Dr. Rafael Castañedapor la que se otorga a los biocombustibles una participación del 2 %, con un...

Dr. Rafael Castañeda

LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE FRUTAS Y HORTALIZASPARA OBTENER BIOCOMBUSTIBLES

LIQUIDOS DE SEGUNDA GENERACION

Jornadas Técnicas de Frutas y Hortalizas

La producción de Bioetanol: Proyectos PERSEO y ATENEA

sabor y aroma intensosmuy ricas en vitaminas y minerales pocas caloríasalto porcentaje de agua

Frutas y verduras

Frutas y Hortalizas ocupan el segundo piso en la pirámide de los alimentos

COMPOSICIÓN FRUTAS HORTALIZASAgua 80 – 95 % ~ 80%

Sales minerales K, Mg, Fe, Ca Na, K, Mg, Fe, Ca

Vitaminas C, A,… A, C, E, K, B…

Aromas y pigmentos

Ácidos, colorantes, derivados

fenólicos…----

Fibra 2% Pectinas y hemicelulosa

2-10% Pectinas y celulosa

Valor calórico 30-80 Kcal/100g 15 Kcal/100g

Carbohidratos 5 – 20 % 5 – 10 %


Clasificación Tipo semilla: Hueso, pepita, grano,

Tiempo de recolección: fresca, secaOrigen: tropical, del bosque, cítricos…

Maduración

Climatérica: Maduración brusca y grandes cambios de color, textura y composición (manzana, pera, plátano, melocotón …)

No climatérica: Maduración lenta y no tienen cambios bruscos en su aspecto y composición. Mayor conc. Almidón (naranja, uva…)

FRUTAS

Conservación

Antes de madurar, en ambientes muy pobre en oxígeno, y altas concentraciones de CO2. Lugares oscuros y Tª ≤ 20ºC.

Fruta madura, condiciones de poca luz, 0ºC ≤ Tª ≤ 6ºC, y Hr~90%


FRUTASComposición 80 - 95%, agua

Fibra dietética(~ 2%). Mayor concentración en la piel. Componentes estructurales (hemicelulosas) y gelificantes (pectinas). Resiste la digestión y absorción en el

intestino delgado humano y experimenta una fermentación en el intestino grueso.

Sales minerales: K, Mg, Fe, Ca

Aromas y pigmentos. Ácidos (málico, cítrico, tartárico), colorantes, derivados fenólicos…

Carbohidratos: 5-20%. Azúcares simples (fructosa, sacarosa y glucosa), de fácil digestión y rápida absorción. En la fruta poco madura

puede existir en forma de almidón

Vitaminas


HORTALIZASComposición 80% agua

Sales minerales: K, Na, Mg, Fe, Ca

Vitaminas

Fibra dietética(5 – 10%)

Carbohidratos o azúcares complejos en forma de polisacáridos que resisten la digestión y absorción en el intestino delgado humano y experimenta una fermentación parcial o total en el intestino grueso

Distribuidas por todo el vegetal. Componentes estructurales (celulosa) y gelificantes (pectinas)

Preparación de etanol para uso industrial

CH2=CH2 CH3CH2OH + H2OH2SO4

cat

Gas natural (Etano)

Petróleo (Nafta)

Alcohol etílico CH3-CH2-OH


Líquido incoloro e inflamable, punto de ebullición de 78 ºC

BIOCOMBUSTIBLE

Fermentación anaeróbica de una suspensión azucarada por levaduras o bacterias, con producción de etanol y CO2

Destilación con mezcla de disolventes (benceno, ciclohexano). En este caso son estos compuestos los que forman azeótropo con el agua, separándose etanol puro Separación

y purificaciónDestilación mezcla etanol – agua hasta el azeótropo, y posterior deshidratación.

Separación de otros compuestos presentes como metanol o piridina

Necesario para su uso como alimento

Método de obtención tradicional


C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

Recurso Renovable

Cada litro de petróleo extraído es 1 litro de

petróleo agotado

Bioetanol

Uno de los productos de mayor valor añadido, que puede ser producido a partir de celulosas y lignocelulosas

Amplio espectro de Materias Primas

Restos frutícolas y silvícolas, excedentes agrarios, residuos sólidos urbanos

RESIDUOS

Biomasa: Sumidero de CO2

Disminución emisión Gases Efecto Invernadero


Etanol que posee origen biológico: BIOETANOL

Lignocelulósica- madera, paja, residuos vegetales…

Poseen un contenido de polisacáridos en forma de celulosa que se han de hidrolizar y fermentar para obtener etanol.

Azucarada- sorgo dulce, remolacha, caña de azúcar, melazas…

Posee elevado contenido en azúcares, y tan sólo se han de fermentar.

Amilácea- maíz, trigo, cebada, patata, pataca…

También poseen un elevado contenido en azúcares, pero primeramente se ha de procesar el almidón para extraerlos


Estructura del almidón

Función en las plantas como reserva de energía.

Se presenta como un densoconjunto de gránulos o partículas, insolubles en agua fría, aunque pueden dar lugar a suspensiones cuando se dispersan en el agua.


