Reporte de estadía para obtener el título de Licenciado en Ingeniería en:
Tecnología Ambiental
Periodo 2012 al 2013
Protocolo de Investigación para la la Obtención de Biocombustible a partir partir de residuos orgánicos
Realizado en la empresa Universidad Tecnológica de Jalisco
Presentado por: Raúl Enrique Llamas Rivero
Asesor académico: I.Q María del Rosario Prado Salazar Asesor industrial: M.C María Magdalena Villalobos Navarro
Guadalajara, Jalisco, Diciembre 2013
Guadalajara, Jalisco, Diciembre 2013
Contenido Abstract .............................................................................................................................................. 1.
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Introducción ............................................................................................................................... 1.1
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Antecedentes Antecedentes ....................................................................................................................
9
1.1.1 Política ............................................................................................................................
10
1.1.2 Bioetanol ........................................................................................................................
10
1.1.3 Biodiesel .........................................................................................................................
11
1.2
Planteamiento del problema .........................................................................................
14
1.3 Objetivo .................................................................................................................................
16
1.3.1 Objetivos específicos .......................................................................................................
16
1.4Hipótesis o supuesto ............................................................................................................
17
1.5 Justificación ..........................................................................................................................
18
1.2 Alcance del proyecto ...........................................................................................................
21
2. Marco teórico y de referencia ................................................................................................... 22 2.1. Marco teórico .......................................................................................................................
22
2.1.1 Producción Bioetanol ...................................................................................................
24
2.1.2 Producción de Biodiesel ..............................................................................................
24
2.1.3 Producción de Biogás ..................................................................................................
24
2.1.4 Procesos de producción de Bioetanol ....................................................................... 25 2.1.5 Caracterización de subproductos de biomasa lignocelulósica ................. ............. 26 2.1.6 Transformación de subproductos de biomasa lignocelulósica ................. ............. 27 2.2 Marco de Referencia. ..........................................................................................................
39
2.2.1 Normatividad .................................................................................................................
39
2.2.2 Leyes y reglamentos ....................................................................................................
44
2.3 Marco Contextual .................................................................................................................
46
3. Desarrollo: Métodos y técnicas ................................................................................................ 49 4. Análisis de resultados ...............................................................................................................
50
4.1 Selección materia prima para producción biocombustible ............................................ 50 4.1.1 Plátano ...........................................................................................................................
50
4.1.2 Lechuga .........................................................................................................................
52
4.1.3 Jitomate ..........................................................................................................................
53
4.2 Obtención de bioetanol vía fermentación a nivel laboratorio. ....................................... 54 4.2.1 Reactivos .......................................................................................................................
54
4.2.2 Equipos ..........................................................................................................................
55
4.3 Procedimiento experimental ............................................................................................... 56 4.3.1 Obtención del jugo ........................................................................................................
56
4.3.2 Determinación de las condiciones óptimas de fermentación. ............................... 56 4.3 Análisis del biocombustible ................................................................................................
62
5. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 67 6. Glosario .......................................................................................................................................
68
7. Bibliografía ..................................................................................................................................
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8. Anexos .........................................................................................................................................
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Anexo 1. 1. Ley de Promoción Promoción y Desarrollo de los Bioenergético Bioenergéticoss ........................................ 74 Anexo 2. 2. Reglamento Reglamento de la Ley de Promoción Promoción y Desarrollo Desarrollo de Bioenergéticos Bioenergéticos .............. 86
Abstract
This document clearly shows the background and biofuels projects that have been made in our country for the last 5 years establishing processes, statistics, regulations and a protocol to produce, process and develop these fuels from various wastes and residues occur differently from traditional cheaper and cleaner energy, ie, less harmful to society and media environment.
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1. Introducción
El documento que se presenta a continuación tiene como propósito realizar un protocolo que muestre el procedimiento por el cual se pueden producir biocombustibles a partir de desechos y residuos orgánicos presentando en forma minuciosa los antecedentes de los diversos proyectos que se han presentado en México durante los últimos 5 años con los datos disponibles hasta el momento, igualmente datos estadísticos, información bibliográfica, periodística y anexos que complementan los hechos descritos. De la misma manera presentamos los principales desechos y residuos orgánicos que específicamente en un lugar determinado se generan y que a partir de los cuales se pueden producir biocombustibles a través de los diversos procesos que actualmente se conocen. Igualmente se señala el problema cultural actual que tiene nuestro país para promover y desarrollar nuevos biocombustibles como forma de generar energía distinta a la tradicional, al incluir en este documento la ley que el gobierno mexicano ha expedido para impulsar proyectos innovadores para fomentar esta cultura energética. Lo anterior teniendo como objetivos la selección de residuo proveniente del mercado de abastos para la generación de nuevo biocombustible y el desarrollo del protocolo que tenga los requerimientos necesarios que permitan ofrecer los datos que posibiliten la producción de un nuevo biocombustible.
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1.1 Antecedentes
En México se llevan a cabo cientos de proyectos de investigación en materia de biocombustibles. En marzo de 2010 la Red Mexicana de Bioenergía A. C. (REMBIO) dio a conocer una lista de 561 proyectos, de los que 372 correspondían a biocombustibles.
Fig. No.1Proyectos de investigación de biocombustibles Fuente: REMBIO
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1.1.1 Política
El antecedente más importante con respecto a la política de desarrollo de los biocombustibles es el documento “Potenciales y Viabilidad del Uso de Etanol y Biodiesel para el Transporte en México”, publicado a fines de 2006 por la Secretaría de Energía, el Banco Interamericano de Desarrollo y una agencia de cooperación técnica alemana, este estudio fue realizado por un panel internacional de expertos, específicamente sobre el bioetanol y el biodiesel. 1.1.2 Bioetanol
Los expertos consideraron la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar y su bagazo, el maíz, la yuca, el sorgo y la remolacha azucarera, porque son los cultivos para los que se dispone de tecnologías maduras, y concluyeron que existe una oportunidad importante para que México emprenda la producción de etanol a gran escala, si bien deben superarse varios retos. La caña de azúcar podría ser el primer cultivo viable y a él seguirían los demás, en la medida que el gobierno cree mercado a través de las compras de Petróleos Mexicanos (PEMEX), y desarrolle la industria a través de las políticas públicas. El estudio recomienda introducir la producción de bioetanol en dos fases: -
La primera fase, iría del 2007 al 2012, tendría como meta la producción de 411.9 millones de metros cúbicos de bioetanol para remplazar con él los oxigenantes de la gasolina MTBE (Metil tert-butil éter) y TAME (ter-amilmetil-éter)en
las
tres
principales
zonas
metropolitanas
del
país
(Guadalajara, Monterrey y Ciudad de México). Este bioetanol se obtendría principalmente de la caña de azúcar.Existe un documento sobre el programa, denominado Iniciativas PEMEX. Uso de biocombustibles de octubre de 2009.
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-
La segunda fase comenzaría después del 2012, y consistiría en sustituir el 10% de todas las gasolinas del país por bioetanol proveniente también de otras fuentes además de la caña de azúcar. Para ello se necesitaría de la producción de 4,406.3 millones de metros cúbicos de bioetanol al año, e incluso habría posibilidad de iniciar la exportación de bioetanol como sustituto de MTBE.
En este escenario el área cultivada de caña debería crecer al doble (800 mil hectáreas) y el número de empleos creados sería de 400 mil. El reto más importante al que se enfrentan los agricultores e industriales mexicanos para hacer rentable la producción de bioetanol es aumentar la productividad agropecuaria e industrial, de tal forma que la materia prima baje de precio y su procesamiento se optimice. Esto, en el fondo, implica un reto social, tal y como lo concluye el estudio: “La revisión creativa del pacto social existente entre productores de caña e ingenios podría ofrecer una oportunidad a mantener por los beneficiarios actuales y para ampliar los beneficios sociales de los trabajadores rurales que no los disfrutan en el presente. Es una tarea que requiere ingenio y creatividad, pero a no ser que haya avances en esta área, el costo del etanol en México podría ser demasiado alto para los implicados a fin de lograr un consenso hacia un programa de etanol como combustible en el país.” 1.1.3 Biodiesel
El estudio consideró la producción de biodiesel a partir de la semilla de colza, soya, jatropha, girasol, y cártamo, así como el uso de sebo animal y aceite de cocina reciclado, y se analizó su procesamiento tanto en plantas dedicadas como en plantas existentes para la extracción de aceites comestibles. Su conclusión es la siguiente: La producción de biodiesel a escala comercial puede ser factible en México en el mediano plazo de realizar acciones integrales que deben incluir aspectos técnicos, 11
económicos y medioambientales, de concertación con el sector agrario y agroindustrial así como un esfuerzo importante en investigación y desarrollo tecnológico. El análisis parte del reconocimiento de que el precio de producción de biodiesel es mayor que el de diésel fósil. Aunque esta es una situación común en muchas otras partes del mundo, en México es más evidente porque que el precio del diésel fósil está subsidiado en el sector agrícola.El estudio recomienda comenzar la introducción del biodiesel a partir del uso de aceites y grasas recicladas porque es económicamente viable. En el mediano plazo, se requerirán esquemas de incentivos para la introducción del biodiesel de manera masiva a partir de otras fuentes a fin de permitir la sustitución de entre el 2% y 5% del diésel de petróleo después del 2012. Para sustituir el 5% del diésel se requeriría de una producción de un millón 700 mil toneladas anuales de biodiesel, y de una inversión de $3,100 millones de pesos en la creación de 10 plantas industriales grandes y 140 pequeñas. En especial las pequeñas pueden ser creadas y operadas por cooperativas campesinas. Los cultivos que en el estudio mostraron ser los más competitivos fueron la palma de aceite, el girasol y la soya. Sin embargo, los principales cuellos de botella se encuentran en el sector agrícola. Entre ellos está la necesidad de aumentar significativamente las áreas de cultivo de oleaginosas, porque el país no produce todo el aceite que consume. Además, el estudio recomienda las siguientes medidas: -
Apoyar cultivos oleaginosos a pequeña escala, los cuales aumentan el valor añadido de la agricultura rural y contribuyen a la biodiversidad.
