – ribulosa – 5 p 4 – epimerasa (araD). La S. cerevisiae contiene el sendero que usa y fermenta el producto final, xilosa – 5 – fosfato, la cual se genera mediante la acción secuencial de estas tres enzimas. Estamos trabajando para introducir los genes de la bacteria de asimilación de arabinosa en la levadura. Además de introducir los senderos de asimilación de la arabinosa, también seleccionar y construir una variedad adecuada que sea favorable para la utilización de la arabinosa.

Nueva Energía de Indiana

CRADA

Iniciada en 1991, la primera propuesta de la CRADA fue investigar la aplicación selectiva de tecnologías de conversión de biomasa para Nueva Energía de 85 millones de galones por año para facilitar la producción de etanol de maíz seco molido en South Bend, Indiana. Algunas propuestas y tecnologías fueron evaluadas para determinar si los carbohidratos de la fibra de maíz y/o el almidón podrían transformarse a etanol tradicional en una manera redituable. Por ejemplo, el uso de enzimas no hidrolíticas de almidón como la celulasas y las proteasas fueron investigadas a un corto plazo, la alternativa intensiva no – capital para cualquier producción de etanol directamente creciente o mejorar la eficiencia del proceso en curso debido al proceso de la reducción de la viscosidad del torrente. En otro enfoque a lago plazo, se investigaron los procesos de pretratamiento termoquímico que tienen en cuenta la conversión directa de los carbohidratos de la fibra de maíz a carbohidratos fermentables. Estos azúcares pueden combinarse con azúcares base almidón en el paso integrado de fermentación usando microorganismos recombinados para transformar las hexosas de almidón y fibra y las pentosas de la fibra en un modo de co – fermentación. Finalmente, también se investigará la integración de un paso de pretratamiento de las materias primas del stover de maíz en el proceso actual de conversión de almidón.

Aunque muchos de los datos de los procesos específicos generados durante esta CRADA permanecen con los propietarios, los enfoques generales y los conceptos desarrollados tendrán amplias aplicaciones en los esfuerzos que llevan a tender el puente a la tecnología de la conversión de la biomasa a la industria del etanol de maíz.

Amoco CRADA

El objetivo de la fase 3 de Amoco / NREL CRADA fue para reunir suficiente información a la escala piloto para justificar la construcción de una instalación de demostración (fase 4) para convertir la fracción de celulosa de la fibra de maíz a etanol. La fase 3 incluye un programa de laboratorio, una serie de corridas en la unidad de desarrollo de proceso (PDU) de NREL usando fibra de maíz como materia prima y diseño de proceso, asó como modelos económicos. Se realizaron enormes progresos al definir y verificar los procesos de conversión de la fibra de maíz a etanol durante la fase 3. Se realizaron dos corridas PDU de aproximadamente 1,000 horas cada una y más de 10 toneladas de residuos sólidos fueron producidos para prueba como alimento para animales. La fermentación en el laboratorio imito atentamente los resultados en el PDU, lo cual confirmó que el trabajo realizado a pequeña escala se puede trasladar a una unidad mayor. Los datos fueron presentados satisfactoriamente y el modelo fue usado para obtener un diseño comercial y realizar un cálculo aproximado del costo. El costo estimado para producir etanol de la fibra de maíz en una instalación comercial fue de 0.86 dólares por galón incluyendo una tasa interna de rentabilidad del 15 % en el capital.

Publicaciones recientes, reportes y presentaciones

• Conferencia – presentación de bioenergía 2000

• Conversión de la fibra de maíz

• Coloquios sobre el stover de maíz

• Modelos para la ingeniería de procesos para la conversión del maíz seco molido y el stover de maíz

• Puente para los contratos del etanol de maíz

Conferencia bioenergía 2000

Sesión: “El puente a la industria del etanol de maíz”

• El puente al etanol de maíz (PDF), Kyd Brenner, Asociación de refinerías de maíz

• Construcción de un puente para Bioetanol (PDF 513 KB), Jhon E.Ferrell, U.S.DOE

• Fibra de maíz (PDF 204 KB), Gary Welch, Williams Bioenergía

• Coloquios sobre el Panorama de la Biomasa para la comercialización (PDF 199 KB), Jim Hettenhause, cea, Inc., y Art Wiselogel & Bob Wooley, NREL

• Bioetanol de Stover de maíz: una valoración del ciclo de vida (PDF 290 KB), Cindy Riley y Jhon Sheehan, NREL

• Proyectos de NREL con el industria de etanol de maíz (PDF 1.50 MB), Mark Yancey, NREL

Sesión: "Tecnología e investigación de Biocombustibles"

• Métodos de recolección del Stover de maíz. Actuales y Futuros (PDF 112 KB), Tom Schechinger, presidente del consejo de directores, Biomasa productos agrícolas (B / mapa).

• ¿Producción de etanol sinergia - almidón y Biomasa? (PDF 46 KB), Lawrence J.Russo Jr., Lizan, Las soluciones de proceso.

• El desafío de ampliar el sistema de distribución de etanol (PDF 74 KB), Robert Reynolds alternativas de flujo descendiente, Inc. Conversión de la fibra de maíz.

• El resumen ejecutivo de la fase 3 de NREL / Amoco CRADA reporte final (PDF 610 KB).

