““PPRROODDUUCCCCIIÓÓNN DDEE

BBIIOOEETTAANNOOLL””

Por: Rómulo Aycachi Inga

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”

Lambayeque, 21 de marzo de 2009.

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“PRODUCCIÓN DE BIOETANOL”

Presentado por : Rómulo Aycachi Inga

Asesor : Dr. Carlos E. Villanueva Aguilar

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”

Lambayeque, 21 de marzo de 2009.

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ÍNDICE

DEDICATORIA: .......................................................................................................... - 5 -

AGRADECIMIENTOS: ........................................................................................... - 6 -

1. INTRODUCCIÓN: ............................................................................................... - 7 -

2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA: ................................................................... - 9 -

3. GENERALIDADES SOBRE EL BIOETANOL: ................................................... - 10 -

3.1 Qué es el Bioetanol. ................................................................................... - 10 -

3.2 Características del Bioetanol. ..................................................................... - 10 -

3.3 Usos del Bioetanol. .................................................................................... - 11 -

3.4 El Bioetanol como Biocombustible: ............................................................ - 11 -

3.4.1 ¿Qué es un Biocombustible? .................................................................. - 11 -

3.4.2 ¿Qué tipos de Biocombustibles existen? ................................................ - 12 -

3.4.3 Historia e importancia. ............................................................................ - 13 -

3.4.4 Bioetanol como combustible vehicular. ................................................... - 15 -

3.4.4.1 Bioetanol como combustible único: ................................................. - 16 -

3.4.4.2 Mezcla directa de Bioetanol y gasolina: .......................................... - 16 -

3.4.4.3 El Bioetanol como aditivo de las gasolinas: ETBE .......................... - 17 -

3.4.4.4 Como aditivo que mejora la ignición de motores diesel: .................. - 19 -

3.4.5 Ventajas y desventajas. .......................................................................... - 19 -

3.5 Barreras en el uso del Bioetanol: ............................................................... - 20 -

Afinidad con el agua: .................................................................................. - 20 -

Presión de vapor: ....................................................................................... - 21 -

3.6 El Bioetanol y su impacto ambiental. .......................................................... - 21 -

3.7 El Perú como productor de Biocombustibles: ............................................. - 23 -

4. PRODUCCIÓN DE BIOETANOL: ..................................................................... - 26 -

4.1 Proceso General: ....................................................................................... - 26 -

4.1.1 Materias primas utilizadas. ..................................................................... - 27 -

4.1.1.1 Jugos azucarados: .......................................................................... - 30 -

4.1.1.2 Melazas “A”: .................................................................................... - 32 -

4.1.1.3 Melazas “C”: .................................................................................... - 32 -

4.1.1.4 Cereales: ......................................................................................... - 34 -

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4.1.1.5 Tubérculos: ...................................................................................... - 36 -

4.1.1.6 Sustratos celulósicos: ...................................................................... - 38 -

4.1.2 Microorganismos utilizados en la producción de Bioetanol. ................... - 39 -

4.1.2.1 Zymomonas mobilis ......................................................................... - 40 -

4.1.2.1.1 Historia y ecología: ...................................................................... - 40 -

4.1.2.1.2 Aislamiento, identificación y cultivo: ............................................ - 41 -

4.1.2.1.3 Metabolismo: ............................................................................... - 42 -

4.1.2.1.4 Influencia del oxígeno e inhibición por el etanol: ......................... - 43 -

4.1.2.1.5 Aplicaciones industriales: ............................................................ - 44 -

4.1.2.2 Saccharomyces cerevisiae .............................................................. - 45 -

4.1.2.2.1 Características generales: .......................................................... - 45 -

4.1.2.2.2 Reproducción: ............................................................................. - 47 -

4.1.2.2.3 Metabolismo: ............................................................................... - 48 -

4.1.2.2.4 Requerimientos nutricionales ...................................................... - 49 -

4.1.2.2.5 Requerimientos físico – químicos: .............................................. - 50 -

4.1.2.2.6 Aplicaciones industriales: ............................................................ - 50 -

4.1.3 Bioquímica en la producción de Bioetanol. ............................................. - 50 -

4.1.3.1 Generalidades: ................................................................................ - 50 -

4.1.3.2 Rutas bioquímicas utilizadas: .......................................................... - 52 -

4.1.3.3 Balance energético en la fermentación alcohólica: .......................... - 55 -

4.1.3.4 Efecto Pasteur y efecto Crabtree: .................................................... - 57 -

4.2 Procesos de Producción Industrial de Bioetanol: ....................................... - 58 -

4.2.1 Bioetanol a partir de Maíz: ...................................................................... - 62 -

4.2.1.1 Acondicionamiento de la materia prima: .......................................... - 62 -

a) Proceso de molido húmedo (Wet milling processes): ......................... - 62 -

b) Proceso de molido seco (Dry milling process): ................................... - 63 -

4.2.1.2 Conversión enzimática del almidón el azúcar:................................. - 64 -

4.2.1.3 Fermentación: .................................................................................. - 65 -

4.2.1.4 Destilación: ...................................................................................... - 65 -

4.2.1.5 Contexto internacional del Bioetanol de maíz:................................. - 66 -

4.2.2 Bioetanol a partir de Yuca: ..................................................................... - 66 -

4.2.3 Bioetanol a partir de Remolacha: ............................................................ - 68 -

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4.2.4 Bioetanol a partir de Sorgo dulce:........................................................... - 68 -

4.2.5 Bioetanol a partir de Caña de Azúcar: .................................................... - 69 -

4.2.5.1 Producción a partir de Jugos Azucarados: ...................................... - 69 -

4.2.5.2 Producción a partir Melazas: ........................................................... - 70 -

4.2.6 Bioetanol a partir de Suero de Leche: .................................................... - 71 -

4.2.7 Bioetanol a partir de cultivos celulósicos y lignocelulósicos: .................. - 72 -

- Acondicionamiento de la materia prima: ................................................. - 72 -

- Fermentación y obtención del producto (destilación): ............................. - 74 -

4.3 Perspectivas futuras en la producción de Bioetanol: .................................. - 75 -

5. CONCLUSIONES: ............................................................................................. - 78 -

6. RECOMENDACIONES: .................................................................................... - 80 -

7. REFERENCIAS: ................................................................................................ - 81 -

8. GLOSARIO: ....................................................................................................... - 84 -

9. ANEXOS: .......................................................................................................... - 89 -

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DEDICATORIA:

¡Hoy tengo un sueño! Sueño que algún día los valles serán cumbres, y las colinas y montañas serán llanos, los sitios más escarpados serán

nivelados y los torcidos serán enderezados, y la gloria de Dios será revelada, y se unirá todo el género humano.

(Martin Luther King, 1963)

Para Rosa Adilia, Gladys y Liz.

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AGRADECIMIENTOS: A mis padres, Rómulo Emilio y Rosa Adilia, ya que gracias a su apoyo incondicional, su esfuerzo y aliento , han logrado que yo pueda cumplir mis metas. A mis hermanos, Luis Alberto y Sandra Juliana, que siempre me ayudaron de manera incondicional en los momentos más difíci les de mi vida. A mis incondicionales compañeras, Gladys y Liz, ya que supieron hacer más llevadera la soledad de mi vida y con su ahínco desinteresado me ayudaron a cumplir mis más preciados su eños. A Dios todo poderoso, ya que siempre me ha acompañado en este oscuro laberinto que es la vida, me ha dado fuerzas cuando más las necesitaba y ha permitido que cumpla todas mis metas y objetivos. A la Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo” en general y a todos los profesores de la Facultad de Ciencias Biológicas en particular, ya que gracias a sus enseñanzas y conocimientos compartidos han ayudado en gran medida a mi formación profesional.

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1. INTRODUCCIÓN:

De un tiempo a esta parte, el agotamiento progresivo de la energía fósil (llámese

petróleo y sus derivados, gas natural y carbón mineral), ha generado una necesidad en

continuo aumento de buscar nuevas fuentes de energía. Esto se debe en gran medida

a que la población mundial va creciendo año a año, y por tanto, también hay un

crecimiento per capita en la demanda energética. También, el crecimiento explosivo en

la necesidad de energía por parte de las industrias (por un incremento dramático de la

industrialización en muchos países en desarrollo) y el parque automotor mundial, han

puesto en apuros a las reservas mundiales de combustibles fósiles, agravando la

llamada crisis energética, ya que éstas dependen casi en su totalidad de las limitadas

reservas naturales de éstos combustibles, sobre todo el petróleo, lo que ha generado

en los últimos años un aumento exagerado en su precio por galón (de $ 1.80/barril en

1970 a $ 139,12/barril el 6 de junio de 2008) y por ende una peligrosa dependencia

económica hacia los países productores de éstos (OPEP) (Smith, 2006; Camps et. al.

2002; Bu‟lock y Kristiansen, 1991). Otro problema que acarrea el uso de los

combustibles fósiles es la formación de los llamados “gases de efecto invernadero”, en

estos casos el CO y el CO2 generados por la combustión propia de los motores de

automóvil y de las industrias que las utilizan. Esto ha generado que en la Conferencia

de Kyoto (celebrada en 1997 y que entró en vigor el 16 de febrero de 2005) se llegue a

un acuerdo para reducir las emisiones de estos gases (sobre todo del CO2) en el

periodo 2008 – 2012 en un 5,2% respecto a los niveles de 1990 (García y García,

2006; Camps et. al. 2002; Martínez, 2008; Núñez y García, 2006).

Las potencias mundiales han iniciado desde hace varios años la búsqueda de

nuevas fuentes de energía (energía hídrica, energía eólica, energía solar y geotérmica,

el estudio de las celdas de energía a base de hidrógeno, la energía nuclear), pero aún

no han podido encontrar un sustituto ideal al petróleo y sus derivados (Camps et. al.

2002; García y García, 2006). Actualmente hay una creciente valoración por los

sistemas de energía biológica, por ser, sobre todo, desarrollados de fuentes renovables

y limpias para el ambiente en general, entre ellos destacan en gran medida los

llamados Biocombustibles (Martínez, 2008; Núñez y García, 2006; Sánchez y Castro,

1997).

Los “Biocombustibles” (también conocidos como Biocarburantes), se presentan

como un gran candidato para solucionar el problema energético ya que se generan a

partir de fuentes biológicas y renovables, lo que le da un gran potencial de desarrollo

por ser una energía limpia y de obtención relativamente fácil, siendo por estos motivos

la tecnología que más se ha desarrollo en los últimos años (García y García, 2006;

Martínez, 2008). Dentro de los Biocombustibles encontramos dos tipos: el Biodiesel

(desarrollado a partir de aceites vegetales) y el Bioetanol (desarrollado a partir de la

fermentación alcohólica de azúcares). En el presente trabajo trataremos sobre los

procesos de producción de este segundo tipo de Biocombustible.

Una de las grandes ventajas que presenta el Bioetanol es que se puede utilizar

para su producción casi cualquier tipo de biomasa (residuos de bosques, de la

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agricultura, domésticos e industriales), siempre y cuando sea propenso al proceso de

fermentación. Esto hace que el Bioetanol adquiera una consideración económicamente

más atractiva, ya que sus fuentes de materia prima son abundantes, renovables, y

relativamente baratas y fáciles de conseguir. Actualmente países como Brasil y EE.

UU. están apostando fuerte por la producción de este tipo de biocombustible. En el

2006 estos países produjeron juntos aproximadamente el 70% de la producción

mundial de Bioetanol y para el 2007 EE. UU. produjo 6,498. 6 millones de galones

seguido por Brasil, que produjo 5,019. 2 millones (Wikipedia, 2008; Núñez y García,

2009; Camps et. al. 2002).

Aún con todas las ventajas aparentes que presenta la producción de Bioetanol, en

estos últimos años se ha generado una polémica sobre las desventajas y problemas

que éstas pueden acarrear. Dentro de éstas, la que más se cierne sobre el futuro del

Bioetanol es la del “problema alimentario”, ya que el uso de cultivos agrícolas como el

maíz, el trigo, la cebada y otros cereales para la producción de Bioetanol ha generado

un problema alimentario en ciernes, ya que hace que estos productos escaseen y por

tanto se genere la subida de sus precios, y esto, por un efecto en cadena, hace que se

incrementen los productos generados a base de ellos (pan, cereales y otros). Un caso

similar sucede con la caña de azúcar. Todo esto ha generado una gran polémica sobre

cual sería la materia prima ideal para la producción de este “Petróleo verde”. Por

demás está decir que la materia prima a usar no debería entrar en competencia con las

fuentes de alimento de la población, ya que los que más sufrirían con la subida y la

escasez de estos alimentos básicos en post de una mayor producción de energía,

serían los más pobres. Las materias primas a utilizar deberían ser materiales de

desecho, por ejemplo los desechos industriales (melaza de caña, suero de leche) y los

residuos celulósicos y lignolíticos (bagazo, pulpa, cortezas, paja, virutas y otros)

provenientes de los desechos agrícolas y forestales respectivamente y hasta se podría

aprovechar en último caso los residuos sólidos urbanos, siempre y cuando sean

propensos a la fermentación (Núñez y García, 2006; Ochoa y Miranda, 2006;

Wikipedia, 2008).

Como se ve, muchas son las perspectivas y oportunidades con que cuenta el

desarrollo de los Biocombustibles a nivel mundial. En el Perú, según informe de

CONVEAGRO (al 16 de septiembre del 2008), existen los mismos problemas y las

mismas expectativas planteados a nivel mundial. La costas de Lambayeque y La

Libertad son potenciales productores a gran escala de Bioetanol a base de caña de

azúcar (aprox. 40 mil Ha. disponibles), mientras que en la selva las regiones de Ucayali

y San Martín tienen a disposición aprox. 120 mil Ha. para el mismo fin, lo que auguraría

una prospera industria de producción de este Biocombustible para uso interno y hasta

para exportación.

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2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA:

El Bioetanol, que no es otra cosa que el etanol producido de manera biológica por

la fermentación alcohólica de azúcares simples, es en la actualidad un fuerte candidato

para sustituir a los combustibles fósiles, sobre todo al petróleo. Sus claras ventajas con

respecto a los combustibles fósiles saltan a la luz: son energías limpias, renovables,

presentan una combustión más completa y con menores residuos en general, tienen

una amplia variedad de sustratos (agrícolas, lignolíticos, celulolíticos) y a la larga

generarían una gran cantidad de puestos de trabajo en el campesinado. Además, en la

actualidad es el Biocombustible con mayor producción mundial, siendo los líderes en

este rubro EE. UU. (36% de la producción mundial), seguida de cerca por Brasil (33.3%

de la producción mundial). Puede utilizarse puro (alcohol hidratado) o mezclado con

gasolina hasta en un 20% (entonces recibe el nombre de gasohol), siendo su

rendimiento igual al de la gasolina pura. Es mayor su importancia ecológica ya que

ayudaría en gran medida a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero (CO

y CO2) además de disminuir indirectamente las emisiones de gases que contienen

plomo y azufre al ambiente. Con todo eso el Bioetanol se proyecta como el combustible

del futuro, ya que cuenta con un favorable desarrollo en nuestro país. Existen

aproximadamente 40 mil Ha. en la costa y 120 mil Ha. en la selva que podrían ser

utilizadas en la producción de caña de azúcar, materia prima para la producción de

Bioetanol, lo cual daría al Perú, una fuente energética propia, barata y renovable, que

empujaría al progreso de nuestra nación.

El desarrollo de la tecnología de los Biocombustibles (y en este caso del

Bioetanol) busca, además de solucionar el problema energético actual, disminuir de

manera sustancial la dependencia económica que tienen la mayoría de los países

hacia los productores de petróleo (OPEP), ya que su producción a gran escala

produciría de manera interna la energía necesaria para el desarrollo tanto industrial,

automotriz y de uso social, lo cual liberaría gran parte de la economía destinada a la

importación de energía, pudiendo ser ésta utilizada para otros fines. Además, generaría

nuevos puestos de trabajo, tanto a lo largo de los centros de cultivo y las plantas de

producción. La utilización de Bioetanol también produciría un gran impacto sobre el

problema del cambio climático y el calentamiento global, ya que ésta es una fuente

energética limpia y renovable, que ayudaría a reducir la emisión de los gases de efecto

invernadero.

La sustitución del Bioetanol por la gasolina es, en la actualidad, un problema

económico antes que técnico. Para revertir esto, se busca la ayuda de la Biotecnología

para desarrollar microorganismos mejorados genéticamente que puedan utilizar una

variedad más amplia de sustratos. Esto nos ayudaría a revertir el efecto negativo que

representa en la actualidad la producción de Bioetanol a base de productos agrícolas

como el trigo, maíz, azúcar, que encarecen estas materias primas y las fuentes de

alimentos de la población. La potencial utilización de diferentes tipos de sustratos, más

baratos y más abundantes (paja, madera, hojas, virutas, papel) ayudarán en un futuro a

abaratar los costos de producción y a difundir más su uso (Coello, 2008; Salinas y

Santillana, 1992).

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Fermentación Hidrólisis

Almidón Azúcar Etanol

2CH3CH2OH(I) + 2CO2(g) + H2O(I) Enzimas

C6H12O6

3. GENERALIDADES SOBRE EL BIOETANOL:

3.1 Qué es el Bioetanol.

El Bioetanol es un alcohol elaborado a partir de fuentes biológicas y por

tanto renovables, que sigue un mecanismo bioquímico similar al que se lleva

a cabo en la producción de bebidas alcohólicas:

También se puede producir mediante la fermentación directa de

productos azucarados:

Químicamente se le conoce como etanol o alcohol etílico, siendo su

fórmula química: CH3CH2OH. Es un líquido incoloro e inflamable, con sabor a

quemado y olor agradable. Al mezclarse con agua en cualquier proporción,

da una mezcla azeotrópica. Industrialmente es el principal producto de las

bebidas alcohólicas (Cerveza, Vino, Brandy, Vodka) (Wikipedia, 2008; Parés

y Juárez, 1997).

El Bioetanol o etanol también se conocen por otros nombres, que

pueden indicar la fuente de materia prima de la que procede o bien el

propósito a que se le destina; p. ej. los alcoholes de grano son alcoholes de

derivados de cereales como trigo, maíz o arroz. El término alcohol de grano

se emplea, a veces, para indicar alcohol etílico en contraste con el alcohol

metílico (CH3OH) o metanol, que se fabrica por destilación destructiva de la

madera, por síntesis o por otros medios. El alcohol de melazas es alcohol

producido de melazas de azúcar de caña. El alcohol industrial es alcohol

etílico usado para fines industriales. En este término se incluye el alcohol

empleado como carburante en mezcla con gasolina o cualquier otro

combustible (Prescott, 1966).

3.2 Características del Bioetanol.

El Bioetanol, como una sustancia química, presenta las sgtes.

características:

Punto de ebullición : 78,4º C Punto de fusión : -114,3º C Densidad : 0,810 g/cm3 Masa : 46,07 u Temperatura crítica : 240º C Acidez (pKa) : 15,9 Solubilidad en agua : Miscible

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Densidad óptica (nD20) : 1,361

LD50 : 7,060 mg/Kg (vía oral)

Este alcohol es miscible (mezclable) con agua y con la mayor parte de

los disolventes orgánicos. Las disoluciones alcohólicas de sustancias no

volátiles se denominan tinturas. Si la disolución es volátil recibe el nombre de

“espíritu”.

Como producto biológico, el Bioetanol se caracteriza por provenir de

una fuente biológica: biomasa, cultivos agrícolas (maíz, caña de azúcar,

sorgo, etc.), desechos forestales; a partir de la fermentación alcohólica

producida por diferentes microorganismos (Wikipedia, 2008; Parés y Juárez,

1997; Ricardo, 2008).

3.3 Usos del Bioetanol.

El Bioetanol, además de usarse con fines culinarios (bebidas

alcohólicas), también se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales

y en el sector farmacéutico, como principio activo o excipiente de algunos

medicamentos y cosméticos (es el caso del alcohol antiséptico 70º GL y en

la elaboración de ambientadores, perfumes, lacas, celuloides y explosivos).

Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante (en

radiadores de automóviles). Debido a su bajo punto de congelación, ha sido

utilizado como fluido en termómetros para medir las temperaturas inferiores

al punto de congelación del mercurio (-40º C).

También es usado en la obtención de derivados químicos: la oxidación

del etanol produce etanal que a su vez se oxida a ácido etanoico. Al

deshidratarse, el etanol forma dietiléter. Otros productos derivados del etanol

son el butadieno, utilizado en la fabricación de caucho sintético, y el

cloroetano, un anestésico local.

El uso más importante dado actualmente al Bioetanol es como

biocombustible para uso tanto industrial como doméstico. Es utilizado en la

industria automovilística mezclado con gasolina, dando lugar al alconafta,

gasohol y otras mezclas que entre otras cosas busca bajar la necesidad

hacia los derivados de petróleo. También se usa en mezclas con la gasolina

en concentraciones del 5 ó el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no

requieren modificaciones en los motores actuales. Otra alternativa para su

uso es en forma de aditivo de la gasolina como etil-terbutil éter (ETBE)

(Ricardo, 2008; Wikipedia, 2008; García y García, 2006).

3.4 El Bioetanol como Biocombustible:

3.4.1 ¿Qué es un Biocombustible?

Es el término con el cual se denomina a cualquier tipo de

combustible que derive de la biomasa, organismos recientemente

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vivos o sus desechos metabólicos (como el estiércol de la vaca, p. ej.).

Se entiende entonces por Biocombustible aquel combustible de origen

biológico que no se ha fosilizado. Si no se añadiera la frase “no se ha

fosilizado”, el petróleo, los carbones minerales (hulla, ligninos, turba,

antracitas) y el gas natural serían considerados como biocombustibles,

ya que su origen también es biológico; pero han sido fosilizados hace

cientos de miles de años.

