Producción de alcohol a partir de residuos de la madera
En una época como la actual, ante una eventual crisis energética debido a la acelerada producción y reducción en las reservas probadas del petróleo, y la emisión de gases de efecto invernadero de manera incontrolada a la atmósfera, la constante necesidad de disminuir tanto la dependencia hacia el cr...
- Autores:
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Barco Joya, Ana Cristina
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2014
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- Acceso en línea:
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Alcohol
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En una época como la actual, ante una eventual crisis energética debido a la acelerada producción y reducción en las reservas probadas del petróleo, y la emisión de gases de efecto invernadero de manera incontrolada a la atmósfera, la constante necesidad de disminuir tanto la dependencia hacia el crudo como las consecuencias del calentamiento global, ha provocado la búsqueda de fuentes de energía alternativa para la generación de combustibles económicamente viables y con un índice de contaminación reducido como lo es el caso del etanol (1). En Colombia, el desarrollo de los biocombustibles viene enlazado con la política para subsector del downstream de la industria del petróleo y gas, la cual busca diversificar la canasta energética del país a través del uso de biocombustibles con criterios de sostenibilidad ambiental, autosuficiencia energética y desarrollo agroindustrial (2). Actualmente Brasil y Estados Unidos utilizan etanol como combustible, obteniéndolo de caña de azúcar y almidón de maíz respectivamente. En el caso del maíz, se usa también como alimento y su valor comercial aumenta (3). Otro material que es de interés para la producción de etanol es el material lignocelulósico, ya que está compuesto principalmente de tres polímeros: lignina, hemicelulosa y celulosa, siendo estas dos últimas las aprovechables para la producción de etanol ya que su composición total corresponde a azúcares los cuales en su mayoría pueden ser convertidos a etanol (4). Este proyecto busca producir etanol a partir de los residuos de la madera, residuo considerado como un obstáculo para la sostenibilidad de los bosques y las industrias forestales debido a su alto grado de producción como desecho tanto en los bosques como en las plantas procesadoras o aserríos. Por tanto, este proyecto basa su contribución a la protección del ambiente en dos aspectos: El primero es la disminución de la contaminación causada por el aserrín como desecho sólido y el segundo el uso de este desecho para la producción de bioetanol de segunda generación, el cual al ser mezclado con gasolina al 10% en Colombia (gasohol), lograría reducir las emisiones de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos totales (THC). El proyecto se ejecutó en dos fases: la primera fase consiste de la selección de las mejores condiciones para el crecimiento del microorganismo mientras que la segunda fase consiste de la fermentación de la materia prima hidrolizada, mediante Saccharomyces cereviase para producir alcohol etílico; este alcohol fue destilado mediante hidrodestilación asistida por microondas, para producir alcohol carburante. El aporte a este proceso investigativo del conocimiento se resume en un aspecto importante. En los procesos de obtención de etanol por fermentación, a diferencia de las materias ricas en azucares simples (sacarosa y almidón) que requieren por lo general pocos 12 o ningún tratamiento preliminar, los materiales lignocelulosicos presentan una estructura compleja en la que los carbohidratos (celulosa y hemicelulosa) se encuentran protegidos por un compuesto fenólico muy resistente llamado lignina, por tanto dichos materiales requieren ser sometidos a un proceso de hidrólisis. En este contexto se aplicará hidrólisis enzimática por medio de un microorganismo productor de celulasa (enzima encargada de descomponer la celulosa en sus unidades de azúcares) llamado Trichoderma viride, el cual se adaptó al sustrato mediante cultivos sucesivos. |
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En Colombia, el desarrollo de los biocombustibles viene enlazado con la política para subsector del downstream de la industria del petróleo y gas, la cual busca diversificar la canasta energética del país a través del uso de biocombustibles con criterios de sostenibilidad ambiental, autosuficiencia energética y desarrollo agroindustrial (2). Actualmente Brasil y Estados Unidos utilizan etanol como combustible, obteniéndolo de caña de azúcar y almidón de maíz respectivamente. En el caso del maíz, se usa también como alimento y su valor comercial aumenta (3). Otro material que es de interés para la producción de etanol es el material lignocelulósico, ya que está compuesto principalmente de tres polímeros: lignina, hemicelulosa y celulosa, siendo estas dos últimas las aprovechables para la producción de etanol ya que su composición total corresponde a azúcares los cuales en su mayoría pueden ser convertidos a etanol (4). Este proyecto busca producir etanol a partir de los residuos de la madera, residuo considerado como un obstáculo para la sostenibilidad de los bosques y las industrias forestales debido a su alto grado de producción como desecho tanto en los bosques como en las plantas procesadoras o aserríos. Por