alternativas para el uso de la caña de azúcar

ALTERNATIVAS PARA EL
USO DE LA CAÑA DE
AZÚCAR
Gustavo Viniegra González
Universidad Autónoma Metropolitana,
Iztapalapa, D.F. MÉXICO
[email protected]
Rendimientos de la biomasa
% H2O T/ha
(min)
90
Algas verdes
Caña de azúcar (toda)
70
Agave
80
Eucalipto
70
Yuca (E. crassipens)
80
Maíz ensilado (2
80
cosechas)
Pasto Sudán
85
50
45
15
-20
25
T/ha
(max)
100
112
40
54
30
40
--
36
Cultivo
La cadena del maíz en EUA
La Cadena Alimentaria Humana
BIO- CONVERSIONES
Problemas de la caña como forraje
Casi no tiene proteína (< 1%)
z El bagazo tiene baja digestibilidad (20%)
z El jugo de caña se fermenta fácilmente y
genera alcohol.
z La caña picada no se consume
adecuadamente (se retiene el bagazo
crudo)
z La melaza en altas dosis es tóxica.
z
Tratamiento alcalino del bagazo
z
z
z
z
La saponificación de los ésteres del ácido
urónico de los xilanos aumenta la digestibilidad
(Tarkow and Feist, 1969).
Aumenta la difusión haciendo la fibra más
accesible a las enzimas (Smith et al., 1970).
El tratamiento con Ca(OH)2 a 100º C, 1 atm, 1
hora, hace la fibra muy digerible.
Tratamiento con 12% NaOH por 5 min aumenta
la digestibilidad del bagacillo, 20 → 40%
(Cuba)
La fermentación del rumen se
puede manipular
Se pueden
producir
fermentos
lácticos vivos
que aumentan
la producción
del ácido
propiónico
Proceso Biofermel
Melaza fermentada → Inoculante
láctico
z Lactato → propionato (en el rumen)
z Ahorra proteína (sustituida por urea).
z Sustituye el 80% de los granos en los
piensos concentrados.
z
Diagrama del Proceso Biofermel
ESTIÉRCOL + UREA
AGUA
MELAZA
MEZCLADORA
SILOS
Resultados (Novillos Angus de 350 kg)*
Alimento
No. de
Animales
P=
Acét./Prop.
R=Prop./
But.
Ganancia
diaria (kg)
Maíz
10
3.91 ± 0.3
2.33 ± 0.3
0.951
Biofermel
7
4.14 ± 0.5
2.67 ± 0.9
0.890
*Pérez-Gavilán E.J.P., y Viniegra-González G. (1976). Ciencia Veterinaria
(Compilado por E. Moreno Chan) Prensa Universitaria UNAM 1: 241-261
Difusión del proceso (Pérez-Gavilán)
Ganadería Pastejé 1974 a 1984
Industria El Novillo (Cotija) 1978 a 1990
Ingenio Cantarranas (Honduras) 1980
Ejido en Guamúchil, Sin. 1980 a 1990
En 1990 se canceló la estrategia
ganadera de la melaza y se vendió al
mejor postor en EUA.
Optimización: (concentrado)/(forraje)
Optimo = 14 Mcal/kg
fibra → Máximos de
digestión y crecimiento
Kg/d
Poca melaza → Escaso
metabolismo microbiano
→ Pobre digestión.
Mucha melaza → Inhibe
la digestión de la celulosa.
Datos inéditos: Cabello, Pámanes, Viniegra (1982)
Mcal/kg fibra
Mezclas de miel, bagazo tratado y
amoníaco (urea)
El bagazo puede tratarse con álcali
z El álcali puede ser NH3 (3% de MS) →
más de 14% de proteína cruda.
z El guarapo puede concentrarse (miel rica)
z Las mezclas de: miel rica + bagazo + NH3,
sustituyen piensos naturales
z Las melazinas se pueden transportar y
almacenar.
z
La caña como forraje para carne
Dato
Peso vivo
Consumo medio (MS/d)
Consumo total per caput
Consumo de caña (MS)
Caña (tallo y cogollo)
Cabezas por ha
Ventas de reses
Costos de las reses
Diferencia
Diferencia/(TM de caña)
Cantidad
300 a 450 kg
10.14 kg
1,217 kg (MS)
974 kg/caput
30 T/ha (MS)
30
$ 270,000
$ 135,000
$ 135,000
$1,687
La caña como forraje para leche
Dato
Peso vivo
Consumo MS/d
Consumo anual
Consumo de caña (MS)
Leche producida
Caña (tallo y cogollo)
Leche total (13 vacas)
Ventas ($ 4/L)
Valor de la caña (tallos)
Cantidad
500 kg
12.7 kg
4,600 kg/caput
2,300 kg/caput
2,000 L/año
30 T/ha (MS)
36,000 L
$132,000($1,650/Tcaña)
$36,000 ($ 450/T)
Mercados de carne y leche
Déficit lechero: 2,500 TM/año → (1.0
GUS$) → 1 M vacas → 80 kha de caña.