Coloquios sobre el Stover de maíz

• Posibilidades de comercialización de la Biomasa en los próximos 2 a 5 años, Coloquios 2000 de la Biomasa (PDF 338 KB).

Modelos de la ingeniería de proceso para la conversión de maíz sec o molido y de Stover de maíz

Determinar el costo de producir etanol del almidón de maíz y materias primas de Lignocelulosa (PDF 525 KB).

Puente para subcontratos de etanol de maíz

• Construyendo un puente a la industria del etanol de maíz, subcontrato de NREL ZXE - 9-18080-04, Reporte final y presentación, materia prima de Stover de maíz, Merrick & Company, Co, Grandes plantas de etanol, NE, enero 2000 opción del archivo que descarga.

• Construyendo un puente a la industria del etanol de maíz, NREL subcontrato ZXE - 9-18080-01 Reporte final, Materia prima de Stover de maíz, Vogelbush U.S.A.Inc.,TX,. Ethano principal, NE, de enero de 2000. Archivo opcional de descarga.

• Construyendo un puente a la industria del etanol de maíz. NREL subcontrato ZCE – 9 – 18080 – 01 reporte final, Fibra del maíz y materia prima del stover de maíz, LORRE, Universidad de Pordue, williams Energía (pdf 3.40 MB).

Enlaces

Gobierno de los EU

• Departamento de Servicio e investigación agrícola de los Estados Unidos.

Organizaciones

• Asociación de Refinerías de Maíz

• Asociación Nacional de Cultivadores de Maíz

• Asociación de Combustibles Renovables

• Coalición Estadounidense para el Etanol

• Oficina de Granjas Estadounidenses

Tecnología de Proceso de Bioetanol

Ingeniería y análisis

La ingeniería de proceso y el análisis de las tecnologías del etanol se encarga de respaldar la investigación, desarrollo y demostración de proyectos para convertir biomasa celulósica a etanol. Actividades que involucran desarrollo de conceptos del diseño de procesos, dirección de la evaluación técnica y económica, evaluación de resultados de la investigación y desarrollo, identificación de áreas para futura investigacion y desarrollo y diseños de ingeniería de soporte para plantas de demostración. Los esfuerzos actuales combinan los recursos federales, institucionales y de grupos privados para ayudar a racionalizar el esfuerzo de investigación de bioetanol.

Investigación actual

Un nuevo informe detalla las bases de diseño y los parámetros económicos para los procesos de hidrólisis enzimática. El informe: “Biomasa Lignocelulósica para el Diseño y Economía de los Procesos de Etanol Utilizando Prehidrólisis común de Acido Diluido e Hidrólisis Enzimática para el Stover de Maíz” provee una completa y actualizada base del diseño del proceso enzimático usando stover de maíz como materia prima con una discusión detallada de todas las suposiciones del diseño y los parámetros de la evaluación económica incluyendo el tamaño del equipo, costos y proyecciones de los costos de la producción de etanol para el año 2010. este informe es el segundo informe de diseño de NREL, el primer informe, publicado en 1999, utiliza materias primas de madera dura.

Alternativamente, el informe: “Biomasa lignocelulósica para el diseño y economía de los procesos de etanol utilizando dos estaciones de hidrólisis con ácido diluido” puede contener las bases completas del diseño párale proceso de la hidrólisis con ácido diluido de dos estaciones con discusiones detallas de todos las consideraciones del diseño y los parámetros de de la evaluación económica incluyendo el tamaño del equipo, costos y proyecciones de los costos de la producción de etanol. La publicación se realizará en 2003.

En un esfuerzo para mejorar el diseño de proceso y reforzar la información en la que esta basado, el grupo de ingeniería de proceso esta trabajando continuamente con una colección de firmas de ingeniería, otros organismos federales y compañías en operación. Estos colaboradores proveen una valiosa perspectiva para crear un proceso de sonido basado en los estándares industriales y los principios de ingeniería.

El Grupo Harris investigó sobre el equipo para el manejo del stover de maíz, los reactores de pretratamiento y las separaciones sólido / líquido para mejorar el conocimiento de estas operaciones en la producción de etanol de la biomasa.

La fase 1 de un proyecto conjunto USDA/NREL para explorar los costos de producción de etanol del almidón de maíz y del stover del maíz se ha terminado y los resultados publicados fueron: Determinar el costo de producir etanol de almidón de maíz y materias primas lignocelulósicas. La fase 2 explorará la sinergia de los dos procesos y esta programado para el 2002.

Publicaciones recientes, informes y presentaciones

Estos informes resumen el trabajo recientemente terminado destinado a desarrollar mejores diseños de proceso y calcular el costo de la información para bioetanol. Hay varias opciones de descarga disponibles para hacer el tamaño del informe más manejable y dejarlo centrarse en la información que usted está buscando.

• Construyendo un puente a la industria del etanol de maíz (2000). Seis compañías de ingeniería se unieron con productores de etanol de maíz e instituciones de investigación para analizar la sinergía entre el maíz y procesos de etanol de celulosa.

