Download Slide 1 - 1er CONGRESO INTERNACIONAL DE BIOCOMBUSTIBLES

Integración de Biotecnologías Avanzadas para
Acelerar el Camino a la Comercialización desde
Biomasa a la Producción de Etanol Celulósico
Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA
Head of Bioenergy and Biorefineries Initiative
Biotechnology Center of Excellence Corporation (BCEC)
[email protected]
www.BioAmericas.org
1er Congreso Internacional de Biocombustibles
Mayo 7 y 8, 2008
Guadalajara, México.
AGENDA
1. Introducción General
2. Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM)
3. Ciencia y Plataformas Tecnológicas
4. Configuración de Procesos
5. Plan Estratégico para México y Latin América
“Estratégia de Cinco Niveles”
El Cambio Climático y su Impacto en el Entorno
Ecológico es Irreversible
Protocolo de Kyoto naciones indust. reducir 5% emisiones de CO2 para el 2010
A largo plazo 50%< es requerido para estabilizar niveles de CO2 en la Atmosfera
Biocombustibles
Utilizando
Lignocelulosa
85%< Reducciones de GHG’s
Mezclas Etanol-Gasolina
Mezclas de Etanol (Maiz)
E10 Reduce 3% GHG
E85 reduce 31% GHG
E10 reduce Emisiones GHG 38%
E85 reduce emisiones GHG 41%
Retos y Oportunidades
Drivers Externos y Panorama
Global

Precio del Petróleo y Gasolina (Transporte)
– Oferta/Abastecimiento y Demanda Global
– Instrumentación de los Estándares para Carburantes y Política
Energética

Precio y Abasto de Almidón (Maíz) para Prod.
Etanol vs otros Rec. Caña, Trigo, Sorgo, Café
– Existencia de Estándares para Combustibles Renovables
– Marcados para co-productos (DDG’s) del Maíz-Etanol Proc.

Precio y Abasto de la Biomasa Agricola
– Cuanto se puede colectar y costo?
– Infraestructura necesaria para la colección, almacenamiento y
entrega?
– Existen otros Mercados Alternativos que Puedan Competir
con la Producción de Etanol?

