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Datos Generales
Nombre del
Obtención de biocombustible a partir de residuos caseros
Proyecto
Semillero
SEMILLERO DE INVESTIGACIÓN EN GESTIÓN TERRITORIAL Y
GESTIÓN AMBIENTAL-GESTA
Área del
Proyecto
Ingenierías
Subárea del
Ingeniería Ambiental
Proyecto
Tipo de
Proyecto
Proyecto de Investigación
Subtipo de
Proyecto
Investigación Terminada
Grado
3
Programa
Académico
Ingeniería Ambiental
Email
[email protected]
Teléfono
5145600 ext. 4520
Nodo
Antioquia
Integrantes :
[1046933241-TATIANA MARULANDA LOPEZ]
[1214727852-HAROLD ANDRES DAZA GORDILLO]
Instituciones a las que pertenece :
[890307400-UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA]
Datos Específicos del Proyecto
Introducción
Existen diferentes fuentes de energía: solar, eólica, geotérmica, hidrógeno y biomasa, usadas
para suplir la demanda energética. Los combustibles fósiles no suplen la demanda energética
actual, además la emisión de CO2 incrementa rápidamente y está llevando al cambio climático
global. Por lo cual, los investigadores buscan alternativas, fuentes de energía renovable, y
tecnologías que proporcionen un límite al cambio climático y mejoren las condiciones de vida
humana. Uno de los mayores problemas económicos es la importación de petróleo y los
derivados. La bioenergía es la única fuente renovable que puede reemplazar los combustibles
fósiles en el mercado energético en la producción de calor, electricidad, y combustible para el
transporte. Teniendo en cuenta que el petróleo y sus derivados no son renovables, urge la
búsqueda de nuevas alternativas de complemento o reemplazo, por lo cual se propone este
proyecto como alternativa de producción de biocombustible.
Planteamiento del Problema
El crecimiento de la población ha traido consigo una enorme demanda de recursos, entre los que
están los combustibles de los que se obtiene la energía necesaria para el desarrollo de la mayor
parte de las actividades de transporte e industriales. Este crecimiento poblacional, y el
incremento en el cambio de tipo de alimentación por una alimentación sana, hacen que se
generen una gran cantidad de residuos sólidos de origen casero. Estos residuos terminan en los
rellenos sanitarios, disminuyendo el tiempo de vida de estos. Por tal motivo, se planteó la
posibilidad de aprovechar el material lignolítico de los residuos caseros en la realización de un
biocombustible, con el fin de aportar a la mitigación de dos problemas ambientales actuales, la
generación de gases de efecto invernadero y el manejo de residuos caseros.
Objetivo General
Obtener Biocombustible a partir de residuos lignolíticos caseros.
Objetivo Específicos
? Obtener el mayor rendimiento de sustrato libre fermentable para la levadura a partir de
residuos orgánicos caseros. ? Determinar el rendimiento en la obtención de biocombustible
generado por residuos lignolíticos caseros ? Aportar a la investigación aplicada y desarrollo
sostenible sobre el aprovechamiento de residuos vegetales para la producción de bioetanol,
aportando al conocimiento y la innovación para la transformación productiva y social del país.
Referente Teórico
Los contaminantes producidos por la combustión de petróleo y sus derivados: NOx, CO, CO2,
hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), el ozono, e hidrocarburos (HC), generan
problemas de salud para los habitantes. Las emisiones de NOx causan neumonía, irritación
pulmonar, edema, asma y bronquitis. El desarrollo de tumores en niños y fetos es causado por
las emisiones de CO. Las emisiones de HC promueven la morbilidad de personas con
problemas respiratorios. Los PAH producen somnolencia, irritación ocular, flujo nasal y tos.
Las enfermedades pulmonares son causadas por HC originados de la combustión del diésel. El
ozono afecta la salud y causa daños al ecosistema, representados en necrosis del tejido vegetal,
además de causar daño del cuerpo humano por generación de radicales libres. La acidificación
de las lluvias es causada por las emisiones de los óxidos de nitrógeno y las emisiones de sulfuro
. además, la agencia de energía internacional (IEA) pronostica que el sector del transporte
incrementará las emisiones de CO2 hasta el 2020 en un 92%, y hasta 2035 las emisiones de
CO2 se incrementarán en 8.6 billones de toneladas. Como alternativa para contrarrestar las
emisiones de gases se han usado biocombustibles de segunda generación en diferentes
proporciones, entre el 15-20% en los motores diésel, siendo más eficiente que los motores de
gasolina, esta mezcla emite menos CO, CO2, e HC que los combustibles diésel de primera
generación. La producción de bioetanol se pronostica que incrementará en un 25% para el 2020
en USA, el 10% en EU y China. La adición de un 5% de etanol al biodiesel incrementa el
desempeño del motor y puede reducir las emisiones de NOx, CO e HC comparado con el
combustible diésel. En general, concentraciones bajas de etanol en la mezcla con diésel,
disminuye las emisiones de HC y la mezcla de etanol en el combustible sobre condiciones de
carga del 50% reduce las emisiones de HC.Las fuentes bioenergéticas más usadas para la
obtención de biocombustibles son las semillas, tubérculos, maíz, cebada, arroz, papa, pero este
tipo de fuente para la obtención de bioetanol es demasiado costosa social y económicamente,
por lo que surge la pregunta: ¿la utilización de fuentes lignocelulósicas renovables como los
residuos vegetales caseros, que son mal dispuestos actualmente, podrían ser un aporte a la
investigación aplicada para la producción de bioetanol? Con el fin de responder a esta pregunta,
se planteó el proyecto de utilización de residuos vegetales caseros como potencial fuente
lignocelulósicas productora de biocombustible, con el fin de evitar la utilización de alimentos
agrícolas, y permite el uso de residuos agrícolas y forestales, reduciendo el riesgo
medioambiental asociado a la generación de biocombustible de primera generación El etanol,
tradicionalmente, ha sido considerado como una alternativa de combustible, ya sea como
combustible solo, usado en carros o motores livianos o como aditivo en combustibles para la
conducción de maquinaria liviana, además, la emisión neta de CO2 al ambiente es menor del
7% que los mismos autos usando solamente gasolina.
