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Corporación para el Desarrollo Industrial de la Biotecnología y Producción Limpia Página

CORPORACIÓN PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGÍA Y PRODUCCIÓN LIMPIA

2016

USOS DE LA GLICERINA CRUDA PROVENIENTE DE LA INDUSTRIADEL BIODIESEL.

Bogotá, FEBRERO DE 2016.

2 0 1 6

i

CONVENIO COLCIENCIAS 562 DE 2012 CONTRATO 577 DE 2013.

Programa estratégico para la biotransformación sostenible de glicerina cruda en 1,3-propanodiol y prospectiva para desarrollar

una biorefinería en ECODIESEL COLOMBIA S.A

USOS DE LA GLICERINA CRUDADERIVADA DE LA PRODUCCIčN DE BIODIESEL

Presentado por:

BOGOTÁ, FEBRERO de 2016.

ii

EQUIPO DE TRABAJO Este informe ha sido preparado por el grupo de trabajo de la Corporación para el Desarrollo Industrial de la Biotecnología – CORPODIB y el equipo trabajo del profesor Carlos Scheel de la Escuela de Negocios de la EGADE – ITSEM del Tecnológico de Monterrey para el Programa Estratégico para la biotransformación sostenible de la glicerina cruda en 1,3-propanodiol y Prospectiva para Desarrollar una Biorrefinería en Ecodiesel Colombia S A ,programa realizado por el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia, CORPODIB y con la Financiación de Ecodiesel Colombia S A y el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias)

Estedocumento síntesis contiene puntos de vista de los expertos, gráficos, tablas y políticas relacionadas con el objeto de estudio

1

Tabla de contenido

Usos dela glicerina proveninte de la industria del Biodiesel. .......................................... 80

Selección de los principales e importantes productos a partir de la glicerina. ......... 89

Priorización de 10 productos a partir de la glicerina. ............................................... 91

Análisis para los diez productos seleccionados. ..................................................... 93

Análisis para el 1,2-propanodiol. ...................................................................... 94

Análisis para la Glicerina USP. ........................................................................ 96

Análisis para el PHB. ....................................................................................... 98

Análisis para el Ácido Succínico. ..................................................................... 99

Análisis para el hidrógeno. ............................................................................. 102

Análisis para el Ácido propiónico. .................................................................. 104

Análisis para el ácido láctico. ......................................................................... 107

Análisis para el butanol .................................................................................. 110

Análisis para el etanol. ................................................................................... 112

Análisis para el 1,3-propanodiol. ................................................................ 114

USOS DE LA GLICERINA PROVENIENTE DE LA INDUSTRIA DEL BIODIESEL

La ruta de la glicerina, esta es obtenida a partir de procesos químicos y biotecnológicos, los cuales dependen de las empresas transformadoras que para algunos de los casos se denominarían tradicionales por sus procesos químicos y por la baja concentración de compañías relacionadas con las herramientas o procesos biotecnológicos. Desde la óptica de la biotecnología, es importante el destacar el aumento significativo de los biocombustibles y su incidencia en los mercados de los combustibles a base del petróleo, en este aspecto la materia prima parte de la biomasa y de allí la relevancia y sintonía con los procesos biotecnológicos. Es por esta razón, que para el caso de la Comunidad Europea en su séptimo programa marco, ha financiado proyectos para el desarrollo avanzado de biorefinerías hacia los esquemas de integración complejos en las industrias de producción de combustibles, donde, ha evaluado el potencial de productos y químicos que se pueden obtener derivados desde los sistemas de procesamiento de la biomasa. En la tabla 1, se describe los productos y químicos que se pueden obtener, así como la ruta seguida desde la biomasa. Tabla 1. Lista de productos de valor agregado derivados del potencial de la biomasa.

No. Productos Ruta desde la Biomasa

1 (2,5)-bis-hydroxymethylfuran(BHMF) Reduction of 5-hydroxymethyl furfural or hydroxymethylation of furfuryl alcohol

2 1,2 propanediol Hydrogenation of lactic acid

3 1,3 propanediol Sugars fermentation, currently produced from 3-hydroxypropionic acid

4 1,4-butanediol, Carbohydrates fermenattion or from succinic aicd

5 1,4-diaminobutane

6 1-amino-2-propanol

7 2 chloropropionic acid From lactic acid

8 2,5- dimethyl furan Hydrogenolysis of 5 hydroxymethyl furfural

9 2,5-Dimethyl-1,4-dioxane

10 2,5-furandicarboxylic acid Sugars biochemical transformation

11 2-hydroxymethyl tetrahydrofuran

12 2-Pyrrolidone From succinic acid

13 3-hydroxybutyrolactone Sugars chemical transformation

14 3-hydroxypropionic acid Glucose fermentation

15 4-decalacton

16 5’-IMP (5'-Inosinic acid, disodium salt)