• Biomasa lignocelulósica para los procesos de fabricación y economía de etanol, utilizando prehidrólisis común con ácido diluido e hidrólisis enzimática, perspectiva en curso y a futuro (1999). Bases de la fabricación completa para los procesos basados en enzimas usando como materia prima madera dura desportillada con una discusión detallada de todas suposiciones de fabricación y parámetros de evaluación económica. Tamaño de equipo, costos y proyecciones del costo de la producción de etanol al 2015. NREL.

• Análisis de energía de los proceso biomasa a etanol (1999). Opciones para consumir los desperdicios de lignito de la biomasa en los procesos de etanol y producir vapor y electricidad.

• Alternativas de tratamiento de aguas residuales para el proceso de Biomasa - para - etanol (1998). Las alternativas para el tratamiento de aguas residuales en los procesos de biomasa para etanol. Merrick & Company.

• Desarrollo de una base de datos en el ASPEN PLUS de las propiedades físicas para los componentes de los Biocombustibles (1996). Propiedades de físicas para especificar los componentes de los procesos de biomasa a etanol que no son incluido en las bases de datos de Aspen Plus. NREL.

• Evaluación rápida de las propuestas de investigación usando el ASPEN PLUS (2000).Bosquejo de los métodos y de las herramientas usando el análisis rápido de las propuestas de investigación. NREL.

Diesel renovable

La misión de los Programas de Biocombustibles y Alternativas de proyectos de Diesel Renovable es identificar, desarrollar y desplegar costos competitivos, un medio ambiente aceptable y tecnologías seguras en la producción de combustible diesel para el transporte de los derivados de la biomasa. El biodiesel se fabrica de la reacción de algunos aceites vegetales o grasas con alcohol (usualmente metanol) para producir un nuevo compuesto ácido graso alquil éter, alka biodiesel. El biodiesel puede ser usado puro o como aditivo para reducir las emisiones de gases de vehículos. Otras alternativas del diesel renovable que están en desarrollo incluyen el E – diesel y el Fisher – Tropsh diesel. El E – diesel se fabrica de la combinación de etanol con aditivos especiales y diesel de petróleo. Ahora el Fisher – Tropsh diesel se fabrica de combustibles fósiles (carbón y gas natural) y se planea la investigación para fabricarlo de la biomasa en un futuro.

Además, para la investigación en el laboratorio, los Proyectos del Diesel Renovable incluyen los esfuerzos para educar a los funcionarios públicos claves y al público en general sobre el biodiesel como un combustible para el transporte y para construir coaliciones estatales y locales que formen el núcleo de un grupo de soporte que promueva y de resultados en la producción local de biodiesel y en su uso. Un parte clave de los esfuerzos es una serie de talleres de diesel renovable a nivel estatal.

Tecnología del biodiesel

Aceites vegetales, grasa animal y grasas recicladas de cocina se pueden transformar a biodiesel usando una variedad de tecnologías de esterificaciones o transesterificaciones. Los aceites y las grasas se componen principalmente de compuestos químicos triglicéridos de ácidos grasos, glicerina y ácidos grasos libres. Los ácidos grasos libres son unidos con metanol para producir el biodiesel en condiciones ácidas. Los triglicéridos se transforman en biodiesel y glicerina bajo condiciones básicas.

Los objetivos claves en la investigación del Programa de Diesel Renovable son reducir el costo y ampliar los suministros de combustible diesel renovable usando novedosas materias primas y nuevas tecnologías de producción. Otras investigaciones con socios industriales, instituciones académicas, la USDA, el Servicio de Investigación Agrícola y el Servicio de Investigación Económica, tratan de identificar y quitar las barreras para ampliar el uso de biodiesel. Las actividades proyectadas para el buen resultado del biodiesel en la incursión del mercado son:

• Establecimiento de niveles de combustible

• Prueba de clima frío

• Análisis del ciclo de vida

• Investigación sobre la reducción de emisiones de óxido de nitrógeno gaseoso

• Evaluación de los efectos de salud

La producción actual de biodiesel en los EU esta basada en gran parte en el aceite de soya y en grasa reciclada de la cocina, que son materias primas abundantes. Pero no la materia que el proceso utiliza, el biodiesel producido debe cumplir rigurosas especificaciones para ser utilizado como combustible. Esto distingue al biodiesel de los ácidos graso metil éter usados para propósitos tales como detergentes y minimiza algunos cambios en el rendimiento del motor y la durabilidad.

Beneficios del Biodiesel

El biodiesel puede reducir nuestra dependencia del petróleo extranjero y ayudarnos a utilizar nuestros suministros de combustible fósil. Puede también ayudar a reducir las emisiones de gases contaminantes, así como las enfermedades asociadas a la contaminación del aire. El biodiesel no es tóxico y es biodegradable. El biodiesel contiene únicamente trazas de azufre, normalmente menos que los nuevos estancares EPA que entraron en vigor en el 2006 para el combustible diesel. Es seguro para manejar, para transportar, para almacenar y tiene un punto de inflamación superior al del diesel de petróleo. Puede ser almacenado en tanques de diesel y puede ser bombeado con equipo regular excepto en climas más fríos, donde se requieren tanques a mayor temperatura o agitadores. Las mezclas de Biodiesel preparadas con diesel de petróleo a cualquier nivel, pueden resultar un gran aditivo.