-
Para algunos cultivos oleaginosos, como la jatropha, es necesario adquirir un mayor conocimiento a fin de hacerlos rentables. Asimismo necesitan más tiempo para su establecimiento. Los conocimientos resultantes de
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estas actividades de investigación tendrán que ser transferidos a la población rural a través de programas educacionales. -
La formación de cooperativas especializadas, que permitirían crear sinergias a través de una utilización conjunta de la maquinaria; debería fomentarse el acceso a financiamiento y a asistencia técnica.
-
Debería fomentarse la integración de la producción de semillas oleaginosas y su prensado con la refinación de aceites y la producción de biodiesel, para crear así una retención más fuerte de valor añadido en las áreas rurales.
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1.2 Planteamiento del problema
En México se generan aproximadamente 41062.5 miles de tonelada de residuos sólidos urbanos (RSU) al año según la Dirección General de Equipamiento e Infraestructura en Zonas Urbano-Marginadas como se demuestra en la siguiente gráfica.(Dirección General de Equipamiento e Infraestructura en Zonas Urbano-Marginadas, 2012)
Fig. No. 2 Generación de Residuos Sólidos Urbanos por región, 2011.
En el año 2011el estado de Jalisco genero3,677,918 toneladas y en el 2012 fueron 1,772,116 toneladas de basura cuya fuente es la Dirección General de Protección Ambiental Jalisco, por lo cual resulta indispensable buscar formas de aprovechar los residuos y transformarlos en diversas fuentes de energía.
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En la zona metropolitana de Guadalajara existen centros de consumo en los cuales se producen diariamente toneladas de residuos, hablando específicamente del Mercado de Abastos ubicado aproximadamente en la Av. Lázaro Cárdenas esquina con Mandarina se generan por día 40 toneladas de desechos orgánicos en los que destacan: plátano, lechuga, cereales, jitomate entre otros.(Informador, 2013) La Universidad Tecnológica de Jalisco a través de la carrera de Ingeniería Ambiental pretende producir un biocombustible con residuos orgánicos generados por diferentes establecimientos del mercado de abastos, esto debido que no son separados correctamente o simplemente son desechados sin darles algún aprovechamiento.
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1.3 Objetivo
Generar un protocolo de investigación que ofrezca la información pertinente para la obtención de biocombustibles a partir de residuos orgánicos procedentes de la Zona Metropolitana de Guadalajara, particularmente los que provengan del mercado de abastos.
1.3.1 Objetivos específicos
-
Investigación documental que dé cuenta de los biocombustibles producidos en nuestro país en los últimos 5 años.
-
Selección de residuo proveniente del mercado de abastos para la generación de nuevo biocombustible.
-
Desarrollo del protocolo que tenga los requerimientos necesarios que permitan ofrecer los datos que posibiliten la producción de un nuevo biocombustible.
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1.4Hipótesis o supuesto
Este trabajo de investigación pretende aportar datos y suficiente información para producir biocombustibles de mejor calidad, a partir del aprovechamiento racional de desechos y residuos generados por el mercado de abastos, centro de consumo ubicado en el municipio de Guadalajara, Jalisco, lo cual ayude a obtener esta forma de energía beneficiando económica, ambiental y socialmente a la Zona Metropolitana de Guadalajara y a corto plazo a todo el Estado de Jalisco. Se pretende que los residuos orgánicos seleccionados del mercado de abastos, a través de las tecnologías adecuadas produzcan biocombustibles que sean viables económicamente y ambientalmente.
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1.5 Justificación
La Universidad Tecnológica de Jalisco como Institución de Educación Superior promueve con sus egresados el espíritu de innovación en proyectos de titulación para estar siempre a la vanguardia de estudios tecnológicos en las áreas de estudio correspondientes, y de esta manera se beneficia directamente con los trabajos de tesinas para lograr estudios viables para su realización y coadyuvar al conocimiento técnico ambiental. Por medio de esta tesina, la UTJ se beneficiará al contar con un estudio que pretende brindar datos que permitan la posibilidad de producir nuevos biocombustibles más económicos y menos dañinos al medio ambiente. Igualmente la población de la Zona Metropolitana de Guadalajara específicamente alcanzará los beneficios de tal proyecto en virtud de que en caso de ser viable podrá generar energía con otros medios distintos a los tradicionales que redundará en su economía doméstica y en el entorno ecológico en el que convive diariamente. Este proyecto en base a su viabilidad se podrá aplicar paulatinamente en toda nuestra entidad con lo cual el estado de Jalisco podría tener un beneficio notable en la creación de biocombustibles y formas de energías adecuadas al siglo XXI. La industria combustible también se verá beneficiada por que tendrá proyectos viables como solución alternativa en la generación de energía más económicos acordes a los nuevos tiempos de protección ambiental y ahorro de recursos materiales tecnológicos y financieros.
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Indudablemente el costo-beneficio que se tendrá de ser viable este proyecto vendrá a generar un ahorro cuantitativo y cualitativo en el ámbito económico y social. En relación al ámbito económico diríamos que el ahorro en la producción de nuevas formas de energía será menos costoso que las tradicionales, por lo que el gobierno tendrá alternativas adecuadas e innovadoras para producirlas y generarlas y de ese modo ahorra en el gasto público y que lo pueda destinar al renglón de gasto social tan necesario en nuestro país; también se debe señalar que el aumento constante del precio por litro de gasolina en México está propiciando que se busquen alternativas más baratas y menos contaminantes en beneficio de la población. En el entorno ambiental el consumo de gasolina así como su producción y la constante extracción del recurso no renovable, como lo es el petróleo y el costo por su refinación al no tener la tecnología para hacerlo genera una enorme contaminación con los sub-productos que se crean derivados del petróleo, por lo cual con este que proyecto auxiliaría para sustituir los combustibles tradicionales por nuevos y de esa manera evitar lo más posible el daño ambiental en el aire, suelo, agua así como la flora y la fauna de nuestro país. En el ámbito social desgraciadamente son más los casos de personas que se están viendo afectados por la contaminación de partículas dañinas que pululan en el ambiente generando problemas de salud generados por la contaminación tan enorme de los tradicionales combustibles, por lo que proyectos como este propiciará la disminución de efectos contaminantes y por consiguiente mejorar la salud de la sociedad.
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Este proyecto ayudará a Identificar los avances que en materia de biocombustibles está generando México para buscar nuevas formas de energía, proteger el medio ambiente, evitar la contaminación y lograr que sean lo más económico posible beneficiando a la sociedad en su conjunto. Investigar e identificar la manera en la que se han producido biocombustibles en México, permite compararlos para encontrar nuevos mecanismos de producción con otros residuos para generar combustibles más económicos, rentables
y
menos dañinos al ambiente, lo cual nos permite indiscutiblemente la innovación tecnológica en este rubro tan importante como lo es la producción de alternativas de energía. El trabajo de encontrar residuos adecuados para generar energía no es fácil, sin embargo, este proyecto pretende dar un estudio que ofrezca datos al respecto y de esa forma se puedan desarrollar dichas alternativas para beneficio de todos los actores de la sociedad, llámese instituciones educativas, gobierno, iniciativa privada, organismos no gubernamentales y sociedad en general.
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1.2 Alcance del proyecto
El proyecto inicia con la investigación de antecedentes de los últimos 5 años en la generación de biocombustibles en México y lo hecho económica, política, social y ambientalmente para apoyar proyectos tendientes a encontrar nuevas formas de energía, y con ello generar un protocolo para producir biocombustible que provengan de residuos desechados por el mercado de abastos de la ciudad de Guadalajara, Jalisco que ubique a la Universidad Tecnológica de Jalisco a la vanguardia de avances tecnológicos en esta área, además de beneficiar a la población que vive en la Zona Metropolitana de Guadalajara y paulatinamente a todo el Estado de Jalisco.
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2. Marco teórico y de referencia
2.1. Marco teórico
Los biocombustibles se dividen en tres grupos: -
Bioetanol
-
Biodiesel
-
Biogás
En México, la ley en la materia, que es la Ley de Promoción y Desarrollo de los Biocombustibles, los define de la siguiente manera: “Combustibles obtenidos de la biomasa provenientes de materia orgánica de las actividades, agrícola, pecuaria, silvícola, acuacultura, algacultura, residuos de la pesca, domesticas, comerciales, industriales, de microorganismos, y de enzimas, así como sus derivados, producidos, por procesos tecnológicos sustentables que cumplan con las especificaciones y normas de calidad establecidas por la autoridad”. Ejemplos de biomasa empleada para producir biocombustibles son la caña de azúcar y su bagazo, las plantas oleaginosas, los desechos y componentes orgánicos así como los aceites de reúso. Los biocombustibles se clasifican en generaciones dependiendo de la materia prima empleada en su elaboración. Primera Generación Son los biocombustibles que provienen de cultivos alimenticios y que se procesan por medios convencionales, como el bioetanol que se obtiene de la caña de
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azúcar o la remolacha, o el biodiesel que proviene de las semillas de cártamo o girasol. La crítica más fuerte que han recibido estos biocombustibles es que ocupan tierras destinadas a cultivos alimenticios. Para México, existe la oportunidad de producir biocombustibles
de
primera
generación
aprovechando
tierras
de
baja
productividad, sin perjudicar la producción de alimentos. Segunda Generación Son los biocombustibles que se elaboran a partir de materias primas que pueden convertirse en celulosa, como los desechos de los cultivos alimenticios (por ejemplo los tallos del trigo o del maíz) e incluso el aserrín o plantas con un alto contenido de materia lignocelulosa (que es la estructura biológica que hace que la planta se mantenga erguida) como el miscantus, un pasto o hierba muy alta originaria de Japón y las Filipinas. Muchos de estos métodos están en experimentación y todavía no son económicamente rentables, pero la velocidad a la que se desarrollan sus tecnologías es muy alta, por lo que existe la posibilidad de que en el mediano plazo den resultados satisfactorios que permitan su implementación. Tercera generación Esta es la que pretende crear bioetanol a partir de cultivos específicos, como las algas. Las algas tienen un potencial energético que puede llegar a ser 30 veces mayor que el de los cultivos energéticos en tierra, ya que capturan una gran cantidad energía solar y se reproducen rápidamente. Existe un tipo de algas que de manera natural produce bioetanol. Sin embargo, la producción de bioetanol a partir de algas todavía se encuentra en etapa experimental por lo que el uso de esta tecnología para producción en masa de biocombustibles no es económicamente viable.(Bioenergéticos, 2013)
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2.1.1 Producción Bioetanol
El bioetanol se produce (al igual que la cerveza) a partir de la fermentación por levaduras de los azúcares que se encuentran en los tejidos vegetales. Se obtiene de plantas con un alto contenido de azúcares o celulosa, separando posteriormente, por destilación, los diferentes componentes líquidos de una mezcla
de
etanol
y
agua.