17 5-aminolevulinic acid

18 5-methyl furan

4


19 Acetaldehyde From ethanol oxidation

20 Acetic acid contract Sugars fermentation

21 Acetoin Sugars fermentation

22 Acetol Hydrogenolysis of glycerine

23 Acetone Glucose fermentation

24 Acetylene From syngas

25 Aconitic acid Sugars fermentation

26 Acrolein From glycerol

27 Acrylamide From 3-hydroxypropionic acid

28 Acrylic acid From 3-hydroxypropionic acid

29 Acrylonitrile From 3-hydroxypropionic acid

30 Activated carbon From biomass pyrolysis

31 Adipic acid From cyclohexanone or succinic acid

32 Alanine From 3 hydroxypropionic acid fermentation product

33 Alginate Extracted from seaweed

34 Alkanes From syngas by Fischer Tropsch

35 Alkyd resins 50% based on natural oils/ from propylene glycol

36 Alkyl polyglycosides (APG) From glucose and fatty acids

37 Alkyl polypentosides (C5-surfactants) From hemicelluloses fractions and fatty acids

38 Allyl alcohol

39 Aminoacids Carbohydrate fermentation

40 Ammonia From producer gas

41 Antibiotics (bulk) Sugars fermentation

42 Antibiotics (specialties) Sugars fermentation

43 Arabinitol From arabinose

44 Arabinogalactan Extracted from the timber of the larch tree

45 Arabinose From biomass by combined thermochemical treatment, acid hydrolysis and enzymatic treatment

46 Arginine From sugars

47 Aspartame From aspartic acid

48 Aspartic acid Derived from fumaric acid that can be made by fermentation

49 Astaxanthine Part synthetic, part by fermentation, part extracted from micro-algae

50 Avermictins From fermentation

51 Benzene From biomass gasification or catalytic hydrogenation of CO2

52 Biocomposites

53 Bionolle 4,4 polyester Sugars fermentation + fossil fuel

54 Bio-oil Biomass pyrolysis

55 BioSyngas Biomass gasification

56 Biotin Fermentation

5


57 Biphenyls Biomass thermochemical

58 Butanediol (BD) From fumaric/succinic acid

59 Butanetriol Xylose or arabinose fermentation

60 Butanol Sugars fermentation

61 Butanol derivates From butanol

62 Butyric acid Sugars fermentation

63 Caprolactam From cyclohexanone

64 Caprylic acid (octanoic acid) From vegetable oil

65 Carbon dioxide From bioethanol production, anaerobic fermentation and all respiration processes

66 Carbon fibre From lignin

67 Carbon monoxide Biomass gasification or catalytic hydrogenation of CO2

68 Carboxylic acid Catalytic hydrogenation of CO2

69 Carboxymethyl cellulose From dissolving pulp

70 Catchols, cresols, resorcinols Biomass thermochemical processes

71 Cattle feed (DDGS) Co-product from bioethanol production

72 Cellulose From biomass

73 Cellulose acetate From dissolving pulp

74 Cellulose butyrate From dissolving pulp

75 Cetostearilic alcohol From vegetable oil

76 Cetylic alcohol From vegetable oil

77 Chitin/Chitosan Extracted from crabs

78 Chlorophyll

79 Chondroitin From glucose

80 cis cis Muconic acid From glucose fermentation

81 Citric acid Sugars fermentation

82 Citric acid pharma Sugars fermentation

83 Coenzyme Q10

84 Coniferols Extracted from pine tree or biomass thermochemical

85 Coumaric acid From lignocellulose

86 Crude Tall Oil (CTO) From forest products (wood)

87 Curdlan Sugars fermentation

88 Cyanophycin Heterogeneous production of this cyanobacterial polymer in bacteria

89 Cyclodextrins Produced from glucose (enzymatic degradation)

90 Cyclohexane Biomass thermochemical

91 Cyclohexanone

92 Cyclosporine

93 Dextran

94 D-Gluconic acid

6


95 Dibasic Esters

96 Dicarboxylic acids

97 Dichloropropanol

98 Diesel Fisher Tropsch synthesis (syngas)

99 Diethers

100 Dihydroxyacetone

101 Dimethyl ether (DME) Fisher Tropsch synthesis (syngas) or catalytic hydrogenation of CO2

102 Dimethyl sulfoxide (DMSO) From wood pulping

103 Diphenolic acid

104 Distillated Tall Oil (DTO) From wood

105 DL-Malic Acid

106 D-xylaric acid

107 D-xylonic acid

108 Epoxy resins From Vegetable oil via epichlorohydrin

109 Erithritol (sugar alcohols) Fermentation from glucose

110 Erythorbic acid

111 Ethane Catalytic hydrogenation of CO2

112 Ethanol Sugars fermentation or Fisher-Tropsch synthesis (syngas)

113 Ethanol fuel anhydrous

114 Ethanol industrial

115 Ethoxylated alcohols From ethylene oxide

116 Ethyl acetate From ethano

117

Ethyl lactate From lactic acid (glucose fermentation) or from ethanol

118 Ethyl levulinate

119 Ethyl tert-butyl ether(ETBE) From ethanol

120 Ethylene From ethanol or catalytic hydrogenation of CO2

121 Ethylene diamine disuccinate Fermentation (fumaric acid or aspartic acid)

122 Ethylene glycol From ethylene oxide, thermo-chemical derivative of sorbital

123 Ethylene oxide From ethanol

124 Eugenol Extracted from essential oils or biomass thermochemical

125 Fatty acids

126 Fertiliser (slow release) from bio-oil Biomass pyrolysis

127 Fibres from grass

128 Fischer-Tropsch liquids From biomass gasification

129 Folic acid Fermentation

130 Formic acid Catalytic hydrogenation of CO2

7


131 Fructose From sugar, chicory root or isomerisation from glucose

132 Fumaric acid Fermentation (glucose, succinic acid)

133 Functionalized lignin polymers From wood

134 Furan From furfural

135 Furan (2,5)-dicarbonic acid

136 Furan(2,5)-dicarboxylic acid (FCDA) From 5 hydroxymethyl furfural

137 Furfural Xylose thermal transformation

138 Furfuryl alcohol Directly derived from furfural

139 Gasoline Fisher Tropsch synthesis

140 Gelatin Extracted from bones

141 Gellan Fermentation product

142 Glucaric acid Sugars fermentation

143 Gluconic acid Fermentative glucose oxidation

144 Glucose Enzymatic hydrolysis of starch

145 Glutamic acid Sugars fermentation

146 Glutamine From glucose

147 Glutaric acid Fermentation from glucose

148 Gluten From wheat

149 Glyceraldehyde

150 Glyceric acid From glycerol oxidation

151 Glycerol From oil/lipids - thermochemical or sugars fermentation

152 Glycerol carbonate Oxidative carbonylation of glycerine

153 Glycerol dimethacrylate

154 Glycerol pharma grade

155 Glycerol-1-monoethers

156 Glycidol Internal dehydration of glycerine

157 Glycine From serine and threonine

158 Glyoxylic acid Fermentation

159 Guaiacols Biomass thermochemical

160 Guayule Extracted from plants

161 Hemicellulose Extracted from plants

162 Heparin From glucose

163 Hexoses C6 sugars such as glucose, fructose

164 Histidine From glucose

165

HMF (Hydroxymethyl Furfural) Dehydration of hexoses (glucose, fructose)

166 Humins

167 Hyaluronic acid Fermentation

168 Hydraulic fluids From vegetable oils

8


169 Hydrogen Biomass gasification

170 Hydroxyacetaldehyde

171 Hydroxyethanoic acid

172 Hydroxypyruvic acid

173 Hyroxyproline From glucose

174 Indigo Fermentation

175 Isoleucine From glucose

176 Isoprene Fermentation of sugars

177 Isopropanol

178 Isosorbide Sugars thermochemical, derived from sorbitol

179 Itaconic acid Xylose fermentation product

180 Kerosene From Fisher Tropsch synthesis (syngas)

181 Ketones

182 Kojic acid Fermentation

183 Lactate esters Derived from lactic acid

184 Lactic acid Glucose fermentation

185 Lactic amide

186 Lactide Glucose fermentation

187 Lactitol Lactose derivative

188 Lactoferrin (proteins) From milk

189 Lactones

190 Lactonitrile

191 Laurylic alcohol From vegetable oil

192 L-Carnitine From 3 hydroxy-butyrolactone

193 Lecithin From oil/lipids, thermochemical

194 Leucine From glucose

195 Levoglucosan Sugars chemical transformation

196 Levulinic acid Sugars biochemical

197 L-Hydroxyphenylalanine

198 Lignin Extracted from wood

199 Linear Alpha Olefins(LAO)

200 Lisolesithin

201 L-sorbose Fermentation

202 Lubricants

203 Lysine Sugars fermentation

204 Maleic anhydride From succinic acid

205 Malic acid From succinic acid (sugars fermentation)

206 Malonic acid From 3-hydroxy propionic acid, sugars fermentation

207 Maltitol Hydrogenated maltose, cereal derived

208 Mannitol Hydrogenated fructose, cereal derived

9


209 Mannose From oxidation of mannitol

210 Mesoxalic acid

211 Methane Biomass gasification or catalytic hydrogenation of CO2

212 Methanol Fisher Tropsch synthesis (syngas) or catalytic hydrogenation of CO2

213 Methionine

214 Methyl acetate From acetic acid and methanol

215 Methyl methacrylate (MMA) Plants as plants approach (genetically modified switchgrass)

216 Methyl tetrahydrofuran (MTHF)

217 Methyl tetrahydrofuran From 2-methyl furan

218 Molasses Bulk sugar residue

219 Monoethers

220 Monoglycides Hydrolysis from natural oils & fats

221 Monosodium glutamate (MSG) Fermentation product

222 N-methyl pyrrolidone (NMP) From succinic acid

223 Oil from algae Extraction

224 Oleochemicals (oleic acid) Extraction & hydrolysis from oilseeds

225 Oxalic acid Oxidation decarboxylation of lactic acid

226 Pantothenic acid Fermentation

227 Paraffin waxes Fisher Tropsch synthesis

228 Pentanol

229 Pentoses C5 sugars derived from hemicellulose

230 Phenol Lignin thermochemical

231 Phenol formaldehyde From biomass pyrolysis

232 Phenolics Lignin thermochemical

233 Phenylalanine From glucose

234 Phosphate From DDGS

235 Phospholipids Extraction from eggs, milk

236 Phycocyanine From algae

237 Pig feed From upgrading of DDGS

238 Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) Fermentation from glucose; extraction from some plants