El biodiesel es un combustible oxigenado, también contribuye a una combustión mas completa y a un perfil de emisiones de gases enormemente mejorado. Uno de los muchos beneficios del biodiesel es reduce significativamente la toxicidad del aire que esta asociado con los gases emitidos del diesel de petróleo y que son causantes de cáncer y de otros problemas de salud. Las emisiones de gases Nox son una excepción a la regla, ya que el biodiesel tiende a incrementar las emisiones de gases de Nox .La investigación reciente ha indicado varias maneras de mitigar este problema.

Puede utilizarse el biodiesel puro en los motores construidos después de 1994 con algunas limitaciones. El rendimiento del motor (el ahorro de combustible, el par de torsión y la potencia) puede ser menor que el diesel entre un 8 % y 15 %, por el bajo0 contenido de energía del biodiesel (121,000 Btu comparado a los 135,000 del combustible diesel No. 2). Los consumidores deben ser informados de los problemas potenciales en el clima frío durante la operación del vehículo y en el almacenamiento del combustible. Los consumidores también deben estar atentos a señales obvias del daño alrededor de sellos y empaques. Se puede utilizar biodiesel en motores viejos, pero los sellos y los empaques son más propensos a ser dañados por el biodiesel. También ayuda el empezar con un tanque de almacenamiento limpio al usar biodiesel.

La mayoría de las personas usan una mezcla de biodiesel 20 % con diesel de petróleo (B20) para evitar los problemas anteriormente citados. El rendimi9ento de los motores que funcionan con B20 es el mismo que con el diesel de petróleo No. 2. los problemas relacionados con el almacenamiento, empaques, sellos y climas fríos son mínimos. Incluso pocas cantidades de biodiesel (1 % a 2 %) pueden proveer beneficios sustanciales de lubricación para combustibles diesel Premium.

Cada galón de biodiesel reemplaza 0.95 galones de diesel de petróleo durante su ciclo de vida. También es muy eficiente en la energía. Para cada unidad de energía fósil usada para producir biodiesel, 3.37 unidades de energía biodiesel son creadas. Adicionalmente, el biodiesel reduce la cantidad de dióxido de carbono (CO2) que se libera a la atmósfera. Arroja menos cantidad de CO2 que el diesel convencional, y las cosechas usadas para producir biodiesel absorben grandes cantidades de CO2 como ellas lo obtienen, y porque el biodiesel es no toxico y biodegradable, es un combustible excelente para ambientes frágiles tales como estuarios, lagos, ríos, y parques nacionales. Mezclas de etanol - diesel o E. Diesel Las mezclas de etanol – diesel (o e – diesel) contienen hasta el 15 % de etanol en volumen y un aditivo conocido como un emulsificante o cosolvente. La mezcla de combustibles se preparan revolviendo los ingredientes, un proceso que no requiere un equipo especial o un control de temperatura. Las mezclas de etanol - diesel tienen varias ventajas potenciales incluyendo el desplazamiento de petróleo importado con un recurso nacional y renovable y una disminución significativa de emisiones propias del diesel.mezclando el etanol en el combustible diesel permitirá también el uso de un combustible renovable y disminuir los costos del biodiesel a corto plazo. Las principales barreras técnicas para la comercialización de e- diesel son:

• Bajo punto de ignición del combustible e – diesel, no puede ser manejado de la misma manera que el diesel convencional pero puede ser manejado de la misma forma que la gasolina. Esto podría necesitar algunas modificaciones para almacenarlo y para el equipo de manejo, así como en los sistemas de combustible del vehículo. Estos factores pueden limitar el comercio del e – diesel a las flotas centrales de almacenamiento, que se estiman sean de 5 billones de galones de combustible diesel anualmente. Si el mercado se limita a las flotas, el e –diesel representa un mercado potencial para el combustible etanol de varios cientos de millones de galones.

• Obtener aprobación de garantía de OEM. Actualmente los fabricantes de motores no garantizarán sus motores para el uso con e- diesel debido no solamente a las preocupaciones sobre la seguridad y la responsabilidad, sino también a los materiales y a la compatibilidad de los componentes. Un gran cuerpo de los datos de prueba adquiridos en la cooperación con la OEM será necesaria para poner dirección a este asunto.

• Los requisitos de registro de combustible del Organismo de Protección Ambiental (EPA). como un combustible diesel sin línea de base, al e – diesel le será requerido pasar por los niveles 1 y 2 de emisiones y las pruebas de los efectos que provoca sobre la salud, un proceso que consume tiempo y es costoso.

Además de estas importantes preocupaciones hay asuntos relacionados con la cuantificación de la estabilidad, la tolerancia al agua, y otras propiedades del combustible de e- diesel.

Biodiesel

“Convertimos nuestra cocina en un tipo de alambique ilícito e hicimos un infernal desorden y elaboramos una industria de combustible biodiesel de aproximadamente 60 litros de aceite de desperdicio de cocina que conseguimos de McDonald una noche. Estábamos seguros de que funcionaría, aunque lo hicimos sin ser químicos y, si nosotros lo realizamos alguien más podrá hacerlo.

“¡Y esto funciona! ¡Asombroso! Pusimos el producto en el viejo Land Rover diesel y corrio como ensueño. ¡Ahora corre limpiamente! ¡Con residuos de Big Mac de desperdicio fabricamos diesel en un balde y estamos muy complacidos!