Regulación y Política Ambiental a nivel
Nacional
– Mitigar Efecto Invernadero, Impuestos en Carbón y otros
Instrumentos Disponibles.
Necesaria una Transición más Dinámica de la
Economía Basada en el Petróleo hacia una
Economía Basada en los Recursos Agrícolas
“Biomasa Vegetal Renovable”
● Incentiva la Economía Nacional e Impulsa el Desarrollo
Económico Regional
● Alta Prioridad: La Producción de Alimentos se Preserva y se Coadyuva
“Promover Sinergias Productivas Intersectoriales”
● Nueva Estratégia Nacional contra el Cambio Climático
● Impulso de Energías Alternativas más Eco-Eficientes
● Interconección Estratégica de los Sectores Agrícola, Energético
e Industrial
● Preservar en Forma Racional y Sostenible el Entorno Ecológico
Transformando Residuos Celulósicos
Agrícolas e Industriales en Energía
Renovable
Lignocelulosa
Demanda Global 75bn gallons, para cubrirse via
15bn biodiesel, 20bn etanol cereales, and 40bn
residuos y conversión de biomasa
World Biofuel Demand
80000
Million Gallons
70000
60000
50000
2005
40000
2015
30000
2025
20000
10000
0
Others
Europe
USA
Brazil
Total
Beneficios de la Bioeconomía
una Verdadera Revolución Verde
Convencional
Petróleo
Materias Primas NoRenovables
Procesos
Productos
Relleno
Sanitario o
Incineración
Desecho
Tecnología
Verde
Recursos Bióticos
Renovables
Biomasa (Desensamblaje,
recuperacion y reciclado)
Bioprocesos
Bioproductos
Ciclo Sustentable
Reciclado de
biorecursos
Sub-productos
Sincronizando los Sectores Clave
de la Nueva Revolución Verde
Sincronizando los Sectores Clave
de la Nueva Revolución Verde
Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM)
Transformando Residuos
Cellulósicos Agrícolas e Industriales
en Energía Renovable
Lignocelulosa
Sincronizando los Sectores Clave
de la Nueva Energía Verde
Agrícola
Economia
Industrial
Energético
Sincronizando los Sectores Clave
de la Nueva Energía Verde
Interfaces Tecnológicas Multisectoriales ITM’s
ITM
Agrícola
ITM
ITM
ITM
Economia
Energético
ITM
ITM
Data Bridges
K. Engineering
Intellectual Property P.
ITM
Industrial
ITM’s Acelerar Comercialización
Sectores Clave Agrícola y Forestal para Impulsar
Biorefinerias en la Producción de Energia,
Materiales y Prod. Químicos
Alternativas para Promover la Bioeconomía Nacional
II
Beneficios
Nacionales
-Seguridad,
Economía,
Ambiental,
Sustentabilidad
Cultivos Extensivos para
Primera
Generación de Biocom
Bustibles, Prod. Quim.
y Materials.
I
Productos y Cultivos Agricolas,
Prod. Forestales para Alimentos,
Fibras y
otros Usos Industriales
Nuevos Recursos de
III
Biomasa (cultivos, forestal,
esquilmos)
Para la nueva generación de
Biocombustibles,
Quimicos y Materiales
IV
Nuevas Variedades
Agrícolas Mejoradas via
Sistemas Moleculares
Modernos y Plataformas
Tecn. Avanzadas
Nuevos Cultivos/Biorecursos Enfocandose a Mercados de
Valor Agregado Local, Nacional e Internacional
Ciencia y Plataformas Tecnológicas
Acelerar el Desarrollo y Conocimiento Sistemático
para Beneficio de la
Humanidad
Integración de Tecnologías de Punta para
Acelerar la Producción Costo-Eficiente y
Comercialización de los Biocombustibles
Microbiología
Ferment. a
Larga Escala
Ingeniería
Metabólica
Genómica
Biología
Sintética
Optim.
de Líneas
Celulares
Proteómica
Integración de Tecnologías de Punta para
Acelerar la Producción Costo-Eficiente y
Comercialización de los Biocombustibles
Integracion de Tecnologias Avanzadas
Para Acelerar La Prod. Costo-Effectiva
de Biocombustibles Celulosicos
Producción de Bioetanol
Utilizando Material
Lignocelulósico
Materias
Primas
Pretratamiento
Enzimas:
Cellulasas,
Hemicelulasas
Sacarificación
Etanol
Glucosa,
xylosa
Fermentación
Introducción al Proceso de Hidrólisis Enzimática
Etapas para la Producción de Bioetanol apartir de
Materiales Lignocelulósicos
PRETRATAMIENTO
TERMOMECANICO
FIBRAS SUSCEPTIBLES A HIDROLISIS ENZIMATICA
TERMOQUIMICO
CELULOSA
(+) AGUA
MEDIO
GLUCOSA
ACIDO
HIDROLISIS
ENZIMATICA
“Sacarificacion”
GLUCOSA
HEMICELULOSE
(+)
MEDIO
AGUA
ACIDO
PENTOSAS
(+)
MOSTO
GLUCOSADO
LEVADURA 1
CERVEZA
+
BIOXIDODE
CARBONO
+
BIOXIDO DE
CARBON
FERMENTACION
MOSTO DE ALTA
PENTOSA
LEVADURA 2
CERVEZA
(+)
DESTILACION
CERVEZA
PROCESO
FISICO
ETANOL
(+)
SUBPROD.
Coproductos del Bioetanol
Hidrolizados
Hemicelulose
(Xylose)
Biomass
Pretratamiento e
Hidrólisis de la
Hemicellulosa
Lignina Soluble
(Prod. Fenólicos de
Bajo MW)
Hidrolizados
Cellulose
(Glucose)
11oo Hidrólisis
Hidrólisis
Enzimática
Enzimática de
de
la
la Celulosa
Celulosa
Biomasa Celular
Enzimas (Proteinas,
Peptidos)
2o Hidrólisis
Enzimática &
Fermentatión
Lignina Insoluble
(Prod. Fenólicos de
Alto MW)
Residuos
Líquidos del
Process
Recuperación
del Etanol &
Purificación
Residuos
Residuos
Solidos
Sólidos del
DelProcess
Proceso
EtOH
Fuentes Renovables de Biomasa
Lignocelulósica
Bagazo de Caña
Fibra de Maíz
Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica
Lignina
Región
Amorfa
Celulosa
Pretratamiento
Región
Cristalina
Hemicelulosa
o Almidón
Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica
Incrementando Eficiencía Catalítica
A nivel Comercial es Necesaria una Combinación Óptima de Celulasas y
Hemicelulasas Producidas en el Mismo Sistema de Expresión
Tejidos Vasculares Recalcitrantes
Tinsión Clorito-Sulfito
Biodegradación
Celulosa 39%-43%
Hemicelulosa 20%
Lignina 22%
Ref. D.E.Akin, 2006
Tinsión con Floroglucinol
Ref. D.E.Akin, 2006
Tejidos Recalcitrantes no-degradables =
Epidermis, Anillos del Esclerenquima y
ring, Zonas Vasculares
Biodegradación
Configuración de Procesos
Estratégias para la Reducción de los
Costos de Proceso
Integración de
Proceso
Regulación & Expresión
Inducción, De-represión
Genómica
Organismo
Etanologénico
Manufactura
y Economias de
Escala
Incrementar
Eficiencia
Catalítica
Enzimas
Etanol Celulósico: Ruta hacia la
Comercialización
BIOMASA
PRETRATAMIENTO
FRACCIONACION
PRODUCTION
DE
ENZIMA
HYDROLISIS
DE
CELULOSA
FERMENTACION
DE GLUCOSA
HIDROLISIS DE
HEMICELLULOSA
FERMENTACION
DE PENTOSAS
UTILIZACION
DE LIGNINA
RECUPERACION
DEL ETANOL
BIOREFINERIAS
PROD. QUIMICOS
EN BASE A
CARBOHIDRATOS
Pretratamiento


