Obtención de Bioetanol Anhidro a Partir de Paja (Stipa ichu)

Resumen

Resumen: En vista de la existencia de una dependencia energética mundial hacia los combustibles fósiles se han desarrollado fuentes alternativas de energía; una de estas alternativas es el bioetanol. El bioetanol se produce a partir de varios tipos de residuos y varias materias primas renovables como plantas. La secuencia de operaciones unitarias empleadas para la obtención de bioetanol a partir de biomasa consiste en cinco etapas principales: pretratamiento, hidrólisis, fermentación, filtración o decantación y recuperación o purificación del etanol. En el presente proyecto tiene como finalidad obtener bioetanol de concentración igual al 99.6 % v/v a partir de paja Stipa ichu. Se caracterizó la materia prima obteniéndose como resultado la siguiente composición en base seca: 45.9 % celulosa, 18.2 % lignina, 5.5 % pentosanos y 5.6 % cenizas. La humedad en base seca es igual a 57.7 % y el contenido de ceras, resinas y grasas igual a 6.7 %. Para obtener un sustrato rico en azúcares, la materia prima se sometió a hidrólisis ácida, como resultado de estos ensayos se determinaron las mejores condiciones de la hidrólisis: concentración de ácido sulfúrico de 8 % w/w y tiempo de reacción de 6 horas. Estos parámetros permitieron alcanzar un rendimiento de 0.41 gramos de azúcares reductores por cada gramo de paja hidrolizada, empleando una relación sólido/líquido de 50 g de paja por cada litro de solución ácida. El producto de la hidrólisis se sometió a fermentación alcohólica, se obtuvo en rendimiento de 0.46 g etanol/g azúcares reductores. El fermentado se destiló y rectificó hasta alcanzar una concentración cercana al 85 % de etanol w/w; luego fue sometido a destilación extractiva empleando glicerina como agente de separación. Se logró obtener bioetanol anhidro en los ensayos de destilación extractiva empleando una relación molar glicerina:etanol igual a 3:1.

Abstract: Because of the existence of a global energy dependence on fossil fuels, alternative energy sources have been developed; one of these alternatives is bioethanol. Bioethanol is produced from various types of wastes and renewable raw materials. The sequence of unit operations used to obtain bioethanol from biomass consists of five steps: pretreatment, hydrolysis, fermentation, filtration and recovery of ethanol or purification. The present project aims to obtain bioethanol (99.6 % v/v) from straw Stipa ichu. The composition of the material was analyzed, the cellulose content was determinated to be 45.9 %; lignin 18.2 %, pentosans 5.5% and the ash to be 5.6 % of the dry weight material. Dry basis moisture is equal to 57.7 % and the content of waxes, resins and fats equal to 6.7 %. Hydrolysis of the straw was studied in order to find suitable conditions for hydrolysis of the cellulose parts. The highest yield of hydrolysis (0.41 grams of reducing sugar per gram of straw) were found at a sulfuric acid concentration of 8 % w/w and reaction time of 6 hours using a solid / liquid ratio of 50 g straw/L of acid solution. The hydrolysis product was subjected to alcoholic fermentation, the fermentation yield obtained is of 0.46 g ethanol / g reducing sugars. The fermentation product was rectified to an ethanol concentration around 85 % w/w; then was subjected to extractive distillation using glycerine as separating agent. It was possible to obtain anhydrous ethanol by distillation assays employing a molar ratio glycerol: ethanol of 3:1.