El
bioetanol
puede
mezclarse
con
la
gasolina.(Bioenergéticos, 2013) 2.1.2 Producción de Biodiesel
El biodiesel se produce a partir de aceites orgánicos, al convertir los triglicéridos (moléculas de grasa) de estos aceites en compuestos denominados ésteres. En este proceso químico, que se conoce como transesterificación, las tres cadenas ésteres de cada molécula de triglicérido reaccionan con un alcohol (metanol), y los productos finales son glicerina y un metiléster de ácido graso, que es el combustible. Las moléculas de oxígeno que retiene el biodiesel le otorgan propiedades favorables para la combustión. Estas cadenas no contienen azufre, que es considerado un contaminante ambiental potente. Por otro lado, la glicerina, luego de su purificación, puede ser utilizada como insumo para las industrias farmacéutica y cosmética. Este proceso requiere de altas temperaturas y un catalizador para que se complete la reacción.
2.1.3 Producción de Biogás
El biogás se produce cuando basura orgánica o estiércol se descomponen en un ambiente en el que no hay oxígeno. Por ejemplo, cuando la basura es enterrada o cuando el estiércol se almacena en un lugar cerrado y aislado del aire. Lo que se produce entonces es un gas que está compuesto aproximadamente de un 50% de metano, un 50% de bióxido de carbono y una parte mínima de otros gases. De esta mezcla, el metano es el combustible y es al que se le llama biogás. 24
Con este gas se produce electricidad, quemándolo para hacer operar con él algún tipo de generador eléctrico. Esta energía puede cubrir las necesidades de la unidad ganadera, venderse a la Comisión Federal de Electricidad o emplearse para satisfacer las necesidades de energía eléctrica de bienes y servicios públicos de los municipios y ciudades.(Bioenergéticos, 2013) 2.1.4 Procesos de producción de Bioetanol
Según el tipo de materia prima la producción de bioetanol se puede dividir en dos: el bioetanol de primera y de segunda generación. El de primera generación lo componen las materias primas con alto con-tenido de azúcares y las fuentes con alto contenido de almidón. El bioetanol de segunda generación es aquel se obtiene desde residuos forestales y agrícolas. A continuación se muestra un esquema de la producción de bioetanol desde las diferentes fuentes. (VILLALOBOS, 2010)
Fig No. 3 Proceso de producción de Bioetanol
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2.1.5 Caracterización de subproductos de biomasa lignocelulósica 2.1.5.1 Composición de materiales lignocelulósicos
Compuestos principalmente de tres tipos diferentes de polímeros, celulosa, hemicelulosa y lignina (Fengel y Wegener, 1984), envueltos en una compleja estructura. Este tipo de materiales son los más abundantes en la naturaleza. Celulosa: Está conformada por subunidades de D-glucosa, unidas por b-1,4 glicosídicos (FengelyWegener, 1984), monosacárido de gran importancia en la fermentación. La celulosa posee dos estructuras una cristalina (organizada) y otra amorfa. Las cepas de celulosa son “empaquetados” denominados f i brillas de celulosa. Estas fibrillas de celulosa son en su mayoría independientes y débilmente vinculados a través de uniones de hidrógeno (Laureano-Pérez et al., 2005). Hemicelulosa: Carbohidrato complejo y heterogéneo ya que su estructura posee diferentes polímeroscomo pentosas (como xilosa y arabinosa), hexosas (como manosa, glucosa y galactosa), azúcar y ácidos, entrelazadas entre sí glucosídicamente. Muchas de ellas, en la degradación hidrolítica, dan, junto a glucosa, manosa, galactosa, etc. (Palacio, 1956). La hemicelulosa sirve de conexión entre la lignina y las fibras de celulosa y da toda la rigidez a la red de celulosa, hemicelulosa y lignina (Laureano-Pérez et al., 2005) Lignina: Heteropolímero amorfo que consta de tres diferentes unidades de fenilpropano (pcoumaril,coniferil y sinapil alcohol) que se mantienen unidos por diferentes enlaces. El heteropolímero amorfo no es soluble en agua y ópticamente inactivo; todo esto hace que la degradación de la lignina sea muy complicada (Fengel y Wegener, 1984).
26
2.1.6 Transformación de subproductos de biomasa lignocelulósica
2.1.6.1 Pre tratamiento
Etapa indispensable para el procesamiento de biomasa lignocelulósica que complementa la hidrólisis enzimática y posibilita la obtención de altos rendimientos. Se hace necesario principalmente porque la lignina en las paredes celulares de la planta forma unas barreras contra en ataque enzimático. Un pre tratamiento ideal es reducir el contenido de lignina, disminuir la cristalinidad de la celulosa e incrementar el área superficial. Existen diferentes alternativas de pre tratamiento: Pre tratamiento mecánico: a) Trituración mecánica: Molienda para reducción de partícula del tamaño de mallainferior a 40, tiene un efecto mínimo en los rendimientos de la hidrólisis, asícomo la tasa de hidrólisis de la biomasa. b) Ultrasonido: Es una técnica empleada para extraer lignina y hemicelulosa, se emplea este método a 25ºC y diferentes períodos de tiempoentre 10 a 60 min., encontrando que el mejor tiempo de residencia fue de 30min.; sin embargo, su efecto sobre la biomasa es muy superficial comparado conmétodos como el pretratamiento con H2O2.
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Pre tratamiento térmico En este tipo de pre tratamiento la materia prima es calentada en un rango de 150 a 180ºC, donde la hemicelulosa y seguida a ella la lignina son solubilizadas. Temperaturas superiores a 180ºC solubiliza la hemicelulosa. Durante los procesos térmicos una parte de la hemicelulosa es hidrolizada y forma ácidos, estos son asumidos como catalizadores para hidrolizar la hemicelulosa. a) Explosión por vapor: La materia prima se somete a temperaturas entre 160260ºC, mediante la inyección directa de vapor saturado, por un intervalo de tiempo entre1 y 10 minutos. Seguidamente se lleva el producto a una rápida descompresión hasta presión atmosférica. Como resultado se obtiene biomasa con alteraciones físicas (desagregación y ruptura de las fibras), y químicas (despolimerización y rotura de enlaces) y una celulosa más accesible a la hidrólisis enzimática. Las variables a controlar en este tipo de procedimiento son la temperatura, el tiempo de residencia, el tamaño de partícula, y la humedad. b) Agua líquida a alta temperatura (LHW): En este proceso se somete la biomasa al efecto de agua caliente a una temperatura entre 170 – 230ºC por un tiempo de 46 min. El objetivo de este pretratamiento es solubilizar principalmente la hemicelulosa de la celulosa para hacerla más accesible y evitar la formación deinhibidores. Para evitar la formación de inhibidores, el pH debe mantenerse entre el 4 y 7 durante el pretratamiento. Mantener el pH entre 4 y 7 minimiza la formación de monosacáridos y, por lo tanto, también la formación de productos de degradación que puede seguir catalizando la hidrólisis del material celulósico durante el pre tratamiento.
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Pretratamiento físico-químicos: a) Proceso de explosión de fibra con amoniaco (AFEX): El pretratamiento con amoníaco se realiza con cargas de amoniaco en torno a 1:1 (amoníaco kg/kg peso biomasa seca) a temperaturas que van desde la temperatura ambiente con una duración de 10 a 60 días, a temperaturas de hasta 120ºC, con una duración de varios minutos. También se da un aumento de seis veces a hidrólisis enzimática y un rendimiento de 2,5 veces el rendimiento a etanol después de este pretratamiento. b) Explosión con CO2: Se lleva a cabo con alta presión y altas temperaturas de hasta 200ºC, con una duración de varios minutos. Este pretratamiento produce líquidos que pueden ser ácidos, estos ácidos hidrolizan especialmente la hemicelulosa. El CO 2 también se aplica como CO2supercrítico (35ºC, 73 bares),este incrementa el rendimiento de glucosa en 50-70% de bagazo el 14% de pino amarillo y el 70% de álamo. Esto es probablemente causado por el aumento del tamaño de poros.
Pre tratamiento químico: a) Hidrólisis ácida: Es un proceso químico que emplea catalizadores ácidos para transformar las cadenas de polisacáridos que forman la biomasa (hemicelulosa y celulosa) en sus monómeros elementales. Este tipo de hidrólisis utiliza diferentes clases de ácidos: sulfuroso, clorhídrico, sulfúrico, fosfórico, nítrico y fórmico. Siendo solamente usados a nivel industrial los ácidos clorhídrico y sulfúrico. Los métodos industriales de hidrólisis ácida se agrupan en dos tipos: los que emplean ácidos concentrados (10-30%), trabajan a bajas temperaturas (170-190ºC) y mayor tiempo de residencia; y los que utilizan ácidos diluidos (1-5%), a temperaturas más altas (160240ºC), y tiempo de reacción de 6-12 segundos. La principal reacción que ocurre durante el pretratamiento ácido es la hidrólisis de hemicelulosa, 29
especialmente xilano como glucomanano. La hemicelulosa puede ser sometida a reacciones hidrolíticas produciendo monómeros, como furfural, HMF y otros productos. Durante el pretratamiento ácido la lignina es rápidamente condensada y precipitada en ambientes ácidos.
b) Oxidación húmeda: Un pretratamiento oxidativo consiste en la adición de un compuesto oxidante, como el peróxido de hidrógeno o ácido peracético a la biomasa, que está sumergida en el agua. Durante el pretratamiento oxidativo puede tener lugar reacciones como sustitución electrofílica, el desplazamiento de cadenas laterales, rompimientos de vínculos de alquil, aril, éter o de núcleos aromáticos.
c) Tratamientos con ozono: El ozono ha sido utilizado para degradar la lignina y lahemicelulosa. Se lleva a cabo a condiciones de presión y temperatura ambientales. La degradación es esencialmente limitada a atacar la lignina y hemicelulosa aunque la celulosa es afectada.
d) Hidrólisis con álcalis: Se lleva a cabo con NaOH diluido donde se sumerge el material lignocelulósico, a 60ºC por 24 horas, produciendo un hinchamiento dela biomasa, teniendo lugar reacciones como solvatación y saponificación. Estoprovoca un estado de inflamación de la biomasa, lo que la hace más accesiblepara enzimas y bacterias. Disoluciones de álcalis fuertes dan lugar a hidrólisisalcalina, degradación y descomposición de polisacáridos y rompimiento de radicalesfinales. La pérdida de polisacáridos es causada principalmente por el rompimiento de radicales finales y reacciones hidrolíticas.