15-25% Amilosa. Polímero lineal. 1000-5000 α-glc

85-75% Amilopectina. Estructura ramificada. 5000-13000 α-glcAlmidón

Estructura de la celulosa

Unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico para formar un sólido cristalino de fórmula empírica (C6H10O5)>200

Polisacárido estructural en las plantas. Forma parte de los tejidos de sostén. Presente en papel, algodón, madera…

Trichoderma reesei: productor enzima celulasa EGI, EGII, CBHI, CBHII


Estructura de la lignocelulosa

Componente Comp. química FunciónLignina polifenilpropanos

polisustituídos ramificados“pegamento” que da consistencia a las distintas fibras celulósicas

Hemicelulosa Pentosas + Hexosas Recubrimiento estructuras de celulosa

Celulosa Hexosas. Núcleo estructural. Aporta rigidez


•Los azúcares son más difíciles de liberar•El proceso de liberación genera inhibidores•Algunos azúcares son difíciles de fermentar

•Usos gastronómicos•Principio activo•Excipiente de medicamentos y cosméticos•Disolvente•Anticongelante•Detergentes•Pinturas•Alimentación•Perfumería•Desinfectante y antiséptico (C>70%)•A nivel industrial se usa como alcohol anhidro, en los siguientes procesos:

-Esteres-Eteres-Compuestos orgánicos cíclicos-Compuestos orgánicos alifáticos-Etc.


APLICACIONES DEL ETANOL

Producción de electricidad en pilas de combustible

Molécula portadora de hidrógeno en fase líquida

Reformador de hidrógeno

Alimentación a celda de combustibleEtanol o metanol para alimentar la celda de combustible

(Direct Ethanol Fuel Cell DEFC)


Bioetanol

45 kg de isobutileno + 55 kg de alcohol = 100 kg de ETBE

Etanol para la preparación de Etil Tert-Butil-Éter

Industria combustibles: MTBE como aditivo a las gasolinas

Etanol en la industria de los carburantes

Aumenta la relación de oxígeno y el índice de octano:•Menores consumos•Mejores prestaciones•Menos contaminante


Carcinógeno que actúa contaminando aguas subterráneas y suelos

Uso del Bioetanol como carburante

Henry Ford. Motor ciclo Otto

Década de los 70. Programa PROALCOHOL. Brasil

Motores especialmente diseñados para consumir

únicamente etanol

Mezcla de etanol con gasolina para reducir la importación de crudo

Brasil y USA, principales productores de bioetanol

a nivel mundialGM, FORD, VOLKSWAGEN, FIAT


Biocombustible líquido

Combustibles sólidos,

gaseosos

Bioetanol

Facilidad de almacenamiento, compatible con las actuales infraestructuras, logística…

Buena miscibilidad con otros carburantes como la gasolina

Versátil

Buenos rendimientos en Motores de Combustión Interna

Combustión limpia


<15% -mezcla directa16 – 85% FFVs

Vehículos de Etanol y Flexible Fuel Vehicles (FFVs)

•Sensor en el tanque de combustible detecta la composición de entrada al motor, y configura el sistema electrónico para obtener rendimientos óptimos, ajustando el carburador a la relación estequiométrica aire/combustible

•Sistema de arranque en frío (T<13ºC) debido al elevado calor de vaporización

•Materiales resistentes a la corrosión

•Relación de compresión (o sincronización de la chispa) más elevada


Cada persona consume 100 veces más en energía que en alimentación

En C. Valenciana, el consumo energético se ha multiplicado por diez en los últimos seis años

Energía Medioambiente

Cambio climático- Desarrollo- Nivel de vida


Reducción de emisión de GEI

Reducir el cambio climático

Nuevo paradigma energético

Aumento del desarrolloy nivel de vida

Fuentes de energíarenovables


ESTRATEGIAS CAMBIO MODELO ENERGÉTICO

Protocolo de Kyoto (16 de Febrero de 2005). Se convierte en un Tratado internacional. Incluye a los biocombustibles en el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL).

EE.UU. y Brasil, productores de 2/3 del bioetanol mundial, incentivan el biodiesel y refuerzan el apoyo al etanol.

China, India, Japón, Indonesia, Corea del Sur, Australia, Canadá, México, Colombia, Argentina, etc… implementan programas con incentivos para los biocombustibles.


En 2003 entró en vigencia en la U.E. la Normativa Comunitaria Nº 2003/30/EC, por la que se otorga a los biocombustibles una participación del 2 %, con un crecimiento del 0,75 % anual, para alcanzar un 5,75 % en el 2010. Se abre la posibilidad de eximir a los biocombustibles del impuesto de hidrocarburos.

En España, se les exime del Impuesto de Hidrocarburos para favorecer la implantación de su tecnología. El PER (2005 – 2010) regula la aplicación de la directiva europea.

Se crea el Instituto Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) para ayudar a conseguir objetivos. En España esto significaría una producción de 2,2 Mtep de biocombustibles

ESTRATEGIAS CAMBIO MODELO ENERGÉTICO


Primera Generación

Interferencia con el mercado alimentario

Producción de bioetanol

Unión Europea

Bioetanol

Existe tecnología a nivel de laboratorio, pero NO A ESCALA INDUSTRIAL

Nueva estrategia energética: Potenciar desarrollo bioetanol de segunda generación:

Materia prima lignocelulósica


Segunda Generación

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