239 Polyamide 11 (PA11) (not biodegradable)

240 Polyethylene (not biodegrable but recyclable)

Produced from bioethanol derived ethylene

241 Polyethylene From Ethylene produced from fermentation ethanol

242 Polyglycerol methacrylates

243 Polyhydroxyalkanoate (PHA) Plants as plants approach (genetically modified switchgrass) or fermentation

244 Polylactic acid From lactic acid (glucose fermentation)

10


245 Polylactide From lactic acid (glucose fermentation)

246 Polymers

247 Polyols Hydrogenation of sugars such as glucose, mannose, maltose, xylose

248 Polypropylene

249 Polytetramethylene ether glycol (PTMEG)

From THF

250 Polyurethanes Contains approx. 20% bio-based feedstocks (from oils and lipids) Biobased component is glycerol, glucose, sorbitol, sucrose

251 Polyvinyl chloride

252 Proline From glutamic acid

253 Propanol

254 Propionaldehyde

255 Propionic acid Reduction of lactic acid, sugars fermentation

256 Propylene

257 Propylene glycol From glycerol fermentation or thermochemical derivative of sorbitol

258 Propylene oxide

259 Protein From all living organisms

260 Pullulan Derived from starch by fermentation

261 Pyruvic acid From lactic acid oxidation (glucose fermentation)

262 Quinones Biomass thermochemical

263 Rapeseed oil From rapeseed, thermochemical

264 Rayon Fibre derived from cellulose

265 Resins (phenol formaldehyde) From biomass pyrolysis

266 RME (Rape Methyl Ester) Derived from rapeseed oil

267 Rosin Forest derivatives-thermochemical Extracted from pine trees

268 R-d-dodecanolide

269 Saccharinic acid

270 Scleroglucan Fermentation

271 Serine From 3 hydroxypropionic acid, sugars fermentation

272 Solvents

273 Sorbitol Sugars fermentation or chemical transformation

274 Sphingan Fermentation

275 Starch Extracted from cereals and tubers

276 Stearylic alcohol From vegetable oil

277 Steroids

278 Styrene

279 Succinamide

280 Succinate salts

281 Succinic acid Several fermentation processes available

12


282 Syringaldehyde Biomass thermochemical

283 Syringol Biomass thermochemical

284 Tall Oil Fatty Acids (TOFA) Extracted from wood

285 Tall Oil Pitch (TOP) Extracted from wood

286 Tall Oil Rosin (TOR) Extracted from wood

287 Tars From biomass gasification

288 Tartaric acid Extracted from wine

289 Tartronnic acid

290 Tetrahydrofuran (THF) Can be derived from furfural / Produced from glucose via succinic or fumaric acid

291 Threonine Sugars fermentation

292 Toluene From biomass gasification or catalytic hydrogenation of CO2

293 Triethers

294 Trypthophane Fermentation of glucose

295 Turpentine Forest derivatives-thermochemical

296 Valine From pyruvic acid

297 Vanillic acid Biomass thermochemical

298 Vanillin From guaiacol or lignin (thermochemical)

299 Vinasse (biofertiliser) Sugar co-product

300 Vinyl acetate From acetic acid and ethylene

301 Vinyl chloride From Ethylene produced from biomass

302 Vitamin A, B2, B3, B12, C Fermentation

303 Vitamin B12 Fementation

304 Vitamin B2 Fermentation

305 Vitamin C Fermentation of sugars

306 Xanthan Fermentation

307 Xylene From biomass gasification

308 Xylitol Hydrogenation of xylose

309 Xylonic acid From xylose

310 Xylo-oligomers

311 Xylose From biomass by combined thermochemical treatment, acid hydrolysis and enzymatic treatment

312 Zeaxanthine Extraction from plants such as vegetables, maize

313 α – monobenzoyl glycerol

314 α, ϒ -dichlorohydrin From glycerol

315 ß-carotene Extraction from plants such as algae, carrots

316 ϒ-amino levulinic acid

317 ϒ -butyrolactone Produced from glucose via succinic acid (fermentation)

318 ϒ -valerolactone From levulinic acid

Fuente: BIOREF-INTEG.

13

Es por lo anterior de la importancia de la integración de los procesos en el desarrollo de las biorefinerías, donde se hace evidente en la estructuración de estas en la integración de los procesos el reciclaje y la gestión de los residuos, por cuanto en las fases de escalabilidad debe tenerse en cuenta la flexibilidad para los multi productos y procesos, para la confluencia de múltiples materias primas. La anterior tabla presenta una dimensión muy amplia de la cantidad de productos que se pueden obtener desde la biomasa que se va a contrastar contra los diferentes productos que se pueden obtener desde la palma de aceite, el biodiesel y en especial de la glicerina que es el producto clave del cual parte la presente investigación que determina las condiciones y asociación de los subproductos que se pueden conseguir y que es requerido ir filtrando para obtener los cinco productos relevantes.

Selección de los principales e importantes productos a partir de la glicerina. Para la obtención de una primera selección de productos, se procedió a realizar las revisiones relacionadas con los productos por vía química o biotecnológica, a partir de las diferentes fuentes documentales recolectadas. De los 318 productos caracterizados en la tabla desde la glicerina, se procedió a priorizar 60 productos relevantes y de importancia en el mercado que se describen en la tabla 2. Tabla 2. Productos relevantes a partir de la glicerina.

No Producto Formula

química Ruta desde la biomasa Valoració

n

1 1,3-PDO C3H8O2 Fermentación de azúcares se producen a partir de 3-hidroxipropiónico ácido

8,4

2 Ácido Acético C2H4O2 Fermentación de azúcares 8,3

3 Ácido Butírico C4H8O2 Fermentación de azúcares 8,2

4 Ácido Láctico C3H6O3 Fermentación. 8,1

5 Ácido Succínico C4H6O4 Varios procesos de fermentación disponibles 8,1

6 Butanol C4H10O Fermentación de azúcares 8,1

7 Etanol C2H6O Fermentación de azúcares o la síntesis de Fischer-Tropsch

8,1

8 Acetona C3H6O Fermentación de la glucosa 8

9 Ácido propiónico C3H6O2 Fermentación de azúcares, reducción de ácido láctico.

8

10 Ácido Fórmico CH2O2 Hidrogenación catalítica de CO2 7,9

11 Isobutanol C4H10O Fermentación de levadura de ingeniería metabólica - separación fases de gas

7,8

12 1,4-butanodiol HO(CH2)4OH Fermentación de Hidratos de Carbono o de AICD succínico

7,8

13 1,4-Diaminobutano

C4H12N2 Por oxidación o reducción de glicerol 7,7

14 1,2 propanediol C3H9NO Hidrogenación de ácido láctico 7,6

15 Epiclorhidrina C3H5ClO Por oxidación o reducción de glicerol 7,4

14

16 Di-Methyl Ether (DME)

C2H6O Síntesis Fischer Tropsch o hidrogenación catalítica de CO2

7,3

17 Ácido Tartronico C3H3O5 Por oxidación o reducción de glicerol 7,2 18 Ácido tartárico C4H6O6 Extraído de vino 7,1

19 Dihidroxiacetona C3H6O3 Por oxidación o reducción de glicerol 6,9 20 Ácido mesoxálico

(Ácido cetomalónico)