Metodología
Residuos vegetales caseros: fueron obtenidos de la cafetería de la Universidad USB, fueron
seleccionados, lavados, secados a 60°C, triturados y conservados para la fermentación.
Hidrólisis ácida de la hemicelulosa: el material vegetal seco se mezcló con una solución de
ácido sulfúrico al 10% a 60°C por 2 hr. en soxhlet. Después de este tiempo se filtró.
Detoxificación de la hemicelulosa hidrolizada: el filtrado anterior se calentó a 60°C y se
basificó con NaOH 0.1M hasta pH 9.0. Se calcificó la solución por adición de hidróxido de
calcio sólido hasta pH 10, para detoxificar materiales dañinos que puedan estar presentes en el
filtrado. El filtrado contiene los azúcares fermentables. Preparación del inóculo: se preparó una
solución que contenía glucosa, NH4Cl, peptona, KH2PO4, se ajustó el pH de la solución entre 5
y 6, se calentó a 30°C y se adicionó la levadura Saccharomyces cerevisiae. Fermentación
etanólica: se preparó una solución del 10% de levadura en los azúcares fermentables. Se incubó
a temperatura ambiente por 3 días. Se filtró y se destiló el bioetanol. Cada fermentación se hace
por triplicado. Determinación de la concentración de bioetanol: Se midió la absorbancia en un
espectrofotómetro (GENESYS 10S UV-Vis, Thermo SCIENTIFIC). Se tomó 10 ml de
destilado, se adicionó 2 ml de H2SO4 concentrado y 2 ml de K2Cr2O7 0.1M, y después de 20
minutos en baño maría a 60°C, se leyó en el espectrofotómetro a 600 nm. La reacción se hace
por triplicado. Análisis estadístico: Los resultados se analizaron usando el programa Excel de
Microsoft.
Resultados
Teniendo en cuenta el incremento en la generación de residuos vegetales caseros, es justificable
hacer uso de estos para bien ambiental, bienestar y de salud humana. Los residuos caseros
usados para la obtención del bioetanol fueron básicamente, residuos vegetales de ensaladas y
cáscaras de verduras, estas últimas tienen un alto contenido de lignina, la cual se debe romper
antes de ser sometidos a hidrólisis de los polisacáricos. Los azúcares fermentables obtenidos son
sometidos a fermentación durante 3 días, después de los cuales se realizó la destilación, la cual
no superó los 82°C. Se realizaron dos controles: un control donde se dispuso la planta en el
medio. Otro control fue realizado con el medio y la levadura, y al final se determinó la
absorbancia de etanol producido en cada control. El etanol producido en la fermentación se
calculó con la resta de la absorbancia del etanol en la fermentación de la planta (0.3261 =
absorbancia) menos la absorbancia de la fermentación en el medio como control (0.2506 =
absorbancia). El rendimiento en la fermentación etanólica fue del 30%. Este alto resultado
podría haber sido porque la hidrólisis de los residuos produjo una alta concentración de
monosacáridos, los cuales fueron metabolizados por la levadura. El contenido de azúcares
fermentables de los residuos caseros es alto, lo que justifica el uso de esta fuente para la
obtención de biocombustible. El metabolismo de la levadura usada en la fermentación fue
altamente activo en el proceso.
Conclusiones
La producción de bioetanol usando como fuente energética renovable los residuos vegetales
caseros, ofrece la posibilidad de sustituir o disminuir el consumo de gasolina y la emisión de
componentes oxigenados, además el manejo de estos residuos, es una estrategia económica de
desarrollo, el cual podría incrementar la competitividad, productividad y sostenibilidad
ambiental, puesto que el aprovechamiento de los residuos vegetales caseros, los cuales no son
reciclados y luego dispuestos en los rellenos sanitarios, podrían ser utilizados de diferente forma
y convertidos en potenciales fuentes de producción de biocombustible, teniendo en cuenta que
son recursos renovables. La ejecución de este proyecto tendría los siguientes beneficios: mayor
productividad al implementar nuevas metodologías como la obtención de bioetanol y el
aprovechamiento de material lignocelulósico. Un aporte energético que proporciona
condiciones medio ambientales más favorables que contribuyen a mediano plazo al
mejoramiento de las condiciones de vida. Es una alternativa de reducción de la dependencia
energética, reducción de la emisión de gases de efecto invernadero, y mejoramiento de la
calidad del aire de las ciudades. Es una opción estratégica y sostenible factible de ser aplicada y
adaptada en nuestro país, ya que el bioetanol puede ser utilizado en motores vehiculares, puro o
mezclado con gasolina, con buen desempeño y empleando especialmente el mismo sistema de
distribución y almacenamiento existente para la gasolina. Con este proyecto se entrenarán
estudiantes en el diseño de propuestas de proyectos de desarrollo sostenible y con capacidad de
plantear alternativas de solución a problemas medioambientales de la ciudad de Medellín.
Bibliografía
Bayrakci, Asiye Gut, Gunnur Kocar. «Second- generation bioethanol production Emission
Reduction. Energy Procedia 75 (2015) 886 ? 892.