30
e) Tratamiento con solventes orgánicos: En el proceso, un compuesto orgánico o acuoso se mezcla con un ácido inorgánico (HCl o H2SO4), este se utiliza para romper el interior de la lignina y puentes de hemicelulosa. Se emplean disolventes orgánicos como metanol, etanol, acetona, etilenglicol, trietilenglicol y alcohol tetrahidrofurfurílico. Ácidos orgánicos como oxálico, acetilsalicílico y salicílico también puede ser utilizados como catalizadores en el proceso. A temperaturas altas (por encima de 185 °C), el uso de catalizadores es innecesario para la deslignificación. Pre tratamiento biológico: En este tratamiento el material lignocelulósico se somete a la acción de determinadas enzimas ó micro-organismos, como los hongos de la podredumbre blanca, marrón o blanda. El objetivo es degradar la lignina y la hemicelulosa, eliminando las barreras que protegen la celulosa y haciéndola más accesible al posterior ataque enzimático, por lo que generalmente se hace necesario hacer primero un tratamiento con hongos y posteriormente con las enzimas. a) Tratamiento con bio-solventes orgánicos: Emplea solventes orgánicos y hongos, el primero para permitir la acción de hidrólisis en la hemicelulosa y el segundo para la descomposición de la red de lignina. Se han realizado estudios con etanolcomo solvente y podredumbre blanca para la degradación
de
lignina
Ceriporiopsissubvermispora,
en
madera,
los
hongos
usados
fueron
Dichomitussqualens,Pleurotusostreatus,
y
Coriolusversicolor. El pretratamiento biológico puede ahorrar el 15% de la electricidad necesaria en la etanólisis, el etanol puede serreutilizado y es amigable con el medio ambiente.(Itoh, 2003)
31
2.1.6.2 Hidrólisis enzimática
Proceso catalizado por enzimas denominadas celulasas, cuyo propósito es la degradación de la celulosa. El uso del pre-tratamiento como se explicaba anteriormente, facilita el desarrollo de esta etapa. Cabe destacar que en la mayoría de procesos existe un primordial interés por los azúcares provenientes de la celulosa, sin embargo, la tendencia actual es el aprovechamiento integral de la biomasa, y en especial de otros azúcares como las pentosas, provenientes de la hemicelulosa, conllevando al uso de enzimas que actúen sobre dichas substancias como es el caso de las xilanasas y las xilasas. El contenido enzimático: Las enzimas del complejo celulasa y el mecanismo de la hidrólisis enzimática, han sido agrupadas en tres componentes mayores: Endoβ -glucanasasó 1,4-β -glucanglucanohydrolasas (EC 3,2,1,4), que rompen losenlacesβ -glucosídicos en forma aleatoria en el interior de las moléculas de celulosa. •
Exoβ-glucanasasó
1,4-β -glucancelobiohidrolasas
(EC
3,2,1,91),
que
atacangradualmente las moléculas de celulosa de los terminales no reductores liberando subunidades de celobiosa. • B-glucosidasasócelobiosas (EC 3,2,1,21), la que hidroliza celobiosas y celodextrinasde bajo peso molecular (celotriosas y celotetrosas) en glucosa. • Para el caso de la hemicelulosa esta corresponde a un heteropolisacárido, ya que sus ramificaciones están compuestas por más de un tipo de monómero ó polisacáridos como es el caso de la xilosa (principal constituyente), arabinosa, galactosa, manosa, glucosa y ácido glucorónico, a su vez unidos por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces
β
(1-4), que forman cadena lineal
ramificada. Entre los cuales destacan la glucosa, la galactosa ó la fructosa (dependiendo del tipo de material a emplear).Por ello, con el fin de aprovecharla fracción 32
hemicelulosa se suelen emplear enzimas tales como xilasas, xilanasas, β -l – arabinofuranosidasa, β -xylosidasa, entre otras. Uso de enzimas comerciales: Corresponden a preparados celulíticos ó hemicelulíticos obtenidos a partir de microorganismos como hongos y bacterias, aeróbicos o anaeróbicos, mesófi los o termófilos. No obstante, son de utilidad sólo aquéllos que presentan producción extracelular de celulasas y/ó hemicelulasas. Uso de enzimas obtenidas a partir de cultivos fúngicos y bacterianos aisladas en el laboratorio: Debido a los altos costos que el uso de enzimas comerciales genera en los procesos industriales, sumado al interés de conseguir mejores y mayores rendimientos tanto en la tasa de hidrólisis como de conversión de azúcares a etanol, se ha incrementado el uso de cultivos aislados de su ambiente natural y cultivados en el laboratorio, empleando diferentes metodologías para la producción y acción de enzimas de interés.
33
2.1.6.3Detoxificación
Denominado así porque su aplicación busca eliminar todas aquéllas substancias que pudieron formarse durante el sometimiento de la materia prima al pretratamiento y la hidrólisis enzimática, y que resultan tóxicas e inhibitorias en la fermentación. Dichas substancias suelen formarse debido a las altas temperaturas y condiciones ácidas en las que se desarrollan las anteriores etapas. De igual manera, busca evitar la formación de otras substancias durante el proceso de fermentación que afecte la producción de etanol (los autores). Los métodos de detoxificación son las siguientes: a) Métodos biológicos. Involucran el uso de enzimas y microorganismos específicos que actúan sobre los compuestos tóxicos cambiando su composición. Para el caso de la detoxificación con enzimas se encuentran principalmente el uso de peroxidasas y lacasas. Las primeras, transforman primordialmente fenoles y aminas aromáticas; estas son de gran efectividad e
incluyen
enzimas
tales
como
horseradishperoxidasa
(HRP),
ligninperoxidasa (LiP), manganeso peroxidasa(MnP), entre otras; y son producidas por distintos microorganismos en especial de tipo fúngico. En cuanto a las lacasas, son conocidas bajo el término Sistemas Mediadores de Lacasas (LMS), ya que reúne un complejo enzimático conformado por distintas enzimas. Son muchas las fuentes ó microorganismos productores de lacasas. En cuanto a los microorganismos empleados para detoxificación se encuentran tanto de tipo bacteriano como fúngico. Para el caso de los fúngicos existen investigaciones donde emplean una cepa aislada de ConiochaetaligniariaNRRL30616, para tratar los inhibidores presentes en un hidrolizado de maíz después de pre-tratamiento ácidodiluido. En el caso del uso de bacterias, en el cual utilizan una cepa de Ureibacillus thermosphaericus, para detoxifarhidrólizado de madera pretratado con ácido diluído.(Okuda, 2008)
34
2.1.6.4 Fermentación
La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico.(Krishna, 2001)
Fig. No. 4 Diagrama general para la producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos.
35
-
Fermentación de hexosas: Las hexosas son monosacáridos (glúcidos simples) formados por una cadena de seis átomos de carbono. Su fórmula general es C6H12O6. Su principal función es producir energía. Un gramo de cualquier hexosa produce unas 4 kilocalorías de energía. Las más importantes desde el punto de vista biológico son: glucosa, galactosa y fructosa.
-
Fermentación de pentosas: La interconversión de la pentosa y la hexosa sin oxidación-reducción tiene lugar por la vía de la pentosa-fosfato. Esta vía permite la síntesis de la hexosa por bacterias que crecen sobre la pentosa, y también permite la síntesis de otros dos azúcares, laseudoheptulosa-7fosfato y la eritrosa-4-fosfato. Esta última es una precursora en labiossíntesis de los aminoácidos aromáticos. La fracción de pentosas en la hemicelulosa consiste principalmente de xilosas, pero depende del origen de la materia prima ya que la fracción de arabisona puede ser importante. Han sido estudiados diferentes microorganismos para fermentación, entre ellos bacterias, levaduras y hongos (naturales y recombinados).
Las investigaciones desarrolladas sobre clases de microorganismos como bacterias, levaduras y hongos se han dirigido a la solución de distintas problemáticas. Por un lado se encuentra la capacidad natural de acción del microorganismo empleado (velocidad de procesamiento, temperatura óptima de trabajo, tipos de substrato a emplear, entre otros factores), y el análisis de los inconvenientes que genera en la biomasa y en las etapas posteriores del proceso el tipo de pre-tratamiento dado a la biomasa y específicamente a su estructura. Por lo cualhan recurrido a diferentes técnicas de mejoramiento de cepas (etanolgénicas,
termotolerantesetc.),
y
al
uso
de
distintas
clases
de
microorganismos como bacterias, levaduras y hongos. a) Bacterias empleadas en la fermentación. Se han empleado bacterias de los géneros Clostridium (sporogenes, indolicus, sphnoides, saccharobutyricum, Thermohydrosulfuricum
y
Thermocellum),
que
degradan
grandes
cantidades de celulosa y otros polisacáridos. Otras bacterias empleadas 36
son:
Zimomonasmobilis,
Erwiniaamilovora,
Spirochetaaurantia,
Streptococuslactis, Spirocheta litorales y Spirochetastenostrepta, con resultados satisfactorios en cuanto a productividad. Igualmente, se han empleado bacterias modificadas genéticamente para la degradación tanto de hexosas como de pentosas, y con características de resistencia.
b) Levaduras empleadas en la fermentación. Aunque más lentas en la ejecución
del
proceso
de
fermentación,
las
levaduras
son
los
microorganismos de mayor uso en la producción de etanol, debido a su productividad, baja producción de inhibidoresy facilidad de separación después de la fermentación. En dichos procesos seemplean levaduras de los
géneros
Candida
(ceresviceae,ellipsoideus,
(seudotropicalis), anamensisi,
Saccharomyces
carlsbergensis)
y
Kluyveromycesmarxianus y fragilis, que además de altas eficiencias, son capaces de trabajar atemperaturas superiores a los 40°C. Otras son Candidabytyrii,
Pichiastipitis,
Schizosaccharomycespombe
y
Pichiamembranaefaciens.