Facilita la Conversion de la Hemicelulosa a Xilosas y
Arabinosas Monomericas
Incrementa la Susceptibilidad de las Fibras de Celulosa
a la Hidrólisis Enzimática
Condiciones de
Proceso`
Termoquímico
Niveles
Dilute Acid
Concentración de
Sólidos en Reactor
30 %
Tiempo de Residencia
2 min
Concentración de
Ácido Sulfúrico
1.1 %
Temperatura
190 °C
Explosion de Vapor
10< min
Efecto del Nivel de Sólidos en la
Prehidrólisis de la Biomasa
Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal)
1.5
1.4
1.3
1.2
20%
25%
30%
Concentración de Sólidos en Reactor
35%
Descubrimiento de Nueva Generación de Enzimas Especificas
Multiples Substratos
Residuos
Agric.
DDG’s
Bagazo
de Caña
Paja de Maíz
Paja de Trigo
Pretratamientos
Alternativos
Nueva Generación de Enzimas y
Microbios (Ing. Metabólica)
Altos
Rendimientos
Azúcares Fermentables
andC6’s
C6’s
High
Yield ofdeFermentable
C5’sC5’s
and
Configuración de Proceso:
La Hidrólisis Enzimática
Independiente de la Fermentación (SHF)
Producción
de Enzimas
Homogenización
Pretratamiento
Ácid Diluido
Hidrólisis
Enzimática de
la Celulosa
Procesamiento
De Solidos
Residuales
Fermentación
Hidrolizados
de Hemicelulosa
Hidrolizados
de Celulosa
Recuperación
del
Etanol
Configuración del Proceso Enzimático en
la Sacarificación y Cofermentación
Simultáneas
Homogenización
Pretratamiento
Ácido
Diluido
Producción de
Enzimas
Procesamiento
de Solidos
Residuales
Hidrolizados
de Hemicelulosa
Sacarificacion y
Co-fermentación
Simultaneas
Recuperación
Del
Etanol
NREL, Desarrollo de el Proceso de Etanol
Integración de Etapas para Consolidar
un Bioproceso Económico y Eficiente
Biomasa Agr.
Pretratada
Sacarificación
& Fermentación
Simultanea
FACTORES CLAVE
Sacarificación
Inicial
Recuperación
y Destilación
de Producto
Proceso
Comercial
Proceso de Sacarificación y Fermentación
Variaciones del Tiempo de Residencia en la Fermentación
y su Impacto en los Costos del Proceso
Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal)
1.36
1.34
1.32
1.3
1.28
1.26
1.24
1.22
1.2
1.18
7
3.5
Periodo de Fermentación (días)
1
Proceso de Sacarificación y Fermentación
Niveles de Conversión (%) Hidrólisis de Celulosa - Fermentación
de Glucanos y su Impacto en los Costos del Proceso
Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal)
2.6
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
70
85
92
% Conversion Sacarificación y Fermentación de Glucanos
95
Proceso de Sacarificación y Fermentación
Niveles de Conversión (%) Diferentes Azucares Fermentables de
Biomasa Lignocelulosica y su Impacto en los Costos del Proceso
Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal)
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
Glucosa
95%
95
+ Xilosa
85
80%<
+ Arabinosa
85
80%<
+ Otros Azύcares
Fermentables
85
80%<
Estratégias para la
Reducción de Costos