Datos del Biodiesel

Biodiesel es mucho más limpio que el diesel de combustible fósil ("Dinodiesel"). Puede ser usado en cualquier motor diesel sin necesidad de modificaciones. A decir verdad los motores diesel funcionan mejor y duran más con biodiesel. Y puede fabricarse fácilmente de cualquier aceite de cocina de desperdicio.

• El combustible de Biodiesel al quemarse es hasta 75 % más limpio que el combustible diesel convencional hecho de combustibles fósiles.

• El biodiesel reduce los hidrocarburos no quemados, el monóxido de carbono y las partículas que emanan en los gases de escape.

• Las emisiones de dióxido de azufre son eliminadas (el biodiesel no contiene azufre).

• El biodiesel es básicamente plantas y no añade CO2 a la atmósfera.

• El ozono – formado potencialmente de las emisiones de biodiesel – es casi 50 % menos que el del diesel convencional.

• Las emisiones de óxidos de nitrógeno (Nox) podrían aumentar o disminuir pero pueden ser reducidos a niveles muy debajo de los del combustible diesel convencional ajustando el cronometraje de motor.

• Los gases de escape del biodiesel no son ofensivos y no causan irritación al ojo (¡huele semejante a las papas fritas!).

• El biodiesel es amigable con el medio ambiente: es renovable, "más biodegradable que el azúcar y menos tóxico que la sal de mesa" (junta de Biodiesel nacional de los EE.UU.).

• El biodiesel puede ser usado en cualquier motor diesel.

• El ahorro de combustible es el mismo que con el combustible diesel convencional.

• El biodiesel es mucho mejor lubricante que el combustible diesel convencional y prolonga la vida de motor - un camión alemán ganó una entrada en el Libro de los Records Guinness recorriendo más de 1.25 millones de km (780,000 millas) con biodiesel en su motor original.

• El biodiesel tiene una gran variedad de cetonas, las cuales mejoran el rendimiento del motor: 20 % de biodiesel adicionado al diesel convencional mejora la clasificación de cetonas en 3 puntos, haciéndolo un combustible Premium.

• El biodiesel puede ser mezclado con combustible diesel ordinario en cualquier proporción - incluso una pequeña cantidad de biodiesel representa por el que las emisiónes de gases más limpias y mejor lubricación: 1 % de biodiesel incrementarán lubricación en un 65 %.

• Biodiesel puede ser producido de cualquier grasa o aceite vegetal, incluyendo aceite de cocina de desperdicio.

Vea la evaluación completa de emisiones de gases de biodiesel y efectos potenciales de salud en la Asamblea Nacional de Biodiesel, de conformidad con los protocolos de prueba de emisiónes de gases más rigurosos requeridos por el Organismo de Protección Ambiental de EU.

Resumen:

• El ozono global (smoge) formado potencialmente de biodiesel es casi 50 % menor que el del combustible diesel.

• Las emisiones de azufre son eliminadas.

• Reducciones sustanciales de hidrocarburos no quemados (- 93 %), monóxido de carbono (- 50 %) y de partículas (- 30 %).

• Las emisiones de gases Nox del Biodiesel se pueden eliminar sin ninguna preocupación.

• Reducciones cuantioso de las causas de cáncer PAH (- 80 %) y compuestos de nitrato PAH (- 90 %).

Emisiones del diesel y el cáncer

De acuerdo con un estudio del Departamento de Energía de lo EU completado en la Universidad de California en Davis, el uso de biodiesel puro en lugar del combustible diesel extraído del petróleo puede brindar una reducción del 93.6 % en los riesgos de cáncer provocados por la expulsión de los gases de escape de un motor diesel.

El estudio, "Los Análisis Químicos y biológicos del material del diesel y del Biodiesel " en 1996, usando un camión Dodge de ¾ de tonelada con 5.9 litros de Cummins B Turbo diesel de y probaron el etil éster de al 100 % de aceite de semillas de colza (REE), 100 % de diesel 2 – D bajo en azufre mezclas de 20 % REE y 50 % con el combustible diesel 2 – D. Un ciclo de prueba del Organismo de Protección Ambiental fue realizado del principio a fin. Después de varias pruebas el estudio reveló que el mayor riesgo vino de combustible diesel al 100 %, seguido por la mezcla de REE 20 %, la mezcla de REE 50 % y el riesgo más bajo fue del biodiesel puro.

"El uso del combustible de REE al 100 % causó la más baja actividad genotóxica (daño al ADN) en las pruebas. Las mezclas de combustible en el motor sin equipo catalizador causaron menores emisiones que el combustible diesel al 100 %. El uso del combustible de REE al 100 % resultó en las elisiones de gases más bajas comparadas con las mezclas de REE y los combustibles de diesel al 100 %”.

“La mayor actividad de masa mutágena específica recolectada durante cualquiera de los ciclos de prueba calientes o fríos fue el material colectado de las emisiones del diesel al 100 %. La menor actividad de masa mutágena específica recolectada fue del material colectado de las emisiones del combustible REE al 100%.

NOTA: No hay nada especial en el etil éster biodiesel de aceite de semillas de colza, otras clases de biodiesel tienen resultados similares.