c) Cultivos fúngicos empleados en la fermentación. Aunque no se encuentran tan ampliamente difundidos a nivel industrial como las levaduras o las bacterias, éstos ofrecen ventajas como reducción de costos, fácil adquisición, entre otras; que coexisten con desventajas como los largos tiempos de residencia que requieren. Dentro de ellos se encuentran hongos como Mucorracemosus, del género Rhizopus y Aspergillus.
d) Uso de co-cultivos. El uso de co-cultivos o cultivos mixtos de microorganismosya sean del mismo o diferente tipo también ha sido empleado, con el fi n de acelerar elproceso de fermentación o de 37
complementar la acción de los microorganismos paraobtener mayores rendimientos en la tasa de conversión de azúcares a etanol. Muestrade ello, es el uso de dos levaduras, una que fermenta las hexosas, como S. ceresviceae,y otra que fermenta las pentosas, como P. stipitis, aunque se han tenido mejores resultados en co-cultivos de P. stipitis con K. marxianus; o
cultivomixto
de
bacteria
y
levadura,
como
Clostridium
y/o
Zymomonasmobilis y/o E. colliy S. ceresviceae. También se han reportado estudios de cultivos mixtos de hongos y levaduras como Trichodermaviride y Pachysolentannphylus, Aspergillus niger ySaccharomycescerevisiae, desarrollados con el mismo propósito.
38
2.2 Marco de Referencia.
Como fundamentos que sustentan el presente documento tenemos argumentados los registros de proyectos biocombustibles de los últimos cinco años en México, datos estadísticos a nivel nacional y en particular del estado de Jalisco, así como los desechos y residuos orgánicos que genera el mercado de abastos de la ciudad de Guadalajara, Jalisco y el marco legal que promueve los bioenergéticos.
2.2.1 Normatividad
Estandarización internacional del Bioetanol: Especialistas brasileños, norteamericanos y europeos, que integran el núcleo de trabajo de Normas y Padrones del IBF, se reunieron en una Fuerza de tarea tripartita (BioethanolTaskForce), para el análisis de las normas y límites establecidos para el bioetanol comercializado en el mundo. A partir de este trabajo fue redactado un documento (“White Paperon Internationally Compatible Biofuels Standards”Standards”- febrero de 2008), el cual contiene un diagnóstico de las normas utilizadas en los principales mercados mundiales de bioetanol, así como los límites para cada parámetro. El comité de bioetanol concluyó que 9 de las 16 especificaciones del etanol fueron alineadas. Todas las demás especificaciones, excepto 1, podrán ser alineadas en el corto plazo. Las discusiones presentadas para cada propiedad del etanol enfocando la metodología y los límites son:
39
•
Aspecto y Color:
Ambas pruebas prue bas consisten cons isten en inspecciones visuales de los combustibles con el fin de detectar impurezas o contaminación. El bioetanol es incoloro o amarillo debido a la presencia de proteínas. El color puede cambiar con la adición de colorantes o desnaturalizantes. Esta prueba es muy simple y puede ayudar a identificar problemas críticos que no se describen en la norma, como por ejemplo la presencia de hojas, insectos, moho, etc. •
Acidez:
La especificación máxima para la acidez en los Estados Unidos es de 56 mg/l (0.0074% masa), similar a la especificación europea EU (0.007% masa). La especificación brasileña es más rígida asumiendo un valor de 30 mg/l (0.0038% masa) lo que puede ser justificado por el elevado contenido de etanol en la gasolina. Este parámetro es importante para el control de la corrosión y ambos métodos de prueba (ASTM D1613 y NBR 9866), estos son similares, pues involucran titulación ácido-base en medio alcohólico y etanol; lo cual deberá producir resultados semejantes. La ABNT-Asociación Brasileña de Normas Técnicas método (NBR 9866) puede tener un ligero sesgo como un indicador diferente (naftolftaleina alfa). •
Conductividad eléctrica.
Este parámetro sólo existe en la norma Brasileña que usa los métodos ABNT 10547 y ASTM D1125, pero en los Estados Unidos se está discutiendo incluirlo en su norma. En Europa dicho parámetro no se especifica debido al bajo contenido de etanol (E5). La prueba esencialmente se incluye como una medida de agentes que causan corrosión como los contaminantes iónicos.
40
El método de prueba es fácil, portátil, rápido y muy importante para evitar la corrosión. El análisis se realiza utilizando un conductímetro con sensor de temperatura.
•
pH.
Las especificaciones límite de los Estados Unidos (6.5-9.0) y Brasil (6.0-8.0) son muy similares. Existen dudas si los dos procedimientos van a presentar resultados equivalentes debido a los equipos usados. El parámetro es muy importante para controlar la corrosión, pero son necesarios estudios experimentales adicionales para definir cuál es el mejor electrodo. •
Residuos y Evaporación.
El método cuantifica la cantidad de residuo remanente después de que se evapora el etanol, con el objetivo de controlar las impurezas no volátiles. Los métodos que se utilizan en Brasil(NBR 8644), y los Estados Unidos (ASTM D381) son diferentes, pero con el mismo propósito. Los Estados Unidos miden las gomas de heptanos lavados y, Brasil y la UE miden la goma sin lavar. Los límites son 5.3 mg/100 ml para los Estados Unidos, 10 mg/100 ml para la UE y 5.0 mg/100 ml para Brasil y debido a los distintos procedimientos usados, es difícil comparar estos límites. •
Masa Específica o Densidad.
Brasil es el único país que marca la densidad en su norma (791.5 kg/m3 máx para etanol anhidro y 807.6 a 811,0 para etanol hidratado). El método (ABNT 5992, ASTM 4052) es muy simple, portátil, rápido y muy importante para controlar la pureza de etanol.
41
•
Grado de Alcohol.
Es considerado sólo en Brasil y se calcula usando los valores obtenidos en la prueba de peso específico y una tabla (disponible en la Norma: NBR 5992) para convertirlo en el grado de alcohol (º INPM =% w/w). Es fácil, sencillo, portátil e importante para controlar la pureza del etanol y el contenido de agua. Los valores límite que se consideran en la norma Brasileña son: 99.3 w/w% (etanol anhidro) y 92.6 - 93.8 w/w% (etanol hidratado). •
Cloruro.
El cloruro es el contaminante más agresivo relacionado a la corrosión, y Brasil tiene el límite máximo de 1 mg/kg para el etanol hidratado. Los límites máximos de especificación de cloruro de los Estados Unidos y Europa para el etanol sin desnaturalizar son de 42 mg/kg, y 25 mg/kg, respectivamente. Se utiliza en Brasil (NBR 10894/10895), a fin de cuantificar los iones cloruro y sulfato. Los Estados Unidos utilizan un método de valoración potenciométrica, y dos métodos de IC se encuentran en desarrollo (ASTM D7319-07 y D7328-07 E1). El valor de cloruro debe ser lo más bajo posible. •
Contenido de Etanol.
La mejor manera de evaluar la pureza del etanol es determinar el contenido de etanol utilizando cromatografía de gases. El problema real es el control de los contaminantes (agua, metanol y alcoholes superiores). El límite de ASTM (EUA) es 93.9% vol. como mínimo y el límite de la ANP (Brasil) es de 99.6% vol. mínimo, el CEN (UE) especifica un mínimo de etanol, más alcohol superior (C3-C5) contenido en un 98.8% vol. •
Contenido de Salfuto.
La ANP (Brasil) y las especificaciones de Estados Unidos, tienen un límite de 4 mg/kg máximo, y el CEN incluirá un límite de 4 mg/kg en la próxima revisión de la 42
norma europea. Los métodos de prueba de cromatografía de iones son utilizados en los Estados Unidos (ASTM D7328 y D 7319-7) y en Brasil (NBR 10894).
•
Contenido de Sodio y Hierro
El sodio (2 mg/ kg, max) y el hierro (5 mg/kg, max) sólo están especificados en la norma de la ANP (Brasil) para el etanol hidratado, sin embargo el etanol anhidro es producido a partir de etanol hidratado, posteriormente estos parámetros son indirectamente controlados también con etanol anhidro. Las metodologías son NBR 11331 (Hierro-absorción atómica) y NBR 10422 (Iones de sodio-Fotometría de llama). •
Contenido de cobre.
El cobre es un poderoso catalizador de oxidación, y puede aumentar la tasa de oxidación del combustible si está presente en la gasolina mezclada con etanol, con la formación de gomas. Entonces este contenido en etanol puede ser tan bajo como sea posible. Los métodos de prueba utilizados en Estados Unidos (ASTM D1688), la Unión Europea (EN 15488) y Brasil (NBR 10893), arrojan resultados comparables, utilizando absorción atómica. Los límites máximos utilizados son: Brasil – 0.07 mg/kg, Estados Unidos y la UE – 0.1 mg/kg. •
Contenido de Azufre.
La especificación brasileña no incluye un límite para el azufre, pero el límite de la UE es de 10 mg/kg max y los Estados Unidos tienen una especificación federal con un límite máximo de 30 mg/kg y un límite máximo en California de 10 mg/kg para el etanol desnaturalizado.
43
El contenido de azufre en el etanol es bajo por naturaleza (1-2 mg/kg). Los procedimientos de prueba son: ASTM D2622 (longitud de onda dispersiva de rayos x y la espectrometría de fluorescencia) y la ASTM D5453 (Método de fluorescencia ultravioleta). En Brasil se está considerando la hipótesis de incluir esta prueba en su especificación.
•
Contenido de Agua.
Brasil no tiene especificaciones para contenido de agua, porque controlan el contenido de alcohol y la masa específica, pero por cálculos el contenido de agua es cercano a 0.4% vol. Los Estados Unidos tienen un máximo de 1.0% en volumen, pero los niveles de agua actuales son más comunes entre 0.6-0.7% vol.
