UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN
Ing. Andrés Alfonso Andrade Vallejo
Bioetanol a base de Cítricos de Veracruz.
GRUPO: 2802 Martes y Jueves 11:00 – 13:00
Alumno: Cruz Cortes Eduardo
N° de Cuenta: 418071616
Resumen:
Dia con Dia vemos un crecimiento en la sociedad el cual trae consigo bastantes retos que
tenemos que ir atendiendo sin embargo uno de los preocupantes es el de los desechos
orgánicos, los cuales representan un gran reto para el procesamiento de estos y así poder
obtener algo que podamos utilizar en otras problemáticas.
Biocombustibles es una combinación de bioetanol el cual obtendríamos después de
diferentes procesos en los que el producto final va a ser un parte de Bioetanol el cual
podemos utilizar en una mezcla con gasolinas e incluso Diesel, todo esto se busca
realizar para poder obtener una reducción en los costos que tenemos por el tema de los
combustibles.
Actualmente podemos encontrar diferentes marcas que prometen un uso en automóviles
los cuales estarían adaptados para el uso de estos biocombustibles, pero principalmente
lo que estamos buscando es la generación de Energía Eléctrica con la ayuda de un
Generador de electricidad a base de un motor de combustión interna, Energía la cual se
puede utilizar en zonas las cuales podemos tener deficiencias en el suministro de la
misma o para ayudar en el uso de estufas etc.
Introducción:
Ciudad de México una de las ciudades con mayor población con alrededor de 21.6
Millones de habitantes (Staff, 2018), genera un gran reto en el tema de los insumos
alimenticios, por lo cual se cuenta con una de las Centrales de Abastos más grandes del
mundo con una superficie de 327 hectáreas, equivalente a 51 veces el zócalo capitalino.
Logrando un flujo de 9000 millones de dólares anuales entre la compra y venta de los
insumos, con una concentración de productos procedentes de al menos 24 estados de la
república logrando así una comercialización del 30% de la producción nacional.
No obstante, al poder lograr una logística de tal magnitud debe existir cosas negativas,
una de las cuales es el desecho que se genera diario. Donde actualmente se están
trabajando en diferentes procesos o tratamientos para poder utilizar toda esa parte que se
generan.
Uno de los principales usos que podemos darle a los desechos es en la generación de
bioetanol, el cual es utilizado como un combustible, o como potenciador de energía,
siendo esto un proceso completamente renovable, donde al quemarlo se libera una
cantidad de bióxido de carbono, el cual es utilizado por las plantas para su proceso de
fotosíntesis, además de que al usarlo para potencializar combustibles podemos lograr una
disminución en los gases de efecto invernadero con hasta un 12% de reducciones, esto
debido a que ayuda a una mejor oxidación de los combustibles fósiles. (Castro Martinez ,
Beltran Arredondo, & Ortiz Ojeda , 2012)
A partir del año 1980 es cuando el bioetanol está siendo utilizado como combustible en
países como Brasil y Estados Unidos en donde se está produciendo a nivel industrial o a
nivel doméstico, donde sus materias primas principales son la caña de azúcar y granos de
maíz. (Castro Martinez , Beltran Arredondo, & Ortiz Ojeda , 2012)
Ventajas de los Biocombustibles
a) No incrementa los niveles de CO2 en la atmosfera, por lo cual se puede reducir el
peligro del efecto invernadero.
b) Proporciona una fuente de energía reciclable y por lo tanto inagotable.
c) Se puede lograr una reducción de los excedentes agrícolas que se han registrado
en los últimos años
Desventajas del uso de los biocombustibles.
a) No se puede depender solamente de biocombustibles, debido a la gran cantidad
de cultivos necesarios para la obtención del biocombustible necesario para que
sea la fuente principal
b) El costo en la producción de biocombustibles es alto, por lo cual no son
competitivos sin ayudas publicas
c) Los motores aptos para el uso de biocombustibles serán aquellos que sean de
bajo rendimiento y poca potencia.