Reducción del Costo de Capital
– Expansión de la Planta Existente
– Cerca de una Planta de Cogeneración de Energia
(carbon)
– Ubicarla entre el Ingenio y la Planta de Energia
– Excelente Sinergia con el Sistema Actual:
Mismo lugar, mismo producto

Reducir el Costo de Capital Mediante
Fuentes Alternativas de Financiamiento
– Prestamos de Garantia
– Deducciones y Beneficios de Impuestos
Municipal/Estatal/Federal
Plan Estratégico para México y Latin América
Estratégia de Cinco Niveles
REFINERIAS DEL FUTURO
Plataforma
Carbohidratos
Hidrólisis Enzimática
Derivados de Lignina
Productos Intermedios
Azúcares y Lignina
Productos
Biomasa
Residuos Agric.
Cultivos Energeticos
Combustibles
Químicos
Calor y Potencia
Biorefinerias
Plataforma
Termoquímica
Pirólisis
Gasificación
Productos Intermedios
Gaseosos y Líquidos
REFINERIAS DEL FUTURO…….HOY!
Recursos Renovables para la Producción
De Combustibles y Productos Químicos
● Alimentos y Fibras
● Ingredientes
● Combustibles
● Química Fina
Procesos de Conversión
● Polímeros
● Solventes
● Plásticos
● Textiles
● Adhesivos
● Pigmentos
● Lubricantes, etc…
Estratégia de Cinco Niveles
● Estratégia de Interfases Tecnológicas Multisectoriales ITM por regiones.
● Conectando Interfases a través de “Puentes de Información” para generar
mas “know-how” sostenible via un “Mapa Tecnológico”
● Crear un Mapa Tecnológico por Regiones y Fortalecer Protección de la
Propiedad Intelectual en el sector Bioenergético
● Mejora en Reforma Interna Regulatoria para evitar inhibir el desarrollo de
Sectores industriales emergentes, inversiones y comercialización de los
Biocombustibles.
● Mayor Inversiones en I&D e Incentivar la colaboración internacional
Integrando Sinergias Sectoriales para
Potenciar sus Beneficios Tecnológicos y
Económicos a Nivel Regional y Nacional
Industria
Agricultura
Energίa
Múltiples Beneficios de las
Bioenergías Renovables
● Económico
– Reducir costos y mejorar calidad en productos y derivados
– Nuevos Productos & Oportunidades de Mercado
– Independencia Energetica (Recursos Alternativos) & Mejora
la Competitividad y la Balanza de Negocios Nacional e
Internacional en Todas las Áreas Productivas Asociadas
● Ambiental
– Previene la Contaminación, Reducción de las Emisiones de
Gases (GHG) y otros Tóxicos
– Biocombustibles ‘verdes’, Productos Químicos y materiales
– Productos Reciclables y Biodegradables
● Social
– Crecimiento y Diversificación de la Economia Rural
– Las Economías Emergentes pueden accesar la Bioeconomía
– Mejoramiento en la Calidad de la Vida y Salud Humana a
traves de un Medio Ambient mas Límpio
Fortalecimiento de la Economía Basada en los
Biomass Based
Recursos
Potenciando
laEconomy
Agricultura,
Petroleum
BasedRenovables,
Economy
El Sector Energético y la Industria, Preservando
el Medio Ambiente
El futuro es promisorio para todos
es verdad que para el bioetanol
lo mejor esta por llegar……
Arnold L. Demain
MIT Emeritus Professor
GRACIAS
Integración de Biotecnologías Avanzadas para
Acelerar el Camino a la Comercialización desde
Biomasa a la Producción de Etanol Celulósico
Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA
Head of Bioenergy and Biorefineries Initiative
Biotechnology Center of Excellence Corporation (BCEC)
[email protected]
www.BioAmericas.org
1er Congreso Internacional de Biocombustibles
Mayo 7 y 8, 2008
Guadalajara, México.