Para la elaboración del reglamento centroamericano se consultaron los siguientes documentos técnicos: ASTM D-1152: “Standard Specification for Methanol (Methyl Alcohol)”. Especificación Estándar para Metanol (Alcohol Metílico). ASTM D 4806-04a: "Standard Specification for Denatured Fuel Ethanol for Blending with Gasolines for Use as Automotive Spark-Ignition Engine Fuel". Especificación Estándar para Etanol Carburante Desnaturalizado para ser Mezclado con Gasolinas para uso como Combustible en Motor a Ignición por Chispa.(sener)
2.2.2 Leyes y reglamentos
El 1 de febrero de 2008 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos ( consultar
anexo 1),
primer cuerpo
44
legal para normar el desarrollo de la industria de los biocombustibles. El 18 de junio del año siguiente se publicó su reglamento ( consultar anexo 2 ). La Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos tiene como objetivo general promover la producción y el consumo de biocombustibles para diversificar las fuentes de energía de México y apoyar al campo mexicano (artículo 1). Contempla a los bioenergéticos provenientes de cualquier fuente, siempre y cuando no se ponga en riesgo la soberanía alimentaria del país. Establece las bases legales para promover la producción, comercialización y uso de los biocombustibles para reactivar al sector rural, creando empleos, en especial en las zonas de muy alta marginalidad. Procura el desarrollo de la producción y el consumo de biocombustibles como medio para reducir las emisiones de contaminantes a la atmósfera. Crea una Comisión Intersecretarial de Bioenergéticos integrada por: Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y
Alimentación (SAGARPA)
Secretaría de Energía (SENER)
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT)
Secretaría de Economía
Secretaría de Hacienda y Crédito Público (Artículo 8).
Estas son algunas de sus principales funciones: -
Participar en la creación de planes y programas de desarrollo, desde el Plan Nacional de Desarrollo hasta los programas de corto, mediano y largo plazos relacionados a los biocombustibles, y darles seguimiento.
-
Establecer las bases y lineamientos para la suscripción de acuerdos con otros niveles de gobierno, así como para normar la participación de los sectores social y privado. 45
-
Fomentar la agroindustria, la inversión, la infraestructura y las tecnologías necesarias para el desarrollo de los biocombustibles.
-
Definir prioridades y criterios para asignar recursos del gasto público federal para promover el desarrollo de los biocombustibles.
-
Revisar la congruencia de las normas oficiales mexicanas aplicables a la producción y comercialización de biocombustibles.(Artículo 8)
2.3 Marco Contextual
Política Integral UTJ La Universidad Tecnológica de Jalisco asume el compromiso de formar Técnicos(as) Superiores Universitarios(as) e Ingenieros(as), a través de programas educativos pertinentes e impartidos por personal calificado así como ofrecer Educación Continua y Servicios Tecnológicos de calidad, con el propósito de atender las necesidades de egresados(as), sector productivo y de servicios, fomentando un impacto positivo al medio ambiente mediante la mejora continua y en el marco de la legislación correspondiente. Misión UTJ La Universidad Tecnológica de Jalisco asume el compromiso de Formar Técnicos(as) Superiores Universitarios(as) e Ingenieros(as) con sólida preparación profesional, tecnológica y humana a través de programas de calidad pertinentes, intensivos y predominantemente prácticos, que contribuyan en el desarrollo de los distintos sectores de la sociedad. Visión
46
La Universidad Tecnológica de Jalisco, será una institución reconocida por su modelo educativo que dé respuesta oportuna a los requerimientos del sector productivo y de servicios, mediante programas académicos de buena calidad y procesos de gestión certificados. Objetivos de Calidad I. Optimizar el proceso de captación, formación, egreso de alumnos(as) y su inserción en el sector productivo. II. Garantizar la mejora continua del Sistema de Gestión de Calidad ISO 9001:2008. III. Fortalecer el capital humano de la Universidad Tecnológica de Jalisco. IV. Posicionar a la Universidad Tecnológica de Jalisco en nuestra zona de influencia. Valores I. Servicio: Brindar ayuda de manera espontánea, en los detalles más pequeños. II. Compromiso: Poner en juego nuestra capacidad para sacar adelante todo aquello que se nos ha confiado. III. Integridad: Cualidad de ser la misma persona como un todo, con un comportamiento intachable tanto en lo privado como en lo público y en circunstancias diferentes. IV. Trabajo en equipo: Capacidad de coordinar, respetar y aprovechar conocimientos, habilidades y experiencias de los integrantes del equipo para alcanzar resultados. Objetivos Ambientales I. Optimizar el uso de los recursos naturales, energéticos y de servicios con los que cuenta la Institución. 47
II. Promover la educación ambiental entre la comunidad universitaria. En la carrera de Ing. Tecnología Ambiental la UTJ pretende que sus egresados adquieran las siguientes competencias específicas: Desarrollar soluciones de prevención, control, mitigación y remediación de impactos al ambiente, empleando herramientas tecnológicas y de gestión innovadoras que permitan optimizar el uso de los recursos disponibles con un enfoque sustentable, para ser aplicado al sector industrial de bienes y servicios, a la sociedad en general y a los tres niveles de gobierno. Implementar sistemas de administración ambiental y de seguridad a partir del análisis de la información de la organización (ambiental, social y de sus sistemas productivos), para contribuir al desarrollo sustentable de la región. Diseñar sistemas de prevención y control de contaminantes en aire, agua y suelo conforme a parámetros técnicos específicos, para minimizar impactos al ambiente y cumplir con la normatividad aplicable. Evaluar el riesgo y los impactos ambientales de las actividades productivas, comerciales y de servicios a través de herramientas de análisis comparativos, metodologías especializadas y términos de referencia técnico-legales, para establecer las acciones de prevención, control, mitigación y remediación.
48
3. Desarrollo: Métodos y técnicas
La secuencia de actividades para realizar este protocolo inicio con una investigación en páginas web de diversas dependencias gubernamentales centralizadas y descentralizadas como SAGARPA, SENER, SEMARNAT, PEMEX y CONACYT entre otras, para verificar los proyectos
de biocombustibles
realizados durante los últimos 5 años. De esta información se tomaron como base los mecanismos utilizados para la producción de biocombustibles, el marco legal a través de la ley que se aprobó para promover y desarrollar dichos combustibles así como la normatividad para el control de calidad en su producción y los parámetros que se deben seguir. Posteriormente se realizó una identificación de los diversos desechos y residuos que genera el mercado de abastados de la ciudad de Guadalajara, Jalisco. De los cuales podemos mencionar el plátano, lechuga, cereales y jitomate. Esto nos permitió conocer sus propiedades y características, las cuales definieron si son susceptibles para producir biocombustible. En base a lo anterior se planteo un diseño de experimentó de 2 6 , donde se obtienen dos variables las cuales son, la cantidad de levadura que se agrega a la muestra y el volumen de agua requerida en 6 diferentes sistemas que nos permitirá obtener el bioetanol por medio del residuo seleccionado que fue el plátano.
49
4. Análisis de resultados 4.1 Selección materia prima para producción biocombustible
De acuerdo con las cifras de Aseo Público Guadalajara los productos alimenticios que más se tiran en el mercado de abastos son: plátano, lechuga, cereales y jitomate. 4.1.1 Plátano
El plátano o banano es considerado como uno de los cultivos más importantes en la agricultura. En frutas tropicales ocupa el primer lugar y es considerado como una fruta básica en la alimentación mexicana, debido a su bajo precio, rico sabor, disponibilidad en todo el año, múltiples combinaciones de cocina, sensación de saciedad que produce y su valor nutritivo en potasio, hierro y vitamina k. En la siguiente tabla se muestra el valor nutricional del plátano fresco por 100 gramos de sustancia comestible.
Fig. No. 5 Valor nutricional del plátano fresco Fuente: Comisión Veracruzana de Comercialización Agropecuaria
50
Debido a su alto contenido de almidón (70% en base seca) el plátano es procesado para obtener el polisacárido, con el interés de ofrecer una posible fuente importante no convencional con aplicaciones en la industria de alimentos, entre otras. Esto representa una alternativa tecnológica para el aprovechamiento de este recurso sub-utilizado. En México, el principal tipo de plátano producido es el enano gigante (1,322,556.79 Ton), el segundo es el plátano Macho (332,242.43 Ton) y el tercero es el plátano Tabasco (159,662.4 Ton). (SIAP-SAGARPA,2010).
51
4.1.2 Lechuga
La lechuga es rica en calcio y fibra. Se utiliza en fresco en ensaladas y como acompañante en diferentes platos de la cocina. El aporte de calorías de esta verdura es muy bajo, mientras que en vitamina C es muy rica. Está compuesta en un 94% de agua y aporta mucho potasio, y fósforo. La ciencia médica ha determinado que la mayoría de lechugas provee una reacción alcalina al organismo humano acompañada de un alto contenido de celulosa, carbohidratos y proteínas en poca cantidad y calidad. La producción de lechuga en México fue la siguiente en el año 2012:
(SIAP, 2012)Fig. No. 6 Producción de lechuga en México 2012
52
4.1.3 Jitomate
El jitomate (Solanumlycopersicumvar. cerasiforme) es un cultivo que en nuestros días está distribuido alrededor del mundo y ocupa el segundo lugar en importancia mundial, sólo superado por la papa (Solanumtuberosum) (FAOSTAT, 2011). En México se cultivan diferentes variedades de jitomate, como el tomate rojo saladette y bola, de exportación, cherry, roma, industrial, silvestre, jitomate verde y tipo criollo o acostillado (SIAP, 2010). Las propiedades del jitomate son las siguientes:
Fig. No. 7Valor nutritivo de los frutos de Jitomate
El principal productor de jitomate fresco es China con una producción promedio de 29, 834,717 toneladas anuales que representan el 23.8 % de la producción mundial, seguida de los Estados Unidos de América con 12, 867,970 de toneladas para un 10.3 % del total mundial; Turquía produce anualmente 9, 760,584.7 de toneladas (7.8 % del total mundial). En este contexto mundial, México ocupa el décimo lugar con 2, 774,214 toneladas que representa el 2.2 % del total mundial. (FAOSTAST, 2010).