Materiales y Métodos:
Actualmente podemos encontrar una gran produccion de frutas, pero las que de acuerdo
a varios estudios han tenido un gran resultado son:
a) Naranja
b) Limón
c) Mandarina
Esto debido a la composición de estas frutas, en donde se encuentra una baja cantidad
de Lignina1 (Gutierrez Villanueva , Guirola Cespedes, De Armas Martinez , Albernas
Carvajal, & Villanueva Ramos, 2020), y alta concentración de azucares solubles, glucosa,
fructosa y sacarosa (Tejeda B, Marimón, & Medina, 2014), A partir de un estudio en la
Zona de Poza Rica de hidalgo, ubicado en el estado de Veracruz se Obtiene que por
Hectárea de Sembradío se obtiene un promedio de 15 Ton de Naranja, Limón y
Mandarina, se considera esa cantidad debido a que el área es considerada de temporal,
donde la fertilización es de nivel medio utilizando nitrógeno y demás compuestos (Ramos
Novelo, 2009).
Por Consecuencia de lo anterior se puede decir que las biomasas utilizadas fueron
Cascaras de Limon, Mandarina y Naranja en muestras de 50 gramos, en donde los
procesos para poder llegar a la obtención de etanol son los siguiente:
Para la Obtención de la humedad, azucares reductores (método Fehling), celulosa y
hemicelulosa (NIRS2) y Lignina (espectroscopia UV). se debe lavar con agua destilada a
60°C y Alcohol Etílico al 70%. Secundado a esto viene un proceso en el cual es necesario
realizar una reducción de tamaño con la ayuda de un molino de cuchillas, esto se realiza
para poder eliminar la lignina en solución de Hidróxido de Sodio (NaOH) 0.1N por un
tiempo de 15 min. Así como un reposo de 3 horas en sulfato de calcio, obteniendo una
separación de la solución por decantación3, terminado esto podemos obtener la Lignina
será necesario que este soluble en acido, para lo cual vamos a utilizar la espectroscopia
UV.
Gracias a lo anterior podemos determinar el contenido de azucares para lo cual
utilizaremos el material deslignificado4 sometiéndolo a una hidrolisis con 25 ml de Acido
Sulfurico (H2SO4) con una concentración de 5% por cada 50 gramos de cascara de fruta
a 125°C y 15 psi por un tiempo de 15 minutos, obteniendo jarabes los cuales serán
separados por centrifugación.
1
Lignina: polímero natural heterogéneo, de carácter aromático, constituyente de las plantas, usualmente
asociado a la celulosa y la hemicelulosa. La multifuncionalidad química permite una apreciable número de
transformaciones químicas.
2
NIRS: Espectroscopia en el Infrarrojo cercano
3
Decantación: método Físico aplicado para la separación de un sólido de 1 o más líquidos de diferentes
densidades.
4
Deslignificado: eliminación parcial o total de la lignina.
Para la Realización de la Fermentación anaeróbica, se debe ajustar el pH a un valor entre
4.5-5.0 con Hidróxido de Sodio (NaOH) 5 N y usando como nutriente 0.25% de Fosfato
(NH4)3PO4 e inoculando con 0.1% de Saccharomyces cerevisiae5. Para lograr la reacción
biológica es necesaria una agitación constante de 200 rpm a una temperatura ambiente
de 30°C durante 24 Horas controlando los niveles de pH y temperatura cada hora, para
poder tener un mejor análisis se tomaron muestras cada 90 minutos durante 7 horas y
después de 24 horas se dio por terminada la destilación. La obtención del etanol se
realizó por cromatografía de gases.
Todo lo anterior descrito se realizó para cada Biomasa, como lo son Limón, Naranja y
Mandarina.