tanto, este proyecto basa su contribución a la protección del ambiente en dos aspectos: El primero es la disminución de la contaminación causada por el aserrín como desecho sólido y el segundo el uso de este desecho para la producción de bioetanol de segunda generación, el cual al ser mezclado con gasolina al 10% en Colombia (gasohol), lograría reducir las emisiones de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos totales (THC). El proyecto se ejecutó en dos fases: la primera fase consiste de la selección de las mejores condiciones para el crecimiento del microorganismo mientras que la segunda fase consiste de la fermentación de la materia prima hidrolizada, mediante Saccharomyces cereviase para producir alcohol etílico; este alcohol fue destilado mediante hidrodestilación asistida por microondas, para producir alcohol carburante. El aporte a este proceso investigativo del conocimiento se resume en un aspecto importante. En los procesos de obtención de etanol por fermentación, a diferencia de las materias ricas en azucares simples (sacarosa y almidón) que requieren por lo general pocos 12 o ningún tratamiento preliminar, los materiales lignocelulosicos presentan una estructura compleja en la que los carbohidratos (celulosa y hemicelulosa) se encuentran protegidos por un compuesto fenólico muy resistente llamado lignina, por tanto dichos materiales requieren ser sometidos a un proceso de hidrólisis. En este contexto se aplicará hidrólisis enzimática por medio de un microorganismo productor de celulasa (enzima encargada de descomponer la celulosa en sus unidades de azúcares) llamado Trichoderma viride, el cual se adaptó al sustrato mediante cultivos sucesivos.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 13 1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ................................................ 13 1.2. ALCANCES .......................................................................................................... 15 1.3. OBJETIVOS: GENERAL Y ESPECÍFICOS ................................................................... 15 2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ................................................................................ 16 2.1. ANTECEDENTES .................................................................................................. 16 2.2. MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................... 18 2.2.1. ASERRÍN COMO CONTAMINANTE ..................................................................................... 18 2.2.2. MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS ..................................................................................... 19 2.2.3. MADERA .................................................................................................................... 22 2.2.4. BIOCOMBUSTIBLES ........................................................................................................ 24 2.2.5. TECNOLOGÍAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL ............................................................ 32 3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ............................................................................. 43 3.1. SELECCIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES DE CRECIMIENTO DEL HONGO ........... 43 3.1.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA .......................................................................... 43 3.1.2. HIDRÓLISIS .................................................................................................................. 46 3.1.3. DETERMINACIÓN DE GLUCOSA ......................................................................................... 47 3.2. PRODUCCIÓN A ESCALA LABORATORIO DE BIOETANOL A PARTIR DEL ASERRÍN .... 49 3.2.1. MONTAJE 1 ................................................................................................................. 49 3.2.2. MONTAJE 2 ................................................................................................................. 53 3.2.3. DETERMINACIÓN DE ALCOHOL ......................................................................................... 60 4. RESULTADOS ......................................................................................................... 66 4.1. SELECCIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES DE CRECIMIENTO DEL HONGO ........... 66 4.1.1. HIDRÓLISIS .................................................................................................................. 66 4.1.2. DETERMINACIÓN DE GLUCOSA ......................................................................................... 71 4.2. PRODUCCIÓN A ESCALA LABORATORIO DE BIOETANOL A PARTIR DEL ASERRÍN .... 73 4.2.1. MONTAJE 1 ................................................................................................................. 73 4.2.2. MONTAJE 2................................................................................................................. 75 4.2.3. DETERMINACIÓN DE ETANOL ........................................................................................... 76 4.3. IDENTIFICACION DE VARIABLES ........................................................................... 83 4.3.1. VARIABLES INDEPENDIENTES ........................................................................................... 