En última instancia, el origen de los Biocombustibles es la

energía solar que es almacenada por algunos seres vivos en forma de

Biocombustible (Sánchez y Castro, 1997; Camps et. al. 2002;

Wikipedia, 2008).

3.4.2 ¿Qué tipos de Biocombustibles existen?

Existen diferentes tipos de Biocombustibles, esto atendiendo a

varios criterios. Una clasificación de acuerdo a su origen la podemos

hallar en la Tabla Nº 03.1.

Tabla Nº 03.1: Clasificación de los Biocombustibles de Acuerdo a su Origen Origen del Biocombustible Especie o procedencia

Cultivos energéticos

Agrícolas

Cardo, sorgo, miscanto, girasol, soya,

maíz, trigo, cebada, remolacha, especies

C4 agrícolas

Forestales Chopos, sauces, eucaliptos, robinias,

acacias, especies C4 forestales

Restos de cultivos

agrícolas

Cultivos herbáceos Paja, restos de cereales y otras especies

herbáceas

Cultivos leñosos Olivo, vid, frutales de hueso, frutales de

pepita y otras especies leñosas

Restos de tratamientos

selvícolas

Podas, claras,

clareos, restos de

cortas finales

Especies forestales de los montes

Restos de industrias

forestales

Industrias de

primera

transformación de

la madera

Especies de madera nacional o importada

utilizadas por estas industrias

Industrias de

segunda

transformación de

la madera

Especies de madera nacional o importada

utilizadas por estas industrias

Restos industriales agro-alimentarias Especies vegetales utilizadas en la

industria de la alimentación

Restos de explotaciones ganaderas Animales de granja, domésticos

Restos de actividades humanas Todo tipo de biomasas sólidas urbanas

De acuerdo a su aspecto físico los podemos clasificar en sólidos,

líquidos y gaseosos (Tabla Nº 03.2).

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Tabla Nº 03.2: Clasificación de los Biocombustibles de

Acuerdo a su Aspecto Físico Aspecto Físico Biocombustible

Sólidos

Leñas y astillas

Pajas de cereales y biomasa de cardo, miscanthus,

etc.

Biocombustibles sólidos densificados (pelets y

briquetas)

Carbón vegetal

Líquidos

Líquido piroleñoso

Líquido de hidrólisis

Bioetanol y bioalcoholes

Aditivos oxigenados

Aceite vegetal

Metiléster

Gaseosos Biogás de origen muy diverso

Los Biocombustibles más usados y desarrollados en la

actualidad son el Bioetanol y el Biodiesel; ya que estos pueden

sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales,

como el petróleo o el carbón. Otras alternativas como son el

Biopropanol y Biobutanol son menos populares, pero no pierde

importancia la investigación en estas áreas debido al alto precio de los

combustibles fósiles y su eventual término (Sánchez y Castro, 1997;

Camps et. al. 2002, Smith, 2006).

3.4.3 Historia e importancia.

La utilización de los alcoholes como combustible ha pasado por

varias etapas a través de los años. Los alcoholes, tanto metanol como

etanol, se mezclaron con gasolina desde las primeras décadas del

siglo XX. Antes de la Segunda Guerra Mundial llegaron a circular

cuatro millones de vehículos con mezclas de alcohol – gasolina. La

adición de alcohol se realizaba con la finalidad de estabilizar los

precios de los alcoholes.

En los orígenes de la industria automovilística fue el principal

combustible: los motores de ciclo Otto se diseñaron en principio para

utilizarlo. Al finalizar la Guerra se desactivó el interés por el alcohol,

además con el desarrollo de la industria basada en el petróleo los

fabricantes de motores se decantaron por esta segunda opción.

Cuando se temió por la estabilidad de estos mercados en los años 20

y el posterior embargo petrolífero del año 1973 (Crisis del Petróleo del

‟73) se reactivó el interés y se volvió a invertir en el desarrollo del

Bioetanol. El primer país que asumió este reto fue Brasil que a partir

de ese año comenzó a mezclar etanol y gasolina en la proporción de

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22:78, y se crea la Comisión Nacional de Alcohol. Por esos años se

inicia en los Estados Unidos la preparación del gasohol (mezcla de

gasolina + alcohol).

En 1979 Brasil produjo los primeros automóviles que podían

funcionar con alcohol hidratado (95% de etanol y 5% de agua), en

motores de ciclo Otto. Más tarde, en 1980 la mayor parte de los

automóviles fabricados estaban diseñados para funcionar

exclusivamente con etanol.

Para mediados de los años 80 se habían creado a nivel regional

una serie de programas nacionales: Brasil, Argentina, Paraguay,

tendientes a garantizar una evolución sostenida en la sustitución

parcial de la gasolina. El más exitoso fue el Brasil donde para 1986

existían más de 2,5 millones de automóviles circulando con alcohol

etílico hidratado.

Hasta los años 80 la principal motivación para la producción de

etanol fue su uso como combustible alternativo para la automoción, y

así disminuir la dependencia de las importaciones de crudo y

minimizar el impacto que las fluctuaciones del mercado ocasionan en

los precios. A partir de mediados de los 80, a esta motivación se ha

unido las políticas de mejoras medioambientales, principalmente en lo

relativo a emisiones gaseosas. El creciente interés que han generado

en los últimos años los problemas derivados del cambio climático,

producido por las emisiones de gases de “efecto invernadero”, ha

hecho que se busquen combustibles más respetuosos con el medio

ambiente. Al igual que en el caso del Biodiesel, la combustión del

bioetanol produce el mismo CO2 que absorbió la planta durante su

crecimiento, si se exceptúa el emitido debido a la actividad energética

necesaria en el proceso de su producción, por lo que algunos autores

dicen que el balance es cero, en cuanto a las emisiones de CO2.

El Perú no ha sido ajeno a los esfuerzos tendientes a introducir el

empleo del Bioetanol como combustible. Así, Petroperú desde 1977

ha realizado estudios al respecto. En los años ‟70 diversas Tesis en

Universidades Nacionales abordaron diversos aspectos de esta

problemática. En 1985 los diarios dieron cuenta del proyecto privado

Central Neshuya S. A. para desarrollar en Pucallpa un complejo agro –

industrial energético para la producción de gasohol a partir de la caña

de azúcar. A mediados de los años ‟80 diversas cooperativas

azucareras y empresas privadas evaluaron la posibilidad del empleo

de alcohol anhidro como combustible automotor. En 1985 se

contempló, a nivel oficial, la posibilidad de implantar un Programa

Nacional de Alcohol Carburante en el Perú. En 1992 una cooperativa

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del norte del Perú estaba completando la instalación de una destilería

para producir alcohol etílico anhidro (Bioetanol).

Con la sola excepción de la destilería en el norte, ninguna de las

propuestas llegó a plasmarse y la caída de los precios del petróleo, a

finales de los ‟80 desactivó nuevamente el interés por el alcohol

combustible (Salinas y Santillana, 1992; Sánchez y Castro, 1997;

Ochoa y Miranda, 2006; García y García, 2006).

3.4.4 Bioetanol como combustible vehicular.

Históricamente, el primer vehículo que se diseñó para el uso de

etanol fue una variante del Modelo T de Henry Ford, que estaba

pensado para ser utilizado en las granjas, de forma que sus propios

dueños pudieran producir el alcohol a partir de la fermentación del

maíz. Posteriormente se desarrolló el Modelo A, que también podía

usar tanto etanol como gasolina. Las primeras empresas

automovilísticas en adaptar los motores de sus autos para el uso de

alcohol como combustible fueron la Volkswagen, Fiat, Ford y General

Motors. El primer automóvil en funcionar con un combustible 100%

alcohol fue el Fiat 147 en 1978 (Wikipedia, 2008; García y García,

2006; Salinas y Santillana, 1992).

Actualmente, para que los vehículos de explosión puedan

funcionar con Bioetanol es necesaria una serie de modificaciones, que

incluyen el depósito, las conducciones de combustible, los inyectores,

el sistema informático de gestión del motor y el sistema anti-sifón. En

los últimos años se han desarrollado una serie de vehículos capaces

de funcionar tanto con gasolina como con etanol o una mezcla de

ambos; éstos son los llamados Flexible Fuel Vehicles (FFV) o

vehículos “Flex”. Estos automóviles disponen de un sensor que

detecta la relación etanol/gasolina y en función de la mezcla ajustan

la carburación del motor. La utilización del etanol modifica la mezcla

de aire y combustible tratando de mantener la potencia y el consumo

del automóvil en un valor óptimo (García y García, 2006).

El resurgimiento del Bioetanol como combustible se produjo en

mayo de 2003, cuando la Volkswagen montó una línea de producción

para automóviles de combustible flexible, resultando en el Gol 1.6

"Total Flex". Dos meses después la Chevrolet ofreció en el mercado el

Corsa 1.8 "Flexpower", utilizando un motor desarrollado en consorcio

con la Fiat llamado "PowerTrain". Para 2005, los fabricantes que

producen vehículos "flex" incluyen las automotrices Chevrolet, Fiat,

Ford, Peugeot, Renault ,Volkswagen, Honda, Mitsubishi, Toyota y

Citröen (Cortés, 2008).

- 16 -

3.4.4.1 Bioetanol como combustible único:

El etanol, como combustible único, es utilizado

principalmente en Brasil y Argentina. Su uso con temperaturas

inferiores a 15 ºC puede dar lugar a problemas de encendido,

para que esto no ocurra el método más común de solucionarlo es

añadirle una pequeña parte de gasolina. La mezcla que se usa

más ampliamente es el E85 que está compuesto de un 85% de

etanol y un 15% de gasolina.

Desafortunadamente el etanol contiene menos energía por

litro que las gasolinas, con lo que su rendimiento es menor,

pudiendo llegar hasta un 30% menos, principalmente en modelos

antiguos, cuando se utiliza el E85. Saab produce el modelo 95

turboalimentado que asegura una mayor economía que los

motores de gasolina, utilizando una mayor relación de

compresión, ofreciendo rendimientos semejantes a sus

equivalentes con combustibles convencionales.

El etanol tiene un octanaje mucho mayor que la gasolina

(entorno a 110) lo que hace que no se queme de forma tan

eficiente en los motores convencionales. El uso continuado de

combustibles con una alta proporción de etanol, como el E85,

produce corrosiones en el metal y en las piezas de goma (García

y García, 2006; Salinas y Santillana, 1992; Camps et. al. 2002).

3.4.4.2 Mezcla directa de Bioetanol y gasolina:

Los motores de encendido pueden funcionar con mezclas

de hasta el 25% de alcohol deshidratado sin que sean necesarias

modificaciones en el motor. No obstante su rendimiento varía

respecto al combustible convencional. Estas son algunas de las

diferencias:

- Reducción de la potencia y el par motor (aproximadamente

un 2% para mezclas al 15%)

- Aumento del consumo (4% para mezclas del 15%)

- Aumento de la corrosión de las partes metálicas y

componentes de caucho.

Sin embargo, si se ajusta el motor aumentando la relación

de compresión, y adaptando la carburación a la nueva relación

estequiométrica, se consigue una mayor potencia y par motor

(9% con una mezcla del 20% de alcohol), mejora el rendimiento

térmico y reduce el consumo (7% con respecto a lo que se

obtendría solo con gasolina) y una combustión más perfecta, con

menor índice de carbonización y emisión de gases

- 17 -

contaminantes (reducción de CO y HC a medida que aumenta el

porcentaje de alcohol en la mezcla).

Brasil es el país que más ha experimentado con la mezcla

de alcohol y gasolina, aumentado su proporción hasta un valor

del 25%, como se ve en la siguiente progresión:

- 1977: 4.5%

- 1979: 15%

- 1981: 20%

- 1985: 22%

- 1998: 25%

- Desde el año 2002 entre el 20 y el 25%

Otros países que utilizan estas mezclas son Nicaragua,

EEUU, Colombia, Argentina, Australia e India, por poner algunos

ejemplos.

Sin embargo, el límite máximo de etanol en Europa está

limitado por la especificación del contenido en oxígeno de 2.7%,

que supone limitar el uso del etanol al 7.8%. No se proporciona

ninguna excepción para la mezcla de etanol por encima del 7.8%.

En algunos países europeos se utiliza normalmente una mezcla

del 5% de etanol (García y García, 2006; Wikipedia, 2008;

Camps et. al. 2002; Vásquez y Dacosta, 2006; Smith, 2006).

3.4.4.3 El Bioetanol como aditivo de las gasolinas: ETBE

Otra alternativa para el uso del bioetanol como combustibles

es transformarlo para su utilización en aditivo de la gasolina, en

lugar de como su sustituto. Con la introducción de las gasolinas

sin plomo, necesarias por el uso de catalizadores para la

disminución de las emisiones nocivas, se vio afectado el número

de octano de la gasolina. Para recuperar el octanaje y reducir las

emisiones contaminantes se añadieron aditivos oxigenantes tales

como el metanol, etanol, terbutil alcohol (TBA) o el metil-terbutil

éter (MTBE).

En los últimos años el etil-terbutil éter (ETBE) se está

imponiendo sobre los otros aditivos por ser sus emisiones de

hidrocarburos menos tóxicas, debido a que el acetaldehído es

mucho menos tóxico que el formaldehído, además de poderse

obtener a partir de recursos renovables en lugar del petróleo,

como el MTBE. Además, el ETBE es mucho menos soluble en

- 18 -

agua que el MTEB, lo que disminuye la posibilidad de contaminar

las aguas.

El ETBE presenta dos grandes ventajas sobre el Bioetanol:

su menor afinidad con el agua y una presión de vapor más

adecuada que el alcohol, además de no requerir modificaciones

en los motores actuales. Por estas razones su uso se está

imponiendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla con la

gasolina. En España, por ejemplo, todo el Bioetanol dedicado a la

automoción es convertido a ETBE.

El ETBE se obtiene por reacción catalítica de isobuteno y

etanol, en una proporción de 1:0,8, resultando un compuesto con

unas cualidades superiores al MTBE y los alcoholes.

A continuación se relacionan algunas de sus ventajas:

- Baja solubilidad en el agua, menor que el MTBE.

- Menor contenido de oxígeno (15,7%) que el MTBE (18,2%),

por lo que no se necesita modificar el carburador.

- Menor RVP (Reid vapor presure) (0,27 bar) que el MTBE

(0,54 bar) y el etanol (1,22 bar).

- Reducción en la emisión de monóxido de carbono (CO) e

hidrocarburos inquemados.

- Menor poder corrosivo que los alcoholes.

- Mayor poder calorífico.

- Mayor resistencia a la “separación de fase” que el MTBE.

- Mayor rendimiento de fabricación que el MTBE, a partir de

isobuteno.

El ETBE es un buen sustituto del MTBE, que se puede

producir en las plantas donde actualmente se produce el MTBE.

En España y en Francia se está usando en mezclas de hasta un

15% del volumen de gasolina (ETBE15).Además el MTBE es un

producto nocivo y que está comenzando a prohibirse en algunas

zonas, como puede ser el caso del Estado de California, en

EE.UU. (García y García, 2006; Vásquez y Dacosta, 2006;

Salinas y Santillana, 1992).

Tabla Nº 03.3: Comparación de la gasolina con el ETBE* Características Gasolina “súper” ETBE

Densidad (Kg/L)

Volatilidad (tensión de vapor en bares)

Índice de octano MON

RON

0,720 a 0,770

0,7 a 0,8

85

95

0,740

0,3

99/104

117/119

- 19 -

PCI en volumen (KJ/L)

PCI en masa (KJ/Kg)

32.020

42.908

26.640

36.000 *Obtenido de Camps et. al. 2002.

3.4.4.4 Como aditivo que mejora la ignición de motores diesel:

La mezcla etanol-diesel, mejor conocido como E-diesel,

contiene hasta un 15% de etanol. Comparado con el diesel

normal, el E-Diesel (nombre comercial utilizado para este

producto) reduce perceptiblemente las emisiones de partículas y

otros contaminantes y mejora las características del arranque en

frío. Se encuentra actualmente en la etapa de desarrollo y no se

comercializa actualmente. ABRD (Abengoa Bioenergy R&D) está

trabajando para eliminar las principales barreras técnicas y

reguladoras para su comercialización. Estas barreras incluyen:

- Bajo punto de inflamación y volatilidad en el tanque.

- Posible inestabilidad en la micro-emulsión que evite que el

etanol y el diesel se separen a bajas temperaturas.

- Carencia de los datos de pruebas reales para obtener la

garantía del fabricante (OEM).

- Un proceso costoso y largo para conseguir su registro, de

acuerdo con las normas sobre emisiones y la salud.

El uso de E-diesel amplía aún más el mercado para las

aplicaciones del etanol (García y García, 2006).

3.4.5 Ventajas y desventajas.

Tabla Nº 03.4: Ventajas y Desventajas de los Biocombustibles* Ventajas Desventajas

- No incrementa los niveles de CO2

en la atmósfera, con lo que se

reduce el peligro del efecto

invernadero.

- Proporciona una fuente de energía

reciclable y, por lo tanto,

inagotable.

- Revitalizan las economías rurales,

y generan empleo al favorecer la

puesta en marcha de un nuevo

sector en el ámbito agrícola.

- Se podrían reducir los excedentes

agrícolas que se han registrado en

las últimas décadas.

- Se mejora el aprovechamiento de

- El costo de producción de los

Biocombustibles casi dobla al del

de la gasolina o gasóleo (sin

aplicar impuestos). Por ello, no

son competitivos sin ayudas

públicas.

- Se necesitan grandes espacios de

cultivo, dado que el total de la

plantación sólo se consigue un 7%

de combustible. Por ejemplo, en

España habría que cultivar un

tercio de todo el territorio para

abastecer sólo su demanda interna

de combustible.

- Potenciación de monocultivos

- 20 -

tierras con poco valor agrícola y

que, en ocasiones, se abandonan

por la escasa rentabilidad de los

cultivos tradicionales.

- Se mejora la competitividad al no

tener que importar fuentes de

energía tradicionales.

intensivos, con el consiguiente uso

de pesticidas y herbicidas.

- El combustible precisa de una

transformación previa compleja.

Además, en los bioalcoholes, la

destilación provoca, respecto a la

gasolina o al gasóleo, una mayor

emisión en CO2.

- Su uso se limita a un tipo de motor

de bajo rendimiento y poca

potencia. *Adaptado de Núñez y García, 2006.

Tabla Nº 03.5: Ventajas y desventajas de los Alcoholes* Ventajas Desventajas

- Mejores prestaciones globales.

- Incremento del par y valor

energético por unidad de volumen

de mezcla.

- Combustión más completa, y

menores residuos en general.

- Aumentaría el número de puestos

de trabajo en el campo.

- Mejor distribución de la riqueza.

- Mayor consumo, debido al menor

poder calorífico.

- Emisión de aldehídos, y posible

contenido en ácido sulfúrico.

- Problemas de almacenamiento,

sobre todo con el metanol.

*Adaptado de Camps et. al. 2002 y Smith, 2006.

3.5 Barreras en el uso del Bioetanol:

Las dos principales barreras pasa su uso son las siguientes:

Afinidad con el agua:

Los sistemas de transporte y almacenamiento deben estar

totalmente libres de agua. Incluso pequeñas cantidades de agua en

las mezclas etanol-gasolina pueden producir su separación en dos

fases, lo que reduce el rendimiento del motor. El etanol puede actuar

como un disolvente que facilita la incorporación de agua a las mezclas

de etanol-gasolina. El agua se puede almacenar en pequeñas

cavidades de los sistemas con hidrocarburos, tales como cañerías,

depósitos o sistemas de alimentación. Esta agua, a menudo, contiene

impurezas que normalmente no ocasionan problemas debido a que no

se mezcla con los combustibles y se pueden drenar periódicamente.

La mezcla de gasolina con etanol puede arrastrar esta agua e

incorporarlo al combustible.

Debido a los problemas con el agua, se prefiere no transportar

estas mezclas por tuberías, usando en su lugar camiones para llevar

el Bioetanol hasta los puntos de distribución, principalmente en

EE.UU.

- 21 -

Presión de vapor:

Aunque el Bioetanol tiene una relativamente baja presión de vapor,

cuando se utiliza como aditivo de la gasolina su presión de vapor

efectiva es muy alta, llegando a un valor RVP (Reid Vapor Presure) de

18 psi (124 KPa), lo cual representa una desventaja para su uso.

Cuando el Bioetanol se añade a una gasolina formulada

adecuadamente, los hidrocarburos con bajo punto de ebullición, como

butanos o incluso pentanos, deben ser reducidos para cumplir con las

especificaciones de presión de vapor.

Valores bajos de presión de vapor reducen las emisiones debidas a

la evaporación, en los procesos de llenado de los tanques y

almacenamiento del combustible. Debido a estos beneficios

ambientales es de esperar que las especificaciones de este parámetro

sigan manteniéndose bajas. En algunos casos, para cumplir

especificaciones, es necesario eliminar también el pentano. Esto

supone un encarecimiento del proceso de producción de mezclas de

etanol y gasolina, por lo que las compañías consideran impracticable

reducir más la presión de vapor (García y García, 2006).

3.6 El Bioetanol y su impacto ambiental.

El uso de Biocombustibles como el Bioetanol tiene impactos

ambientales negativos y positivos. Los impactos negativos hacen que,

a pesar de ser una energía renovable, no sea considerado por

muchos expertos como una energía no contaminante y, en

consecuencia, tampoco una energía verde.