Variable dependiente
Proceso
Variables de respuesta
Variables
Calculadas
Caracterización
•
Humedad
Inicial
•
Contenido de
azucares
Tipo de Cascara
a) Limón
a) Naranja
Remoción de
•
Celulosa
•
Hemicelulosa
•
Lignina
•
Lignina
Lignina
Rendimiento de la
Deslignificacion
Hidrolisis ácida
b) Mandarina
•
•
Contenido de
Rendimiento de la
azúcares
Hidrolisis
Volumen de jarabe
Glucosado
Fermentación
•
Tiempo de
Rendimiento de la
fermentación
Fermentación
•
Producción de alcohol
•
Volumen de Jarabe
Fermentado
Tabla 1
Operacionalización de variables
5
Saccharomyces cerevisiae: Levadura de Cerveza.
Una vez Obtenido el rendimiento de etanol por cada cascara, procedemos a hacer la
conversión para que pueda ser utilizado en la generación de electricidad, mediante un
motor de combustión interna o también llamado Generador de Electricidad.
Otro de los pasos siguientes para el uso del bioetanol, ya sea como bioetanol o para la
mezcla con combustibles es considerar lo siguiente:
a) Dependiendo de la calidad del bioetanol este podría producir olor, esta
característica se presenta por lo regular cuando no este desnaturalizado o por
encima del 96°.
b) La capacidad para un consumo de bioetanol dependerá directamente de las
características de los quemadores que se utilizarán, las cuales podrán ser
encontradas en la ficha técnicas.
c) Es un producto altamente flamable, por lo cual se debe tener un área alejado
de una fuente de calor.
Cabe recalcar que el bioetanol se puede mezclar en diferentes porciones (alvarez ,
evelson, & boveris , 2008) las cuales se enlistan a continuación:
a) E5: mezcla con el 5% de etanol y 95% de Combustible (Máxima Mezcla Autorizada
por la Regulación Europea)
b) E10: mezcla con el 10% de etanol y 90% de Combustible (Mezcla mas Utilizada en
Estados Unidos, actualmente se ofrecen vehículos capaces de usar esta mezcla).
c) E85: mezcla con el 85% de etanol y 15% de Combustible (se requiere motores
especiales para esta mezcla, se pueden encontrar en el mercado vehículos
adaptados a este tipo de mezclas6
d) E95 y E100: mezclas con el 95% y 100% de Bioetanol respectivamente
(principalmente utilizados en Brasil).
e) E-Diesel: el bioetanol entre sus tantas mezclas permite una que requiere de un
aditivo para poder trabajar en conjunto con el Diesel (comercializado en EEUU y
Brasil).
6
El principal país donde se encontrarán autos adaptados es en EEUU mayormente, este tipo de motores
cuenta con un sensor capaz de poder determinar la mezcla necesaria y ajustarla (alvarez , evelson, & boveris
, 2008)
Resultados:
Después de Realizar los Pasos Anteriormente mencionados podemos presentar las
Siguientes tablas:
Biomasa
Humedad
Azucares
Celulosa
Hemicelulosa
Lignina
(%)
Reductores (%)
(%)
(%)
(%)
LIMON
79.0 %
1.8 %
21.6 %
6.0 %
8.9 %
MANDARINA
77.5 %
3.4 %
20.2 %
7.8 %
9.1 %
NARANJA
69.4 %
2.8 %
23.5 %
10.4 %
7.6 %
Tabla 2
Resultados Obtenidos después de la Caracterización de las Cascaras (resaltándose los resultados
mas elevados)
Biomasa
Lignina (%)
Rendimiento (%)
LIMON
4.87 %
45.5 %
MANDARINA
2.72 %
70.1 %
NARANJA
3.50 %
53.7 %
Tabla 3
Resultados Obtenidos después de que la biomasa fuera deslignificada
Biomasa
Azucares Reductores
Volumen de Jarabe
Rendimiento (g/
(%)
Glucosado (ml)
100g)
LIMON
84.5 %
21.5 ml
17.29
MANDARINA
93.7 %
25.3 ml
21.11
NARANJA
89.4 %
23.8 ml
13.88
Tabla 4
Rendimientos obtenidos de biomasa seca, siendo la de la cascara de mandarina la de mayor
cantidad.
Bioetanol
Mg/Gramo de cascara
LIMON
14.8
MANDARINA
24.6
NARANJA
14
Biomasa
Tabla 5
Resultados obtenidos después de 24 horas de Fermentación, donde se muestra que la cascara de
mandarina nos ayudara a producir una mayor cantidad de Bioetanol.
