“Obtención de biobutanol a partir de material lignocelulósico. Procesos, microrganismos y aplicaciones”

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA METROPOLITANA

Departamento de Biotecnología[pic 1]

TRABAJO     DE     INVESTIGACION

“Obtención de biobutanol a partir de material lignocelulósico.

 Procesos, microrganismos y aplicaciones”

Profesor

•  Gustavo Faundez

Alumnos

-        Constanza Enriquez  

-        Alonso Bravo

-        Kevin Calderon

-         Sebastian  Rocha

17 julio, 2019

1.        Introducción

        Actualmente existe una gran preocupación a nivel mundial, por las reservas de petróleo, causado por el consumo excesivo de productos derivados de él, especialmente combustibles destinado al transporte, de igual manera la preocupación por los impactos negativos al medio ambiente, debido al uso de combustible fósiles [1].

        Frente a lo anterior, se están estudiando y desarrollando diferentes alternativas para producir energía, que sean renovables, y especialmente amigables con el medio ambiente, que permitan reemplazar en un corto y mediano plazo la dependencia del consumo de derivados del petróleo que actualmente es la principal fuente de energía, aproximadamente un 35 % del consumo de energía a nivel mundial, especialmente utilizada en transporte en industria [2].

        Entre las alternativas, está el desarrollo y producción de biocombustibles, derivados de procesos donde se utiliza la biomasa vegetal recomo principal materia prima renovable.  En la actualidad los principales biocombustibles producidos son el etanol combustible y biodiesel, que se producen a partir de azucares y almidones provenientes principalmente de materias primas como caña de azúcar y granos para etanol y aceite vegetal para la producción de biodiesel [1,3]. Lo anterior, es también es un problema, considerando las necesidades de alimentos de una población mundial en crecimiento, ya que estos procesos utilizan suelos agrícolas, derivando su producción a estos productos (biocombustibles), y no a la producción de alimentos para el consumo de las personas [3].

        Una alternativa en desarrollo, es la utilización de material lignocelulósico y otros desechos de origen vegetal, para la producción de biobutanol como alternativa para la producción de biocombustibles, mediante procesos de fermentación, en especial la fermentación ABE, llamada así, porque se produce acetona-butanol-etanol, proceso de fermentación mediado por especialmente por microrganismos del genero Clostidia [4].

2.        Biobutanol como biocombustible

El biobutanol, en especial el n-butanol (C4H9OH), es considerado como una interesante alternativa como sustituto a la gasolina. Tiene propiedades de combustible muy superiores al etanol y casi a la par con la gasolina, el valor energético del butanol es (29,2 MJ/L), el etanol (21,2 MJ/L) y la gasolina es (32,5 MJ/L), además de su alto contenido de energía, baja presión de vapor que permite su uso en tuberías de transporte de gasolina existentes y estaciones de llenado sin remodelación considerable, además de naturaleza no higroscópica, es flexible a mezclas de combustibles y tiene un alto índice de octano [5].

 Comparado con etanol, es menos oxigenado (22% de oxigeno) respecto al (35% de oxigeno) del etanol, lo que implica mayor energía molecular, no es sensible al agua, menor corrosividad, menor inflamabilidad y menor toxicidad para la exposición física. Las preocupaciones sobre la contaminación y el calentamiento global han renovado un interés común en La producción biológica de butanol como combustible alternativo.

3.        Material lignocelulósico

        Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas y árboles, utilizan la energía de la luz solar para sintetizar glucosa, de acuerdo a la siguiente ecuación.  

Esta sustancia, es componente de la celulosa y hemicelulosa, que consisten en hidratos de carbono polimerizados (polímeros de glucosa), las fibrillas de celulosa se encuentran unidas por una matriz formada por lignina y hemicelulosa, cuya principal función es dar estructura y protección mecánica a las plantas y actuar como una barra natural a la degradación microbiana, encontrándose además otros componentes orgánicos en menor proporción.

Tabla 1.    Composición promedio de biomasa lignocelulósica (6)

[pic 2]

Figura 1. Estructura de la lignocelulosa.

Estructura de la pared celular y microfibrillas en la sección transversal; hebras de

moléculas de celulosa incrustadas en una matriz de hemicelulosa y lignina (6).

El material lignocelulósico, representa la más abundante fuente de carbono renovable y proporciona la base para el desarrollo de procesos para la producción de biocombustibles, como el biobutanol. Se estima que, a nivel mundial, la producción anual de biomasa lignocelulósica es de aproximadamente 1,3 x 1010 toneladas métricas, siendo principalmente de residuos agrícolas, residuos forestales, residuos de alimentos y residuos industriales, como residuos de papel y demolición de madera (6).

...