Una de las causas es que, pese a que en las primeras

producciones de Biocombustibles sólo se utilizaban los restos de otras

actividades agrícolas, con su generalización y fomento en los países

desarrollados, muchos países subdesarrollados, especialmente del

sureste asiático, están destruyendo sus espacios naturales,

incluyendo selvas y bosques, para crear plantaciones para

Biocombustibles. La consecuencia de esto es justo la contraria de lo

que se desea conseguir con los Biocombustibles: los bosques y selvas

limpian más el aire de lo que lo hacen los cultivos que se ponen en su

lugar.

Algunas fuentes afirman que el balance neto de emisiones de

dióxido de carbono (CO2) por el uso de Biocombustibles es nulo

debido a que la planta, mediante fotosíntesis, captura durante su

crecimiento el CO2 que será emitido en la combustión del

Biocombustible. Sin embargo, muchas operaciones realizadas para la

producción de Biocombustibles, como el uso de maquinaria agrícola,

la fertilización o el transporte de productos y materias primas,

- 22 -

actualmente utilizan combustibles fósiles y, en consecuencia, el

balance neto de emisiones de CO2 es positivo.

Otra de las causas del impacto ambiental son las debidas a la

utilización de fertilizantes y agua necesarios para los cultivos; el

transporte de la biomasa; el procesado del combustible y la

distribución del Biocombustible hasta el consumidor. Varios tipos de

fertilizantes tienden a degradar los suelos al acidificarlos. El consumo

de agua para el cultivo supone disminuir los volúmenes de las

reservas y los caudales de los cauces de agua dulce.

Algunos procesos de producción de Biocombustible son más

eficientes que otros en cuanto al consumo de recursos y a la

contaminación ambiental. Por ejemplo, el cultivo de la caña de azúcar

requiere el uso de menos fertilizantes que el cultivo del maíz, por lo

que el ciclo de vida del Bioetanol de caña de azúcar supone una

mayor reducción de emisiones de gases de efecto invernadero

respecto al ciclo de vida de combustibles fósiles con más efectividad

que el ciclo del Bioetanol derivado del maíz. Sin embargo, aplicando

las técnicas agrícolas y las estrategias de procesamiento apropiadas,

los Biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al

menos el 50% comparando con combustibles fósiles como el gasóleo

o la gasolina.

El uso de Biocombustibles de origen vegetal produce menos

emisiones nocivas de azufre por unidad de energía que el uso de

productos derivados del petróleo. Debido al uso de fertilizantes

nitrogenados, en determinadas condiciones el uso de Biocombustibles

de origen vegetal puede producir más emisiones de óxidos de

nitrógeno que el uso de productos derivados del petróleo.

Una solución real pero aún no disponible es la utilización de

residuos agroindustriales ricos en hemicelulosas. De esta forma no se

utilizarían áreas de cultivos nuevas ni utilización de alimento para la

producción de Biocombustibles. Un ejemplo de esto es la utilización

de la coseta de remolacha, paja de trigo, coronta de maíz ó cortezas

de árboles. La hidrólisis de estos compuestos es más compleja que la

utilización de almidón para la obtención de azúcares libres

fermentables, por lo tanto, requiere de una mayor cantidad de energía

inicial para procesar los compuestos antes de la fermentación, sin

embargo, el costo de producción es casi nulo al considerar que se

trata de residuos. La única tecnología eficiente y limpia es la utilización

de enzimas hemicelulolíticas. Existen tres puntos claves que se deben

solucionar o perfeccionar antes de aplicar esta tecnología: (1) Se

deben encontrar enzimas más estables y eficientes, (2) Métodos

menos destructivos de inmovilización de enzimas para su utilización

- 23 -

industrial y (3) Microorganismos capaces de fermentar eficientemente

monosacáridos derivados de las hemicelulosas (xilosa y arabinosa

principalmente) (Sánchez y Castro, 1997; Martínez, 2008; Wikipedia,

2008; Coello, 2008; Camps et. al. 2002, García, et. al. 1993).

3.7 El Perú como productor de Biocombustibles:

Ante los precios del petróleo en aumento y el debate de cómo disminuir

las emisiones de carbono para mitigar el calentamiento global, los

Biocombustibles están siendo promovidos como una alternativa limpia y

renovable.

El Perú no es ajeno a estos esfuerzos, ya que tanto el estado como el

sector privado están haciendo todo lo posible para investigar e informar sobre

todo lo concerniente a este tema. En un esfuerzo del gobierno por normar

este tema, el 2007 se aprobó la reglamentación que establece una mezcla

obligatoria del 2% de Biodiesel con Diesel 2 para el 2009 y del 5% para el

2011. Además se estableció una mezcla obligatoria del 7,8% de etanol en

gasolina a partir del año 2011.

La naciente industria de los Biocombustibles en el Perú ha despertado

el interés de varios inversionistas y capitales privados; pero el desarrollo de

los mismo es en sí un tema complejo ya que implica tanto factores

económicos, agrícolas, energéticos, productivos, sociales y ambientales.

Las áreas disponibles en el Perú para la siembra de cultivos

energéticos son de aprox. 470 mil ha.: 50 mil ha. para Bioetanol en la costa,

Imagen 03.1: Impactos ambientales del Bioetanol y ciclo del carbono

- 24 -

100 mil ha. para Biodiesel en la sierra y en la selva 200 mil ha. para Biodiesel

de palma aceitera y 120 ha. para etanol de caña de azúcar. Estos espacios

están empezando a ser utilizados, p. ej., para el 2008 se había anunciado la

siembra de 50 mil ha. de canola para Biocombustibles, desarrollado por el

programa Sierra Exportadora.

Con todo esto, existen diferentes dificultades que impiden un amplio

desarrollo de las tecnologías que permitirían su implementación y de políticas

que las regulen. Esto se debe a los miedos que puedan traer los posibles

impactos negativos que pueda conllevar su utilización. Entre estos, los

riesgos para la seguridad alimentaria nacional por la subida de precio de los

alimentos. El Banco Mundial indica que el 75% del incremento de los precios

de los alimentos ha sido causado por la producción de Biocombustibles. Esto

también afecta al Perú; en cuanto a la producción de Biodiesel, la

vulnerabilidad es baja ya que el aceite usado para su producción (el de

palma) es poco usado para consumo humano, siendo el Perú dependiente

del aceite de soya importado para satisfacer las necesidades de grasas

comestibles. En cuanto a la producción de Bioetanol, el uso de la caña de

azúcar como materia prima sí sería un problema ya que es una fuente

importante de energía alimentaria aquí y en toda la región latinoamericana,

por tanto, todos los países de la región son vulnerables al incremento de

precios o disminución de la disponibilidad del azúcar. Otro de los problemas

de la caña de azúcar en la costa es que utiliza una gran cantidad de agua y

ese es un recurso escaso de la zona. Existen proyectos para producir

Biodiesel en la costa a partir de Jatropha (piñón blanco), pero el problema se

centra en que entraría en competencia con tierras de cultivo para otros

alimentos y el agua para riego.

Otro problema que se cierne sobre la producción de Biocombustibles en

el Perú es referente a la amenaza sobre la Biodiversidad. En la selva los

cultivos energéticos ejercen una presión sobre los bosques y la

biodiversidad. La selva cuenta con más de 60 millones de ha. de bosques

primarios de los cuales 10 millones ya han sido deforestados y de éstos, el

80% están abandonados. El desarrollo de cultivos energéticos en la selva

debe apuntar al uso de esas hectáreas de bosques abandonados para no

destruir más bosques primarios. Casos similares de deforestación y

atentados contra la biodiversidad a favor de la producción de

Biocombustibles se han visto en Malasia, Indonesia, Colombia y Brasil.

En el Perú, el negocio de los Biocombustibles recién comienza y hay

una gran incertidumbre respecto a los impactos que esta industria pueda

tener en el país; además hay una gran desinformación respecto al tema,

sobre todo en el público general, lo que genera una polarización de ideas.

Para cumplir con la demanda interna de Biocombustibles y cumplir con

el cronograma de mezclas para el 2009 y 2011, en lo que respecta a

- 25 -

Bioetanol, el Perú no requiere más de 10 mil ha. de tierras de cultivo; y en

cuanto a Biodiesel, se necesitaría alrededor de 80 mil ha., pero hasta el

momento hay menos de 20 mil ha. sembradas, entonces para cumplir con la

demanda se necesitaría “exportar” la materia prima, pero el Ministerio de

Energía y Minas está en contra de esta posibilidad y espera que para el 2009

ya esté disponible esta cantidad de cultivo para Biodiesel.

El Perú tiene para el 2011 el objetivo de dividir su matriz energética en

3 fuentes: petróleo (33%), gas natural (34%) y energías renovables (33%).

Para cumplir con lo referente a las “energías renovables”, el estado está

entregando conseciones de tierras en los bosques amazónicos y en la costa

para promover la producción de caña de azúcar, pero no para satisfacer el

mercado nacional. El Perú no requiere, en términos cuantitativos, un

incremento significativo en la producción de Biocombustibles, porque su

matriz energética está más apuntada al tema del gas natural y no tanto al

tema de los Biocombustibles, por lo que la producción de éstos está ahora

más centrado a la exportación y mientras el precio del petróleo siga

incrementándose, este rubro aparecerá como una interesante fuente de

ganancias.

En el marco de la implementación del tratado de libre comercio con los

Estados Unidos, se creó el Ministerio del Ambiente y su ministro, el

prestigioso ecólogo Antonio Brack, ha establecido tres condiciones para la

producción de Biocombustibles en el Perú:

- Que no se talen bosques primarios.

- Que no se utilicen tierras para la producción de alimentos.

- Que se utilice riego tecnificado.

Entonces, en el Perú, la producción de Biocombustibles debe apuntar a

resolver los siguientes problemas: la reducción de emisiones de gases de

efecto invernadero, al desarrollo rural, al abastecimiento energético; además

de desarrollar ganancias por exportaciones (Dammer y Monteferri, 2008;

Coello, 2008).

- 26 -

2C2H5OH + H2O + CO2 C6H12O6

Hidratos de carbono

(complejos)Azúcares (Etanol + Agua) +

Hidrólisis ácida o

enzimáticaFermentación

Etanol Agua

Destilación

ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL BIOETANOL

CO2

4. PRODUCCIÓN DE BIOETANOL:

4.1 Proceso General:

Actualmente el Bioetanol es sinónimo de energía. Es el alcohol etílico o

etanol, un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los

azúcares presentes en los productos vegetales tales como cereales,

remolacha, caña de azúcar o biomasa.

De manera general, el proceso de obtención de Bioetanol se realiza

cuando los azúcares contenidos en la biomasa se transforman en etanol por

acción de determinados microorganismos, en un medio con pH entre 4 y 5. El

esquema de la reacción para la producción de Bioetanol es el siguiente:

Hay que señalar que la transformación no se consigue únicamente con

una sola reacción, como la indicada arriba, sino que, muy por el contrario, se

producen un mayor número de ellas. La realidad es que habitualmente la

biomasa que se utiliza es estos procesos contiene hidratos de carbono

complejos, como el almidón o celulosa, siendo necesarios conseguir otros

más simples, como azúcares, que son los que fermentan para dar etanol.

Como se muestra en la figura de arriba, la glucosa u otros azúcares

simples se obtienen por medio de reacciones catalizadas con ácidos o

enzimas, a partir de los hidratos de carbono complejos presentes en la

biomasa. A continuación por medio de reacciones controladas por

microorganismos, se obtiene etanol y dióxido de carbono (CO2). Estas

reacciones se producen en medio acuoso y en un estrecho margen de

temperaturas, favoreciendo el desarrollo de los microorganismos

- 27 -

responsables de la fermentación. El etanol es una sustancia muy soluble en

agua por lo que es necesario recurrir a un proceso de destilación para

conseguir separarlo.

Dependiendo del tipo y composición de la biomasa, previo al proceso

de hidrólisis, será necesario someterla a algún tratamiento que facilite la

fermentación. Normalmente, el que necesita es una reducción del tamaño de

las partículas, con el objetivo de disponer de una mayor superficie expuesta

al proceso de fermentación.

Como ya se ha mencionado, los microorganismos que controlan la

fermentación de los azúcares necesitan condiciones de operación muy

determinadas, entre ellas destacan:

- Temperatura: entre 27 y 32 ºC

- pH: entre 4 y 5

- Concentración de azúcares: inferior a 22% en peso

- Concentración de etanol: inferior a 14 – 16% en peso

El proceso de fermentación tiene una duración media entre 2 a 3 días

(en la actualidad se esta desarrollando modos de reducir dicho proceso por

medio de la biotecnología). Hay que señalar que, por la solubilidad del etanol

en agua, no es posible lograr en la destilación etanol puro, sino que la

proporción habitual es del 95 al 96%. Para conseguir aumentar el grado de

pureza es necesario recurrir a una nueva destilación con otro disolvente

como el benceno o gasolina.

El moderno destilador se enfrenta con tres problemas principales: (1) el

consumo de energía, (2) la eficiencia en la conversión y (3) la polución de los

efluentes. Todos ellos están interrelacionados, comenzando por la naturaleza

de la materia prima utilizada y terminando por un ambiente benigno. Sin

embargo, dentro de todas las actividades implicadas, el proceso de

fermentación en sí es todavía la etapa crucial que establece los parámetros y

requerimientos operativos para el conjunto de la destilería (Sánchez y

Castro, 1997; Byong, 2000; Bu‟lock y Kristiansen, 1991).

4.1.1 Materias primas utilizadas.

Para la producción de Bioetanol de manera industrial se utilizan

tres familias de materias primas principalmente:

- Azúcares: procedentes de la caña de azúcar, remolacha azucarera

y sorgo dulce p. ej.

- Cereales: mediante la fermentación de los azúcares del almidón

(trigo, maíz, cebada, yuca).

- 28 -

- Biomasa: por fermentación de los azúcares contenidos en la

celulosa y hemicelulosa (desechos agrícolas y forestales).

También es posible usar centeno y alcohol vínico, pero no han

prosperado por su gran valor en la industria alimenticia (García y

García, 2006; Camps et. al. 2002; Byong, 2000).

Las cosechas para energía más fácilmente utilizables también

pueden ser agrupadas en cinco categorías básicas:

- Subproductos del procesamiento de las cosechas de azúcar

(melazas, sorgo dulce, jarabes, líquidos sulfíticos agotados).

- Cosechas de azúcar (caña de azúcar, remolacha, sorgo).

- Cereales (maíz, trigo, arroz, etc.).

- Tubérculos (yuca, papa, etc.).

- Otras fuentes diversas (polisacáridos residuales de la extracción

del aceite de nueces, etc.).

Menos fácilmente utilizables en el momento actual son los

materiales celulósicos que pueden ser clasificados de la sgte. forma:

- Productos forestales directos (eucaliptos, pinos, etc.).

- Residuos celulósicos (aserrín, cortezas, paja, virutas, papel usado,

etc.).

Los materiales lignocelulósicos son los que ofrecen un mayor

potencial para la producción de Bioetanol. Una gran parte de los

materiales con alto contenido en celulosa, susceptibles a ser utilizados

para estos fines, se generan como residuos en los procesos productivos

de los sectores agrícola, forestal e industrial. Los residuos agrícolas

proceden de los cultivos leñosos y herbáceos y, entre otros, hay que

destacar los producidos en los cultivos de cereal. Por su parte, los

residuos de origen forestal proceden de los tratamientos silvícola y de

mejora o mantenimiento de los montes y masas forestales. También

pueden utilizarse residuos generados en algunas industrias, como la

papelera, la hortofrutícola o la fracción orgánica de residuos sólidos

industriales. Muchos de estos residuos no sólo tienen valor económico

en el contexto donde se generan sino que pueden ser causa de

problemas ambientales durante su eliminación (Bu‟lock y Kristiansen,

1991; García y García, 2006).

De todas las posibles fuentes indicadas anteriormente, los

problemas de su disponibilidad real, la estructura de los precios y el

desarrollo tecnológico del procesamiento reducen la selección en

términos de viabilidad económica a un número muy pequeño. Aunque

algunas cosechas, como la de caña de azúcar, están siendo convertidas

- 29 -

actualmente en Bioetanol, las empresas que lo desarrollan dependen

todas de la intervención estratégica de los gobiernos. Dentro de una

economía de libre mercado, los sustratos pueden ser reducidos a tres

materiales básicos: melazas, maíz y yuca.

Es crucial una elección de la materia prima a utilizar, ya que

constituye el cerca del 55 al 75% del precio de venta del alcohol

producido.

Tabla Nº 04.1: Principales materias primas para la producción de Bioetanol para

uso como combustible

Con almidón Celulósicos Con azúcar Otros

Granos de cereal: Madera Sacarosa y azúcar

invertido de sorgo

Alcachofa de

Jerusalén

Maíz Aserrín Melaza Pasas

Granos de sorgo Desechos de papel Azúcar de

remolacha Bananas

Trigo Residuos forestales Forraje de

remolacha

Cebada Residuos de la

agricultura Caña de azúcar

Productos molidos: Desechos sólidos

municipales Lactosa

Harina de trigo

Desechos de

producción de la

ganadería intensiva

Suero de leche

Trigo molido Glucosa

Maíz molido Desechos de sulfito

Raíces de almidón:

Yuca

Papa *Adaptado de Smith, 2006

Todas las materias primas prácticas requieren un pretratamiento

para hacerlas adecuadas para la fermentación y en el pasado se prestó

una insuficiente atención a producir un sustrato tan ideal como fuera

posible dentro de sus limitaciones físicas de su composición original.

Para sacar ventaja de las técnicas de fermentación que ofrece una

conversión eficiente en el tratamiento de los efluentes de destilerías, el

sustrato líquido debería poseer las sgtes. condiciones:

- La concentración de azúcares fermentables debería estar

correctamente ajustada para ser adecuada a un método

particular de fermentación y para asegurar que los azúcares

residuales después de la fermentación sean mantenidos a un

nivel mínimo.

- 30 -

- El sustrato debería clarificarse, a un pH y a una temperatura

óptimos y debería contener los nutrientes adecuados para la

levadura.

- Los microorganismos diferentes de los del inóculo principal

deberían ser eliminados por pasteurización, tratamiento con

antibióticos o antisépticos, o esterilización; el grado y método

de eliminación dependería del sistema de fermentación

empleado.

- Las sustancias tóxicas para las levaduras deberían eliminarse

o ser reducidas hasta un nivel aceptable.

- Los efectos adversos de la presión osmótica deberían

mantenerse dentro de los límites aceptables (Camps et. al.

2002; Byong; 2000, Bu‟lok y Kristiansen, 1991).

4.1.1.1 Jugos azucarados:

Los jugos azucarados, sean de caña (que se sitúa

particularmente alta en eficiencia de fotosíntesis por hectárea),

de remolacha o de tallos de sorgo dulce son productos agrícolas

interesantes ya que proporcionan inmediatamente un suministro

de sustratos fácilmente fermentable, aunque esto también puede

tener sus inconvenientes.

Después de la cosecha los azúcares están sometidos a la

natural deterioración por las enzimas y las bacterias. Solamente

después que el zumo se ha evaporado hasta la obtención de un

jarabe, es posible mantener una materia prima para su

procesamiento durante un periodo largo de tiempo.

Con la trituración tradicional de la caña de azúcar o los

métodos de difusión de la remolacha, se necesita la adición de

“agua de absorción” para la extracción eficiente. Generalmente la

caña producirá entonces su propio peso de jugo mezclado, que

contiene típicamente 12,5% w/v de azúcares fermentables

expresados como monosacáridos-hexosas, de forma que sin

evaporación, el nivel máximo de etanol después de la

fermentación es solamente de 6% w/v.

Las condiciones de fermentación establecen el diseño y los

parámetros de operación del conjunto de la destilería y existe

poca flexibilidad. Una destilería convencional de caña de azúcar

que produce 60 a 70 litros de etanol por tonelada de caña es

necesariamente una instalación sencilla, basada en métodos

tradicionales, que utiliza grandes cantidades de vapor para la

- 31 -

recuperación del etanol, gran número de vasijas fermentadoras y

que libera un gran volumen de efluente contaminante.

En la fabricación del azúcar, los líquidos azucarados crudos

se clarifican antes de su evaporación hasta un jarabe

concentrado para su subsiguiente cristalización y la recuperación

del azúcar. Normalmente se añade cal, elevando el pH del jugo

desde 5,0 - 5,7 hasta 7,0 o superior. El tratamiento por calor con

coagulación elimina la fibra y los coloides en suspensión.

Elevando el pH, se detiene la inversión de la sacarosa durante el

proceso posterior. Las impurezas en el jugo de azúcar que pasan

la clarificación, junto con las sales cálcicas, permanecen como

residuo en las melazas finales.

Para la producción de alcohol por fermentación, sin

embargo, el proceso de adición de cal es una etapa negativa, ya

que:

- Las condiciones de pH óptimo para la fermentación son de

4,5 a 5,0, más cercanas a las del pH del jugo original.

- Las sales cálcicas originarán una severa incrustación en los

cambiadores de calor y en el equipo de destilación.

- La adición de cal elimina los compuestos de nitrógeno y los

fosfatos del jugo, que son nutrientes para la levadura.

- La inversión de la sacarosa es beneficiosa.

En consecuencia, para la producción de alcohol, en Brasil

se ha convertido en práctica estándar mantener el sistema

normal de limpieza mediante filtros y sedimentación, pero

utilizando jugo crudo frío y sin cal. El jugo limpio es todavía

relativamente turbio, conteniendo coloides y pequeñas partículas

fibrosas que retienen fuertemente a las bacterias y tienden a

causar obstrucciones en las boquillas de las centrífugas de las

levaduras cuando éstas son utilizadas.

Imagen Nº 04.1: Composición de la raíz de remolacha*

*Análisis en base húmeda

- 32 -

Imagen Nº 04.2: Composición de la caña de azúcar

4.1.1.2 Melazas “A”:

La manufactura de azúcar se produce por tres etapas en las

que los azúcares “A”, “B” y “C” se cristalizan y recuperan dejando

unas melazas finales “C” de las que la mayor parte de la

sacarosa ha sido cristalizada.

Muchos tecnólogos de azúcar han propuesto el concepto de

producción doble, de azúcar “A” y de etanol, para compartir la

volatilidad de los precios del azúcar, ya que el precio del etanol

es relativamente estable en el mercado y puede solamente

mejorar. Las melazas “A” son un sustrato ideal para la

fermentación cuando se emplean los métodos convencionales de

clarificación del jugo azucarado. Tiene una alta pureza en

sacarosa y con aproximadamente 85% de contenido en sólidos

deberían producir 385 litros de etanol por tonelada (permitiendo

un nivel razonable de pérdidas). Su estabilidad durante el

almacenamiento reduce las pérdidas anuales del coste de las

destilerías, en tanto que pueden ser aplicados los métodos más

eficientes de procesamiento en la fermentación, la destilación y el

tratamiento de los efluentes.

4.1.1.3 Melazas “C”:

Pese a la producción real de melazas que se destinan a la

producción de azúcar cristalino, haciendo de esta forma su

suministro limitado, este sustrato es extensamente utilizado tanto

para obtener alcohol industrial como de consumo,

particularmente cuando su utilización como piensos compuestos

para animales está restringida por los costes del transporte. Si

las melazas “C” se utilizan para la producción de alcohol, la

relación global azúcar:alcohol es aproximadamente 12:1; las

melazas “C” son el pienso básico en aquellos países con una

industria azucarera importante y sin mercado organizado de

alimentación animal.

Tales melazas contienen normalmente un alto contenido

bacteriano debido a las condiciones poco higiénicas de manejo y

- 33 -

almacenamiento. Los constituyentes fermentables, expresados

como azúcar invertido, están generalmente en las cercanías de

50-55%. Los residuos no fermentables se concentran en las

melazas y causan problemas en las operaciones de la destilería;

en particular el calcio suspendido y las sales inorgánicas, los

coloides, fibras, gomas, ácidos orgánicos y los residuos de tierra.

Por consiguiente, para diluir para conseguir un sustrato adecuado

para la fermentación, los sólidos en suspensión deberían ser

eliminados hasta un nivel razonable y el crecimiento de las

bacterias debería reducirse.

Componentes Peso %

Sacarosa 35.0 Otros azúcares reductores 19.0 Otra materia orgánica 14.0 Cenizas inorgánicas 12.0

Sólidos totales 80.0 Sólidos en suspensión 8.0% v/v

Los métodos más comunes de pretratamiento utilizan la

clarificación ácida caliente, con dosis de sulfúrico concentrado de

aproximadamente 0,5% por peso cuando la pasteurización se

acompaña de precipitación y posterior separación con hidrociclón

o centrifugación. Puesto que será necesario acidificar las

melazas sustrato diluidas para la fermentación, la adición de

ácido en el pretratamiento no influye substancialmente en los

costes globales.

La separación de sólidos se lleva a cabo a 70-95 ºC siendo

la mayoría del sedimento la sal cálcica, CaSO4 2H2O, cuya

solubilidad decrece por encima de 38 ºC. Durante el tratamiento

térmico, tiene lugar una hidrólisis ácida; la fermentabilidad de

algunos sustratos mejora y ciertos ácidos orgánicos volátiles,

anhídrido sulfuroso y otros compuestos nocivos pueden ser

eliminados en los gases de salida. Las pérdidas de azúcar se

mantienen al mínimo por lavado de los lodos decantados

incorporando las aguas de la dilución primaria. Básicamente el

pretratamiento de las melazas es precursor de una fermentación

eficiente mediante una técnica particular y no puede ser

justificado económicamente en sí mismo.

Tabla Nº 04.2: Composición de la melaza de caña de

azúcar* Componentes Constituyentes Contenido (p/p)

Componente mayores Materia seca 78%

- 34 -

Proteínas 3%

Sacarosa 60 – 63% p/p

Azúcares reductores 3 – 5% p/p

Sustancias disueltas

(diferentes azúcares) 4 – 8% p/p

Agua 16%

Grasas 0,40%

Cenizas 9%

Contenido de minerales

Calcio 0,74%

Magnesio 0,35%

Fósforo 0,08%

Potasio 3,67%

Contenido de aa.

Glicina 0,10%

Leucina 0,01%

Lisina 0,01%

Treonina 0,06%

Valina 0,02%

Contenido de vitaminas

Colina 600 ppm

Niacina 48,86 ppm

Ácido pantoténico 42,90 ppm

Piridoxina 44 ppm

Riboflavina 4,40 ppm

Tiamina 0,88 ppm *Adaptado de Fajardo y Sarmiento, 2007.

4.1.1.4 Cereales:

En base a peso seco el maíz, el sorgo y otros granos

contienen alrededor de 60-75% w/w de almidón hidrolizable a

hexosas con un significativo aumento de peso

(estequiométricamente la relación de almidón a hexosas es de

9:10) y constituyen una fuente de alto rendimiento en etanol.

La mayor parte de los almidones de cereales contienen una

mezcla de α-amilosa (20-30%) y amilopeptina (70-80%). La

primera es un polímero lineal soluble en agua, mientras que la

segunda es un polímero ramificado insoluble en agua. La

sacarificación de la amilasa es mucho más rápida que la de la

amilopeptina, pero puesto que la amilopeptina predomina, la

conversión global de azúcares fermentables está gobernada por

una segunda degradación.

Originalmente los cereales fueron hidrolizados por catálisis

ácida. Las conversiones eran incompletas y el requerimiento de

altas temperaturas durante un extenso periodo de tiempo

conducía a la formación de productos laterales indeseados. Los

problemas de viscosidad entorpecían el proceso; frecuentemente

la pasta calentada contenía también “dextrinas límite”, que

- 35 -

Imagen Nº 04.3: Análisis del grano de maíz para producción de Bioetanol

requieren un tiempo largo de fermentación para su catabolismo

por las levaduras. Los almidones gelatinizados eran propensos a

“retrogradación” al enfriarse, cuando las moléculas de almidón se

reagregaban formando pequeños cristales insolubles,

acompañado de aumento en la viscosidad de la papilla.

Hoy, la mayor parte de los procesos de conversión utilizan

una fase de calentamiento, ayudada por la adición de enzimas

para la conversión completa. A veces se practica la hidrólisis

ácida seguida por la conversión enzimática pero la tendencia

presente es apoyarse directamente en la hidrólisis enzimática

que se lleva a cabo en dos etapas.

Cuando la sacarificación no es completa antes de la

fermentación, el tiempo de residencia durante la fermentación se

extenderá hasta alcanzar concentraciones finales razonables de

etanol; las fermentaciones en las que están presentes las

“dextrinas límite”, requerirán varios días hasta estar completadas.

En condiciones diluidas para adaptarse a los niveles de

fermentación, el volumen de las vasijas se convierte en un factor

importante de los costes.

Cuando el etanol se pueda separar a medida que se forma,

la rápida velocidad de fermentación puede ser mantenida

continuamente, con una mejora correspondiente en la cinética de

la sacarificación enzimática. Cuando se elimina el etanol y el

reciclaje del sustrato consumido puede ser llevado a cabo sin

destrucción térmica de la glucoamilasa, puede llegar a producirse

una alta concentración de enzima para la misma dosis

enzimática.

Imagen Nº 04.4: Composición del grano de trigo (promedio)

- 36 -

Imagen Nº 04.5: Composición del grano de sorgo

4.1.1.5 Tubérculos:

La cosecha de raíces de las zonas templadas tiene poca o

ninguna aplicación en la producción de alcohol industrial a causa

de su mayor valor de usos, bien establecidos, como alimento. Sin

embargo, este no es el caso con la cosecha de las raíces de la

yuca (también conocida como mandioca) que es ampliamente

cultivada en la mayor parte de las zonas tropicales. Puesto que

es fácil de crecer, resistente a pestes y a sequías, y puede

aclimatarse a suelos pobre en nutrientes fertilizantes, proporciona

un alimento básico pero con un contenido de proteína muy bajo.

Los intentos de incrementar su valor nutritivo han tenido poco

éxito y continúa siendo una cosecha problemática,

particularmente con variedades amargas que contienen

cianógenos lo que requiere su inmersión inicial en agua para que

sea comestible.

Sin embargo, comparada con la caña de azúcar, la yuca

tiene un potencial de producir hasta 2 ½ veces la cantidad de

alcohol por tonelada de cosecha recogida y es mucho más barata

de crecer. De nuevo esto debe ser equilibrado frente a dos

factores adversos principales. La producción de las cosechas

tradicionales por área cosechada es baja y se necesitan fuentes

de energía exógena para su procesamiento.

Sin embargo, se han desarrollado rápidamente mejoras

agrícolas en la producción de la yuca desde un nivel de

agricultura de pueblo y existen actualmente variedades que

producen cosechas de 30-40 toneladas por ha. con adecuadas

porciones leñosas por encima del suelo para atender a las

necesidades de energía.

El almidón de yuca es diferente del almidón de cereal.

Aunque el contenido de amilasa es similar, entre el 17 y el 30%,

las amilopeptinas tienen una longitud de cadena mucho más

- 37 -

Imagen Nº 04.6: Composición química de las raíces de yuca, % peso (tres cultivares)

corta que la encontrada en los cereales, lo que simplifica la

preparación de las pastas y la degradación enzimática.

Tabla Nº 04.3: Típica composición de tubérculos Componentes del tubérculo W%

Humedad 61.3 Almidón 30.5 Azúcares totales 2.6 Extraíble con éter 0.13 Otros 1.7 Fibra 3.0 Ceniza 0.77

Total 100.00 Azúcares reductores disponibles

= 0.7%

Proteína cruda (N x 6,25) = 1.06% HCN = 575 p.p.m. (en base a peso seco)

La pulpa usada es normalmente menor que el residuo de la

hidrólisis de los granos y su reducido contenido en proteína le da

menos valor como pienso animal. En empresas para la

producción de Bioetanol a gran escala, estos residuos serán de

mayor utilidad prensados hasta un grado de humedad razonable,

y utilizados como combustible sólido, similar al bagazo.

Para aumentar el radio de operación y superar las

variaciones estacionales de suministro, la desecación al aire, en

los trópicos, de las raíces tuberosas durante dos días, reduce su

humedad hasta un 15% manteniendo alrededor del 70% de

sustancias fermentables. Las rodajas o la harina pueden ser

almacenadas con una vida media estable, requieren menos

volumen de almacenamiento junto con manejo más fácil y

teniendo una pérdida de humedad de alrededor del 55% tienen

unos costes de transporte reducidos.

- 38 -

4.1.1.6 Sustratos celulósicos:

La fuente potencial más abundante de azúcares utilizables

es la celulosa, obtenida directamente como productos forestales

o indirectamente como residuos tales como paja, restos de maíz,

bagazo o papel usado. Concebiblemente los océanos podrían

producir vastas cantidades de celulosa como algas marinas. Sin

embargo, la celulosa es difícil de hidrolizar y siempre está

acompañada de hemicelulosa y lignina. Esto hace la

recuperación de los hidrolizados de la celulosa más difícil y

plantea problemas adicionales en diseñar su propia explotación

económica.

La hidrólisis ácida de la celulosa a azúcares fermentables

es técnica posible y fue utilizada ampliamente en economías

controladas por los Estados en tiempos de guerra. Actualmente

se realizan muchas investigaciones y parece probable el

desarrollo con éxito de uno o más procesos que combinen un

pretratamiento económico con la hidrólisis rápida y la

recuperación eficiente de los azúcares utilizables. El desarrollo

con éxito de formas puramente enzimáticas para la hidrólisis de

la celulosa parece más problemático, pero existe un considerable

interés, unido a la posibilidad de la conversión directa de la

celulosa adecuadamente pretratada a etanol u otros compuestos

volátiles de fermentación, utilizando cultivos mixtos

seleccionados de bacterias celulolíticas y fermentadoras, tales

como especies de Clostridium, algunas de las cuales, para mayor

utilidad son termófilas. Sin embargo, ninguno de estos progresos

ha producido todavía impacto en la producción práctica de

Bioetanol (Masera et. al. 2006; Bu‟lok y Kristiansen, 1991).

Imagen Nº 04.7: Composición química del bagazo de caña

Imagen Nº 04.8: Composición de la paja de trigo

- 39 -

Tabla Nº 04.4: Cantidad de etanol obtenible a partir de algunos

productos agrícolas primarios y secundarios*

Producto L de etanol/T

de producto1

L etanol/ha Biomasa (T/ha)

Caña de azúcar 70 3 500 9

Melaza 270

Yuca 180 2 100 7

Sorgo azucarero

(grano) 85 3 000 5

Camote 125 1 900

Maíz (grano) 370 2 400 3

Remolacha azucarera 3 000 6

Madera2 160 3 200

Papa (tubérculo) 80 5 000 5

(parte aérea) 250 1 400

Residuos de poda 300 700 – 1 200

* Adaptado de Camps et. al. 2002 y Byong, 2000

4.1.2 Microorganismos utilizados en la producción de Bioetanol.

Entre los microorganismos utilizados para la producción de etanol,

por medios fermentativos, tenemos a los siguientes:

Bacterias Levaduras

- Zymomonas mobilis

- Clostridium acetobutilycum

- Klebsiella oxytoca

- Escherichia coli

- Saccharomyces cerevisiae

- Pichia stipitis

- Pachysolen tannophilus

- Candida shehate

Otras especies capaces de producir fermentación alcohólica son

las levaduras del género Torulopsis y ciertas especies de Mucor y

algunas bacterias, sin embargo, la más importante es Saccharomyces.

También se ha reportado como productores de etanol a S. ellipsoideus,

S. anamensisi, C. seudotropicalis, S. carlsbergensis, Kluyveromyces

marxianus, C. bytyrii, entre otros.

Tabla Nº 04.5: Microorganismos utilizados para la

producción de Bioetanol de acuerdo al sustrato utilizado* Maltosa (almidón) S. cerevisiae

Trigo S. cerevisiae

Maíz S. cerevisiae

Yuca S. cerevisiae

Inulina Kluyveromyces marxianicus

Patata Toluropsis colliculosa

Sin sub-productos S. cerevisiae, S. diasticus, K. cicerisporas

Sorgo Zymomonas mobilis Adaptado de Byong, 2000.

- 40 -

4.1.2.1 Zymomonas mobilis

En el mundo occidental, las bebidas alcohólicas se elaboran

utilizando las levaduras, principalmente del género

Saccharomyces. En las zonas tropicales de América, África y

Asia se producen bebidas alcohólicas a base muy populares a

partir de jugos de frutas fermentadas por mezclas de

microorganismos en las que interviene una bacteria del género

Zymomonas. La principal característica de esta bacteria es la de

utilizar la vía de Entner-Doudoroff en anaerobiosis para degradar

la glucosa. El rendimiento muy elevado de conversión de la

glucosa en etanol por esta bacteria hace de ella una potencial

candidata para una producción industrial de etanol por

fermentación.

4.1.2.1.1 Historia y ecología:

- Fue aislado por primera vez en Europa tras problemas

de fabricación. Aunque fue referido ya desde 1912 por

Barrer y Hiller, como un microorganismo responsable de

la turbidez y modificación del aroma y sabor en la sidra;

fue en 1937 cuando Shimwell lo aisló por primera vez de

la cerveza.

- Actualmente Zymomonas es considerado un

contaminante serio en la industria cervecera, pues son

favorecidos por la anaerobiosis y la presencia de

azúcares simples.

- En la cerveza provoca turbidez importante y un olor a

manzana que podría ser debido a la presencia de

acetaldehído e hidrógeno sulfurado.

- En 1928, Lindner descubrió que la fermentación del

Hidromiel que conducía a la bebida alcohólica “pulque”

era provocada por una bacteria a la que el denominó

Thermobacterium mobile, la que más tarde sería

conocida como Z. mobilis Subsp. mobilis. Este

investigador sugirió que esta bacteria intervenía

únicamente en las regiones tropicales.

- En 1941, Roelofsen fu el primero en aislar Z. mobilis a

partir del vino de palma. Aquí se puede apreciar que está

bien adaptada a un medio en el cual existen cantidades

importantes de sacarosa, glucosa, fructosa, aminoácidos

y factores de crecimiento.

- 41 -

- Zymomonas también a sido aislado a partir de jugos de

caña de azúcar fermentada y a partir de miel

envejeciendo y ocasionalmente a partir de frutas.

4.1.2.1.2 Aislamiento, identificación y cultivo:

- Zymomonas presenta forma de bacilar de 2 a 6 µm de

longitud y 1 a 1,4 µm de ancho. Se disponen

generalmente en pares.

- Son móviles, ya que presentan de 1 a 4 flagelos, aunque

esta movilidad puede ser perdida espontáneamente.

- No forman cápsulas ni esporas.

- Son catalasa positiva y oxidasa e indol negativos.

- No reducen los nitratos, el rojo neutro ni el tween 60 u

80.

- Presenta un pH óptimo de 7,3.

- Las colonias en medio estándar son brillantes, blancas o

cremas y miden alrededor de 2 mm de diámetro tras 2

días de incubación a 30 ºC. Presentan borde regular y es

perceptible un olor frutado cuya intensidad depende de la

cepa.

- Crece en medios con glucosa y fructosa y fermenta estos

dos azúcares. Produce al menos un mol y medio de

etanol por mol de glúcido fermentado y también forma

pequeñas cantidades de ácido láctico y trazas de

acetilmetilcarbinol.

- También pueden crecer en medios que contengan 2%

(p/v) de extracto de levadura y 20% (p/v) de glucosa o en

un medio estándar a un pH entre 4,1 – 5,2 si éste

contiene 5% (v/v) de etanol o rojo neutro (0,1% p/v).

- El pantoteno y la biotina son indispensables para el

crecimiento celular.

- En aerobiosis hay poco o ningún crecimiento en medio

sólido estándar y hay ausencia de crecimiento en agar

nutritivo.

- El crecimiento de las células es sensible frente a discos

que llevan 500 µg de sulfafurazol ó 30 µg de novobiocina

ó 10 µg de ácido fusídico.

- 42 -

4.1.2.1.3 Metabolismo:

- Zymomonas sólo fermenta la glucosa, la fructosa y la

sacarosa, por tanto presenta la particularidad de no

asimilar prácticamente ninguna otra fuente de carbono,

aunque se ha reportado que pueden metabolizar la

rafinosa.

- Para la fermentación de la glucosa utilizan la vía de

Entner – Doudoroff.

- La fermentación de estas dos hexosas se acompaña de

una producción de gas importante y de una acidificación

del medio.

- La mayoría de las cepas produce entre 1 y 1,6 moles de

etanol por mol de glucosa o de fructosa metabolizado.

- Por cada mol de sustrato consumido, se producen dos

moles de NADH, éstas se producen a nivel de la etanol

deshidrogenasa y una parte menor a nivel de la lactato

deshidrogenasa.

- El rendimiento de ATP es de uno por un mol de hexosa

degradada.

- Zymomonas no posee sistema de transporte como la

fosfoenol piruvato glucosa fosfotransferasa, ni sistema

de permeasa, sino más bien un sistema por difusión

facilitada.

- Presentan un sistema de transporte para la glucosa y

fructosa que se asocia a una velocidad de difusión

elevada y una afinidad baja, esto la limita a vivir en un

Imagen Nº 04.9: Z. mobilis en agar LMDA Imagen Nº 04.8: Z. mobilis observado

por microscopia electrónica

- 43 -

hábitat limitado a entornos con altas concentraciones de

azúcar.

4.1.2.1.4 Influencia del oxígeno e inhibición por el etanol:

- Con respecto a la inhibición por oxígeno, se ha

demostrado que Z. mobilis no es una bacteria

estrictamente aerobia. La aireación disminuye el

rendimiento en etanol y la concentración en ácido láctico,

aumenta la velocidad de consumo específico de glucosa

y la producción de ácido acético. La inhibición es más

importante sobre la productividad de etanol que sobre el

crecimiento celular. El efecto Pasteur está ausente y el

rendimiento Yx/s no aumenta en condiciones de

aerobiosis.

- Con respecto a la inhibición por etanol, Z. mobilis

presenta probablemente la tolerancia más elevada al

etanol. Es capaz de producir etanol con concentraciones

Imagen Nº 04.10: Vía lineal de Entner-Doudoroff en Z. mobilis. Abreviaturas: frk, frustocinasa; pgi, glucosa-

6- fosfato isomerasa; glk, glucocinasa; zwf, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa; pl., 6-fosfogluconolactonasa;

pdc, piruvato descarboxilasa; adhA, alcohol deshidrogenasa I, adhB, alcohol deshidrogenasa II.

- 44 -

superiores a 13% (p/v). Esto en parte es debido a que

sus enzimas glucocinasa y fructocinasa no están

sometidas a una inhibición por etanol, además presenta

modificaciones a nivel de su membrana celular y

presenta una adaptación a altas concentraciones de

etanol. Esto se traduce en una disminución de la relación

lípido/proteína y en una modificación de la composición

en fosfolípidos, o sea, la excepcional resistencia al etanol

de esta bacteria sería debido a que practica un cierto

rearreglo a nivel de membrana, del contenido de

fosfolípidos hopanoides y proteínas (Leveau y Bouix,

2000).

4.1.2.1.5 Aplicaciones industriales:

- Z. mobilis interviene en la fermentación del vino de

palma, de la cerveza chica, así como en la fabricación

del vino. Se asegura, además, que participaba en la

fabricación de las cervezas auténticas de la antigüedad.