83 7 4.3.2. VARIABLES DEPENDIENTES .............................................................................................. 84 4.4. BALANCE MÁSICO DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE ASERRÍN ...................................................................................................................... 86 4.5. ANALISIS COMPARATIVO .................................................................................... 88 5. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 90 6. RECOMENDACIONES ............................................................................................. 91 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 92 ANEXO A. PILARES DE LA POLÍTICA DE BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA .................... 96 ANEXO B. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE GLUCOSA ................................ 100PregradoIn a time like the present, faced with an eventual energy crisis due to the accelerated production and reduction in proven oil reserves, and the uncontrolled emission of greenhouse gases into the atmosphere, the constant need to reduce both dependence on Crude oil, as the consequences of global warming, has led to the search for alternative energy sources for the generation of economically viable fuels with a reduced pollution index, such as ethanol (1). In Colombia, the development of biofuels is linked to the policy for the downstream subsector of the oil and gas industry, which seeks to diversify the country's energy basket through the use of biofuels with criteria of environmental sustainability, energy self-sufficiency and development. agroindustrial (2). Currently, Brazil and the United States use ethanol as fuel, obtaining it from sugar cane and corn starch respectively. In the case of corn, it is also used as food and its commercial value increases (3). Another material that is of interest for the production of ethanol is the lignocellulosic material, since it is composed mainly of three polymers: lignin, hemicellulose and cellulose, the latter two being the ones that can be used for the production of ethanol since its total composition corresponds to sugars. most of which can be converted to ethanol (4). This project seeks to produce ethanol from wood residues, a residue considered an obstacle to the sustainability of forests and forest industries due to its high degree of production as waste both in forests and in processing plants or sawmills. Therefore, this project bases its contribution to the protection of the environment on two aspects: The first is the reduction of pollution caused by sawdust as solid waste and the second is the use of this waste for the production of second generation bioethanol, the which, when mixed with 10% gasoline in Colombia (gasohol), would reduce emissions of carbon monoxide (CO) and total hydrocarbons (THC). The project was carried out in two phases: the first phase consists of the selection of the best conditions for the growth of the microorganism while the second phase consists of the fermentation of the hydrolyzed raw material, using Saccharomyces cereviase to produce ethyl alcohol; This alcohol was distilled by microwave-assisted hydrodistillation to produce fuel alcohol. The contribution to this research process of knowledge is summarized in an important aspect. In the processes for obtaining ethanol by fermentation, unlike materials rich in simple sugars (sucrose and starch) that generally require few 12 or no preliminary treatment, lignocellulosic materials present a complex structure in which the carbohydrates (cellulose and hemicellulose) are protected by a very resistant phenolic compound called lignin, therefore these materials need to be subjected to a hydrolysis process. In this context, enzymatic hydrolysis will be applied by means of a cellulase-producing microorganism (an enzyme responsible for breaking down cellulose into its sugar units) called Trichoderma viride, which was adapted to the substrate by successive cultures.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaProducción de alcohol a partir de residuos de la maderaAlcohol production from wood residuesIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringAlcoholProductionInvestigationsAnalysisProduction of alcoholWood, BiofuelsProduction of bioethanolIngeniería en energía AlcoholProducciónInvestigacionesAnálisisProducción de alcoholMaderaBiocombustiblesProducción de bioetanolBarco Joya, Ana Cristina (2014). Producción de alcohol a partir de residuos de la madera. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABBallesteros, M. Biocombustibles para el transporte: Tecnologías Energeticas e Impacto Ambiental. McGraw-Hill, 2001. págs. 3175-369.Rivera, R R. Política colombiana de biocombustibles. Bucaramanga, 2012. IV Jornada de Ingenieria en Energia: Tendencias Tecnologicas en Combustibles.Castillo, E F. Un panorama general sobre los Biocombustibles de Primera Generación en Colombia. Bucaramanga, 2012. IV Jornada de Ingenieria en Energia: Tendencias Tecnologicas en Combustibles.Abril, A J. Etanol a partir de Biomasa Lignocelulósica. La Habana, 2008. 1er Taller Nacional de Etanol Celulosico.Fernando, A y Sanchez, A. Biocombustibles Densificados: Análisis de su Posible Producción. Universidad de Zaragoza. Zaragoza, 2004.Kafarov, V. Desarrollo de Biocombustibles de 3ra Generacion. Bucaramanga, 2012. 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