la utilización de la fruta para obtener biocombustibles liquidos de
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LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE FRUTAS Y HORTALIZAS PARA OBTENER BIOCOMBUSTIBLES LIQUIDOS DE SEGUNDA GENERACION Dr. Rafael Castañeda Jornadas Técnicas de Frutas y Hortalizas La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Frutas y Hortalizas ocupan el segundo piso en la pirámide de los alimentos sabor y aroma intensos Frutas y verduras muy ricas en vitaminas y minerales pocas calorías alto porcentaje de agua COMPOSICIÓN FRUTAS HORTALIZAS Agua 80 – 95 % ~ 80% Sales minerales K, Mg, Fe, Ca Na, K, Mg, Fe, Ca Vitaminas C, A,… A, C, E, K, B… Aromas y pigmentos Ácidos, colorantes, derivados fenólicos… ---- Fibra 2% Pectinas y hemicelulosa 2-10% Pectinas y celulosa Valor calórico 30-80 Kcal/100g 15 Kcal/100g Carbohidratos 5 – 20 % 5 – 10 % La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA FRUTAS Tiempo de recolección: fresca, seca Origen: tropical, del bosque, cítricos… Clasificación Tipo semilla: Hueso, pepita, grano, Maduración Climatérica: Maduración brusca y grandes cambios de color, textura y composición (manzana, pera, plátano, melocotón …) No climatérica: Maduración lenta y no tienen cambios bruscos en su aspecto y composición. Mayor conc. Almidón (naranja, uva…) Antes de madurar, en ambientes muy pobre en oxígeno, y altas concentraciones de CO2. Lugares oscuros y Tª ≤ 20ºC. Conservación Fruta madura, condiciones de poca luz, 0ºC ≤ Tª ≤ 6ºC, y Hr~90% La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA FRUTAS Composición 80 - 95%, agua Sales minerales: K, Mg, Fe, Ca Vitaminas Aromas y pigmentos. Ácidos (málico, cítrico, tartárico), colorantes, derivados fenólicos… Fibra dietética(~ 2%). Mayor concentración en la piel. Componentes estructurales (hemicelulosas) y gelificantes (pectinas). Resiste la digestión y absorción en el intestino delgado humano y experimenta una fermentación en el intestino grueso. Carbohidratos: 5-20%. Azúcares simples (fructosa, sacarosa y glucosa), de fácil digestión y rápida absorción. En la fruta poco madura puede existir en forma de almidón La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA HORTALIZAS Composición 80% agua Sales minerales: K, Na, Mg, Fe, Ca Vitaminas Fibra dietética (5 – 10%) Carbohidratos o azúcares complejos en forma de polisacáridos que resisten la digestión y absorción en el intestino delgado humano y experimenta una fermentación parcial o total en el intestino grueso Distribuidas por todo el vegetal. Componentes estructurales (celulosa) y gelificantes (pectinas) La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA BIOCOMBUSTIBLE CH3-CH2-OH Alcohol etílico Líquido incoloro e inflamable, punto de ebullición de 78 ºC Preparación de etanol para uso industrial Gas natural (Etano) CH2=CH2 Petróleo (Nafta) H2SO4 cat CH3CH2OH + H2O La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Método de obtención tradicional Fermentación anaeróbica de una suspensión azucarada por levaduras o bacterias, con producción de etanol y CO2 C6H12O6 Separación y purificación 2 C2H5OH + 2 CO2 Destilación con mezcla de disolventes (benceno, ciclohexano). En este caso son estos compuestos los que forman azeótropo con el agua, separándose etanol puro Destilación mezcla etanol – agua hasta el azeótropo, y posterior deshidratación. Separación de otros compuestos presentes como metanol o piridina Necesario para su uso como alimento La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Biomasa: Sumidero de CO2 Disminución emisión Gases Efecto Invernadero Uno de los productos de mayor valor añadido, que puede ser producido a partir de celulosas y lignocelulosas Bioetanol Amplio espectro de Materias Primas Restos frutícolas y silvícolas, excedentes agrarios, residuos sólidos urbanos Recurso Renovable RESIDUOS Cada litro de petróleo extraído es 1 litro de petróleo agotado La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Etanol que posee origen biológico: BIOETANOL Azucarada- sorgo dulce, remolacha, caña de azúcar, melazas… Posee elevado contenido en azúcares, y tan sólo se han de fermentar. Amilácea- maíz, trigo, cebada, patata, pataca… También poseen un elevado contenido en azúcares, pero primeramente se ha de procesar el almidón para extraerlos Lignocelulósica- madera, paja, residuos vegetales… Poseen un contenido de polisacáridos en forma de celulosa que se han de hidrolizar y fermentar para obtener etanol. La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Estructura del almidón 15-25% Amilosa. Polímero lineal. 1000-5000 α-glc Almidón 85-75% Amilopectina. Estructura ramificada. 