Efecto invernadero

Usar aceites vegetales o grasas animales como combustible para vehículos automotores es en efecto estar operando con energía solar. Todos los biocombustibles, incluyendo el etanol, son obtenidos de la conversión de la luz del sol a energía (carbohidratos) que tiene lugar en las hojas verdes de plantas.

Las plantas toman el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera: quemar los productos de plantas (o animales) en un motor devuelve el CO2 consumido a la atmósfera, para ser tratado otra vez por otras plantas. El CO2 es reciclado, en la atmósfera, para ser tratado otra vez por otras plantas manteniendo los niveles de CO2 constantes. Estos biocombustibles no incrementan el efecto invernadero, a diferencia de combustibles fósiles, los cuales arrojan grandes cantidades de CO2 de nuevo (o algo muy viejo), el cual se queda encerrado en la atmósfera por los iones.

A decir verdad el biodiesel puede reducir los niveles de CO2 en la atmósfera: cultivar frijol de soya consume casi cuatro veces más CO2 que la cantidad de CO2 producido por los gases de escape del biodiesel de aceite de frijol de soya.

Rendimiento energético

De acuerdo con un estudio comparativo del ciclo de vida realizado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de los EU, el biodiesel requiere solamente 0.31 unidades de la energía fósil para hacer 1 unidad de combustible.

Nos preguntamos ¿cuáles serían las cifras de la eficiencia energética si los combustibles fósiles fueran eliminados de la ecuación y el proceso de producción completamente fuera suministrado con energía de biocombustibles, desde sembrar las semillas hasta llenar el tanque?

Cultive usted mismo

Las semillas de colza (Brassica Napus), o canola, producen aproximadamente 2,000 libra de semillas por acre, produciendo aproximadamente 100 galones de aceite vegetal para combustible, y 1,200 libras de alimento alto en proteínas que puede ser usado como alimento para ganado o como un fertilizante orgánico.

El pastel de semillas también podía ser usado para elaborar etanol, y también poder utilizar varias toneladas de desechos de cosechas.

Las cosechas de frijol de soya son de aproximadamente 60 galones por el acre, de coco más de 200 galones por el acre y de aceite de palmeras más que 500 galón por el acre. (Vea las cosechas de aceite vegetal).

Para corto plazo, un bushel de frijol de soya produce aproximadamente 1.5 galón de biodiesel - que son aproximadamente de seis a uno por volumen, y tres a uno para canola (semillas de colza). Para un rango de prensado de semilla oleaginosa, desde prensas manuales que puede fabricar usted mismo hasta modelos industriales de 150 ton por día, ver prensas de semillas oleaginosas en nuestras fuentes de biocombustibles y en páginas suplementarias. "El procesamiento de semilla oleaginosa en pequeña escala "Por Janet Bachmann, NCAT Especialistas en Agricultura, Transferencia de Tecnología Apropiada para Zonas Rurales (ATTRA) – procesos básicos implicados en el procesamiento a pequeña escala de la semilla oleaginosa, incluye un método no muy tecnico para la preparación de la materia prima que utiliza semillas de girasol como ejemplo; la información sobre los métodos y el equipo utilizado para la extracción del aceite; notas sobre la clarificación, el embalaje y el almacenamiento. Fuentes de información adicional y una lista de materias primas adecuadas. "La prensa de tornillo manual para la extracción de aceite en p equeña escala" Keith MacHell, 1993, tecnología intermedia, ISBN 1853391980 Manual de la extracción del aceite de maní u otras semillas oleaginosas blandas, pueden ser una iniciativa viable para pequeñas empresas. Descripción de procesos en pequeña escala de la extracción de aceite para el uso en zonas rurales, así como las maneras de comercializar y distribuir el aceite. De la editorial IT.

Funcionario

El biodiesel es reconocido por la Agencia de Protección Ambiental y el Ministerio de Energía como un combustible alternativo y califica para los programas autorizados bajo la Ley de Aire Puro y la Ley de Protección Ambiental de 1992 (EPAct). In California, biodiesel ha sido aprovechado para remediar los derrames de petróleo.

El Departamento de Energía de los EU aprobó, “la compra de flotas de vehículos que actualmente se requieren para trabajos ligeros alternativos bajo la Ley de la Política de Energía de 1992 se permita comprar combustibles de biodiesel como una alternativa de acuerdo con el Departamento de la Energía de los EU. La Secretaría de Energía de Spencer Abraham ha aprobado una regla final que permite que el combustible biodiesel reúna las condiciones necesarias como un combustible alternativo para flotas de automóvil bajo la Ley de Política de Energía. "Departamento de la Energía,

abril 30, 2001. "El uso persistente de productos de la biomasa como biodiesel en nuestras flotas de vehículos, para la generación de potencia y para otros productos y materiales ayudará al ambiente y ayudará a diversificar nuestros recursos de energía". Lo que dijo Abraham.