- También se ha utilizado para la conservación de jugos

extraídos de remolacha y en el tratamiento de desechos

de la industria cervecera para uso como alimento en

animales de granja (un uso parecido se ha producido con

la papa).

- Otro uso dado ha sido para la elaboración de cervezas

con bajo contenido de alcohol (0,7%), a esta se la llama

“cerveza dietética”. También ha sido empleada para

desarrollar una nueva tecnología en la producción del

“pulque”.

- Otra posibilidad de utilización de Z. mobilis es la

producción a gran escala de etanol. Esto debido a que

su rendimiento de conversión es mayor que el de la

levadura y a que puede producirlo a una velocidad

significativamente más elevada, además, esta bacteria

no necesita oxígeno y presenta en general una mejor

tolerancia al etanol que la levadura. Como desventajas

podríamos apuntar que la cepa necesita de un pH de

cultivo más elevado que el de las levaduras, y esto

generaría un mayor peligro de contaminación, además,

sólo metaboliza un espectro muy reducido de sustratos:

glucosa, fructosa y sacarosa. En el futuro todos estos

problemas podrán ser salvados gracias al aporte de la

Ingeniería Genética y la Biotecnología.

- 45 -

4.1.2.2 Saccharomyces cerevisiae

S. cerevisiae es la especie de levadura utilizada por

excelencia para la obtención de etanol a nivel industrial debido a

que es un microorganismo de fácil manipulación, no es exigente

en cuanto a su cultivo, no presenta alto costo, tolera altas

concentraciones de etanol, en la fermentación produce bajos

niveles de subproductos, es osmotolerante, capaz de utilizar altas

concentraciones de azúcares, presenta alta viabilidad celular

para el reciclado y características de floculación y sedimentación

para su procesamiento posterior.

Junto con otras levaduras ha jugado un papel muy

importante en la historia de la humanidad, ya que ha sido

utilizada por el hombre desde hace milenios sin saberlo,

particularmente en la fabricación de bebidas alcohólicas (vino,

cerveza) y de pan. El papel de las levaduras en la fermentación

alcohólica no se puso en evidencia hasta los trabajos de Pasteur

entre los años de 1866 – 1876. Hoy se utilizan en diferentes tipos

de fermentación y también como fuente de vitaminas y proteínas

en la alimentación humana y animal. Por último, el buen

conocimiento de la biología molecular de estas levaduras y las

técnicas de Ingeniería Genética han permitido utilizarlas para la

producción de proteínas animales y humanas como el cuajo, la

hormona de crecimiento humana o la vacuna contra la hepatitis

B.

4.1.2.2.1 Características generales:

- S. cerevisiae pertenece al grupo de las levaduras; estos

son organismos eucarióticos unicelulares y por lo tanto

sus estructuras se encuentran formadas por pared

celular, núcleo diferenciado y organelos como ribosomas

y mitocondrias. La formación de una cápsula de

polisacáridos, la ausencia o presencia de vacuolas y el

desarrollo de las mitocondrias dependen de las

condiciones fisicoquímicas y de la edad del cultivo.

- Taxonómicamente, tienen las sgtes. características:

Reino : Fungi

División : Amastogomycota

Clase : Ascomycetes

Subclase : Hemiascomycetidae

Orden : Endomycetales

Familia : Saccharomycetaceae

Subfamilia : Saccharomycetaidae

- 46 -

Género : Saccharomyces

Especie : S. cerevisiae

- Como un microorganismo perteneciente al grupo de las

levaduras, comparte con ellas las sgtes. características:

Dimensiones (micras) 4 – 8

Tiempo de duplicación (horas) 1 – 3

pH (rango óptimo) 4,5 – 5,5

Nitrógeno (%) 7,5 – 8,5

Proteína (%) 35 – 45

Ácidos Nucleicos (%) 6 – 12

Carbohidratos (%) 30 – 45

- Presenta colonias de color crema o blanco, apariencia

húmeda y brillante de bordes irregulares y con un olor suigéneris.

- La temperatura óptima de crecimiento está entre los 25 a

30 ºC.

- Puede producir ascosporas cuando hay requerimientos

nutricionales adecuados.

- Sus dimensiones son de 2,5 a 10 µm de ancho y 4,5 a

21 µm de largo. Microscópicamente se observan

redondas y ovoides, elipsoides, a veces cilíndricas y

filamentosas.

Imagen Nº 04.11: Colonias de S. cerevisiae en agar YPG

- 47 -

- Fermentan glucosa, galactosa, sacarosa, maltosa y

rafinosa.

- Su aireación óptima es de 0,6 a 0,9 vvm.

- En presencia de oxígeno las cepas pueden metabolizar

sustratos como glicerol, etanol y lactato.

- En cuanto a su composición química, contienen un 75%

de agua y un 25% de materia seca aproximadamente. La

composición de la materia seca es la siguiente:

Componentes Porcentaje

(%)

Ceniza 7 Carbohidratos 43 Proteína 48 Grasa 2

- Sus ascas contienen cuatro esporos partenogénicos,

esto se puede comprobar utilizando la tinción de

Schimwell modificada por Mc Cheng (Carreño y

Villanueva, 2007; Fajardo y Sarmiento, 2007).

4.1.2.2.2 Reproducción:

- S. cerevisiae se divide por gemación y puede tener una

reproducción asexual cuando se encuentra en su forma

haploide y de manera sexual cuando, a partir de un

cigoto, se forma un asca que contiene cuatro ascosporas

haploides (característica de especie).

- El apareamiento sexual de las levaduras sólo puede

ocurrir entre células haploides de distinto sexo. Se

Imagen Nº 04.12: Vistas microscópicas de S. cerevisiae tenidas con azul de metileno

- 48 -

definen por tanto dos tipos sexuales: a y α (alfa). La

determinación sexual se debe a la diferencia en un único

locus, conocido como MAT que gobierna el

comportamiento sexual entre células haploides y

diploides.

- En la división por gemación las células hijas son de

tamaño inferior al de las células madre.

4.1.2.2.3 Metabolismo:

- S. cerevisiae realiza fermentación alcohólica, en la cual

el etanol es formado a partir de la D-glucosa; éste azúcar

es convertido en piruvato por la vía de Embden Meyerhof

Parnas (glucólisis).

- El piruvato producido durante la glucólisis es

descarboxilado a acetaldehído por la piruvato

descarboxilasa, después el acetaldehído es reducido a

etanol por la alcohol deshidrogenada.

Imagen Nº 04.13: Ciclo sexual de S. cerevisiae

- 49 -

4.1.2.2.4 Requerimientos nutricionales

- Los requerimientos nutricionales mínimos que necesita

S. cervisisae para su crecimiento son:

o Fuente de carbono: azúcares

o Fuente de nitrógeno: sulfato amónico, úrea o

aminoácidos

o Biotina, también llamada vitamina B8 o H

o Sales y elementos traza.

- El carbono sirve como fuente de energía y como material

constitutivo de la masa celular. El nitrógeno se encuentra

en la célula formando parte esencial de las proteínas,

aminoácidos y ácidos nucleicos; el fósforo se encuentra

en los ácidos nucleicos, en la lecitina y en diversos

compuestos fosforilados que participan activamente en

los procesos de degradación oxidativa y de intercambio

energético (ATP, ADP, AMP, NADP).

Tabla Nº 04.6: Compuestos carbonados

utilizables por S. cerevisiae D-Glucosa

D-Galactosa

Manosa

Trealosa

Rafinosa

Maltotriosa

Imagen Nº 04.14: Ruta bioquímica de producción de etanol a partir de la glucosa

- 50 -

Fructosa

Sacarosa

Maltosa

Melibiosa

Melecitosa

Desoxirribosa

D-Manitol

Etanol

D-Glucitol

Ácido láctico

4.1.2.2.5 Requerimientos físico – químicos:

- El crecimiento de S. cerevisiae se ve favorecido por un

pH próximo entre 4.0 a 5.0 y no se desarrolla bien en

medio alcalino a menos que se hayan adaptado al

mismo.

- A pesar de la tolerancia bastante amplia de ésta

levadura para las variaciones de pH a partir de los

sustratos habitualmente usados en los medios de cultivo,

forman productos, en especial ácidos, que influyen en el

crecimiento celular, producción enzimática y utilización

de glucosa.

4.1.2.2.6 Aplicaciones industriales:

- De manera industrial se utiliza para la producción de

levadura de panadería, para la elaboración de bebidas

alcohólicas (cerveza, vino y otros), para la elaboración

de algunos quesos, como alimento para animales y para

la producción de proteínas heterólogas.

- Uno de los usos que ha adquirido mayor importancia en

los últimos años es en la producción de alcohol industrial

(Bioetanol); en está, la levadura produce por

fermentación etanol y CO2 de sustratos tales como jugos

azucarados, melazas, jugos de remolacha, maíz u otros.

- También se usan como fuentes de vitaminas del

complejo B (p. ej. tiamina), en algunas fases de la

producción de antibióticos y hormonas esteroides y como

alimento para animales y seres humanos.

4.1.3 Bioquímica en la producción de Bioetanol.

4.1.3.1 Generalidades:

Se considera que las levaduras son los microorganismos

más vinculados al progreso y bienestar humano. Esto ha sido

debido principalmente a su capacidad de convertir eficientemente

azúcares, como los que se encuentran en el mosto de uva,

frutas, cebada y otros cereales y leche, en alcohol y CO2. Se ha

- 51 -

2CH3CH2OH + 2CO2 C6H12O6

dicho que la levadura es la “planta” más antigua que ha sido

cultivada. Se sabe que la fabricación del pan y la cerveza ya se

practicaban en Tebas durante la XI dinastía, 2,000 años antes de

Cristo.

S. cerevisiae y algunas especies próximas han sido muy

utilizadas tanto en microbiología industrial (bebidas fermentadas,

pan, y, ocasionalmente, glicerina y grasa) como en todo el

desarrollo de la Bioquímica. A esto último ha contribuido la

facilidad de disponer de levaduras de pan o de cerveza

prácticamente puras y en unas condiciones excepcionalmente

favorables de mantenimiento y cultivo. Probablemente el primero

que vio una levadura fue A. van Leewenhoek en 1680. En el siglo

XVIII, Linneo, el creador de la sistemática moderna, se interesó

por la fermentación alcohólica, pero hubo que esperar hasta

mediados del siglo XIX para obtener los primeros avances

importantes en el conocimiento de la fisiología y bioquímica de

las levaduras. En 1987, los hermanos Büchner obtuvieron el

primer extracto de levadura, con el que pudieron fermentar la

glucosa sin la presencia de células; por este motivo esta fecha se

considera como la del nacimiento de la Bioquímica.

Cagniard-Latour demostró en 1837 que la levadura se

multiplica durante la fermentación alcohólica y fue quien primero

le atribuyó una naturaleza vegetal. Schwann la llamó “zuckerpilz”

(hongo del azúcar), de lo que se deriva el nombre de

Saccharomyces dado más tarde por Kutzing.

El proceso químico de la fermentación fue establecido por

Gay-Lussac a principios del siglo XIX:

Constituye la tercera estequiometría de la química biológica,

después del proceso respiratorio de Lavoisier y la fotosíntesis.

Por lo que se refiere a la fermentación alcohólica, a

mediados del siglo pasado se estableció una apasionada

discusión entre los grandes químicos orgánicos Liebig, Wöhler y

Berzelius, que consideraban que el crecimiento de la levadura

era un fenómeno secundario, y los partidarios de la llamada

teoría vitalista, la cual establecía que la fermentación era una

actividad química ligada a la vida. En 1857 Pasteur asoció

fermentación y microbio de forma totalmente convincente y

estableció la fermentación como una forma de vida anaerobia en

- 52 -

la que el suministro energético se deriva de la degradación

parcial de la materia orgánica.

Es bueno recordar que el nombre “fermentación” es muy

antiguo y significa ebullición a temperatura ambiente. También es

interesante señalar que el nombre de fermento es sinónimo de

levadura y, en menor grado, de microbio.

Como ya se dijo, el microorganismo más utilizado para la

producción de etanol a través de procesos fermentativos es S.

cerevisiae. Las características de estas cepas son un poco

diferentes a las cepas utilizadas para la elaboración de los vinos

y alcoholes alimentarios:

- Las cepas deben ser genéticamente estables y tener las

mismas prestaciones en un gran número de

fermentaciones.

- Deben de ser capaces de fermentar el medio lo más

rápidamente posible y producir etanol con un rendimiento

próximo al rendimiento teórico.

- Deben producir lo menos posible otros compuestos ya que

provoca un descenso del rendimiento en etanol y complica

la destilación (p. ej. compuestos volátiles).

- Deben ser poco exigentes en factores de crecimiento para

limitar las adiciones de vitaminas a los medios industriales.

- Para los procesos con reciclado de levaduras, deben

tolerar una presión osmótica elevada debida a las sales.

- Para los procesos con reciclado de las levaduras, deben

conservar una buena viabilidad al final de la fermentación

y por lo tanto presentar una buena tolerancia al etanol.

- El carácter de flocular debe ser deseado.

Otra característica que hace que S. cerevisiae sea utilizado

mayormente en la producción de etanol por vía fermentativa es

debido a que produce un mejor proceso de separación después

de la fermentación, además producen un contenido de toxinas

muy inferior a otros microorganismos (es inocuo).

4.1.3.2 Rutas bioquímicas utilizadas:

Como se ha comentado líneas arriba, el proceso

desarrollado para producir etanol a partir de procesos biológicos

es la fermentación alcohólica. Ésta transcurre por la misma ruta

enzimática de la glucólisis, pero necesita dos etapas adicionales:

- 53 -

Acetaldehído + CO2 Piruvato

Etanol + NAD+ Acetaldehído + NADH + H

+

2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O C6H12O6 + 2Pi + 2ADP

- En la primera parte, el átomo de carbono α del piruvato es

atacado por el pirofosfato de tiamina y experimenta una

descarboxilación o sea, perdida de CO2; el coenzima queda

en la forma de 2-hidroxietil – derivado que puede

considerarse una forma del acetaldehído activado o ligado al

coenzima.

- En la etapa final al acetaldehído se reduce a etanol y el

potencial de reducción es proporcionado por el NADH + H+,

en una reacción catalizada por la enzima alcohol

deshidrogenada.

Las reacciones de la fermentación alcohólica resultan

completas en su visión del fenómeno cuando en las mismas se

tiene en cuenta la formación de ATP a partir de fosfatos. En

realidad, este proceso no puede ocurrir sin la simultánea

fosforilación oxidativa del ADP.

Durante la etapa de crecimiento de los cultivos, los mismos

son sometidos a una oxigenación fuerte, mediante la aireación

del medio, lo que permite la utilización de la glucosa por

oxidación completa. Este proceso rinde una gran cantidad de

energía que en parte es fijada mediante el sistema ADP - ATP y

posibilita el desarrollo de reacciones de síntesis celular, que

consumen gran cantidad de energía. Una vez que el cultivo en el

fermentador ha alcanzado el número de células necesario para la

degradación óptima de la materia prima se elimina la aireación y

las condiciones anaeróbicas se establecen en el medio por el

consumo de oxígeno remanente y el desprendimiento de CO2.

En las condiciones anaerobias, el aporte de energía a las

células es muy pequeño comparado con el de la respiración y

con las necesidades energéticas de la síntesis, lo que implica

que en estas condiciones no se produzca el crecimiento celular.

La experiencia indica, no obstante, que aún en condiciones

anaerobias existe una mínima reproducción celular a expensas y

- 54 -

acorde con el pequeño aporte energético recibido por la célula.

Este fenómeno es conocido como "Efecto Pasteur".

Como puede verse en la figura anterior, S. cerevisiae no

sólo produce etanol al realizar su metabolismo. La Fructosa 1-6

di-P es escindida por la enzima aldolasa, produciendo

Gliceraldehído 3-P (el cual luego formará piruvato, del cual se

producirá el etanol) y además se produce una pequeña parte de

Dihidroxiacetona-P, compuesto del cual se producirá glicerol;

esto fue aprovechado por el científico alemán Carl Neuberg que

durante la Primera Guerra Mundial desarrolló una fermentación

modificada de S. cerevisiae agregando iones bisulfito sódico al

3,5% a un pH de 7.0 para que las levaduras produjeran glicerol

en lugar de etanol (Prescott, et. al. 1999; Leveau y Bouix, 2000;

Parés y Juárez, 1997; Fajardo y Sarmiento, 2007; Wikipedia,

2008).

Por el contrario, bacterias como Z. mobilis producen etanol

valiéndose de otras vías, como la de Entner –Doudoroff:

Imagen Nº 04.15: Vía de la Glucólisis y Fermentación alcohólica (simplificadas), seguida por S.

cerevisiae para la producción de etanol.

1. Piruvato

descarboxilasa2. OL deshi-

drogenasa

4. Glicerol

1 - fosfatasa

3. Dihidroxiacetona

P- reductasa

Fructosa 1-6 di P

Glu

cólis

isF

erm

enta

ció

n

alco

hó

lica

Aldolasa

- 55 -

4.1.3.3 Balance energético en la fermentación alcohólica:

La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico

exotérmico que genera las moléculas de ATP necesarias para el

funcionamiento metabólico de las levaduras. Debido a las

condiciones de ausencia de oxígeno durante el bioproceso, la

respiración celular de la cadena del ADP en ATP queda

completamente bloqueada, siendo la única fuente de energía para

las levaduras la glicólisis de la glucosa con la formación de

moléculas de ATP mediante la fosforilación a nivel de sustrato. El

balance a nivel molecular del proceso se puede decir que genera 2

moléculas de ATP por cada mol de glucosa. Si se compara este

balance con el de la respiración celular se verá que se generan 38

moléculas de ATP. A pesar de ello parece ser suficiente energía

para los organismos anaeróbicos. La energía libre de Gibbs

Enzimas:

1= glucoquinasa

2= glucosa 6 P-deshidrogenasa 3= 6 P-gluconolactonasa

4= 6 P-gluconato deshidratasa

5= 2-ceto 3-desoxi 6 P-gluconato aldolasa

6= gliceraldehído P-deshidrogenasa

7= P-glicerato quinasa 8= P-glicerato mutasa

9= enolasa

10= piruvato quinasa 11= piruvato decarboxilasa

12= alcohol deshidrogenasa

Imagen Nº 04.16: Vía de Entner Doudoroff para la producción de etanol por Z. mobilis

- 56 -

(entalpía libre) de la reacción de fermentación etílica muestra un

valor de ΔG de -234.6 KJ mol-1 (en un entrono de pH = 7); este

valor negativo de la energía libre de Gibbs indica que desde un

punto de vista termodinámico la fermentación etílica es un proceso

químico espontáneo.

Entonces, teniendo la siguiente ecuación general:

Podemos ver que “Teóricamente” el rendimiento del producto

(Yp/s) es:

- Por cada 180 g de Azúcar (hexosa), obtenemos 92 g de

etanol + 88 g de Anh. carbónico (CO2).

De acuerdo a Gay Lussac, la Yp/s en la fermentación

alcohólica es la siguiente:

- Por cada 1 g de glucosa, obtenemos 0.511 g de etanol +

0.489 g de CO2 ó lo que es lo mismo: Por cada 100 Kg

de Azúcar (hexosa) obtenemos 51.1 Kg de etanol + 48.9

Kg de CO2.

De acuerdo a Pasteur, la Yp/s ideal en la fermentación

alcohólica es la siguiente:

Producto Peso

%

Etanol 48.4 Anh. carbónico 46.6 Glicerol 3.3 Ac. succínico 0.5 Materia celular 1.2

TOTAL 100.0

En la práctica, se puede observar que el valor obtenido de la

Yp/s después de un proceso real de fermentación es diferente del

Yp/s teórico. Esto se debe a que la célula no utiliza todo el azúcar

(hexosa) disponible para producir etanol, muy por el contrario, este

sustrato también es utilizado para la producción de diferentes

metabolitos y para distintas funciones de mantenimiento. El valor

de la Yp/s experimental es del orden del 90 – 95% del valor teórico

(o sea, 0.469 – 0.485 g/g), mientras de que de manera industrial la

Yp/s es del orden del 87 – 93% del valor teórico.

C6H12O6 + 2Pi + 2 ADP 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

180g 92g 88g

Azúcar - Hexosa Etanol Anh. carbónico

Rx exergónica

100.1TOTAL

1.2Materia celular

0.6Ac. Succínico

3.3 Glicerol

46.6Anh.

Carbónico

48.4Etanol

Peso %

100 Kg azúcar-hexosa ? 51.1 Kg Etanol + 48.9 Kg CO2.

En realidad Yp/s

diferente del ideal

Producción de otros

metabolitos

Mantenimiento

Rendim. Experim.

90 – 95% del teórico

(0.469-0.485 g/g)

Rendim. Industrial

87 – 93% del teórico

- 57 -

4.1.3.4 Efecto Pasteur y efecto Crabtree:

En el desarrollo de la fermentación alcohólica se pueden

observar dos efectos muy importantes que influyen y pueden

afectar todo el proceso. Estos son el efecto Pasteur y el efecto

Crabtree.

El Efecto Pasteur se refiere a la inhibición por la

fermentación. Esto se debe a que S. cerevisiae puede metabolizar

los azúcares tanto en aerobiosis como en anaerobiosis y al permitir

la respiración un mejor rendimiento celular, para un mismo

rendimiento celular se consume menos azúcar en aerobiosis que

en anaerobiosis, dicho de otro modo, la aerobiosis conlleva a una

disminución del consumo de azúcar y por ende a una disminución

de la fermentación.

El efecto Crabtree o mejor conocido como “efecto glucosa” se

refiere a que, cuando la concentración de azúcar en el medio es

elevada, S. cerevisiae sólo metaboliza los azúcares por vía

fermentativa; incluso en presencia de oxígeno, la respiración es

imposible.