5000-13000 α-glc Función en las plantas como reserva de energía. Se presenta como un denso conjunto de gránulos o partículas, insolubles en agua fría, aunque pueden dar lugar a suspensiones cuando se dispersan en el agua. La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Estructura de la celulosa Polisacárido estructural en las plantas. Forma parte de los tejidos de sostén. Presente en papel, algodón, madera… Unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico para formar un sólido cristalino de fórmula empírica (C6H10O5)>200 Trichoderma reesei: productor enzima celulasa EGI, EGII, CBHI, CBHII La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Estructura de la lignocelulosa Componente Comp. química Función Lignina polifenilpropanos polisustituídos ramificados “pegamento” que da consistencia a las distintas fibras celulósicas Hemicelulosa Pentosas + Hexosas Recubrimiento estructuras de celulosa Celulosa Hexosas. Núcleo estructural. Aporta rigidez •Los azúcares son más difíciles de liberar •El proceso de liberación genera inhibidores •Algunos azúcares son difíciles de fermentar La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA APLICACIONES DEL ETANOL •Usos gastronómicos •Principio activo •Excipiente de medicamentos y cosméticos •Disolvente •Anticongelante •Detergentes •Pinturas •Alimentación •Perfumería •Desinfectante y antiséptico (C>70%) •A nivel industrial se usa como alcohol anhidro, en los siguientes procesos: -Esteres -Eteres -Compuestos orgánicos cíclicos -Compuestos orgánicos alifáticos -Etc. La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Producción de electricidad en pilas de combustible Bioetanol Molécula portadora de hidrógeno en fase líquida (Direct Ethanol Fuel Cell DEFC) Etanol o metanol para alimentar la celda de combustible Reformador de hidrógeno Alimentación a celda de combustible La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Etanol en la industria de los carburantes Industria combustibles: MTBE como aditivo a las gasolinas Carcinógeno que actúa contaminando aguas subterráneas y suelos Etanol para la preparación de Etil Tert-Butil-Éter 45 kg de isobutileno + 55 kg de alcohol = 100 kg de ETBE Aumenta la relación de oxígeno y el índice de octano: •Menores consumos •Mejores prestaciones •Menos contaminante La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Uso del Bioetanol como carburante Henry Ford. Motor ciclo Otto Década de los 70. Programa PROALCOHOL. Brasil Motores especialmente diseñados para consumir únicamente etanol GM, FORD, VOLKSWAGEN, FIAT Mezcla de etanol con gasolina para reducir la importación de crudo Brasil y USA, principales productores de bioetanol a nivel mundial La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Buenos rendimientos en Motores de Combustión Interna Combustión limpia Buena miscibilidad con otros carburantes como la gasolina Bioetanol Versátil <15% -mezcla directa 16 – 85% FFVs Biocombustible líquido Combustibles sólidos, gaseosos Facilidad de almacenamiento, compatible con las actuales infraestructuras, logística… La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Vehículos de Etanol y Flexible Fuel Vehicles (FFVs) •Sensor en el tanque de combustible detecta la composición de entrada al motor, y configura el sistema electrónico para obtener rendimientos óptimos, ajustando el carburador a la relación estequiométrica aire/combustible •Sistema de arranque en frío (T<13ºC) debido al elevado calor de vaporización •Materiales resistentes a la corrosión •Relación de compresión (o sincronización de la chispa) más elevada La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Energía - Desarrollo - Nivel de vida Medioambiente Cambio climático Cada persona consume 100 veces más en energía que en alimentación En C. Valenciana, el consumo energético se ha multiplicado por diez en los últimos seis años La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Nuevo paradigma energético Aumento del desarrollo y nivel de vida Fuentes de energía renovables Reducción de emisión de GEI Reducir el cambio climático La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA ESTRATEGIAS CAMBIO MODELO ENERGÉTICO Protocolo de Kyoto (16 de Febrero de 2005). Se convierte en un Tratado internacional. Incluye a los biocombustibles en el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL). EE.UU. y Brasil, productores de 2/3 del bioetanol mundial, incentivan el biodiesel y refuerzan el apoyo al etanol. China, India, Japón, Indonesia, Corea del Sur, Australia, Canadá, México, Colombia, Argentina, etc… implementan programas con incentivos para los biocombustibles. La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA ESTRATEGIAS CAMBIO MODELO ENERGÉTICO En 2003 entró en vigencia en la U.E. la Normativa Comunitaria Nº 2003/30/EC, por la que se otorga a los biocombustibles una participación del 2 %, con un crecimiento del 0,75 % anual, para alcanzar un 5,75 % en el 2010. Se abre la posibilidad de eximir a los biocombustibles del impuesto de hidrocarburos. En España, se les exime del Impuesto de Hidrocarburos para favorecer la implantación de su tecnología. El PER (2005 – 2010) regula la aplicación de la directiva europea. Se crea el Instituto Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) para ayudar a conseguir objetivos. En España esto significaría una producción de 2,2 Mtep de biocombustibles La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA Producción de bioetanol Interferencia con el mercado alimentario Unión Europea Bioetanol Primera Generación Segunda Generación Nueva estrategia energética: Potenciar desarrollo bioetanol de segunda generación: Materia prima lignocelulósica Existe tecnología a nivel de laboratorio, pero NO A ESCALA INDUSTRIAL