USDA Aire Limpio con Biodiesel: autobuses y otros vehículos que utilizan diesel operarán limpiamente si utilizan las mezclas de biodiesel con combustible diesel regular, el Departamento de Agricultura de los EU hablo del combustible biodiesel en un seminario en un centro de investigación de la USDA. "El programa es parte del esfuerzo federal para reducir la dependencia del petróleo y crear nuevos mercados para cultivos de los EU”, Floyd P.Horn, administrador del servicio de investigación agrícola organismo científico principal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos dijo: “el diesel proveniente vegetales tiene una combustión más limpia, con menos tizne. Uno de nuestros objetivos es incrementar las compras del gobierno federal de biocombustible en y otros productos en un 10 % anual durante los próximos 5 años. Queremos que los gobiernos locales y el sector privado hagan lo mismo." (Enero 13.2000)

El Ministerio de Defensa de los EU ha publicado las pautas de la política para el biodiesel, instando a los organismos, incluyendo las fuerzas armadas, a que usen el biodiesel dentro del departamento para cubrir sus requisitos bajo la Ley de la Política de Energía del Organismo de Protección Ambiental. Boletín de Biodiesel, enero 27, 2000, junta nacional de Biodiesel. El biodiesel es ampliamente usado en Europa. Alemania tiene más de 1,500 gasolineras vendiendo biodiesel en la estación de servicio. Francia es el mayor productor del mundo que: todo combustible diesel francés contiene en entre 2 % y 5 % biodiesel y eso será aplicable pronto a toda Europa. Manejo de biodiesel y pautas de uso Este documento es un guía de campo para usuario finales (Firmas e individuos que están usando biodiesel o mezclas de biodiesel y combustible diesel), distribuidores, (firmas o individuos que están comprando biodiesel para mezclar, almacenar, o distribuir para otros) y para aquellos que están involucrados en actividades relacionadas. Estas pautas cubren el uso de combustible y el manejo de situaciones que puedan preverse o presentarse en el campo. Ponga este documento donde los empleados puedan acceder a él y estar seguros de su uso, que lo usen como un referencia cuando existan preguntas planteadas por sus clientes o sus empleados. Combustible Biodiesel El biodiesel es un combustible fabricado de aceites vegetales, grasas de cocina recicladas o grasas animales. El combustible típico contiene cerca de 14 diferentes tipos de ácidos grasos, (ver tabla 1) estos son transformados químicamente a ácido graso, ésteres de metilo (FAME). Las fracciones diferentes de cada tipo de FAME se presentan en varios tipos de materias primas ( Cuadro 2), se influyen algunas de las propiedades del combustible (Cuadro 3). Altos niveles de saturación (C14:0, C16:0, C18:0) aumenta el punto de ebullición, aumentando la cantidad de cetonas se reducen los Nox y se mejora la estabilidad. Más poliinsatrurados (C18:2, C18:3) reducirá punto de ebullición y las cetonas reducirán la estabilidad (a menos que aditivos de estabilidad sean usados) lo cual incrementará los Nox.

El biodiesel siempre hace referencia al combustible puro. La mezcla de biodiesel o BXX hace referencia a un combustible que está compuesto de XX % de biodiesel y de un XX % de combustible diesel. Por ejemplo, el B100 es biodiesel puro y B20 es una mezcla de 20 % biodesel y 80 %combustible diesel. Este combustible diesel puede ser No.1, No.2 o JP8. Algunas mezclas de biodiesel pueden no cubrir los estándares de ASTM D975 dependiendo de cuanto biodiesel este presente. Las mezclas de Biodiesel se realizan en presencia del agua.

El biodiesel y las mezclas de biodiesel deben ser usadas en motores de compresión - ignición (CI) que fueron diseñados para operar con combustible diesel como se describe en ASTM D975 o especificaciones militares relacionadas. No utilice combustible biodiesel o mezclas en motores de gasolina. Las mezclas de Biodiesel pueden ser usadas en motores de CI en automóviles de potencia diesel, camiones, tractores, botes, barcos, equipos, sistemas de irrigación, equipo generadores eléctricos de minería y en la mayoría de las aplicaciones donde el diesel se usa típicamente. Más detalles se proveen en las siguientes secciones.

El biodiesel tiene un peso específico de 0.88 comparado con 0.85 del combustible diesel. Por esta razón es ligeramente más pesado que el combustible diesel, rociar la mezcla de biodiesel en la parte

de arriba de combustible diesel es la forma ordinaria en que se realiza el procedimiento de mezclado. La mezcla de estante está siendo considerada en algunos estados federales donde las mezclas de B2 han sido consideradas. El B2 es un combustible diesel de alto lubricación hecho con 2 % de biodiesel.

El biodiesel no contiene nitrógeno o aromatizantes y contiene normalmente menos de 15 ppm de azufre. El biodiesel contiene 11 % de oxígeno en peso, que justifica porque es ligeramente menor su valor recombustión (el contenido de energía) y es característicamente bajo en monóxido de carbono, partículas, hollín y emisiones de hidrocarburos. El contenido de energía del biodiesel es aproximadamente 10 % menor que el del diesel No.2 y comparable al diesel No.1. La eficiencia del combustible es la misma que la del combustible diesel. La economía de combustible, la energía, y el par de torsión son proporcionales al valor de combustión del biodiesel o la mezcla de biodiesel. Por ejemplo, el B20 tiende a reducir la potencia, el par de torsión, y el ahorro de combustible en ligeramente menor al 2 %.

Tabla 1. Fórmula estructural para los ácidos grasos usados en Biodiesel

Nombre de los ácidos grasos

No. de carbonos &

Dobles enlaces

Estructura química

(= denota los dobles enlaces)

Caprílico C8 CH3(CH2)6COOH

Cáprico C10 CH3(CH2)8COOH

Láurico C12 CH3(CH2)10COOH

Miristico C14 CH3(CH2)12COOH

Palmítico C16:0 CH3(CH2)14COOH

Palmitoleico C16:1 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH

Esteárico C18:0 CH3(CH2)16COOH

Oleico C18:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

Linoleico C18:2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Linolénico C18:3 CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH (CH2)7COOH

Aracídico C20:0 CH3(CH2)18COOH

Eicosenoico C20:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH

Beénico C22:0 CH3(CH2)20COOH

Eurcico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH

Tabla 2. Porcentaje en peso de los ácidos grasos en grasa y materias primas de aceite.

Ácidos graso

Grasas o aceites

C8:0 C10:0 C12:0 C14:0 C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20:0

C20:0

C20:1

C20:1

Other

Sebo - - - - 0.2 2-3 25-30 2-3 21-26 39-42 2 - - 0.4-1 0.3 0.5

Manteca de cerdo

- - - - - - 1 25-30 2-5 12-16 41-51 4-22 - - - 2-3 0.2

Coco 5-9 4-10 44-51 13-18 7-10 - - 1-4 5-8 1-3 - - - - - - - -

Kernal de Palma 2-4 3-7 45-52 14-19 6-9 0-1 1-3 10-18 1-2 - - 1-2 - - - -

Palma - - - - - - 1-6 32-47 - - 1-6 40-52 2-11 - - - - - - - -

Safflower - - - - - - - - 5.2 - - 2.2 76.3 16.2 - - - - - - - -

Cacahuate - - - - - - 0.5 6-11 1-2 3-6 39-66 17-38 - - 5-10 - - - -

Semillas de algodón

- - - - - - 0-3 17-23 - - 1-3 23-41 34-55 - - - - 2-3 - -

Maíz - - - - - - 0-2 8-10 1-2 1-4 30-50 34-56 - - - - 0-2 - -

Girasol - - - - - - - - 6.0 - - 4.2 18.7 69.3 0.3 1.4 - - - -

Frijol de soya - - - - - - 0.3 7-11 0-1 3-6 22-34 50-60 2-10 5-10 - - - -

Semillas de colza

- - - - - - - - 2-5 0.2 1-2 10-15 10-20 5-10 .9 50-60 - -

linaza - - - - - - 0.2 5.9 - - 0-1 9-29 8-29 45-67 - - - - - -

Mostaza - - - - - - - - 3.0 - - 1.5 15-60 12 5-10 - - 10-60 - -

Bibliografía

Rodhes A. Fletcher, Principios de microbiología industrial, Perga Nueva York, 1996.

Wyman, C., "El programa de etanol de Biomasa DOE / SERI " Informe fiscal anual 1990.

Grohmann, K; Himmel, M. "Capítulo 1: Enzimas para combustibles y materias primas.

Humphrey, A. E. "Capítulo 2: La hidrólisis de materiales celulósicos. " En Hidrólisis de celulosa: Mecanismos de Enzimas y Catálisis; Washington 1979, pp. 25-52.

Harris, E. E. "Sacarificación de la madera En avances en química de carbohidratos, Vol 4 prensa académica, Nueva York, 1949, pp. 153-188.

Fan, L.T.; Gharpuray, M M; Lee, Y - H. "Capítulo 5: diseño y evaluación económica de los procesos de hidrólisis de celulosa. "En procesos de Hidrólisis de celulosa. "En Hidrólisis de celulosa. Springer - Verlag, Nueva York, 1987, pp 149-169-187.

Ver Http://www.arkenol.com Anónimo; Dos nuevas plantas de etanol de Celulosa en etapas de Preconstrucción. Nuevos combustibles e informe de vehículos; 14 de marzo de 1997. Wright, J.D., Agincourt, C.G.; Evaluación de procesos de Hidrólisis de ácido sulfúrico para la producción de combustible de alcohol; La biotecnología y el simposio de bioingeniería; No 14, John Wiley and Sons; Nueva Cork; 1994; pp. 105-123. Sherrad, E.C.; Kressman, F.W.; Repaso de los procesos en los Estados Unidos antes de la Segunda Guerra Mundial; Industria e ingeniería química; Vol 37, no. 1, 1945, pp. 5-8.

Gilbert, N..; Hobbs, I.A.; Levine, J.D.; Hidrólisis de la madera usando ácido sulfúrico diluido. "Industria e ingeniería química; Vol.. 44, no. 7, 1952; pp. 1712-1720.

Wald, M.L.; Una nueva bacteria ayuda a convertir el desperdicio agrícola en energía para combustible de automóviles.; The New York Times; 25 de octubre de 1998.

Baker,J.O., Ehrman,C.I., Adney,W.S.; Hidrólisis de celulosa usando mezclas ternarias de Celulasa purificada, Biotecnología aplicad;; pp.395 - 403.

Palma, R, Himmel, forense, Liang, G., Brady, J. (2000) ; Estudios de la mecánica molecular de Celulasa.

Harris, E. E.; Beglinger, E.; Proceso Madison para la azúcar de madera, l ingeniería química e Industria; Vol 38, no. 9; 1946; pp 890-895.