z Engorda de novillos: 1 M cabezas → 45
kha de caña → 450 kTM de carne (pie) →
225 kTM de carne en canal → 4.5 GUS$
de ventas.
z 125,000 ha de caña forrajera→ 5.5 GUS$
z 600,000 ha de caña azucarera→2.5 GUS$
z
Rendimientos del azúcar
Mol/mol
Yp/s
(kg/kg)
Materia
prima
Producto
Azúcar
Azúcar
1
100%
5.00
Azúcar
Etanol
2
51%
9.80
Azúcar
Ac. Láctico
2
100%
5.00
Azúcar
Succínico
2
131%
3.81
Azúcar
Propanediol
2
84.5%
5.92
Azúcar
Levaduras
0.5
41%
($/kg)/Yp/s
12.20
Costos: Oportunidad/Mat. Prima
Producto
Azúcar
B = Costo
A = Costo
Mat. Prima oportunidad
$/kg
$/kg
1.70
5.00
0.34
B/A
Etanol
9.80
5.80
0.59
Ac. Láctico
5.00
17.00
3.40
Succínico
3.81
6.05
1.59
Propanediol
5.92
22.12
3.74
12.20
13.75
1.13
Levaduras
EtOH en EUA vs. Gasolina Méx.
Precio octano: ($6/L)(1/0.68) = $8.82/kg
z Precio EtOH US: (1.15 dls/gal)->$4.24/kg
z Equival. térmica: 1.6 kg EtOH/ kg octano
z ($EtOH US/$octano) = (4.24*1.6)/8.82 = 0.77
z Costo maíz en EUA: 953 pesos/ton
z Costo azúcar en caña: (450/0.15) = $3,000/ton
z Proyección a México (caña)
[4.24+(3.00-0.95)/0.5]1.6 -> $13.44/$8.82= 1.51
Habría que subsidiar el EtOH en México
z
Mercado del ácido láctico et al.
Sector alimentario → 86 kton (2001)
z Poliláctico → 140 kton (2005) Natureworks
(Cargill, Blair, Nebraska, EUA)
z Poliláctidos → 500 kton (2010)
z Productores: NATUREWORKS® (Cargill Dow),
ECOPLA® (Original Cargill Product), LACTY®
(Shimadzu), HELPON® (Chronopol),
LACEA®(Mitsui)
http://www.chemsystems.com/newsletters/perp
z
El Ác. Succínico y la industria
Se usa como anticongelante en EUA ($US
0.44/kg)
z Puede entrar en nuevas cadenas de
síntesis de polímeros (polietileno,
poliestireno, etc.)
z El valor potencial del mercado es 2,400
millones de dólares.
C6H12O6 + 2CO2 →2C4H6O4 + O2
z
Producción del succinato
biosintético en EUA
z
HOUSTON, Aug. 24 (UPI) -- Trials started on
"green" production for succinate, a key
ingredient in many drugs, plastics, solvents and
food additives (AgRenew Inc.Manhattan,
Kansas)
z
E. coli modified with the deletion of four genes.
z
Science Daily: copyright 2005 by United
Press International..
El propanediol en la industria
z
Planta de copolímeros Propanediol (3G) y
Tereftaltato (T) llamados 3GT de la marca
Sorona (Du Pont) de 9 kton (Kingston,NC)
z
Pueden entrar en mercados muy grandes
si compiten en precio con las fibras petroquímicas.
Potencial del bagazo
Costo en función de su equivalente térmico
(4.1 kcal/11.4 kcal) = 0.36
(bagazo vs. hidrocarburo)
z Más barato que el azúcar.
z Costo = ($6/kg HC)(0.36) = $2.11/kg
z Más barato que el crudo
(40*11/100)=$4.4/kg
PROBLEMA: Quitar la lignina -> mucha energía
POTENCIAL: OXIDACIÓN + ORGANOSOLV
z
¿Celulosa más barata?
Precio internacional:
$ 5.0/kg
$ 4.0/kg
z Precio del crudo:
$ 2.1/kg
z Precio del bagazo:
¿Se podrá producir una celulosa a menos
de $4.0/kg? ¿Y los subproductos? (lignina
y hemicelulosa)
z
Sería más abundante que el maíz y la
materia prima favorita de la industria.
Conclusiones
z
z
z
A corto plazo: el forraje (carne y leche de
vacunos)
A mediano plazo, el láctico o el succínico
(materias primas de la industria química) es una
opción mucho más rentable que producir
azúcar, alcohol combustible, o levaduras.
A largo plazo, el bagazo (lignina, hemicelulosa y
celulosa): materia prima más barata y atractiva
para la industria química.