DPPB Semana: 6\Sesión: 1

4.3 Bioetanol

• Grupo: CP57

• Clave: 2906019

• Trimestre: 13-O

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Diapositivas con contenido en inglés y español..!!

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4.3.1.Ruta química para la producción de etanol

• Materias primas – Etileno (Catalizador: H2SO4)

• a)

• b)

– Acetileno (catalizador: H2SO4 y HgSO4)

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Biocombustibles y productos de alto valor agregado

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Proceso de producción:

• Ruta biológica: •Enzimas •Microorganismos

• Ruta química

Materia prima: biomasa residual

•Biocombustibles:

bioetanol, biohidrógeno, biobutanol, biometanol, biodiesel, etc. •Productos de alto valor agregado: Alcoholes (xilitol, sorbitol, etc.), furfurals, aldehidos,, etc.) .

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4.3.2. Producción de etanol a partir de biomasa

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4.3.2. Producción de etanol a partir de biomasa

• Xilosa

• Glucosa

• La productividad se reduce por el consumo de los microorganismos en 0.054 y 0.018 gr-glucosa/gr-biomasa-hr para E.coli y S. cerevisiae, respectivamente

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Producción teórica de etanol a partir de biomasa

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Climate change has become one of the main challenges - to find new greener and renewable alternatives for energy production

USA and EU have established ambitious targets for increasing the share of renewable energy in the transport sector, e.g. bioethanol from lignocelluloses

A major challenge is to improve the design of second generation (lignocellulose as feedstock) processes such that they become feasible alternative renewable energy resources…

Transfer of these processes to industrial scale is mainly empirical

Maybe inefficient and costly wrt time and resources consumption

Technological Developments 2G:

• IBUS project (Denmark)

• NREL (USA)

• Abengoa (Spain)

• SEKAB (Sweden)

• among others

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• A number of routes to convert biomass to energy

• Some large-scale pilot plants as well as demo-plants are being built in Europe, USA, elsewhere

• Proven processing technology, now time for optimisation and cost reduction

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Iogen Canada

Inbicon Denmark Abengoa USA, SP

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• Búsqueda bibliográfica

– Reporte NREL

– Artículos científicos

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• ¿Cuáles son componentes principales?

• ¿Cuáles son las propiedades termodinámica, de transporte, etc. necesarias para el desarrollo del proceso?

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Modelling approach

Experimental approach

Modelling all the way from an idea at lab scale to full-scale production

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Collect/ Analyze (e.g. data, models)

Identify

(e.g. Enzymatic Kinetics)

Innovate, design and simulate

(Integrated process models)

Validate

(pilot lab data)

Phase 1

Phase 2

Identify dynamic models for constituent unit processes...sometimes difficult due to the lack of data.

Formulate a plant-wide model by linking together different unit models, and simulate different process configurations and validate on pilot plant data

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Pretreatment Enzymatic hydrolysis

Ethanol

Distillation Co-Fermentation

Lignin

Collect/ Analyze (e.g. data, models)

Identify

(e.g. Enzymatic Kinetics)

+ Lavarack, et al. (2001). + Kadam, et al. (2004). + Krishnan, M. et al. (1999)

Cellulases Yeast

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Pretreatment Enzymatic hydrolysis

Ethanol

Distillation Co-Fermentation

Lignin

Collect/ Analyze (e.g. data, models)

Identify

(e.g. Enzymatic Kinetics)

+ Lavarack, et al. (2001). + Kadam, et al. (2004). + Krishnan, M. et al. (1999)

Simultaneous Saccharification

Co-Fermentation (SSCF)

Cellulases Yeast

+ Morales-Rodriguez et al. (2011a).

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• ¿Qué necesitamos? – Modelos matemáticos para cada sección del proceso

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•Kadam, K.L. Rydholm, E.C. McMillan, J.D., “Development and Validation of a Kinetic Model for Enzymatic

Saccharification of Lignocellulosic Biomass”. Biotechnology Progress, 20, 698-705 (2004).

•Krishnan, M.S., Ho, N.W.Y., Tsao, G.T., “Fermentation Kinetics of Ethanol production from Glucose and Xylose

by recombinant Saccharomyces 1400(pLNH33)”. Applied biochemistry and biotechnology, 77-79, 373-388

(1999).

•Lavarack B.P., Griffin G.J. Rodman D., “The acid hydrolysis of sugarcane baggase hemicellulose to produce,

xylose, arabinose, glucose and other products”. Biomass Bioenergy. 23, 367-380 (2002).

•Morales-Rodriguez, R., Gernaey, K.V., Meyer, A.S., Sin, G., “A Mathematical Model for Simultaneous

Saccharification and Co-Fermentation”. Chinese Journal of Chemical Engineering. 19, 185-191 (2011a).

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• Proceso de NREL

– https://www.youtube.com/watch?v=iljM5UP2gEQ

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• Pretratamiento

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• Hidrólisis ácida – Solubilizar la hemicelulosa – Incrementar digestión anaerobia – Pentosas son liberadas en mayor medida que las

hexosas. – Lignina es solubilizada – Desventajas:

• Decrece la digestión anaerobia por la generación de productos no deseados.

21 https://pubs.acs.org/cen/coverstory/86/8649cover.html https://nararenewables.org/templates/hubbasic/images/newsletter/nov/pretreatment-illustration.png

https://www.youtube.com/watch?v=iljM5UP2gEQ

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• Hidrólisis enzimática: – Liberación de glucosa

de la cadena de celulosa

– HE: se favorece en la zona amorfa de la celulosa.

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Biotechnology for Biofuels 2010, 3:4 doi:10.1186/1754-6834-3-4 http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/3/1/4

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https://www.youtube.com/watch?v=iljM5UP2gEQ

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• Mecanismo

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4. Combustibles líquidos biorenovables

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