53
4.2 Obtención de bioetanol vía fermentación a nivel laboratorio. 4.2.1 Reactivos
Todos los reactivos utilizados son de grado analítico, para la preparación de las respectivas soluciones se utilizó agua destilada o desionizada. 1. Tartrato de sodio y potasio (CALEDON). 2. Hidróxido de sodio (J.T. BAKER). 3. Sulfato de cobre pentahidratado (BAKER). 4. Ferrocianuro de potasio (BAKER). 5. Ácido clorhídrico (J.T.BAKER). 6. Acetato de plomo (MEYER). 7. Glucosa Monohidratada (MEYER). 8. Metanol (MEYER). 9. Etanol (BAKER). 10. Butanol (J.T. BAKER). 11. Alcohol terbutílico (REASOL). 12. Acetato de etilo (J.T.BAKER). 13. Ácido acético (J.T. BAKER). 14. Dicromato de potasio (J.T. BAKER). 15. Levadura de pan (Sacchoromycescerevisiae). 16. Indicador (fenolftaleina al 1%). 17. Buffer (J.T.BAKER), pH = 4 y 7.
54
Todos los gases fueron PRAXAIR grado cromatográfico (alta pureza). 1. Hidrógeno comprimido. 2. Helio comprimido. 3. Aire comprimido. 4. Nitrógeno comprimido.
4.2.2 Equipos
1.- Espectrofotómetro UV/vis Marca VARIAN. Modelo Cary 100 (± 0.001 unidades de absorbancia), con una celda de cuarzo de un centímetro de longitud de paso óptico. 2.- Cromatógrafo de gases Varian CP-3380 controlado por un software StarChromatography Workstation versión 6, operado por una computadora personal, equipado con un detector de ionización de flama (FID), una columna capilar de silica fundida (de 15 m de longitud y 0.25 mm de diámetro interno) y un inyector para columna capilar. Como gas de arrastre se utilizó helio. 3.- Cromatógrafo de gases Marca PERKIN ELMER, con un detector de ionización de flama (FID), inyector capilar y una columna PE-WAX de 30 m de longitud con un diámetro interno de 0.53 mm y un espesor de película de 1 µm. 4.- Jeringa Hamilton de 1.0 µL. 5. pH-metro OAKTON pH 2100 series.
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4.3 Procedimiento experimental 4.3.1 Obtención del jugo
El primer paso será recolectar la materia prima, plátanos maduros, que genera el mercado
de
abastos
perteneciente
al
municipio
de
Guadalajara
Jal.
Posteriormente se procederá al lavado, pelado y trituración de los mismos hasta obtener un líquido (mosto) espeso, el cual se filtrará, para eliminar las fibras que contiene y así obtener un mosto homogéneo; estas operaciones se realizan manualmente.
4.3.2 Determinación de las condiciones óptimas de fermentación.
Para encontrar las condiciones óptimas tanto para la fermentación del mosto así como para las operaciones posteriores a esta, principalmente filtración y destilación del mismo, primero se determinará la cantidad de levadura y posteriormente se variará la cantidad de agua adicionada al mosto. En la tabla 3.1, se presenta la nomenclatura que se utilizará para designar a cada uno de los sistemas con los cuales se trabajará durante la determinación de las condiciones óptimas para la fermentación del jugo (mosto) de plátano para la obtención del etanol.
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Cantidad de Levadura. Para obtener la cantidad de levadura se realizará la fermentación de la siguiente forma: al mosto filtrado se le agregará agua al 20% (v/v), esto para disminuirle su viscosidad. Para eliminar los microorganismos indeseables en la mezcla mostoagua, ésta se calentará a una temperatura aproximada de 70-73 °C, y enseguida se dejará enfriar hasta los 40 °C. Luego la mezcla mosto-agua se dividiráen tres porciones. Enseguida cada mezcla será transferida a un recipiente de fermentación (recipiente de plástico), donde se le agregará como microorganismo fermentador, cierta cantidad de levadura de pan (Saccharomycescerevisiae). Al sistema A 1.00 g/L, al sistema B 1.62 g/L y al sistema C 2.16 g/L con la finalidad de obtener la cantidad óptima de levadura para la fermentación. Posteriormente la mezcla mosto-agua-microorganismo de cada uno de los sistemas será aireada (la aireación se llevará a cabo mediante agitación) durante dos horas, esto con la finalidad de aumentar la concentración de oxígeno disuelto en el medio, la cual es esencial para el desenvolvimiento de las levaduras. A lo largo de la fermentación del mosto, se tomarán muestras a ciertos intervalos de tiempo, a las que se les determinará la cantidad de azúcares reductores totales. La determinación de azúcares reductores totales se realizará con el objetivo de saber en qué momento detener la fermentación y por lo tanto proceder a la destilación del mosto, es decir cuando el contenido de azucares en el mosto se ha agotado; ya que los azúcares son la fuente de alimentación de los microorganismos y por lo tanto, determinan el rendimiento de etanol. Al término de este proceso, se debe de filtrar el mosto fermentado, sin embargo la filtración podrá omitirse si se tiene una consistencia espesa.Por tal motivo esto puede modificar las pruebas, de aumentando la cantidad de agua agregada al mosto.
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Relación A-M (agua-mosto). Para encontrar la relación óptima A-M (agua-mosto) que permitiera el filtrado del producto final, la cantidad de levadura se mantendrá constante y se debe variar la proporción de agua adicionada al mosto, este procedimiento debe ser de forma similar para los tres sistemas: el D, E y F con un 30, 50 y 70 % en volumen de agua, respectivamente. Fermentación del mosto, bajo condiciones óptimas (FCO). Por último, se debe realizar la fermentación del mosto utilizando la cantidad de levadura óptima y la mejor proporción de agua con respecto al mosto. La temperatura se debe mantener en un intervalo de 29 a 31 °C, ya que en el caso de la Saccharomyces cerevisiae se tiene un desarrollo óptimo entre 28 a 35°C, recomendable 30°C. A lo largo de la fermentación, se deberán tomar muestras a ciertos intervalos de tiempo, a las que se les realizaron además de la determinación de los azúcares reductores totales y de la concentración de etanol producido, el pH. Una vez detenida la fermentación del mosto se debe realizar la filtración y posteriormente la destilación del mismo. Las muestras obtenidas de las destilaciones del mosto se deben guardar en refrigeración hasta su posterior análisis por cromatografía de gases.
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Determinación de la concentración de azúcares reductores totales (ART). Para llevar a cabo la determinación de la glucosa (ART) a lo largo de la fermentación del jugo (mosto), se prepara el reactivo de Fehling así como una solución de glucosa al 0.5%. Reactivo de Fehling. El reactivo de Fehling se prepara en un matraz aforado de 1.0 L a partir de Tartrato de Sodio y Potasio (130 g), Hidróxido de Sodio (110 g ), Sulfato de Cobre Pentahidratado (24 g), Ferrocianuro de Potasio (16.8 g) y agua destilada para aforar el matraz. Solución de glucosa al 0.5 %. Para esta solución se pesa 0.25 g de glucosa monohidratada y se disuelven en 50 ml de agua destilada. Valoración del Reactivo de Fehling. Se coloca en un matraz erlenmeyer de 125ml, 15.0ml del reactivo de Fehling exactamente medidos, posteriormente se le agrega 20ml de agua destilada y se agita con cuidado para homogenizar. Luego se procede a calentar el matraz sobre una parilla eléctrica, cuando el reactivo comienza a hervir se le agrega de una bureta, la solución de glucosa (0.5 %) a razón de 2 a 3 gotas por segundo, cuidando que la ebullición no se interrumpiera durante la titulación. La titulación del reactivo es hasta la desaparición completa del color azul-verde, para dar un color amarillo claro.
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El factor del reactivo de Fehling se obtiene a partir del siguiente cálculo:
Donde: F = Factor de Fehling, en g de azúcar. Vg = Volumen de la solución de glucosa al 0.5 % consumido en la valoración del reactivo de Fehling, en ml. m = Masa de glucosa, en g. VT = Volumen total de la solución de glucosa, en ml. Valoración de la muestra. La muestra se prepara de la siguiente forma: se mide con una probeta 20 ml de mosto y se transfirió a un matraz aforado de 100 ml, luego se le agregacon una pipeta volumétrica 5.0 ml de HCl concentrado. Posteriormente el matraz se coloca en un baño maría a 63 ºC durante 3 minutos. Luego se enfria a chorro de agua y se neutraliza, para la neutralización se uso la misma cantidad de sosa concentrada (20 g de NaOH en 50 ml de agua). Ya neutralizada la solución se le agrega 5.0 ml de acetato de plomo al 10.0 %, por último se afora con agua destilada y se procede a filtrar. El filtrado se coloca en una bureta y se titula el reactivo de Fehling de forma similar que con la solución de glucosa al 0.5 %. Para determinar el contenido de azucares reductores totales, se utiliza la siguiente ecuación:
Donde: ART = azúcares reductores totales. F = Factor de Fehling expresado en g de azúcar. VT = Volumen total de la solución, en ml. 60
V = Volumen de la solución consumido en la valoración del reactivo de Fehling, en ml. Vm = Alícuota de mosto utilizado, en ml. (GUTIÉRREZ, 2009)
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4.3 Análisis del biocombustible
El bioetanol combustible debe cumplir las siguientes especificaciones:
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Valores recomendados en los parámetros:
Para la realización de pruebas para el bioetanol utilizar las siguientes normas: ASTM D-381: “Standard Test Methods for Existent Gum in Fuels by Jet Evaporation”. Métodos de Prueba Estándar para Contenido de Goma en Combustibles por Evaporación de Chorro. ASTM D-512: “Standard Test Methods for Chloride Ion in Water”. Métodos de Prueba Estándar para Ion Cloruro en Agua. 63
ASTM D-891: “Standard Test Methods for Specific Gravity, Apparent, of Liquid Industrial Chemicals”. Métodos de Prueba Estándar para Gravedad Especifica, Aparente, de Químicos Industriales Líquidos. ASTM D-1125: “Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water”. Métodos de Prueba Estándar para la Conductividad Eléctrica y Resistividad del Agua. ASTM D-1613: “Standard Test Method for Acidity in Volatile Solvents and Chemicals Intermediates Used in Paint, Varnish, Lacquer, and Related Products”. Método de Prueba Estándar para Acides en Solventes Volátiles y Químicos Intermedios Usados en Pinturas, Barnices, Lacas, y Productos Relacionados. ASTM D-1688: “Standard Test Methods for Copper in Water”. Métodos de Prueba Estándar para Cobre en Agua. ASTM D-2622: “Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Wavelength Dispersive X-ray Fluorescente Spectrometry”. Método de Prueba Estándar para Azufre en Productos de Petróleo por Espectroscopia de Fluorescencia con Longitud de Onda Dispersiva de Rayos X. ASTM D 3120: “Standard Test Method for Trace Quantities of Sulfur in Light Liquid Petroleum Hydrocarbons by OxidateMicrocoulometry”. Método de Prueba Estándar para Cantidades Trazas de Azufre en Hidrocarburos de Petróleo Líquidos Livianos por Microcoulometría Oxidativa. ASTM D 4052: “Standard Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter”. Método de Prueba Estándar para la Densidad y Densidad Relativa de Líquidos mediante Medidor Digital de Densidad. ASTM D 4176: “Standard Test Method for Free Water and Particulate Contamination in Distillate Fuels (Visual Inspection Procedures)”. Método de Prueba Estándar para el agua Libre y Contaminación de Partículas en Combustibles Destilados (Procesos de Inspección Visual).