Entonces, para un proceso de fermentación, se debería

aprovechar las propiedades del efecto Crabtree (elevadas

concentraciones de azúcar en el medio que favorezcan la

fermentación) y evitar en lo posible el efecto Pasteur (que induce la

respiración en detrimento de la fermentación).

Tabla Nº 04.7: Características del efecto Crabtree o glucosa Alta concentración

de azúcar

Baja concentración

de azúcar

Vía catabólica Fermentación Respiración

Rendimiento ATP Bajo Alto

Rendimiento biomasa Bajo Alto

Rendimiento de producto final Alto Bajo

Tabla Nº 04.8: Comparación entre el efecto Pasteur y el efecto Crabtree Baja concentración de

azúcar

Alta concentración de

azúcar

Bajo nivel de oxígeno

disuelto

- Regeneración de

NADH por

fermentación

- Bajo YATP

- Bajo Yx/s

- Alto Yetanol

- Regeneración de

NADH por

fermentación

- Bajo YATP

- Bajo Yx/s

- Alto Yetanol

Alto nivel de oxígeno

disuelto

- Regeneración de

NADH por

respiración

- Regeneración de

NADH por

fermentación

- 58 -

- Alto YATP

- Alto Yx/s

- Bajo Yetanol

- Bajo YATP

- Bajo Yx/s

- Alto Yetanol

4.2 Procesos de Producción Industrial de Bioetanol:

De manera industrial, existen tres principales caminos para producir

etanol a partir de materia prima biológica; todos ellos incluyen una primera

fase de fermentación por levaduras, seguida de una posterior destilación

mediante la aplicación de calor. La duración de cada sistema es distinta, así

como la producción de etanol y su coste, dependiendo del elemento inicial,

que puede ser un producto azucarado, almidón o material celulósico.

El método más sencillo es el que usa un producto azucarado, como

puede ser caña de azúcar o sorgo dulce. Como el rendimiento del cultivo es

alto, es también el que produce mayor cantidad de alcohol por unidad de

superficie, aunque esto no es completamente cierto en el caso de la caña,

pues habría que tener en cuenta que este cultivo utiliza el suelo los doce

meses del año. El cultivo se trata por medios mecánicos para extraer el

mosto azucarado. En caña y sorgo basta con un simple molido. Luego, el

jugo azucarado fermenta en un tanque hasta convertirse en alcohol de bajo

grado, que contiene demasiada agua para poder usarse como combustible.

La última parte es la más costosa. Para usar en mezclas, el alcohol debe ser

totalmente anhidro. Cuando se usa solo, puede contener hasta 10% de agua

o incluso más, dependiendo del tipo de motor. Esto encarece su uso en la

mezcla con gasolina, llamada gasohol, por lo que se puede pensar en la

extracción de etanol a partir de almidón o de celulosa. Las fases de

fermentación y destilación para éstos son idénticas a la utilizada en la caña.

Cuando se trata de productos que contienen almidón (grano o

tubérculo), se necesita un camino más largo. Antes de la fermentación, el

almidón deber ser convertido en azúcar, para lo que se requiere un

tratamiento enzimático en un tanque especial.

Los residuos de biomasa contienen mezclas complejas de

carbohidratos, llamados celulosa, hemicelulosa y lignina. Para obtener los

azúcares de la biomasa, ésta es tratada con ácidos o enzimas que facilitan

su obtención. La celulosa y hemicelulosa son hidrolizadas por enzimas o

diluidas por ácidos para obtener sacarosa, que es entonces fermentada. Tres

son los métodos principales para extraer estos azúcares: la hidrólisis con

ácidos concentrados, la hidrólisis con ácidos diluidos y la hidrólisis

enzimática.

- 59 -

Tres cuartas partes de la producción de etanol utilizan el método clásico

discontinuo, que es un proceso lento, seguido de una eficaz destilación

multifase. En este procedimiento, la fermentación del mosto (p. ej. melaza) o

mezcla tiene lugar en un tanque cilíndrico-cónico Nathan inoculado con una

levadura que ha sido cultivada en un proceso aparte. La multiplicación

continua de la levadura tiene lugar en un tanque de pre-fermentación con la

melaza esterilizada y con él se inocula el tanque de fermentación principal.

Entre la fase de fermentación y destilación, la levadura puede separarse y

utilizarse para inocular el sustrato de la siguiente fermentación. En caso de

emplear materiales amiláceos o una mezcla con cereales enteros, no es

posible recuperar la levadura de la mezcla de fermentación y debe

procesarse toda la mezcla; el subproducto resultante se utiliza en la

alimentación animal y se comercializa como granos de destilería

deshidratados, en lugar de gluten de maíz.

Imagen Nº 04.17: Procesos generales para la producción de Bioetanol

- 60 -

La fermentación clásica se desarrolla en tres fases. Durante las

primeras 12 a 24 h, las células de levadura se multiplican rápidamente en

condiciones aerobias consumiendo el oxígeno presente en la mezcla. En la

fase intermedia (12 a 48 h) ocurre la formación principal de alcohol con la

post-sacarificación de los oligosacáridos, mientras que la multiplicación de

las levaduras decae, acompañada de la liberación de calor que se manifiesta

por un aumento de la Tº hasta los 40 ºC. Finalmente, se produce un

descenso asintónico de la formación de etanol, acompañado de un

crecimiento insignificante de las levaduras en la fase final (48 a 72 h). El

etanol mezclado con el CO2 procedente de la fermentación se recupera

mediante un proceso de lavado. El tiempo de fermentación puede acortarse a

36 a 48 h utilizando una Tº más elevada y aumentando la siembra de

levaduras. Como se considera imposible conseguir unas condiciones

asépticas mediante la completa esterilización de un volumen tan alto de

mezcla de fermentación, normalmente la fermentación en discontinuo se

realiza sin alcanzar la esterilización completa del medio ni del equipo. En

ocasiones, ocurre alguna contaminación por bacterias ácido-lácticas,

reduciendo el rendimiento en etanol hasta un 20%. Esta contaminación es

más frecuente cuando se utiliza una tolva de sedimentación, ya que se

acumulan los microorganismos contaminantes y terminan por aclimatarse a

las condiciones de fermentación.

Recientemente se ha desarrollado un proceso continuo en el que la

mezcla sustrato entra en el fermentador a la misma velocidad que la salida

de la mezcla ya fermentada, y en la que parte de la levadura de la cosecha

Imagen Nº 04. 18: Esquema de un proceso de fermentación continuo

Materias primas

(melazas, jugo de azúcar, almidón, celulosa, etc.)

Licuefacción

Fermentación

Destilación

Deshidratación

Concentración de residuos

Vapor Amilasas (p. ej. Almidón)

Glucoamilasa

CO2

CO2

+

Biomasa

Etanol al 96%

Destilación azeotrópica

Etanol absoluto

Piensos, combustibles, abonos

- 61 -

se recupera y vuelve al tanque. Este método es más rápido (8 a 18 h)

dependiendo de la Tº y del contenido de azúcares de la mezcla, porque el

cultivo de levadura está continuamente en un estado fisiológico activo, y

además porque se puede mantener un control más estricto de la Tº y del pH.

Existen tres tipos de procesos continuos: el reactor continuo agitado

convencional (CSTR), el CSTR acoplado a un reciclador de células, y el

reactor de células inmovilizadas. Los dos últimos suponen mejoras sobre el

sistema CSTR convencional porque el empleo de altas densidades celulares

aceleran la fermentación (Byong, 2000).

Los países pioneros es estos rubros son Brasil y Estados Unidos. El

etanol puede usarse solo o mezclado con gasolina, dependiendo de su

pureza; así, cuando está puro (99,5%), se puede mezclar, sin apenas

modificaciones en el motor; si impuro (95 – 96%), se utiliza en solitario, si

bien es preciso realizar modificaciones de cierta importancia.

Ahora, para empezar a usarlo en gran escala sería necesario que se

diera una rara combinación de altos precios del petróleo a la vez que una

caída de los precios de la materia prima empleada para la obtención del

bioalcohol. Por otra parte parece evidente que ésta utilización de etanol a

gran escala iría en perjuicio de los suelos, ya que la expansión de estos

cultivos provocaría un aumento de la erosión en general. Por éste y otros

motivos, al principio, se pensaba que el etanol proveniente del suelo a través

de los cultivos llegaría a utilizarse sólo como un aditivo, y no como un

combustible. Por ejemplo, en Estados Unidos, la caña de azúcar y el sorgo,

representan un potencial bastante escaso, de modo que las posibles fuentes

de etanol tendrían que ser principalmente el almidón de los cereales o de

otros cultivos como la papa.

En todo caso, la realidad es que cualquier pasa dado en el sentido de

ahorrar petróleo a base de mezclar sus derivados con otro tipo de

combustible como los alcoholes, requiere subsidios para ser

económicamente rentable.

- 62 -

4.2.1 Bioetanol a partir de Maíz:

El maíz (Zea mays) es la materia prima de mayor uso en los

Estados Unidos, ya que se destinan 35 millones de toneladas de este

cereal para la producción de etanol. Desde hace 20 años se utiliza este

combustible en una mezcla del 10% (E10), en promedio, con las naftas.

4.2.1.1 Acondicionamiento de la materia prima:

Para el proceso de preparación de la materia prima y la

obtención de los azúcares que contienen, en el maíz y otros

cereales, se utiliza principalmente dos tecnologías: Wet milling y

Dry milling.

a) Proceso de molido húmedo (Wet milling processes):

Se aplica normalmente en plantas con grandes

producciones de etanol y es utilizada por aproximadamente dos

tercios de los productores de EE. UU. Este sistema es elegido

cuando se quieren obtener otros productos como el sirope,

fructosa, dextrosa, etc., además de la producción de alcohol. Es

un proceso complejo, dado el elevado número de pasos a seguir

en el pretratamiento del maíz y su separación en sus diferentes

componentes. En este proceso el maíz es “escaldado” en agua

caliente, lo que ayuda a romper las proteínas, liberar el almidón

presente en el maíz y ablandar el grano para el proceso de

molido. El maíz es molido para obtener el germen, la fibra y la

fécula. Con el germen se obtienen aceite y la fécula se centrifuga

y sacarifica para producir una pasta de gluten húmeda.

Imagen Nº 04. 19: Diferenciación de procesos de producción de Bioetanol

- 63 -

El proceso comienza con el secado de los granos,

posteriormente se inspeccionan automáticamente y se limpian de

piedras, trozos de caña o paja y cualquier otra impureza. El maíz

se remoja en grandes tanques en una solución que contiene

pequeñas cantidades de dióxido de azufre y ácido láctico. Estos

dos productos químicos, en agua a una temperatura de unos 50

ºC, ayudan a ablandar los granos, en un proceso que puede

durar entre uno y dos días. Durante este tiempo el maíz se

hincha, luego se ablanda y debido a las condiciones ligeramente

ácidas de la disolución se libera el almidón. La siguiente parte del

proceso es pasarlo a través de un separador que, principalmente,

hace que el germen de los granos flote en la parte superior de la

mezcla y sea posible recogerlos fácilmente (debido al contenido

de aceite de estos). A partir de ahí primero se obtiene la parte

fibrosa y posteriormente se separa el almidón de las proteínas

por un proceso de centrifugación.

b) Proceso de molido seco (Dry milling process):

Este proceso consiste en limpiar y moler los granos de

cereal hasta reducirlos a finas partículas por un sistema

mecánico. Se produce una harina con el germen, la fibra y la

fécula del maíz. Para producir una solución „azucarada‟ la harina

es hidrolizada o convertida en sacarosa usando enzimas o una

disolución ácida. La mezcla es enfriada y se le añade la levadura

para que comience a fermentar.

Imagen Nº 04.20: Proceso de molido húmedo

- 64 -

n C12H22O11

(maltosa)

α - amilasa

2n C6H10O5 + n H2O

(almidón)

2 C6H12O6

(glucosa)

glucoamilasa

C12H22O11 + H2O

(maltosa)

2 C6H12O6

(glucosa)

glucoamilasa C12H22O11 + H2O

(sacarosa)

2 C6H12O6

(fructosa)

+

De la masa resultante, una vez obtenido el alcohol, se

obtiene un subproducto (DDGS, en inglés Dried Destiller Grains

of Solubles, granos secos, solubles, de destilería, que se

distribuyen en forma de pellets) que se puede utilizar como

alimentación para ganado. Esta tecnología es usada en plantas

de pequeño y medio tamaño.

4.2.1.2 Conversión enzimática del almidón el azúcar:

Es otra manera de tratar la materia prima antes de pasar a

la fermentación. Lo que se persigue con ese proceso es liberar

los monosacáridos contenidos en el almidón para optimizar la

fermentación.

- Hidrólisis enzimática del almidón en azúcar:

- Sacarificación:

Imagen Nº 04.21: Proceso de molido seco

- 65 -

Para la hidrólisis del almidón se usan bacterias

termorresistentes porque el proceso se lleva a cabo a altas

temperaturas (99 – 110 ºC).

4.2.1.3 Fermentación:

La levadura se añade a la mezcla para convertir los

monosacáridos en etanol (8 – 12%) y CO2. Se añaden 450 g de

levadura por cada 1,000 L de mezcla. Del proceso, p = 48 a 72

bar y t = 29 – 35 ºC.

Para la producción de Bioetanol a partir de maíz se pueden

utilizar tres tipos de fermentación:

- La discontinua (o batch, que se caracteriza por ser un cultivo

cerrado que contiene una cantidad inicial de sustrato y el

producto deseado se recupera al final de la fermentación);

- La continua (en la que hay un equilibrio entre el volumen del

medio añadido y el que fluye transformado por la acción

microbiana, por lo que el volumen en el reactor se mantiene

constante) y

- Por medios enzimáticos.

De cada 100 g de almidón se pueden obtener teóricamente

111 g. de glucosa, lo que implica una relación estequiométrica de

9:10. Entonces, a través de la fermentación alcohólica podemos

obtener 0,40 L de etanol/Kg de maíz. La relación energía

entregada/Energía utilizada = 1,22.

En la industria se puede observar que con 626 Kg de

almidón contenidos en una tonelada de maíz se pueden producir

100 litros de Bioetanol, 333 Kg de granos de destilería con 10%

de humedad y 285 Kg de CO2.

4.2.1.4 Destilación:

Terminado el proceso de fermentación, hay que separar el

etanol producido del agua acompañante en el biorreactor, para

esto se recurre a la destilación. Existen tres métodos de

destilación utilizados para separar el etanol de maíz formado: por

agotamiento, por purificación y por rectificación.

Después de esto se tiene un etanol que puede ser utilizado

para cualquier proceso de los antes mencionados, este presenta

una pureza del 95 a 96%, siendo lo demás agua. Por procesos

químicos, se puede obtener un etanol anhidro, o sea, que una

cantidad mínima de agua (etanol al 99,5%), este puede utilizarse

- 66 -

puro y sin cambios en casi cualquier motor de combustión

interna.

4.2.1.5 Contexto internacional del Bioetanol de maíz:

- En el ámbito mundial, es el principal grano forrajero.

- Estados Unidos es el mayor productor de Bioetanol a partir de

maíz, ya que para el 2006 produjo aprox. 4. 855 millones de

galones de este producto.

- Este país produjo en el año 2005 un poco más de 300

millones de toneladas de maíz, de las cuales dedicaron a la

producción de Bioetanol, aprox. 39 millones de toneladas.

- Además tiene 74 plantas que producen Bioetanol de maíz y

existen otras 15 en construcción.

- En Europa, Japón y China se consumen 4500 millones de litro

de etanol.

- En el viejo continente planean utilizar en 2010 un 5,75% de

este combustible mezclado con nafta.

- Se espera que para el 2012, aprox. 70 millones de toneladas

de maíz sean necesarias para producir 28 mil millones de

litros de Bioetanol.

4.2.2 Bioetanol a partir de Yuca:

La yuca (Manihot esculenta), conocida también como mandioca

o tapioca, es en estos días una materia prima interesante para la

Imagen Nº 04.22: Proceso general de producción de Bioetanol a partir de Maíz

- 67 -

producción de Bioetanol, sobre todo en los países en vías de

desarrollo, ya que es un cultivo prácticamente exclusivo de este tipo

de países.

Nigeria es el precursor de la producción mundial de etanol de

yuca en el mundo, pero su producción no alcanza niveles industriales

competentes, aunque produce 39 millones TM de yuca, su meta es

usar la mayor parte de ésta como materia prima para etanol.

Para su producción se sigue el sgte. esquema:

Existen algunos puntos por mejorar en la producción de

Bioetanol a base de esta materia prima, p. ej., hasta el momento no se

ha podido resolver satisfactoriamente el tratamiento de aguas

residuales producidas por las plantas de etanol de yuca.

Actualmente la producción que se obtiene es de 0,53 L etanol/Kg

de yuca, teniendo una relación de energía entregada/energía utilizada

igual a 1,17. Los rendimientos potenciales se estiman de 20 a 30

toneladas por ha., con un contenido de almidón de hasta 35%, de

modo que al considerar la eficiencia de fabricación agroindustrial en

un 70%, se puede producir hasta 4,630 L de Bioetanol por ha.

Imagen Nº 04.23: Acondicionamiento de la materia prima Imagen Nº 04.24: Proceso general de producción

- 68 -

4.2.3 Bioetanol a partir de Remolacha:

La remolacha azucarera (Beta vulgaris) es una planta bianual

que durante el primer ciclo de su desarrollo produce una raíz con alto

contenido de sacarosa (16 a 18% en peso) dependiendo de la

variedad (ciclo de 6 a 7 meses a partir de la siembra) y en el segundo

ciclo desarrolla un tallo floral, yemas, flores y semillas.

La materia seca de la remolacha, es casi tan rica como la de los

cereales, ya que en base seca, el 77% del peso de la raíz, está

representado por azúcares fermentables, casi exclusivamente por

sacarosa. El análisis típico del jugo difusor (equivalente al jugo

mezclado de la caña) nos muestra en base seca, un contenido del

87,75% de sacarosa más 1,03% de azúcares invertidos. Además, de

una tonelada de raíz, como co-producto de la fabricación de Bioetanol,

se producen: 472 Kg de pulpa húmeda (que al secarse puede

utilizarse como alimento para el ganado), 17 Kg de pectina y 2,9 Kg de

lignina.

En Europa la remolacha, junto con el trigo, representan las

materias primas principales para la producción de Bioetanol. Francia

es uno de los países que más ha desarrollado tecnología para obtener

Bioetanol de remolacha, después de establecido el Protocolo de

Kyoto. Tienen sistemas para producir en la misma planta, etanol de

remolacha durante otoño y de trigo el resto del año y próximamente se

pondrá en marcha en Francia una planta de 2,6 millones de hectolitros

(Hl.) de Bioetanol y otra de 3 millones de Hl.

Al producir etanol por fermentación se obtienen 0,2 L etanol/Kg

de remolacha, siendo la relación energía entregada/energía utilizada

igual a 2,92. Además presenta una producción media de 55 T/ha, lo

que equivale a unos 50 Hl./ha, pero con la desventaja de la

disponibilidad de sólo 60 días al año.

4.2.4 Bioetanol a partir de Sorgo dulce:

El sorgo dulce (Sorghum bicolor) es una planta bianual C4, un

pasto de origen tropical, con un alto potencial para la producción de

biomasa, debido a su eficiencia fotosintética. El grano de sorgo es rico

en almidón y es uno de los cultivos óptimos para otras aplicaciones

industriales.

En el mundo se cultiva principalmente en áreas donde la falta de

lluvias y la temperatura son adversas para otros cultivos como el maíz.

De este grano se pueden obtener producciones rentables, ya que se

pueden obtener hasta 30 TM de materia seca por ha. y en tal virtud,

también hasta 13,000 L de Bioetanol por ha. (130 L por tonelada de

- 69 -

sorgo) aprovechando las 13 toneladas de azúcar de sus jugos y las 10

toneladas de sus tallos y follajes.

El jugo azucarado que se obtiene de la planta se fermenta en un

tanque hasta convertirse en alcohol de bajo grado, que contiene

demasiada agua para poder usarse como combustible. La mayor parte

del agua se elimina en columnas de destilación. La última parte es

más costosa.

En la India operan plantas de tamaño comercial produciendo

alcohol carburante de esta planta leguminosa.

Se obtienen 0,14 L de etanol/Kg de sorgo dulce, siendo la

relación energía entregada/energía utilizada igual a 2,14.

4.2.5 Bioetanol a partir de Caña de Azúcar:

La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es actualmente una

de las materias primas más utilizadas para la producción de Bioetanol,

es sembrada en países de clima cálido, siendo el Brasil el principal

productor, ya que produce alrededor de 315 millones de TM y siendo

por ende el mayor productor de Bioetanol en base a caña ya que usa

2/3 partes de sus producción para este fin. Además cuenta con cerca

de 300 destilerías y más de 225 ingenios.

Para la producción de Bioetanol a base de caña se puede utilizar

el jugo azucarado (para la cual la caña es “molida” para extraer dicho

jugo) y también se puede usar los residuos de la industria azucarera

(las melazas).