Gracias a la tabla 5, podemos verificar la cantidad de etanol que podemos producir por
Hectárea de Sembradío.
Biomasa
Peso por pieza
(gramos)
Limón
150
Naranja
250
Mandarina 115
peso de cascara
(gramos)
35
50
45
Peso cascara por tonelada
(kg)
750
525
675
Tabla: 6
Los datos mostrados son considerando 1 hectárea, sin embargo, existen zonas donde hay al
menos 100 hectáreas de cada plantío
Basándonos a lo mencionado antes, donde comentábamos que las muestras serian de 50
Gramos, tenemos que en una tonelada existen 50,000,000 Cincuenta Millones, por lo que
podemos definir la siguiente tabla:
Biomasa
Cantidad de
Muestras de 50
gramos por
tonelada
Limón
50,000,000
Naranja
50,000,000
Mandarina 50,000,000
Bioetanol por
Muestra
Mg/gramo de
cascara
14.8
24.6
14
Cantidad de
bioetanol por
Tonelada
Kg/Tonelada de
Cascara
7.414
1.2315
714
Cantidad de
bioetanol por
hectárea
Kg/Tonelada de
Cascara
1.1116
1.84516
1.0516
Tabla: 7
Datos Calculados con los Valores Obtenidos en Tabla 5 y Tabla 6.
Discusión:
Actualmente existen diferentes maneras de obtención de Bioetanol, así como diferentes
biomasas, sin embargo, el proceso es el mismo, pero tenemos un tema importante que
tratar que es los altos costos de producción y el consumo energético global del proceso,
algo que nos va a generar un desequilibrio en el balance global de energía. Actualmente
se esta investigando para poder comparar los resultados encontrados con los resultados
de otros autores con biomasas similares, sin dejar de lado que debemos de buscar la
manera de seguir optimizando estos procesos para poder lograr una baja en cuanto a
costos y poder poco a poco depender un poco mas de los biocombustibles.
Conclusiones:
Basándonos en la investigación podemos concluir que los residuos orgánicos son de gran
ayuda para la generación de biocombustibles, pero conforme se hacen los procesos nos
damos cuenta de lo elevado que resultan ser los procesos, sin embargo debemos de irlos
trabajando poco a poco y poder optimizarlos debido a que son tecnologías relativamente
“nuevas” suelen ser de alto costo al inicio pero se busca la manera de bajarlos para poder
aprovechar de mejor forma los desechos y poder generar una solución a mayor escala.
Bibliografía:
•
alvarez , s., evelson, p., & boveris , a. (2008). Etanol: El combustible del futuro.
Repositorio digital institucional de la universidad de Buenos Aires, 50-56.
•
Castro Martinez , C., Beltran Arredondo, L. I., & Ortiz Ojeda , J. C. (2012).
Produccion de Biodiesel y Bioetanol ¿Una Alternativa Sustentable a la Crisis
energetica? Ra Ximhai, 93-100.
•
Gutierrez Villanueva , A. R., Guirola Cespedes, C., De Armas Martinez , A. C.,
Albernas Carvajal, Y., & Villanueva Ramos, G. (2020). Valorizacion de la Lignina
en el Concepto de Biorrefineria (I). Revista Centro Azucar, 95-105.
•
Ramos Novelo, J. (18 de Julio de 2009). UF IFAS University of florida . Obtenido
de Southwest Florida Research & Education Center:
https://swfrec.ifas.ufl.edu/hlb/database/pdf/00001451.pdf
•
Staff, F. (16 de Mayo de 2018). Forbes. Obtenido de Forbes México:
https://www.forbes.com.mx/cdmx-la-quinta-ciudad-mas-habitada-en-el-mundo-onu/
•
Tejeda B, L., Marimón, W., & Medina, M. (2014). Evaluacion del Potencial de las
Cascaras de Frutas en la obtencion de bioetanol. Universidad de Antioquia, 4-9.