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ASTM D-5453: “Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Light Hydrocarbons, Motor Fuels and Oils by Ultraviolet Fluorescence”. Método de Prueba Estándar para Determinación de Azufre Total en Hidrocarburos Livianos, Combustibles de Motor y Aceites por Fluorescencia Ultravioleta. ASTM D 5501: “Standard Test Method for Determination of Etanol Content of Denatured Fuel Etanol by Gas Chromatography ”. Método de Prueba Estándar para la Determinación del Contenido de Etanol en Etanol Carburante Desnaturalizado por Cromatografía de Gas. ASTM D-6423: “Standard Test Method for Determination of pHe of Etanol, Denatured Fuel Etanol, and Fuel Etanol (Ed75-Ed85)”. Método de Prueba Estándar
para
Determinación
de
pHe
de
Etanol,
Etanol
Carburante
Desnaturalizado y Etanol Carburante (Ed75-Ed85). ASTM D-6428: “Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Liquid Aromatic Hydrocarbons and Their Derivatives by Oxidative Combustion and Electrochemical Detection”. Método de Prueba Estándar para Determinación de Azufre Total en Hidrocarburos Aromáticos Líquidos y Sus Derivados por Combustión Oxidativa y Detección Electroquímica. ASTM D-6729: “Standard Test Method for Determination of Individual Components in Spark Ignition Engine Fuels by 100 Meter Capillary High Resolution Gas Chromatography”. Método de Prueba Estándar para la Determinación de Componentes Individuales en Combustibles para Motores a Ignición por Chispa por Cromatografía de Gases de Alta Capilaridad de Resolución a 100 metros. ASTM E-203: “Standard Test Method for Water Using Volumetric Karl Fischer Titration”. Método de Prueba Estándar para Agua Usando Titulación Karl Fischer Volumétrica. ASTM E-1064: “Standard Test Method for Water in Organ ic Liquids by Coulometric Karl Fischer Titration”. Método de Prueba Estándar para Agua en Líquidos Orgánicos por Titulación Karl FischerCoulométrica. 65
NBR 5992: “Determinação da Massa Especifica e do TeorAlcoólico do Álcool Etílico e Suas Misturas comÁgua”. Determinación de la Masa Especifica y del Contenido Alcohólico en Alcohol Etílico y sus Mezclas con Agua.
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5. Conclusiones y recomendaciones
Podemos desprender de lo escrito en todo este protocolo las conclusiones que a continuación se describen: 1- El residuo orgánico más viable para producir biocombustible resulto ser el plátano, debido a ser una fruta que se cosecha durante todo el año en México, ya que no es de temporada como otras frutas lo que a su vez le da un beneficio adicional por su precio accesible y sus diferentes variedades. 2- El plátano es una fruta que es realmente rica en nutrientes ya que sus propiedades físico-químicas pueden transformarse fácilmente para producir biocombustible como lo es el almidón y diversas cadenas de polisacáridos. 3- Podemos decir que México
en el rubro de producción de nuevos
biocombustibles está en proceso de promoción y desarrollo de proyectos de investigación para generar los mismos, y den alternativas de solución en la cultura energética que requiere nuestro país en el siglo XXI. Como aspectos de recomendación podemos expresar que se visiten diversos centros de consumo como es el mercado de abastos en la ciudad de Guadalajara para la observación del tubérculo denominado “papa”, ya que puede presentar características idóneas para producir biocombustible por su alto contenido de almidón. Así mismo recomendamos que estos proyectos participen en las convocatorias que publique CONACYT y de esta manera obtener presupuesto que hagan viable la realización del proyecto.
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6. Glosario
Oleaginoso: Es oleaginoso el fruto o la planta que contiene aceite y que lo da por medio de la presión. Es aceitoso lo que está cubierto o untado con aceite. Jatropha: Es un género de aproximadamente 175 suculentas, arbustos y árboles (algunos son de hojas caducas, como Jatropha curcas L.), de la familia de las Euforbiáceas. Residuo: Es un material o producto cuyo propietario o poseedor desecha y que se encuentra en estado sólido o semisólido, o es un líquido o gas contenido en recipientes o depósitos, y que puede ser susceptible de ser valorizado o requiere sujetarse a tratamiento o disposición final. Fermentación: Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, siendo el producto final un compuesto orgánico. Hidrólisis: Reacción química mediante la cual resultan dos nuevos compuestos a partir de una sustancia compleja mediante la adición de agua y su posterior descomposición.
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Furfural: El compuesto químico furfural es un aldehído industrial derivado de varios subproductos de la agricultura, maíz, avena, trigo, aleurona, aserrín. Hemicelulosa: Las hemicelulosas son heteropolisacáridos (polisacárido compuesto por más de un tipo de monómero), formado, en este caso un tanto especial, por un conjunto heterogéneo de polisacáridos, a su vez formados por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces β (1-4)(fundamentalmente xilosa, arabinosa, galactosa, manosa, glucosa y ácido glucurónico) , que forman una cadena lineal ramificada. Peracético El ácido peracético, también conocido como ácido peroxiacético, es un compuesto orgánico con la fórmula CH3CO3H. Este peróxido orgánico es un líquido incoloro con un olor acre característico que recuerda al del ácido acético. Puede ser altamente corrosivo. Electrofílica En mecanismos de reacción en química orgánica, una reacción de adición electrofílica (AEx o AdEx) es una reacción de adición donde en un compuesto químico, el sustrato de la reacción, se pierde un enlace pi para permitir la formación de dos nuevos enlaces sigma. Solvente: Un disolvente o solvente es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. Es el medio dispersante de la disolución.
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Glucorónico: El ácido glucurónico (del idioma griego γλσκερός, dulce) es un ácido carboxílico similar a la glucosa pero que presenta un grupo carboxilo en el carbono 6. Su fórmula química es C6H10O7. Las sales de este ácido se denominan glucuronatos; el anión, C6H9O7−, es el ion glucuronato.
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7. Bibliografía
Bioenergéticos. (2013). www.bioenergeticos.gob.mx. Dirección General de Equipamiento e Infraestructura en Zonas UrbanoMarginadas,
S.
M.
(2012).
http://app1.semarnat.gob.mx/dgeia/informe_12/pdf/Cap7_residuos.pdf. GUTIÉRREZ, S. E. (2009). OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL MANGO . Oaxaca. http://app1.semarnat.gob.mx/dgeia/informe_12/pdf/Cap7_residuos.pdf. (s.f.). Informador. (9 de Julio de 2013). Mercado de Abastos desperdicia 40 toneladas de alimento al día. Informador . Itoh, H. (2003). Bioorganosolve pretreatments for simultaneous saccharifi cation and fermentation. Krishna, S. T. (2001). Simultaneous saccharifi cation and fermentation of lignocellulosic
wastes
to
ethanol
using
a
thermotolerant
yeast.
BioresourceTechnology. Okuda, N. S. (2008). Biological Detoxifi cation of Waste House Wood Hydrolysate Using Ureibacillus thermosphaericus for Bioethanol Production. SIAP.
(2012).
http://www.siap.gob.mx/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=2 04. VILLALOBOS, V. A. (2010). LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN: HIDRÓLISIS ÁCIDA Y LÍQUIDOS IÓNICOS. Chile. http://www.unionjalisco.mx/articulo/2013/04/13/medio-ambiente/cada-jalisciensetira-909-gramos-diarios-de-basura 71
http://www.bioenergeticos.gob.mx/index.php/programas/marco-legal.html SAGARPA SEMARNAT http://www.sener.gob.mx/res/169/sp_RecomendacionesTecEtanolMezclas.pdf http://www.unpa.edu.mx/tesis_Tux/tesis_digitales/Tesis_Brenda_Zorayda_Vergara _Mendez_LCQ.pdf http://tesis.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/9621/1/182.pdf http://portal.veracruz.gob.mx/pls/portal/docs/PAGE/COVECAINICIO/IMAGENES/A RCHIVOSPDF/ARCHIVOSDIFUSION/MONOGRAFIA%20PL%C1TANO2010.PDF http://repositorio.ute.edu.ec/bitstream/123456789/5325/1/37947_1.pdf FAOSTAST, 2010 Fengel, D. y Wegener, G. (1984). Wood: chemistry, ultrastructure, reactions. Walter de Gruyter. Berlin. Laureano, P.L., Teymouri, F., Alizadeh, H., y Dale, B.E. (2005).Understanding factors that limit enzymatic hydrolysis of biomass.Applied Biochemistry and Biotechnology.124 (1-3): 1081 –1099. Palacio, H. (1956). Fabricación del alcohol. Barcelona – España. Salvat Editores, S.A..pp. 279-305.
REGLAMENTO RTCA 75.02.46:07 TÉCNICO CENTROAMERICANO RTCA 75.02.46:07 BioethanolTaskForce
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http://www.bioenergeticos.gob.mx/descargas/Ley-Promocion-y-Desarrollo-deBioenergeticos.pdf http://www.bioenergeticos.gob.mx/descargas/Reglamento-de-la-Ley-deBioenergeticos.pdf
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8. Anexos Anexo 1. Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos
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Anexo 2. Reglamento de la Ley de Promoción y Desarrollo de Bioenergéticos
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