4.2.5.1 Producción a partir de Jugos Azucarados:

Para la producción de Bioetanol a partir de jugos

azucarados de caña se realiza el siguiente procedimiento:

CACAÑÑA DE AZA DE AZÚÚCARCAR

LIMPIEZA, CORTADOLIMPIEZA, CORTADO

DESMENUZADODESMENUZADO

TRAPICHESTRAPICHES

ADICIADICIÓÓN INVERTASAN INVERTASA

FERMENTACIFERMENTACIÓÓNN

BAGAZOBAGAZO

FERMENTACIÓN

DISCONTINUODISCONTINUO

CONTINUOCONTINUO

DESTILACIÓN

ENZIMENZIMÁÁTICASTICAS

AGOTAMIENTOAGOTAMIENTO

PURIFICACIPURIFICACIÓÓNN

RECTIFICACIRECTIFICACIÓÓNN

DESHIDRATACIDESHIDRATACIÓÓNN

ALMACENAMIENTOALMACENAMIENTO

ETBE, MEZCLA DIRECTAETBE, MEZCLA DIRECTA

INTERMEDIOINTERMEDIO

Imagen Nº 04.25: Proceso general de producción de Etanol a partir de caña de azúcar

- 70 -

Se obtienen 0,085 L de etanol/Kg de azúcar, entonces,

siendo el rendimiento agrícola de 120 TM/h, el rendimiento en

alcohol será 84,4 L etanol/TM ó 10 140 L etanol/ha.

4.2.5.2 Producción a partir Melazas:

Las melazas de caña constituyen la fuente principal del

Bioetanol producido de manera industrial. Esta materia,

proveniente de industria azucarera, es el jarabe residual del jugo

concentrado de la caña, una vez separados los cristales de

azúcar. Suelen contener del 48 – 55% de azúcares,

especialmente sacarosa. También se han empleado melazas

para la fabricación de Bioetanol. Estas melazas concentradas no

son más que jugo de caña después de evaporar una parte del

agua y, por tanto, contiene todo el azúcar, auque una gran parte

se haya invertido como resultado de una hidrólisis ácida. Su

contenido en azúcar puede ser en ocasiones hasta del 78%.

- Concentración de azúcar: Para la producción de Bioetanol,

suele ser satisfactoria una concentración del 10 al 18%.

Aunque a veces se emplean concentraciones demasiado

altas, estas actúan adversamente sobre la levadura, pues el

alcohol producido puede inhibir su acción y, en consecuencia,

se prolonga el tiempo de fermentación y puede no

transformarse parte del azúcar. Por otra parte el empleo de

concentraciones demasiado bajas no resulta económico, ya

que origina una pérdida del espacio de fermentación y un

aumento de los gastos de obtención de la misma cantidad de

alcohol en la destilación posterior. El valor más corriente para

la fermentación es de 12%.

- Sustancias nutritivas: Aunque las melazas contienen

generalmente la mayor parte de las sustancias nutritivas

necesarias para la fermentación, para suplir la posible

deficiencia de fósforo o nitrógeno puede añadirse fosfatos o

sulfato amónico.

- pH del mosto: La fermentación continúa satisfactoriamente

cuando el pH del mosto ha sido ajustado entre 4 y 4,5. Este

pH favorece a la levadura y es lo suficientemente bajo para

inhibir el desarrollo de muchos tipos de bacterias.

Comúnmente se inocula la mayor parte del mosto con un

iniciador que representa del 4 – 6% de su volumen, aunque

en ciertas circunstancias puede oscilar del 2 – 25%.

- Tensión del oxígeno: Aunque la reacción fermentativa no

requiere oxígeno, en los primeros momentos es necesaria

- 71 -

una gran parte de este gas para la producción de las células

de levadura en condiciones óptimas. Durante la fermentación

se desprende CO2 y se establecen pronto las condiciones

anaerobias.

- Temperatura: Se inocula el mosto a una Tº de 15 a 25 ºC,

generalmente de 20 a 25 ºC, dependiendo de cierto modo de

la temperatura exterior. Durante la fermentación aumenta la

Tº del mosto. El empleo de serpentines de refrigeración o bien

de chorros de agua sobre las paredes exteriores del depósito

ayuda a mantener una Tº adecuada. A una Tº de 30 ºC el

alcohol se evapora rápidamente y aumenta el desarrollo

bacteriano.

- Tiempo requerido para la fermentación: La fermentación es

comúnmente completada sobre las 50 h o menos,

dependiendo de la Tº, concentración de azúcar y otros

factores.

- Destilación: Se utiliza la destilación por agotamiento

(separación de los sólidos del mosto, corrientemente llamada

vinazas y obtención de una corriente más concentrada de

etanol), purificación (separación de las impurezas más

volátiles, corriente conocida como “cabezas”) o rectificación

(separación de una parte del agua para enriquecer el etanol

hasta un 90% en peso).

- Rendimiento: La producción de etanol a partir de las melazas

de caña suelen alcanzar un 90% del valor teórico, referido al

contenido en azúcares fermentables.

- Tratamiento final: El alcohol etílico de 95% en volumen puede

ser nuevamente purificado, deshidratado o desnaturalizado.

Así se tienen en el mercado alcohol etílico de 95% con

desnaturalizante o sin él; alcohol de 96% químicamente puro,

alcohol absoluto USP y alcohol etílico anhidro

desnaturalizado.

4.2.6 Bioetanol a partir de Suero de Leche:

Un método adecuado para la producción de etanol a partir de

suero de leche fue desarrollado en 1941 por Browne y por Rogosa y

colbs. en 1947.

El proceso consiste en calentar el suero a ebullición, ajustando el

pH a 5,0; separar las proteínas por filtración, enfriar el líquido claro a

34 ºC, añadir 1,0 Kg de Candida pseudotropicalis por 1,000 L de suero

- 72 -

y efectuar la fermentación a 33 – 34 ºC durante 48 a 72 h, separando

al final la levadura y destilando el alcohol.

La cantidad máxima de levadura requerida para el sembrado fue

de 2% del peso de lactosa presente en el suero antes de la

fermentación.

Los rendimientos de etanol obtenidos fueron por término medio

del 91,73% en escala de laboratorio y más bajos, del orden del 84%

en condiciones semiindustriales.

Subproductos de esta fermentación son las proteínas del suero y

los líquidos residuales que se pueden desecar una vez se ha destilado

el alcohol en solución ácida.

4.2.7 Bioetanol a partir de cultivos celulósicos y lignocelulósicos:

Los residuos celulósicos y lignocelulósicos producidos por las

industrias agrícolas, madereras, papeleras y hasta los RSU (Residuos

Sólidos Urbanos) de origen vegetal, son potenciales fuentes de

materia prima para la producción de Bioetanol. Entre sus cualidades

está que son polímeros de glucosa, lo que quiere decir que si se logra

disgregar o convertir a sus materiales primarios, sería una excelente

fuente de azúcar para la fermentación alcohólica, además, estos son

compuestos baratos y relativamente fáciles de conseguir, como el

papel de desecho, desechos agrícolas (hojas, tallos, paja, bagazo),

residuos madereros (virutas, aserrín). Como desventaja presenta que,

como son compuestos complejos, de manera natural no se cuenta con

un microorganismo de uso industrial que pueda degradar de manera

directa la celulosa glucosa y luego a etanol, por lo que se hace

necesarios la intervención humana, a través de la hidrólisis ácida y

otros procesos químicos que hagan accesible para el microorganismo

los azúcares simples presentes dentro de la celulosa; este proceso

genera un encarecimiento en la producción.

- Acondicionamiento de la materia prima:

Las celulosas no pueden ser fermentadas directamente, es

necesario convertirla en azúcares más sencillos para su

conversión en alcohol. La hidrólisis es un proceso químico que

divide la molécula de celulosa por la acción de la molécula de

agua. Las complejas estructuras de la celulosa (celulosa,

hemicelulosa y lignina) son divididas en diferentes procesos para

conseguir una solución azucarada, y eliminar productos de

descomposición de los azucares que pueden inhibir o, al menos,

dificultar el proceso de fermentación. Principalmente se realizan

- 73 -

procesos de hidrólisis de ácidos concentrados y bajas

temperaturas, de ácidos diluidos y altas temperaturas y

enzimáticos.

Hidrólisis con ácidos concentrados

En este proceso se añade entre 70 - 77% de ácido

sulfúrico a la biomasa, que ha sido secada previamente hasta

obtener una humedad menor del 10%. La proporción de ácido

es de 1:25 por cada parte de biomasa y se mantiene a una

temperatura controlada de 50 ºC. Entonces se añade agua,

para diluir el ácido a un 20-30% de la mezcla, aumentando su

temperatura hasta los 100 ºC. El gel producido en este

proceso es prensado para obtener la mezcla de ácido y

azúcar, que finalmente son separados. Este es un proceso del

que se obtiene rendimientos muy elevados pero a un coste

igualmente muy elevado, por lo que industrialmente no se

realiza.

Hidrólisis con ácidos diluidos.

Es uno de los procesos de hidrólisis más antiguos,

simples y eficientes para la producción del alcohol. El primer

paso es mezclar una proporción de 0,7% de ácido sulfúrico

con la hemicelulosa presente en la biomasa, para que se

hidrolice a 190 ºC. La segunda parte consiste en optimizar el

rendimiento de la reacción con la parte de la celulosa más

resistente, para ello se usa un 0,4% de ácido sulfúrico a 215

ºC. Finalmente los líquidos hidrolizados son neutralizados y

recuperados, normalmente mediante percolación.

Hidrólisis enzimática

Consiste en “romper” (hidrolizar) la celulosa por la

adición de determinadas enzimas. La celulosa es degradada

por las celulasas a azúcares, que pueden ser fermentados por

levaduras o bacterias para producir etanol.

En síntesis, el proceso consiste en descomponer la celulosa

y la hemicelulosa del residuo en azúcares sencillos y

transformarlos en etanol por fermentación. En primer lugar se

lleva a cabo un pretratamiento del residuo cuyo objetivo es

alcanzar los mejores resultados en las etapas siguientes

(hidrólisis y fermentación). Desde el punto de vista económico,

- 74 -

esta etapa es crítica, puesto que gran parte del coste total del

proceso estaría en esta primera etapa.

Como resultado del pretratamiento se obtiene una

disolución de azúcares provenientes de la ruptura de la

hemicelulosa y un residuo sólido (constituido principalmente por

la celulosa del residuo original).

La hidrólisis enzimática presenta ventajas frente a la

hidrólisis química, como menores costes de equipamiento

(debido a que se realiza a presión atmosférica y a temperatura

próxima a la ambiental), mayores rendimientos y no necesita

utilizar agentes químicos.

- Fermentación y obtención del producto (destilación):

Estos dos procesos son similares a los descritos

anteriormente. Esto demuestra que el punto crítico en la

producción de Bioetanol a partir de compuestos celulósicos es el

tratamiento primario, cabe decir, la liberación de los azúcares

contenidos en la celulosa, para poder ser fermentados por los

microorganismos comúnmente utilizados.

El proceso general que se sigue para la producción de

bioetanol a partir de compuestos celulósicos y lignocelulósicos es

el sgte.:

MATERIA CELULMATERIA CELULÓÓSICASICA MATERIA LIGNOCELULMATERIA LIGNOCELULÓÓSICASICA

PREHIDRPREHIDRÓÓLISIS LISIS ÁÁCIDACIDA

HIDRHIDRÓÓLISIS ENZIMLISIS ENZIMÁÁTICATICA

FERMENTACIFERMENTACIÓÓNN

DESTILACIDESTILACIÓÓNN

LigninaLignina

DESHIDRATACIDESHIDRATACIÓÓNN

FERMENTACIFERMENTACIÓÓNN

ALMACENAMIENTOALMACENAMIENTOBIOETANOLBIOETANOL

Imagen Nº 04.26: Flujograma de producción de Bioetanol a partir de residuos celulósicos y lignocelulósicos

- 75 -

4.3 Perspectivas futuras en la producción de Bioetanol:

En lo referente a la producción de Bioetanol de manera industrial, los

mayores esfuerzos de la Ingeniería Genética se han enfocado en la

ampliación de las capacidades de los microorganismos involucrados en la

utilización de sustratos más baratos y disponibles.

Con respecto a S. cerevisiae, se han obtenido cepas modificadas para

la producción de etanol a partir de lactosa, xilosa y almidón.

La obtención de cepas capaces de fermentar la lactosa permitirán la

utilización del suero de leche para la producción eficiente de alcohol; ya que

existen plantas productoras de etanol a partir de él mediante el empleo de

levaduras del género Kluyveromyces, no obstante los rendimientos en estos

casos son menores dada la baja tolerancia al alcohol de estas especies.

También se ha clonado en S. cerevisiae el gene de la β-galactosidasa

(enzima que hidroliza intracelularmente la lactosa en sus monosacáridos

galactosa y glucosa) en Escherichia coli, en este caso sin una permeasa que

permita la introducción del sustrato.

La xilosa es también un material abundante que puede ser un sustrato

conveniente para la producción de etanol; sin embargo, son muy pocas las

levaduras capaces de fermentarlas. La reacción clave en la asimilación de

esta pentosa es su transformación a xilulosa; esto se lleva a cabo en las

levaduras capaces de asimilar este azúcar, como Pachysolen tannophilus, a

través de la formación de xilitol como intermediario en una reacción

catalizada por dos enzimas que requieren cofactores. La transformación de

xilosa a xilulosa en bacterias ocurre en un solo paso catalizado por la enzima

xilosa isomerasa. Los genes de E. coli y Bacillus subtilis que codifican para la

xilosa isomerasa han sido clonados e insertados en levaduras de las

especies S. cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe. En el 2009,

científicos alemanes obtuvieron levaduras genéticamente modificadas

Producción general de Bioetanol a partir de residuos celulósicos y lignocelulósicos.

- 76 -

capaces de convertir xilosa en etanol. Este desarrollo es fundamental para la

producción de biocombustibles a partir de materiales celulósicos. Para la

producción de etanol, la biomasa vegetal debe primero ser pretratada para

formar una mezcla de azúcares simples (monosacáridos). El grupo del

Instituto de Biociencias Moleculares de la Universidad de Frankfurt logró

incorporar en la levadura el gen de la enzima xilosa isomerasa de la bacteria

Clostridium phytofermentans en S. cerevisiae. Fabricando esta enzima, ahora

la levadura puede aprovechar también la xilosa, mejorando el rendimiento del

proceso de producción de etanol a partir de fuentes celulósicas. El trabajo fue

publicado en la revista Applied and Environmental Microbiology (Argenbio,

2009).

Probablemente el mayor esfuerzo se ha enfocado a la producción de

etanol a partir de almidón con S. cerevisiae. Existen levaduras amilolíticas

naturales como Saccharomycopsis diastalicus (que actualmente se considera

una variante de S. cerevisiae), S. fibuligera y Schwanniomyces sp.; pero, la

primera produce glucoamilasa que sólo es capaz de hidrolizar los enlaces α-

1,4 del almidón y, por tanto, realizar una degradación limitada del

polisacárido, mientras que las últimas son poco tolerantes al etanol y por ello

poco eficientes en su producción. Las amilasas de diferentes fuentes se han

clonado en diversas cepas de S. cerevisiae; éstas incluyen α-amilasas de

trigo, de cebada, de ratón y de S. fibuligera, y glucoamilasas de S. fibuligera,

S. diastaticus y hongos del género Aspergillus.

Z. mobilis, también esta siendo modificada para mejor su rango de

azúcares fermentables. Con el fin de producir etanol a partir de lactosa

presente en suero de leche, los genes de β-galactosidasa y permeasa de E.

coli han sido clonados, a través de vectores adecuados, a cepas de Z.

mobilis. También se ha tratado de introducir plásmidos con el operón Lac de

E. coli para la utilización Z. mobilis, aunque son resultados modestos.

También se ha explorado la posibilidad de que Z. mobilis produzca etanol a

partir de xilosa, clonando los genes de Xanthomonas necesarios para el

catabolismo de esta pentosa (García et. al. 1993).

Los biocombustibles transgénicos fueron el tema estrella en la revista

científica Nature Reviews Genetics (Volumen IX de junio de 2008). En un

interesante artículo, se planteaban las posibilidades de la ingeniería genética

en plantas para la producción de Biocombustibles, en particular para la

producción de etanol a partir de cultivo de plantas lignocelulósicas. En última

instancia lo que se necesita para la producción de etanol son azúcares, y el

artículo planteaba la posibilidad real de utilizar la manipulación genética para

obtener variedades vegetales con una mayor cantidad de polisacáridos

(azúcares) y características que permitan una mejor rotura de la lignina,

celulosa y hemicelulosa de las plantas para acabar produciendo el etanol. En

el artículo se plantea que el futuro de la producción de etanol está en el

- 77 -

material celulósico complementado con el etanol a partir de grano, pero hay

varios inconvenientes, entre ellos:

- La producción de celulasas (enzimas que sean capaces de romper la

celulosa para utilizarla) se lleva a cabo en caros biorreactores

microbiológicos

- Los costes del pretratamiento del material lignocelulósico para eliminar

la lignina (primera capa de protección vegetal) y poder acceder a la

celulosa interior (Biocarburante, 2008).

E. coli, conocida habitante de nuestro tracto digestivo, también podría

servir para obtener nuevos biocombustibles. Un grupo de investigadores de

la Universidad de California en Los Ángeles encontraron la manera de

modificar genéticamente a cepas no patógenas de E. coli para que puedan

producir nuevas versiones de alcoholes combustibles. Los compuestos que

producen estas bacterias son alcoholes de cadena más larga que el etanol,

de modo de hacerlos más eficientes para la generación de energía. Cuantos

más átomos de carbono tiene la molécula de alcohol, más eficiente es como

combustible, contiene un mayor índice de octano y es más fácil de separarlo

del agua. Mientras el etanol tiene sólo dos átomos de carbono, el alcohol

producido por estas bacterias E. coli recombinantes tienen hasta ocho. Los

investigadores que desarrollaron estas bacterias, muestran como resultado

que es posible producir alcoholes no tan comunes en bacterias, usando la

ingeniería genética (Argenbio, 2009).

Como se ve, el futuro en la producción del Bioetanol es promisorio y

muy interesante y en los próximos años los avances en la Ingeniería

Genética y Biotecnología de seguro darán como resultado una producción

fermentativa con materiales más baratos y microorganismos más eficientes.

- 78 -

5. CONCLUSIONES:

- Los Biocombustibles no son buenos o malos por sí mismos, sino, básicamente

va a depender de cómo se lleven a cabo las políticas y regulaciones dadas para

poder ver si son favorables o desfavorables.

- El Bioetanol no podrá sustituir totalmente a los combustibles fósiles, pero sí

complementarlos en forma de mezclas con el fin de reducir la dependencia

respecto del petróleo.

- Los principales objetivos de la producción de Bioetanol son: preparar mezclas

con gasolina (E5, E10, E85) y aditivos como el ETBE (que reemplacen a los

MTBE).

- De todas las materias primas utilizadas actualmente para producir Bioetanol, la

caña de azúcar es la que tiene el rendimiento más bajo por tonelada, pero tiene

un alto rendimiento agrícola.

- La energía requerida para obtener maíz en el proceso agrícola es 11 veces

mayor que la necesaria para cultivar la caña y producir etanol de su jugo.

- La yuca, el sorgo dulce y la remolacha tienen un alto rendimiento de alcohol por

hectárea, pero su producción agrícola es muy baja para el propósito industrial.

- La materia prima más prometedora es la de emplearía materiales celulósico y

lignocelulósicos, ya que son materias primas baratas y relativamente fáciles de

conseguir, además que no competiría con los terrenos para cultivo alimentario,

ya que la mayoría son materiales de desecho agrícola o industrial; el reto está

en desarrollar tecnologías que abaraten los procesos de extracción de azúcares

presentes en estos compuestos o de desarrollar microorganismos modificados

que puedan metabolizarlos directamente.

- Otros materiales que podrían ser competitivas en un futuro cercano serian los

desechos industriales tales como las melazas (de la industria azucarera) y los

sueros de leche (de las industrias lácteas); esto siempre y cuando se logren

mejorar algunos aspectos claves en su producción.

- Todas las materias primas generan coproductos de un significativo valor

agregado, que pueden ser destinados con éxito para la alimentación del ganado,

por su contenido energético.

- El microorganismo con mayor capacidad para producir etanol es Z. mobilis. Con

ayuda de la Ingeniería Genética, se podrá lograr en esta bacteria, una mayor

gama de fuentes de carbono fermentables.

- En el Perú, ante la falta de claridades en la información, la promoción de los

Biocombustibles se presenta apurada y desordenada, lo que representa un gran

riesgo para la seguridad alimentaria y el ambiente. Siendo este un problema

complejo, se debe promover la investigación y una toma de decisiones

transparente y que de cuenta de las distintas dimensiones e impactos que tiene

- 79 -

este tema, ya que la falta de coordinación, la escasez de criterios y el apuro por

su promoción configuran un escenario en que las decisiones no se toman de

acuerdo a evaluaciones integrales, sino de manera errática y basada en

objetivos de corto plazo sin pensar en el futuro.

- 80 -

6. RECOMENDACIONES:

- Incentivar el desarrollo de mayor investigación referente a la búsqueda de

nuevas materias primas, al mejoramiento y optimización de las ya existentes

- Desarrollar investigación referente al mejoramiento genético de los

microorganismos fermentadores utilizados actualmente, para lograr la

optimización de los procesos fermentativos; y buscar nuevos y mejores

microorganismos fermentadores.

- Buscar nuevas maneras de optimizar la producción de Bioetanol a partir de caña

de azúcar, ya que, al ser un cultivo de elevada producción por hectárea, se

presenta como una materia prima con un elevado potencial de utilización.

- Conciliar las desventajas que presenta la producción industrial del Bioetanol,

tanto en el aspecto alimentario como en el aspecto medioambiental, ya que lo

deseable es que una energía renovable y limpia dañe lo menos posible en su

proceso de producción.

- Promover el desarrollo de políticas y lineamientos que conduzcan a un mejor

aprovechamiento de los Biocombustibles de acuerdo a nuestra realidad

nacional.