C3H2O5 Por oxidación o reducción de glicerol 6,8

21 Glyceraldehydes C3H5O3 Por oxidación o reducción de glicerol 6,7 22 Ácido glicérico C3H6O4 Por oxidación del glicerol 6,6

23 Ácido malónico C3H4O4 Desde el 3-hydroxy ácido propiónico, fermentación de azucares

6,4

24 Ácido hidroxipirúvico

C3H4O4 Por oxidación o reducción de glicerol 6,3

25 Ácido pirúvico C3H4O3 Por oxidación o reducción de glicerol 6,2 26 Glicol de

propileno C3H8O2 Fermentación de glicerol o derivado

termoquímica de sorbitol 6,1

27 Glicidol C3H6O2 Por deshidratación interna de glicerina 5,9 28 Ácido acrílico C3H5O2 A partir del ácido 3-hydroxypropiónico 5,8

29 Propanol C3H8O Por oxidación o reducción de glicerol 5,7 30 Isopropanol C3H8O Por oxidación o reducción de glicerol 5,6 31 Acetona C3H6O Fermentación de la glucosa 5,5

32 Óxido de propileno

C3H6O Por oxidación o reducción de glicerol 5,3

33 Propionaldehido C3H6O Por oxidación o reducción de glicerol 5,2 34 Alcohol alílico C3H5O Por oxidación o reducción de glicerol 5,1 35 Acroleina C3H4O A partir de glicerol 5,0

36 Metanol CH3OH (CH4O)

Síntesis Fischer Tropsch o hidrogenación catalítica de CO2

4,8

37 Ácido glutámico C5H9NO4 Fermentación de azúcares 4,7

38 Ácido cítrico C6H8O7 Fermentación de azúcares 4,6

39 Ácido fumárico C4H4O4 Fermentación (glucosa, ácido succínico) 4,5

40 Ácido acético y anhídrido

Fermentación de azúcares 4,3

41 Treonina C4H9NO3 Fermentación de azúcares 4,2

42 Ácido levulínico C5H8O3 Azúcares bioquímicos 4,1

43 Glicina C2H5NO2 De serina y treonina 4,0

44 Ácido oxálico H2C2O4 Oxidativo descarboxilación de ácido láctico 3,8

45 Etilenglicol C2H6O2 De óxido de etileno, derivado termoquímica de sorbitol

3,7

46 Óxido de etileno C2H4O A partir del etanol 3,6

47 Alanina CH3CHCOOH Desde la fermentación del ácido 3-hidroxipropiónico

3,5

15

48 Ácido 3-hidroxipropiónico

C3H6O3 Fermentación del ácido de glucosa 3,4

49 Ácido aspártico C4H7NO4 Derivados del ácido fumárico o por fermentación

3,2

50 Acetaldehído C2H4O A partir de la oxidación del etanol 3,1

51 Ácido málico C4H6O5 A partir del ácido Succínico (Fermentación de azúcares)

3,0

52 Treonina C4H9NO3 Fermentación de azúcares 2,9

53 Arabitol C5H12O5 A partir de arabinosa 2,7

54 Fufaral C5H4O2 Transformación térmica Xylose 2,6

55 Ácido itacónico C5H6O4 Producto de fermentación de Xylose 2,5

56 Prolina C5H9NO2 A partir del ácido glutámico 2,4

57 Xilitol C5H12O5 por hydrogenación de xylose 2,2

58 Ácido adípico C6H10O4 A partir de ciclohexanona o ácido succínico 2,1

59 Ácido ascórbico C6H8O6 Mercado limitado 2,0

60 Monóxido de carbono (+ H2 síntesis de gas)

Gasificación de biomasa o hidrogenación catalítica de CO2

1,9

Fuente: Elaboración propia con base en fuentes documentales y la vigilancia tecnológica.

Priorización de 10 productos a partir de la glicerina. De acuerdo con la propuesta metodológica, se hace necesario el ir reduciendo los productos, los cuales deben ser los preponderantes desde varios puntos de vista como: el mercado, los usos, sus aplicaciones, el medio ambiente y factores técnico económicos. Por lo anteriormente citado, se recurrió a las diferentes fuentes de información, que permitieran obtener una lista reducida, como se puede apreciar en la tabla 3, para los principales co-productos obtenidos a partir de procesos biotecnológicos. Tabla 3. Productos obtenidos por fermentación anaerobia de la glicerina.

Fuente: (Pagliaro y Rossi, 2010)

Con base en las fuentes documentales, la glicerina es una materia prima de donde se pueden obtener productos para usos y aplicaciones de alto valor, como se puede apreciar en la figura 1.

16

Figura 1. La glicerina como materia prima

Fuente: http://www.rsc.org/ej/GC/2010/b922014c

Al confrontar las diferentes fuentes de información, una de las principales muestra la relación entre el precio de venta versus el total de la producción, determinando un listado de diez productos en la figura 2, los cuales se alinean con los definidos o exaltados en las fuentes consultadas. Figura 2. Relación entre el precio de venta y el total de producción desde la economía global.

Fuente: (J. A. Posada et al, 2012)

1,3-propanodiol

1,2-propanodiol

Ácido láctico

Glicerina USP

PHB

Etanol

Acroleína

Ácido Propiónico

Ácido Succínico

Hidrogeno

1,83

1,57

1,53

1,43

1,42

1,36

1,34

1,13

1,08

1,05

http://www.rsc.org/ej/GC/2010/b922014c

16

Para la selección de los diez productos, a partir del análisis de las diferentes fuentes de información, se realizaron talleres de trabajo, para finalmente obtener los siguientes productos: d,

1,2PDO

1,3PDO

Hidrogeno.

Butanol/etanol

Ácido propiónico

Acido succínico

Acroleína

PHB

Glicerol USP

Ácido láctico. Para poder seleccionar cuales de los anteriores productos se van a priorizar junto con el 1,3-PDO, se realiza un análisis en cada uno estos de tal manera que dé lineamientos para la valoración tecnológica – VALTEC.

Análisis para los diez productos seleccionados. El siguiente análisis consiste en la descripción de elementos clave que servirán como parámetros de selección de la mejor oportunidad de generación de valor. Estos criterios de selección están divididos en cinco ejes: Mercado, Tecnología, Medioambiente, Aplicaciones y Tecno económico. Los elementos que se investigaron son los siguientes:

i. Factores de MERCADO: Tendencias del Mercado Principales Compradores Globales Demanda Nacional Precio de Venta Países Productores Mundiales Oferta Nacional

ii. Factores de TECNOLOGÍA: Rendimiento Subproductos Pureza - Concentración Tendencias Tecnológicas Generación Procesos Biotecnológicos Disponibilidad Tecnológica Insumos Requeridos Procesos Tradicionales (Químicos) Propiedades Físico-Químicas

iii. Factores TECNOECONOMICOS: Costo Producto / Precio de Venta Costo Producto/Ton.

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Costo de externalidades Disp. Proveedores de Mat. Primas

iv. Factores que impactan en el MEDIOAMBIENTE: Impacto Huella Ecológica Procesos de Bioremediación Opciones de Reciclaje Efectos dañinos sobre salud Regulaciones

v. APLICACIONES de los productos: Tendencias y necesidades de las aplicaciones. Nuevas Aplicaciones Principales usos y aplicaciones

Análisis para el 1,2-propanodiol.

También llamado propilenglicol, el 1,2-propanodiol es un compuesto orgánico incoloro, insípido e inodoro en forma líquida. Miscible con agua, acetona, y cloroformo, se obtiene por hidratación del óxido de propileno (química), así como por medio de procesos bioquímicos. Principalmente usado productos farmacéuticos, es también insumo importante para la fabricación de resinas de poliéster, detergentes líquidos, humectante de tabaco, saborizantes y fragancias, pinturas y pigmentos, anticongelante. Tabla 4. Análisis para el producto 1,2-propanodiol.

PRODUCTO 1,2-PROPANODIOL HS: 290532

i. Factores de MERCADO

Tendencias del Mercado Tendencia a la alza con una tasa de crecimiento anual promedio en valor de 7% y en cantidad de 4% entre 2008-2012. A pesar de lo anterior entre 2011 y 2012, la tasa de crecimiento anual en valor fue de -7%.

Producción Mundial Ver ANEXOS

Principales Compradores Globales

Las empresas de mayor tamaño (número de empleados) que importan 1,2- PD son: Rit-Chem Co Inc, HELM AG, Univar y A/S Dansk Shell

Demanda Nacional Colombia tuvo una demanda (cantidad importada) en 2013 de 6,969 toneladas de 1,2-propanodiol, lo cual representó un costo de más de 13 millones de dólares.

Precio de Venta Max. Valor unitario importada, USD/ton (2013) fue Benin pagando 19,333 mientras que el valor unitario pagado por el mayor importador (en cantidad) en el 2013 fue de 1,547 USD/ton (Singapur) Max. Valor unitario exportada, USD/ton (2013) fue Estonia cobrando 6,000 mientras que el valor unitario cobrado por el mayor exportador (en cantidad) en el 2013 fue de 1,602 USD/ton (Alemania)

Países Productores Mundiales

Las empresas de mayor tamaño (numero de empleados) que exporta 1,2- PD son: Symrise ,Rit-Chem Co Inc. , Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbH , DuPont Performance Elastomers, LLC, HELM AG y Dow Chemical Company.

Oferta Nacional Colombia ofertó al mundo (cantidad exportada) en 2013 aproximadamente 64 toneladas, representando una entrada de divisas foráneas por más de 132 mil dólares.

ii. Factores de TECNOLOGÍA

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Rendimiento El producto final contiene de 20% de 1,2-propanodiol y 1,5% de dipropilenglicol y pequeñas cantidades de otros glicoles de polipropileno. Propilenglicol puro puede obtenerse después de la rectificación.

Subproductos

Pureza - Concentración La pureza comercial de este producto es de 99.5%

Tendencias Tecnológicas Es un producto commodity ampliamente conocido y utilizado

Generación Procesos Biotecnológicos

Fermentación de azúcares

Disponibilidad Tecnológica Es un producto commodity ampliamente conocido y utilizado

Insumos Requeridos Óxido de Propileno

Procesos Tradicionales Conversión catalítica (hidrogenolisis sobre catalizadores de Cu / MgO) Método industrial principal de la síntesis de propilenglicol es la hidratación del óxido de propileno. Hidratación no catalítica se lleva a cabo a 200-220 ° C, proceso catalítico proceder a 150-180 ° C y 1.5 a 1.8 MPa en presencia de resinas de intercambio iónico o pequeñas cantidades de ácido sulfúrico o alcalino.

Propiedades Físico-Químicas

Fórmula: C3H8O2 Masa Molecular: 76.10 g/mol Densidad: 1.036 g/mL Volumen molar: 73.4 mL/mol Refractive index: 1.431 Propiedades líquidas Melting point: -60 °C Boiling point: 187 °C Vapour pressure: 0 Torr Surface tension: 72.00 dyn/cm Viscosity: 54.00 cP Critical temperature: 351 °C Critical pressure: 60.2 atm Solvent/Solute properties Solubility in water: 100 % w/w Solubility of water: 100 % w/w

iv. Factores MEDIOAMBIENTALES

Impacto Huella Ecológica El 1,2-Propanodiol se descompone muy rápidamente en el medio ambiente natural, dentro de un día o dos en el aire y en un máximo de siete días en el suelo o el agua. 1,2-Propanodiol es combustible.

Efectos Dañinos sobre Salud

No se acumula en el cuerpo de los animales después de la ingestión o exposición, excepto en dosis muy altas, y es esencialmente no tóxico para la vida acuática. *Precauciones Irritación de los ojos. Quemar o calentar el glicol de propileno en exceso puede ser peligroso, ya que puede producir vapores tóxicos.

v. APLICACIONES

Tendencias y Necesidades de Aplicaciones

Tendencia en la industria farmacéutica pues es un buen vehículo para principios activos con insuficiente solubilidad en agua o inestables en soluciones acuosas, como antihistamínicos, barbitúricos, vitaminas A y D, paracetamol, alcaloides, esteroides, fenoles, sulfamidas, anestésicos locales y aceites volátiles.

Nuevas Aplicaciones Principal uso en los farmacéuticos

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Principales Usos y Aplicaciones

Resinas de Poliéster Detergentes líquidos Humectante de tabaco Saborizantes y fragancias Pinturas y Pigmentos Anticongelante

Fuente: Elaboración propia con base en fuentes documentales relacionadas en la bibliografía.

Análisis para la Glicerina USP. La glicerina USP es el nombre que recibe el producto de la refinación de la glicerina cruda, o en su defecto de la glicerina con un grado de pureza elevado (e.g. 95%). La glicerina USP, a diferencia de la glicerina cruda, es un producto transparente, casi incoloro cuya alta pureza permite sea deseable para la producción de farmacéuticos y productos alimenticios. Su contenido de glicerol en solución acuosa es "no menos de 95%," tal como se define por una gravedad específica de no menos de 1.249 a 25.125 ° C. Tabla 5. Análisis para la glicerina USP.

PRODUCTO GLICERINA USP HS: 290545


Tendencias del Mercado Tendencia a la alza con una tasa de crecimiento anual en valor entre de 6%, y en cantidad de 19% entre 2008-2012. Aunado a lo anterior datos más recientes confirman esta tendencia de crecimiento en valor del dado un incremento del 17% entre 2011 y 2012.


Las empresas de mayor tamaño (número de empleados) que importan 1,2- PD son: Henkel Central Eastern Europe GmbH, Rit-Chem Co Inc., Grodno Azot JSC, Sree Rayalaseema Alkalies & Allied Chemicals Ltd y HELM AG entre otros.

Demanda Nacional Colombia tuvo una demanda (cantidad importada) en 2012 de 2,205 toneladas de glicerina USP (2,581 miles de USD).

Precio de Venta El precio de venta por tonelada métrica de glicerina en 2013: Europa tipo Kosher (99.5%) 580 euros; grado técnico (99.5%) 540 euros. China tipo Kosher (99.5%) entre 5300 y 6200 RMB; grado técnico (99.5%) fue de entre 4800-5500 RMB. Sureste Asiático tipo Pharma Kosher (99.5%) entre 750 – 850 USD. Estados Unidos de América tipo Kosher (99.5%) 56 centavos USD/lb; tipo Tallow (99.5%) 54 c/Lb y la Technical (99.5%) en 46 c/Lb. Max. Valor unitario importada, (2012) Islas Feroe $17,000 USD/ton El mayor importador (en cantidad) 263 USD/ton (Países Bajos) Max. Valor unitario exportada, Eslovaquia $31,500 USD/ton. Valor unitario cobrado por el mayor exportador (en cantidad) $789 USD/ton (Malasia) El precio por tonelada exportada promedio mundial fue de $767 USD/ton Precios de venta comercial de diferentes calidades de glicerol son los siguientes: 0,28 USD $ / L de glicerol a 88% en peso, 1,39 USD $/L de glicerol vegetal a 98% en peso, 1.11 USD $ / L de glicerol de sebo a 98% en peso y 3.48 USD $ / L para el grado USP glicerina o al 99.7 en peso.


Las empresas de mayor tamaño (número de empleados) que exporta glicerina USP son: Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbH, DuPont

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Performance Elastomers, LLC, Arkema, Aditya Birla Group, Rit-Chem Co Inc, Symrise y Grodno Azot JSC, entre otros.

Oferta Nacional Colombia ofertó al mundo (cantidad exportada) en 2012 aproximadamente 5,676 toneladas de glicerina USP (4,308 miles de USD).


Rendimiento Vía biodiesel – 10% masa Vía biotecnológica – Relativamente más baja y varía con respecto al sustrato y a la enzima utilizada

Pureza - Concentración Se considera USP a la pureza alrededor del 99.5%

Tendencias Tecnológicas Principal inconveniente es la purificación de la glicerina.


Procesos convencionales: coproducto de la elaboración de biodiesel y de jabones, así como la vía petroquímica a partir de propileno (esta requiere menos procesos de purificación)

Disponibilidad Tecnológica No existe restricción en cuanto a la tecnología necesaria.

Insumos Requeridos Vía petroquímica – Propileno Vía biodiesel – Triglicéridos Vía biotecnológica – Fuente de carbonos (azúcares)

Procesos Tradicionales Procesos convencionales: coproducto de la elaboración de biodiesel y de jabones, así como la vía petroquímica a partir de propileno (esta requiere menos procesos de purificación)


USP GLICERINA (es un producto transparente, casi incoloro para usos que requieran glicerina de alta pureza con características deseables para el sabor y olor fines farmacéuticos y alimenticios. Su contenido de glicerol en solución acuosa es "no menos de 95%," tal como se define por una gravedad específica de no menos de 1.249 a 25.125 ° C.

iii. Factores TECNOECÓNOMICOS

Costo Producción / Precio de Venta

Posada et al. (2012) 1.43 Johnson y Taconi (2007) 0.15 USD$/lb ó 0.26 USD$/L. Posada et al. (2011) 0.149 USD$/kg


Impacto Huella Ecológica El principal impacto ambiental se presenta en la purificación de la glicerina (principalmente de la proveniente del proceso de biodiesel y los biotecnológicos).

Procesos de Bioremediación

No requiere procesos de bioremediación.

Opciones de Reciclaje Dependiendo del tipo de contaminantes y el nivel de pureza puede ser reutilizado para otros propósitos.

Regulaciones La principal normativa es la relacionada con productos de higiene así como las leyes que promueven los biocombustibles (biodiesel)

v. APLICACIONES


Los nuevos usos basados en glicerina como materia prima es para la fabricación de :

Epiclorhidrina (ECH)

Bio-metanol

Propilenglicol

Ácido acrílico

2-amino-1-propanol (2AP)

Éteres de glicerol-terc-butilo (GTBE)

Carbonato de glicerol

1-3 propanodiol (DOP)

Etanol, isopreno, acetona, hidrógeno, formiato de lactato y succinato Surfactantes glucolípido como soforolípidos y ramnolípidos

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Nuevas Aplicaciones Usos convencionales.


Las industrias en las que se emplea la glicerina USP como materia prima son: Las principales industrias en las que se emplea la glicerina (en cualquiera de sus purezas) como materia prima son:

Farmacéuticos

Cosméticos y productos de cuidado personal

Alimentación y bebidas

Alimentación animal

Plásticos

Explosivos

Pinturas

Tabaco

Anticongelante.

Fluidos hidráulicos


Análisis para el PHB. El polihidroxibutirato (PHB) también conocido como ácido polihidroxibutírico es un polihidroxialcanoato (PHA), polímero que pertenece a la clase de los poliésteres. Se obtiene por vía bioquímica a través de ciertos microorganismos como un producto de asimilación de carbono (a partir de glucosa o almidón). Insoluble en agua y relativamente resistente a la degradación hidrolítica. Esto diferencia de PHB de la mayoría de otros plásticos biodegradables actualmente disponibles, que son muy solubles en agua o sensibles a la humedad. Entre sus características más destacables, tiene buena permeabilidad al oxígeno y resistencia ultravioleta pero pobre resistencia a los ácidos y bases. Es soluble en cloroformo y otros hidrocarburos clorados. Biocompatible y por lo tanto es adecuado para aplicaciones médicas. Se hunde en el agua (mientras polipropileno flota), facilitando su biodegradación anaeróbica en los sedimentos. Además es no tóxico y menos "pegajosa" cuando se funde, lo que es un potencial buen material para la ropa en el futuro. Tabla 6. Análisis para el PHB.

PRODUCTO PHB HS: No diponible


Tendencias del Mercado El mercado de biopolímeros se espera se triplique de 3.5 millones de toneladas en 2011 a cerca de 12 millones de toneladas en 2020. (NOVA Institute, 2013).

Producción Mundial Solamente 11 compañías producen Polybutylene Succinate (PHS) mientras que 14 producen Polyhydroxy Alkanoate (PHA) NOVA Institute (2013) Entre las compañías que producen bioplásticos se encuentran: Meredian/Kaneka (PHBH), Tellers y Tianan (PHBV), Metabolix/Telles (PHA’s) y Zeneca (Narayan, 1993).

Precio de Venta PHA’s: 2.50-2.75 PHBV: 2.40-2.50


Rendimiento PHA produce 54.1 y 47.16% para B. subtilis y E. coli, respectivamente 0.40 gPHA/g substrato, mientras que en PHB vía acetyl-CoA el rendimiento es de 0.47 gPHB/g glicerol (0.67 Cmol PHB/Cmol glicerol

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Tendencias Tecnológicas Principal restricción es el bajo rendimiento en su producción a escala.


Mediante la fermentación con Bacillus subtilis y Escherichia coli Cupreavidus necator y Bacillus megaterium (usando glycerol crudo) (Posada et al., 2011) Vía filminas

Insumos Requeridos Fuentes de carbono como sustratos, principalmente azúcares.


Insoluble en agua y relativamente resistente a la degradación hidrolítica. Esto diferencia de PHB de la mayoría de otros plásticos biodegradables actualmente disponibles, que son muy solubles en agua o sensibles a la humedad. Buena permeabilidad al oxígeno. Buena resistencia ultravioleta pero pobre resistencia a los ácidos y bases. Soluble en cloroformo y otros hidrocarburos clorados. [9] Biocompatible y por lo tanto es adecuado para aplicaciones médicas. Punto de fusión 175 ° C, y la temperatura de transición de vidrio de 2 ° C. Resistencia a la tracción 40 MPa, próxima a la de polipropileno. Se hunde en el agua (mientras polipropileno flota), facilitando su biodegradación anaeróbica en los sedimentos. No tóxico. Menos "pegajosa" cuando se funde, lo que es un potencial buen material para la ropa en el futuro



Posada et al. (2012) 1.42 Naranjo et al (2013) 1.662 (The crude glycerol generated in the biodiesel production can be valorized in 166.2% through the production of PHB.)

Costo Producción/Ton. Posada et al. (2011) El costo de producción de PHB se encuentra entre 3.92 y 4.73 4.73 US$/kg usando B. megaterium y entre 1.94 and 2.38 US$/kg cuando C. necator se usa en el proceso de fermentación.


Impacto Huella Ecológica Firmicutes y proteobacterias pueden degradar PHB. Especies de Bacillus, Pseudomonas y Streptomyces pueden degradar de PHB. Pseudomonas Lemoigne, Comamonas sp. Acidovorax faecalis, Aspergillus fumigatus y Variovorax paradoxus son los microbios del suelo capaces de degradación. Alcaligenes faecalis, Pseudomonas, y Illyobacter delafieldi, se obtienen de lodo anaeróbico. Comamonas testosterona y Pseudomonas stutzeri se obtuvieron a partir de agua de mar. Algunos de estos son capaces de degradar a temperaturas más altas; en particular, con excepción de termófila Streptomyces sp. y una cepa termófila de Aspergillus sp


No requiere

Opciones de Reciclaje No es apto para reciclaje

Regulaciones Potencial debido a su biodegradabilidad

v. APLICACIONES


Sustituto de biopolímeros, aditivos, ingredientes de comida, aditivo de sabor, estimulantes para el crecimiento de plantas, aditivo de solventes, farmacéuticos (como intermedios), químicos especializados, inhibidor de corrosión, detergentes, surfactantes. Otros compuestos derivables como ácidos (ver Posada, 2011)


Análisis para el Ácido Succínico.

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El ácido succínico también conocido como ácido butanodioico, es un ácido dicarboxílico que se puede producir mediante la fermentación de hidratos de carbono o glicerol utilizando bacterias o levaduras (procesos bioquímicos). El ácido succínico y sus derivados son los más ampliamente utilizados como ingredientes alimentarios o como precursores de los ingredientes farmacéuticos activos o aditivos farmacéuticos. El ácido succínico también tiene una amplia gama de aplicaciones industriales como en la fabricación de lacas, colorantes, en perfumería, en medicina, como aditivo alimentario y como reactivo para la fabricación de plásticos biodegradables, sin embargo, estos están limitados por su precio. Tabla 7. Análisis para el ácido succínico.

PRODUCTO ÁCIDO SUCCÍNICO HS: 29171930 (dentro de ácidos policarboxilicos

aciclicos)


Tendencias del Mercado El mercado global de ácido succínico biológico (no derivado de la industria petroquímica) se espera alcance un volumen de mercado de 710,000 toneladas para 2020. Con un crecimiento anual constante (CAGR) del 45.6% a partir del 2013. El valor de mercado para el 2020 será de aproximadamente $538.8 millones de dólares, en donde la producción de BDO será la más demandante.

Producción Mundial En 2011 el volumen de ácido succínico fue de aproximadamente 40,000 toneladas siendo solamente 1,150 derivadas de fuente no petroquímicas. Weastra (2013). El mercado Europeo generará 371 millones en ventas para 2020 derivado del ácido succínico.

Precio de Venta El precio de venta para el derivado de petróleo fue de entre 2,400 y 2,600 USD por tonelada en tanto que el biobased fue de 2,600 – 3,000 USD/ton, (63.2 millones de dólares). El precio del ácido succínico biobased tenderá a la baja (2,300-2,400 USD/ton) debido al incremento en capacidades de producción actuales que remontan de 225,870 en 2012 a 637.450 MTPA en 2020 Weastra (2013). En 2013 los precios del ácido succinico biobased dependiendo del lugar geográfico fueron: En EEUU: (113 c/lb USD o 2,491 USD/ton), Europa (Oeste) (1,461 USD/ton), Asia (2,500 USD/ton). Techno OrbiChem (2013)


En 2011 se produjeron 40,000 toneladas y los principales productores con sus respectivos porcentajes de participación fueron los siguientes: BioAmber, (1%) (Francia), Myriant, (1%) (Alemania), Reverdia (1%) (Francia e Italia), BASF- Purac (1%) (España), Lixing Chemical (20%), Kawasaki Kasei Chemicals (15%), Anqing Hexing Chemical (12%), Nippon Shokubai (9%), Otros (41%) DSM, Mitsui & Co. Ltd, Mitsibishi Chemical, , Roquette Freres S.A. (Weastra, 2013). En 2014 se espera las capacidad de producción (225,870 toneladas) sean las siguientes: Myriant, (36%), BioAmber, (30%), Reverdia (5%), BASF (11%), Otros (18%).



Fermentación de glucosa por medio de organismos naturales o genéticamente modificados e.g. Anaerobiospirillum succiniproducens, E–coli o Coryne bacteria Weastra (2013).

Procesos Tradicionales Hidrogenación catalítica de ácido maleico o anhídrido de la industria petroquímica. Éste último manufacturado del n-butano. El ácido succínico se prepara por reacción de ácido acrílico y monóxido de carbono en presencia de ácido sulfúrico fumante, a saber ácido sulfúrico fumante, que es una solución de trióxido de azufre en ácido sulfúrico y se

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caracteriza convencionalmente como el HS O-o S (H 80 seguido por hidratación con HO, adecuadamente en forma de hielo. El ácido succínico es producido por varios métodos. Rutas industriales comunes incluyen hidrogenación de ácido maleico, la oxidación de 1,4-butanodiol, y carbonilación de glicol de etileno. [2] Más recientemente, ácido succínico se está produciendo a través de la fermentación de glucosa a partir de materias primas renovables y purificación de succínico basado en bio-prima ácido. [3] El ácido succínico se puede convertir en el ácido fumárico por oxidación. El éster de dietilo es un sustrato en la condensación de Stobbe. La deshidratación del ácido succínico da anhídrido succínico


Costo Producción/Ton. Costo de entre $2.70 y $4.00/lb, $5,952 y $8,818 USD la tonelada (Jonhson and Taconi, 2007) 2,204.6226 lbs per tonne NOTA: While lactic acid and succinic acid are both primarily produced by fermentation, production costs must be reduced to $0.25/ lb and less than $0.50/lb, respectively, for either to be viable as a platform chemica


Impacto Huella Ecológica Esta materia tiene ventajas medioambientales, ya que se produce a partir de materias primas renovables. El proceso de fabricación produce residuos tóxicos y muy inferiores, ya que es exactamente el mismo producto químico como producido de la petroquímica; los fabricantes no tienen necesidad de hacer mejoras para construir sus productos. Otra característica atractiva es que la producción de ácidos succínicos de base biológica requiere de CO2. El proceso de fermentación anaeróbica en la producción de ácidos succínico basado en bio-consume CO2. Con un enorme potencial económico y ambiental, ácido succínico está atrayendo la atención de muchos grandes jugadores que se están centrando en esta plataforma química para ganar presencia en este mercado de rápido crecimiento.

Opciones de Reciclaje Se espera que la creciente necesidad de procesos más sostenibles, aumentando las preocupaciones ambientales, y la reducción de la dependencia del petróleo para impulsar la demanda de bio-ácidos succínico. El bajo costo y el potencial de los ácidos succínico bio para abrir una amplia gama de aplicaciones tales como poliuretanos, 1,4-butanodiol, plastificantes, termoplásticos, etc, que se espera aún más para impulsar el mercado del ácido succínico bio. La combinación de los ácidos succínico y 1,4-butanodiol se abre un nuevo mercado para los biopolímeros verdes como polibutileno succinato (PBS) que encuentra su destino especial de las películas de embalaje biodegradables y cubiertos desechables.

Regulaciones No hay legislación al respecto en Colombia

v. APLICACIONES


Industria alimentaria, farmacéutica, cosmética, industrial: 1,4 Butanodiol (BDO) (CAGR 67.9%), Polyester polyols PBS, Plasticizers, solventes y lubricantes, Alkyd resins, resinas, pigmentos, recubrimientos, descongelantes., entre otras. Los ácidos dicarboxílicos (ácido succínico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido adípico) y el ácido tricarboxílico (ácido cítrico) son útiles en las industrias de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. El ácido succínico se utiliza también en la fabricación de lacas y colorantes. Ácido succínico se utiliza como un agente saborizante para alimentos y bebidas. La producción de cinco compuestos heterocíclicos, que se usa como un intermedio para colorantes, perfumes, lacas, productos

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químicos fotográficos, resinas alquídicas, plastificantes, productos químicos de tratamiento de metal, y recubrimientos. También se utiliza en la fabricación de medicamentos para la sedante, antispasmers, antiplegm, antiphogistic, anrhoers, anticonceptivos, y el cáncer-curado.


Análisis para el hidrógeno. Gas inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua. La solubilidad y características de hidrógeno con diversos metales son muy importantes en la metalurgia. Es materia prima de las siguientes industrias: Industria electrónicas, de cerámica fina, química fina (producción de amoniaco, metanol, en procesos de hidrogenación, hidrosulfuración, hidrocraqueo catalítico, etc.) energía de carros, fertilizantes. Se espera que en un futuro se convierta en uno de los principales combustibles a nivel mundial. Tabla 8. Análisis para el hidrógeno.

PRODUCTO HIDRÓGENO HS: 280410


Tendencias del Mercado Fermentación bioquímica, fotocatálisis, termólisis Tasa de crecimiento anual mundial exportaciones: En cantidad entre 2008-2012 es de 0% (-22% Colombia) En valor entre 2008-2012 es de -16% (31% Colombia) 59

Producción Mundial El país con la mayor producción de hidrógeno es Estados unidos con 4100 millones de pies cúbicos estándar/día. En el mundo se exportan 96,674 miles de USD (2012) de hidrógeno (Nota: La cantidad mundial no se encuentra disponible dada las diferentes medidas) 60 Mayor exportador: EEUU 396.877.000.000.000 m3, 10,305 miles de USD (2012) Mayor importador: EEUU 160.888.000.000.000 m3, 42.605 miles de USD (2012)


516 estaciones de H2 en el mundo, Ballard’s, Relion, universidades, instituciones prestadoras de servicio de salud. Empresas Importadoras de hidrógeno: (basado en número de empleados): Chinese Petroleum Corp (Taipei Chino), Air Liquide BV Países Bajos (Holanda), PCC Rokita SA (Polonia), AIR PRODUCTS Sp. z o.o .(Polonia), Singapore Oxygen Air Liquide Pte Ltd (Singapur), S.I.A.D., SpA (Italia), Carburos Metálicos, S.A. (España), Inox Air Products Ltd, BOC India Ltd (India) 61

Demanda Nacional Cryogas, hospitales, clínicas, universidades Colombia importa menos de 1 tonelada de hidrógeno valuada en 8 mil USD (México y EEUU en orden decreciente). 62

Precio de Venta 1,57 €/Kg (hidrolisis). Posada (2011) 2.498E-04 US/Litro. (escala de laboratorio)63 Precio de importación:64

59 http://www.trademap.org/ 60 http://www.trademap.org/ 61 http://www.trademap.org/ 62 http://www.trademap.org/ 63 Posada, J. A. (2011). Design and analysis of technological schemes for glycerol conversion to added value product.pdf 64 http://www.trademap.org/

http://www.trademap.org/





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Max: 139,000 USD/ton (Taipei Chino) Min: 167 USD/ton (Namibia) Precio de Exportación: Max: 52,000 USD/ton (China) Min: 319 USD/ton (Suecia)


Hydrogenics, Moore y Raman de Air Products and Chemicals, Inc., Ahi the carbon saver company, Praxair, Linder, Air Products, Shell, Chevron, BP, ConocoPhillips, Exxon Mobil, REFINERIA DE AMUAY, Valero, Conoco Phillips, Flint Hills, Tesoro, Deerk Park Mash Traders, Chemlink LLC (Emiratos Árabes Unidos), Denies NV-S A (Bélgica) Anti-Seize Technology (EEUU), Poisson Saint Eloi (Francia) Philips Electronics Nederland BV Países Bajos (Holanda) 65

Oferta Nacional Empresas ofertantes en Colombia: Praxair, Cryogas Colombia exporta 17 toneladas de hidrógeno valuadas en 43 mil USD al mundo (Antillas Holandesas, Ecuador y Aruba en orden decreciente) con un valor unitario promedio de 2,529 USD/ton. 66

Empresas Productoras Colombia

Ecowill Engineering , Group Mcphy energy


Rendimiento Los rendimientos alcanzados por vía química son superiores a los obtenidos por biotecnología. Por reformado de vapor se logran alcanzar rendimientos del 90%. Rendimientos de 31,16%mol/g glicerol son obtenidos usando K. pneumoniae BLh-1. El rendimiento para Clostridium pasteurianum es de 0,77+0,05 mol H2/mol Glicerol

Pureza - Concentración La pureza comercial es de aproximadamente 90% - 99.999%


Los microrganismo empleados para la obtención de hidrógeno usando como sustrato glicerol incluyen: Clostridium pasteurianum, Thermotoga neapolitanoa DSM 4359, Enterobacter aerogenes HU-101, Enterobacter aerogenes, Rhodopseudomonas palustris, Enterobacters aerogenes NBRC 12010, Halanaerobium saccharolyticum, Halanaerobium senegalensis, K. pneumoniae BLh-1, K. pneumoniae BLh-2, P. agglomerans BL1 , K. pneumoniae BLh-3

Disponibilidad Tecnológica Se encuentran patentes para el almacenamiento, producción por vía química, biotecnológica usando residuos de biodiesel (glicerol). Okada Yukio cuenta con patentes para la producción a partir de residuos de biorefinería otorgada en 2013.

Insumos Requeridos Catalizadores, agua, vitaminas

Procesos Tradicionales Entre los procesos tradicionales que se encuentran: reformado del gas natural, reformado de nafta, reformado de fuel pesado, electrolisis del agua, biomasa celulósica, disociación termoquímica del agua, procesos fotoquímicos, reformado de etanol y azúcares, biofotólisis del agua


Gas inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua. La solubilidad y características de hidrógeno con diversos metales son muy importantes en la metalurgia. Densidad 0,0899 kg/Nm3 (gas). Capacidad calorífica: Cp=14,199 KJ/ (kg·K). Punto de ebullición (1 atm): -252.9 °C. Viscosidad NTP: 8.813 E-5 g/cm·s. Formula química: H2


Costo Producción/Ton. -Reformado catalítico Costo de producción estimado (carbón) de 1.83 USD / kg Costo de producción estimado (gas natural) US 3.17 $ / kg

65 http://www.trademap.org/ 66 http://www.trademap.org/



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-Reformado de vapor CAPEX: US $ 0,53 /kg (7%) el costo de producción Costo de producción: US $ 4,86/kg (H2 costo estación de combustibles USD 1,88/kg- Variable 13%, capital 26%) Costo de materia prima US $ 2,12 /kg (44% del costo de producción) Contribución al costo del H2: Costo de capital 0,53 (USD/Kg) Costo materias primas 2,12(USD/Kg) Costos fijos: 0,64 (USD/Kg) Servicios y costos variables 0,31 (USD/Kg) Costo de capital para almacenamiento, compresión y distribución: 1,26 (USD/Kg) -Vía Biológica El costo tal de la producción de H2 por esta vía es de $12590,22 USD para biofotólisis directa, $18,66 UDS ara biofotocatalítica indirecta, por fermentación de shift el costo de producción es cercano 29,43

Disponibilidad de Proveedores de Maerias Primas

El glicerol puede ser obtenido del efluente de las plantas de biodiesel. Materias primas provenientes de la industria petroquímica (gas natural y nafta)


Impacto Huella Ecológica Amigable con el medio ambiente. No produce producción de gases cuando se usa como celda combustible. