Producción de Etanol Celulósico
Páginas: 6 (1481 palabras)
Publicado: 5 de diciembre de 2014
PRODUCCIÓN DE ETANOL CELULÓSICO
El etanol proveniente de la celulosa puede ser producido de una gran variedad de residuos agrícolas del maíz, cereal, caña de azúcar, como también de residuos vegetales obtenidos en los procesos industriales tales como la pulpa de papel y el aserrín.
La mayor parte de la masa de las plantas está compuesta de lignocelulosa, que contiene celulosa, hemicelulosa ylignina. El peso seco de la pared celular típicamente consiste de un 30 a 50% de celulosa, 20 a 35% de hemicelulosa y 10 a 25% de lignina. La celulosa se encuentra en forma cristalina dentro de una matriz conformada principalmente por hemicelulosa y lignina. La hemicelulosa es un polímero ramificado de azúcares, compuesto por pentosas, principalmente xilosas, y algunas hexosas. Esta fracción esfácilmente hidrolizable ya que no posee una estructura crsitalina; sin embargo, la xilosa es un azúcar difícil de fermentar a etanol. La lignina es un polímero aromático complejo compuesto de unidades de fenilpropano que se encuentra unido covalentemente a la hemicelulosa, así estabilizando la pared celular y dándole fuerza y resistencia a la degradación, lo cual hace que el uso de estos materialespara la producción de combustibles sea un desafío.
Se estima que, al año, se producen 180 billones de toneladas de celulosa principalmente por las plantas, por lo que constituye una de las reservas de energía renovable más abundantes de la naturaleza. Su uso en la producción de biocombustibles permitiría la reducción de los combustibles tradicionales derivados del petróleo, contribuyendo así ala disminución de gases con efecto invernadero.
La conversión de la celulosa en etanol se lleva a cabo en dos pasos principales, primero deben cortarse las largas cadenas de celulosa dejando libre a la glucosa y demás azúcares. Luego se lleva a cabo la fermentación de los azúcares para obtener etanol como producto. Los microorganismos fermentadores de celulosa cuentan con un interésestratégico al permitir el uso de un sustrato renovable, la celulosa, para la producción de biocombustibles sin competir con la alimentación humana.
Previo a la hidrólisis se lleva a cabo el pre-tratamiento de la biomasa lignocelulósica, a través de operaciones de recolección, transporte y manipulación, almacenamiento, molida, con el fin de reducir el tamaño de las partículas, lograr la apertura delmaterial y facilitar el ingreso de agentes químicos o enzimas de hidrólisis. Además incluye un tratamiento termoquímico para lograr ablandar la lignina y las hemicelulosas para así también lograr con mayor eficiencia el ataque de las enzimas. Entre estos métodos de pre-tratamiento se encuentran:
Físicos:
Fragmentación Mecánica: reducción a astillas, trituración, molienda. Uso de molinos:vibratorio de bolas, cuchillas o martillo.
Pirolisis (T ≥300°C): formación de productos volátiles y carbón. Puede utilizarse en conjunto con hidrólisis ácida diluída para lograr mayor eficiencia y obtener un mayor porcentaje de glucosa.
Físico-Químicos:
Explosión a vapor (vapor saturado a alta presión, con 160-260°C, y posterior descompresión): se produce la hidrólisis del 80% de hemicelulosa ycierta despolimerización de glucosa. La lignina no se solubiliza.
Explosión de fibra con amoníaco (AFEX): Se obtiene un 90% de celulosa hidrolizada y hasta un 60% de hidrólisis de hemicelulosa. Ocurre cierta solubilización de lignina.
Explosión con CO2: hidrólisis de celulosa obteniendo un porcentaje de glucosa mayor a 75%.
Químicos:
Hidrólisis ácida: se emplean tanto ácidos concentrados comodiluídos. Los que utilizan ácidos concentrados son a bajas T y los que utilizan ácidos diluídos son a altas T. A pesar de los rendimientos de hidrólsis obtenidos con ácidos concentrados, ninguna planta opera con este sistema por la falta de rentabilidad.
Ozonólisis (a T y P ambientales): método utilizado para la degradación de lignina.
Biológicos:
Uso de MO y procesos enzimáticos con...
El etanol proveniente de la celulosa puede ser producido de una gran variedad de residuos agrícolas del maíz, cereal, caña de azúcar, como también de residuos vegetales obtenidos en los procesos industriales tales como la pulpa de papel y el aserrín.
La mayor parte de la masa de las plantas está compuesta de lignocelulosa, que contiene celulosa, hemicelulosa ylignina. El peso seco de la pared celular típicamente consiste de un 30 a 50% de celulosa, 20 a 35% de hemicelulosa y 10 a 25% de lignina. La celulosa se encuentra en forma cristalina dentro de una matriz conformada principalmente por hemicelulosa y lignina. La hemicelulosa es un polímero ramificado de azúcares, compuesto por pentosas, principalmente xilosas, y algunas hexosas. Esta fracción esfácilmente hidrolizable ya que no posee una estructura crsitalina; sin embargo, la xilosa es un azúcar difícil de fermentar a etanol. La lignina es un polímero aromático complejo compuesto de unidades de fenilpropano que se encuentra unido covalentemente a la hemicelulosa, así estabilizando la pared celular y dándole fuerza y resistencia a la degradación, lo cual hace que el uso de estos materialespara la producción de combustibles sea un desafío.
Se estima que, al año, se producen 180 billones de toneladas de celulosa principalmente por las plantas, por lo que constituye una de las reservas de energía renovable más abundantes de la naturaleza. Su uso en la producción de biocombustibles permitiría la reducción de los combustibles tradicionales derivados del petróleo, contribuyendo así ala disminución de gases con efecto invernadero.
La conversión de la celulosa en etanol se lleva a cabo en dos pasos principales, primero deben cortarse las largas cadenas de celulosa dejando libre a la glucosa y demás azúcares. Luego se lleva a cabo la fermentación de los azúcares para obtener etanol como producto. Los microorganismos fermentadores de celulosa cuentan con un interésestratégico al permitir el uso de un sustrato renovable, la celulosa, para la producción de biocombustibles sin competir con la alimentación humana.
Previo a la hidrólisis se lleva a cabo el pre-tratamiento de la biomasa lignocelulósica, a través de operaciones de recolección, transporte y manipulación, almacenamiento, molida, con el fin de reducir el tamaño de las partículas, lograr la apertura delmaterial y facilitar el ingreso de agentes químicos o enzimas de hidrólisis. Además incluye un tratamiento termoquímico para lograr ablandar la lignina y las hemicelulosas para así también lograr con mayor eficiencia el ataque de las enzimas. Entre estos métodos de pre-tratamiento se encuentran:
Físicos:
Fragmentación Mecánica: reducción a astillas, trituración, molienda. Uso de molinos:vibratorio de bolas, cuchillas o martillo.
Pirolisis (T ≥300°C): formación de productos volátiles y carbón. Puede utilizarse en conjunto con hidrólisis ácida diluída para lograr mayor eficiencia y obtener un mayor porcentaje de glucosa.
Físico-Químicos:
Explosión a vapor (vapor saturado a alta presión, con 160-260°C, y posterior descompresión): se produce la hidrólisis del 80% de hemicelulosa ycierta despolimerización de glucosa. La lignina no se solubiliza.
Explosión de fibra con amoníaco (AFEX): Se obtiene un 90% de celulosa hidrolizada y hasta un 60% de hidrólisis de hemicelulosa. Ocurre cierta solubilización de lignina.
Explosión con CO2: hidrólisis de celulosa obteniendo un porcentaje de glucosa mayor a 75%.
Químicos:
Hidrólisis ácida: se emplean tanto ácidos concentrados comodiluídos. Los que utilizan ácidos concentrados son a bajas T y los que utilizan ácidos diluídos son a altas T. A pesar de los rendimientos de hidrólsis obtenidos con ácidos concentrados, ninguna planta opera con este sistema por la falta de rentabilidad.
Ozonólisis (a T y P ambientales): método utilizado para la degradación de lignina.
Biológicos:
Uso de MO y procesos enzimáticos con...
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