- Promover el desarrollo de cultivos energéticos en el área rural, cuidando de que

estos cultivos no compitan de manera indiscriminada con los cultivos

alimentarios. La sierra podría ser una zona excelente para el desarrollo de

dichos cultivos, ya que generaría nuevas fuentes de trabajo y utilizaría zonas de

cultivo abandonadas o mal empleadas.

- Informar a la población sobre las ventajas y desventajas de la utilización de los

Biocombustibles. Esto ayudará a tomar conciencia y a dar mayor apoyo a su

desarrollo y utilización.

- Promover en la comunidad universitaria la investigación referente a la búsqueda

de nuevas energías renovables y otros temas relacionados.

- 81 -

7. REFERENCIAS:

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de 2009 en

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de 2009 en http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol_(combustible)

- 84 -

8. GLOSARIO:

- Aerobiosis: Presencia de oxígeno en un medio. Los microorganismos que crecen

en presencia de oxígeno se les llama “aerobios”.

- Agar LMDA: Agar Mutidiferencial de Lee (por sus siglas en inglés).

- Anaerobiosis: Ausencia de oxígeno en un medio. Los microorganismos que

crecen en ausencia de oxígeno se les llama “anaerobios”.

- Ascospora: Espora de origen endógeno que resulta de la cariogamia y meiosis

sucesivas, siempre está contenida dentro de un asco. Presenta forma, tamaño,

tabicación y coloración variables.

- ATP: Adenosín TriFosfato. Es una molécula que se utiliza como un portador de

energía muy útil, pues puede intervenir en la mayoría de los procesos celulares.

Se encuentra frecuentemente involucrado en la realización de procesos que

requieren su separación en varias fases (ADP, AMP) que ocurren en diferentes

lugares o a diferentes tiempos.

- Bagazo de caña: Residuo industrial procedente de la molienda de la caña de

azúcar, rico en compuesto celulósicos.

- Biocarburante: Carburante biológico empleado como combustible en los motores

de explosión y combustión interna.

- Biocombustible: Término con el cual se denomina a cualquier tipo de

combustible que derive de la biomasa, organismos recientemente vivos o sus

desechos metabólicos.

- Biodiesel: Biocarburante líquido producida a partir de los aceites vegetales, y

grasas animales.

- Bioetanol: Alcohol etílico o etanol, producto químico producido a partir de la

fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales

tales como cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa.

- Biomasa: abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en

un área determinada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo

específico. El término es utilizado con mayor frecuencia en las discusiones

relativas a la energía de biomasa, es decir, al combustible energético que se

obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos.

- Biorreactor: Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente

biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el

que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias

bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede

ser aeróbico o anaeróbico.

- 85 -

- Bosque primario: Bosque en su mayor parte inalterado por actividades humanas.

Bosque natural.

- Calentamiento global: Aumento de la temperatura de la tierra debido al uso de

combustibles fósiles y a otros procesos industriales que llevan a la acumulación

de gases de efecto invernadero.

- Canola: También conocida como colza, raps o nabicol (Brassica napus). Es una

planta de la familia de las Brassicaceae con flores de color amarillo brillante,

cultivada en todo el mundo para producir forraje, aceite vegetal para consumo

humano y Biodiesel.

- Carbón mineral: Sustancia fósil, dura, butinosa y térrea, de color oscuro o casi

negro, que resulta de la descomposición lenta de la materia leñosa, y arde con

menos facilidad, pero da más calor que el carbón vegetal.

- Catalasa: Es una enzima que se encuentra en organismos vivos y cataliza la

descomposición del peróxido de hidrógeno (H2O2) en oxígeno y agua.

- Celulosa: Polisacárido complejo, compuesto exclusivamente de glucosa, es

pues, un homopolisacárido (compuesto por un solo tipo de monosacárido). Es

rígido, insoluble en agua y contiene desde varios cientos hasta miles de

unidades de β-glucosa. Es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma

la mayor parte de la biomasa terrestre.

- Cepa: En microbiología y genética, una cepa es una variante genotípica de una

especie o, incluso, de un taxón inferior, usualmente propagada clonalmente,

debido al interés en la conservación de sus cualidades definitorias. Conjunto de

microorganismos que derivan de progenitores bien definidos, poseen una

dotación genética similar y conserva ciertas características que mantienen

durante varias generaciones.

- CO: Monóxido de carbono.

- CO2: Dióxido de carbono.

- Colonia: Grupo de individuos de la misma especie que viven en estado de

asociación. En micología, el término designa al conjunto de hifas que crecen a

partir de un solo punto y forman un talo redondeado o globoso.

- Conferencia de Kyoto: o Protocolo de Kyoto. Reunión, en diciembre de 1997, de

representantes de los países de la Convención Marco de las Naciones Unidas

sobre el cambio climático, creada en el seno de la Cumbre de la Tierra,

celebrada en Río de Janeiro en 1992. Establece que los países desarrollados

deben reducir sus emisiones de gases causantes del efecto invernadero en un

5,2% para el año 2012 respecto a las emisiones del año 1990. Sin embargo,

este protocolo debe de ser ratificado por al menos 55 países desarrollados

cuyas emisiones de gases de efecto invernadero sumen entre sí el 55% del total.

- CONVEAGRO: Convención Nacional del Agro Peruano.

- 86 -

- Diploide: Son las células que tienen un número doble de cromosomas (2n), a

diferencia de un gameto, es decir, poseen dos series de cromosomas.

- Efecto invernadero: Término que se aplica al papel que desempeña la atmósfera

en el calentamiento de la superficie terrestre. Elevación de la temperatura de la

atmósfera próxima a la corteza terrestre, por la dificultad de la disipación de la

radiación calorífica debido a la presencia de una capa de óxidos de carbono

procedentes de las combustiones industriales.

- Energía biológica: Se refiere a la energía renovable, también llamada energía

alternativa o blanda. Este término engloba a una serie de fuentes energéticas

que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo.

- Enzima: Es una sustancia proteínica que producen las células vivas y que actúa

como catalizador en los procesos del metabolismo. Es específica para cada

reacción o grupo de reacciones.

- ETBE: Etil terbutil éter, aditivo de la gasolina, que mejora el número de octano y

puede sustituir al MTBE.

- Fuentes renovables: Son fuentes biológicas productoras de materia prima y

energía que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo.

- Gas natural: Combustible procedente de las formaciones geológicas y

compuesto principalmente por metano (CH4). Inodoro en su estado natural,

proviene de la descomposición de compuestos orgánicos.

- Gases de efecto invernadero: Son gases contaminantes emitidos en gran

medida por la actividad industrial humana; entre estos gases tenemos el dióxido

de carbono, el monóxido de carbono, el metano, el óxido nitroso, los

clorofluorocarbonados (CFC) y el ozono. Estos gases están relacionados con el

calentamiento global.

- Gemación: Forma de reproducción asexuada de las levaduras (Ascomycotina).

En el proceso, el citoplasma de la célula madre empuja la membrana celular

hacia fuera para dar lugar a un brote o yema que luego se separará para dar una

célula hija.

- Haploide: Es aquella célula que contiene un solo juego de cromosomas o la

mitad (n = haploide) del número de cromosomas en células diploides (2n =

diploide).

- Hidrólisis: Es la descomposición de compuestos orgánicos por la interacción del

agua. Descomposición química de un compuesto por acción del agua en

productos más simples.

- Hidromiel: Es una bebida alcohólica fermentada a base de miel y agua.

- Hopanoides: Son compuestos pentacíclicos similares a los esteroles, cuya

función principal es mejorar la fluidez de la membrana plasmática en los

procariotas.

- 87 -

- Indol: Es un compuesto orgánico heterocíclico, con estructura bicíclica que

consiste en un anillo de seis miembros (benceno) unido a otro de cinco

miembros (pirrol). Es usado para identificación bioquímica de diversos

microorganismos.

- Invertasa: Enzima que cataliza la hidrólisis de la sacarosa a glucosa y fructosa,

frecuentemente a esta reacción se denomina “inversión”. La invertasa se puede

obtener de las propias células de levadura.

- Lignina: Es un péptido presente en las paredes celulares de organismos del

Reino Plantae y también en Dinophytas. Proviene del latín lignum, que significa

madera; así que las plantas que tienen gran cantidad de lignina se les denomina

leñosas. Es el polímero natural más complejo en relación a su estructura y

heterogeneidad.

- Melaza: Es un producto líquido espeso derivado de la caña de azúcar y en

menor medida de la remolacha azucarera, obtenido del residuo restante en las

cubas de extracción de los azúcares.

- Metabolismo: Es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que

ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base

de la vida a nivel molecular y permiten las diversas actividades de las células:

crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

- Metanol: Alcohol cuya molécula tiene un átomo de carbono. Es un líquido

incoloro, semejante en su olor y otras propiedades al alcohol etílico. Es tóxico.

- Mezcla azeotrópica: o azeótropo; es la mezcla de temperatura de ebullición de

máxima o de mínima.

- Mol: Unidad de sustancia empleada en el Sistema Internacional de Unidades,

definida como la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantos entes

elementales como átomos hay en 0,012 Kg del nucleído carbono-12, o como la

cantidad de una sustancia cuyo peso en gramos equivale a su número atómico.

- Mosto: En particular se lo conoce así al zumo o jugo obtenido del estrujado de la

uva, que será luego utilizado para el proceso de fermentación. En términos

generales sería cualquier jugo, zumo de frutas o cualquier otro elemento

extraído en estado acuoso que luego será usado para la fermentación y

producción de etanol.

- MTBE: Metil terbutil éter, aditivo de la gasolina, que mejora el número de octano.

Se obtiene a partir del petróleo.

- NADH: Es la Dinucleótido de Nicotinamida Adenina Reducida (por la presencia

del H+). Es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es

el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de

todas las células.

- 88 -

- Octanaje: También llamado número de octano. Es la capacidad antidetonante de

una gasolina; propiedad que asegura la estabilidad al encendido de la gasolina

hasta el momento en que salta la chispa. Una gasolina con un octanaje menor al

requerido por el motor, no soporta las condiciones de presión y temperatura de

la cámara, autoinflamándose antes de la aparición de la chispa de la bujía.

- OPEP: Organización de Países Exportadores de Petróleo, organización

internacional que se ocupa de coordinar las políticas relativas al petróleo

programadas por sus países miembros. Fundada en 1960, constituida por los

sgtes. países: Arabia Saudita, Argelia, Emiratos Árabes Unidos, Indonesia, Irak,

Irán, Kuwait, Libia, Nigeria, Qatar y Venezuela.

- Oxidasa: Es una enzima que cataliza una reacción de oxidación/reducción

envolviendo oxígeno molecular (O2) como aceptor de electrones. En estas

reacciones el oxígeno se reduce a agua o a peróxido de hidrógeno. Las

oxidasas son una subclase de las oxidorreductasas.

- Petróleo: Líquido oleoso bituminoso de origen natural compuestos por diferentes

sustancias. También recibe el nombre de petróleo crudo, crudo petrolífero o

simplemente “crudo”. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie

terrestre y se utiliza como combustible y materia prima para la industria química.

- Piñón: Arbusto del género Jatropha, oriunda del oeste de Sudamérica,

actualmente distribuida hasta México por el norte y Bolivia por el sur. Es un

arbusto perenne fácilmente de propagar mediante sus tallos maduros o sus

semillas. Sus tallos pueden ser utilizados para obtener pulpa para papel, de su

semillas se puede obtener un aceite de uso industria.

- Pulque: Es una bebida alcohólica que se fabrica a partir del jugo fermentado del

maguey, especialmente del maguey pulquero (Agave salmiana). Es una bebida

tradicional mexicana.

- Recombinante: Célula u organismo que resulta de la recombinación de genes en

la molécula de ADN, independientemente de si se ha producido de forma natural

o por medios artificiales.

- Sacarosa: Componente principal del azúcar de mesa, es un disacárido formado

por una molécula de glucosa y otra de fructosa. Su nombre químico es alfa-D-

glucopiranosil (1->2)-beta-D-fructofuranósido y su fórmula química es:

C12H22O11.

- YP/S: Coeficiente de rendimiento de producto.

- YX/S: Coeficiente de rendimiento celular (biomasa).

- 89 -

9. ANEXOS:

Reservas y recursos de combustibles fósiles y “combustibles nucleares en el

mundo*

Grupo Combustible fósil y

“combustible nuclear” Reserva (tec

#) Recurso (tec)

Primero Petróleo

Gas natural

Sólidos (carbones)

Uranio

1,4 x 1011

1,0 x 1011

6,8 x 1011

6,8 x 1010

4,4 x 1011

3,4 x 1011

1,0 x 1013

1,2 x 1011

Segundo Petróleo pesado

+ Arenas asfálticas

+ Pizarras bituminosas

5,0 x 1011

5,0 x 10

11

Urânio

Tório

6,1 x 1012

3,4 x 1012

2,3 x 10

13

Tercero Deuterio --- 3,4 x 1017

*Adaptado de Camps et. al. 2002.

#tec= Tonelada equivalente de carbón = 2,93 x 10

10 J = 7 x 10

9 cal = 7 x 10

6 kcal

Energía primaria y final en el mundo por fuente (1992) * Energía primaria Mtep

# % Energía final Mtep %

Combustibles

sólidos (carbones

y otros)

2121 14 Combustibles sólidos

Petróleo

812

2334

14

41

Petróleo 3224 21 Gas 1036 18

Gas 1781 11 Electricidad 858 15

Total combustibles

fósiles

7126 45 Calor 164 3

Biomasa 497 9

Nuclear 510 3

Renovables 848 6

Total 15610 100 Total 5701 100 *Tomado de Camps e t . al . 2002.

#Mtep= Mega tonelada equivalente de pe tró leo

Algunas externalidades puestas de manifiesto en sector combustible fósiles *

Petróleo y derivados

Gastos militares

Suciedad en ciudades

Cauces de agua contaminados

Lluvia ácida

Gases de efecto invernadero

Carbón

Lluvia ácida

Gases de efecto invernadero

Suciedad en ciudades

Gas natural Explosión de gaseoductos Obtenido de Camps et. al . 2002.

- 90 -

Tipo de transformación para obtener un Biocombustible a partir

de Biomasa* Transformación Proceso Biocombustible

Física Fragmentación Leñas y astillas

Física y química (a

veces)

Fragmentación

Secado

Compactación

Pelets y briquetas

Físico-químico

Fragmentación

Carbonización

Carbón vegetal y

briquetas de carbón

vegetal

Fragmentación

Diferentes procesos

químicos

Líquido piroleñoso

Fragmentación

Hidrólis is ácida o

Hidrólisis básica

Líquido de hidrólisis

Alcoholización Bioetanol

Fragmentación

Procesos físicos y/o

químicos de

obtención de aceite

Aceite biológico

Fragmentación

Obtención de aceite

Esterificación

Metiléster

Gasificación Biogás Tomado de Camps et. al . 2002

Sistemas de tratamiento de los residuos de la destilación* Wt% DS en los residuos de la desti lación

Método de

tratamiento

Tipo de

residuoa

Hasta 9%

Convencionalb

9-16%

Reciclamiento

del residuob

Más del 16%

Fermentaciónb

Uso directo

sobre la tierra

M

G

C

1

3

3

1

2

2

1

2

2

Digestión

anaerobia

M

C

G

1

1

1

2

1

1

3

2

2

Evaporación

hasta un jarabe

alimentación

animal

M

C

G

3

2

3

2

1

2

1

1

2

Evaporación y

combustión del

jarabe

M

C

G

3

3

3

2

3

2

1

2

1 *Adaptado de Bu’lock y Krist iansen, 1991.

aM= melaza; G= granos; C= yuca

b1. Considerado económica y técnicamente adecuado

- 91 -

2. La viabil idad económica y técnica dependen de las condiciones particulares y los

usos finales

3. Considerado económica y técnicamente inadecuado

Diferentes necesidades para la biosíntesis de los compuestos celulares de

S. cerevisiae cultivada en medio mínimo glucosado*

Necesidades (mmol)

para la síntesis de

1 mmol de:

Glucosa NH4+ Pi SO4

2 - ATP NAD

+ NADPH

Polisacárido

monómero 1 2

Proteína monómero 0,9 1,3 0,016 4,3(1) 2,6 1,8

ARN monómero 1,5 3,6 1 9,5(2) 2 -1,7

Fosfolípido 10 0,8 1,2 1,2 33 32

Triglicérido 12 -2 45 38

1 g de: levadura(3 )

7 6 0,4 0,06 23 13 9 *Adaptado de Leveau y Bouix, 2000.

Los valores negat ivos corresponden a una producción en lugar de un consumo.

(1) 0,3 ATP para la síntesis del AA y 4ATP para la polimerizac ión.

(2) 7,5 ATP para la síntesis del nuc leó tido y 2 ATP para la pol imer ización .

(3) Esta biomasa está formada por: 38% de po lisacár ido (2 ,4 mmol de monómero) , 40% de

proteína (3 ,6 mmol de monómero) , 10% de ARN (0,3 mmol de monómero) , 5% de

fosfol ípidos (0 ,06 mmol) , 2% de tr igl icér idos (0 ,03 mol) . El ADN

Ejemplo de un Biorreactor industrial típico.

- 92 -

Producción anual de etanol por país (2004-2006)# Quince

mayores productores* Clasificación

Mundial País 2006 2005 2004

1 Estados Unidos 4.855 4.264 3.535

2 Brasil 4.264 4.227 3.989

3 China 1.017 1.004 964

4 India 502 449 462

5 Francia 251 240 219

6 Alemania 202 114 71

7 Rusia 171 198 198

8 Canadá 153 61 61

9 España 122 93 79

10 Sudáfrica 102 103 110

11 Tailandia 93 79 74

12 Reino Unido 74 92 106

13 Ucrania 71 65 66

14 Polonia 66 58 53

15 Arabia Saudita 52 32 79

Producción mundial total 13.489 12.150 10.770 *Obtenido de Wikipedia, 2008.

#millones de galones internacionales, todos los grados de etanol

Comparación de las principales características de la industria de etanol en los

Estados Unidos y Brasil* Característica Brasil Estados Unidos Unidades/comentario

Materia agrícola Azúcar Maíz

Esquema de un quimiostato. 1. biorreactor; 2. reservorio de medio de cultivo; SN: sonda de

nivel; O2: electrodo de medición de oxígeno disuelto; pH:electrodo de medición de pH; T:

termómetro.

- 93 -

(insumo agrícola)

Producción total de

etanol (2007) 5.019,2 6.498,6

Millones de galones

líquidos EUA

Total de tierras

cultivables 355 270

(1) Millones de ha

Área total plantada

del cultivo para

producir etanol

3,6 (1%) 10 (3,7%) Millones de ha (% total

arable)

Productividad por ha

plantada 6.800 – 8.000 3.800 – 4.000 L etanol/ha producidos

Balance energético

(producto/insumos) 8,3 a 10,2 veces 1,3 a 1,6 veces

Relación de la energía

obtenida del

etanol/energía gastada en

su producción

Reducción emisiones

gases de efecto

invernadero

86 – 90%(2)

10 – 30%(2)

% de emisiones evitadas

al sustituir gasolina, sin

cambios en uso del suelo

Tiempo de restitución

del carbono por uso

de tierras nuevas

17 años(3)

93 años(3)

Escenarios con cambios

en el uso del suelo

Gasolineras con

etanol disponible en

el país

33.000 (100%) 873(0,5%)

Participación de

mercado del consumo

de etanol

50%(4)

4%

% del total de gasolineras

existentes en el país.

EUA tiene 170.000

Costo de producción

(USD/galón) 0,83 1,14

% de consumo total en

base volumétrica. Abril

2008 para brasil y año

2006 para EUA

Subsidio agrícola (en

USD) 0 0,51/galón

2006/2007 para Brasil

(22 ¢/L), 2004 para EUA

(35 ¢/L)

Aranceles de

importación (en USD) 0 0,54/galón

Brasil no importa etanol,

EUA si importa, la

mayoría de Brasil *Adaptado de Wikipedia, 2008.

Notas: (1) Sólo EUA contiguo, excluyendo Alaska. (2) Supone que no hay cambios en el uso del suelo. (3)

Supone cambios en los usos del suelo con el cultivo de caña de azúcar en el cerrado brasileño y del maíz en la

pradera central estadounidense. (4) al incluir los vehículos de motor diesel, el uso de etanol en el sector vial

fue cercano al 18% en 2006.

- 94 -

Ejemplo de un complejo Agroindustrial para la producción de energía a base de caña de azúcar.

Ciclo general de producción de Bioetanol

- 95 -

Características de los alcoholes en comparación con la gasolina*

Propiedad Gasolina Etanol

anhidro

Etanol

hidratado Metanol

Fórmula química

Peso molecular

Densidad a 20 ºC

Relación estequeométrica

% carbono (en peso)

% hidrógeno (en peso)

% oxígeno (en peso)

Ebullición (principio) (final)

Ebullición (final) (ºC)

Calor latente de vaporización (Kcal/Kg)

Autoignición (ºC)

Poder calorífico inferior (Kcal/Kg)

Calor de combustión mezcla

Índice de octano (RM)

Índice de octano (MM)

Efecto de sobre alimentación (%)

Grado alcohólico en volumen

(CH)X

114

0,73

15,2/1

84

16

-

40

250

90

367

10.500

0,860

73

73

1,68

-

C2H5OH

46

0,79

9,0/1

52

13

35

78,3

78,3

216

550

6.400

0,815

106

89

7

99,5

C2H5OH19H20

-

0,81

8,3/1

-

-

-

78,2

78,2

273

580

5.952

0,815

110

92

9

95

CH3OH

32

0,79

6,45/1

37,5

12,5

50

65

65

270

570

4.600

0,760

110

90

14

99,5 *Obtenido de Camps et. al. 2002.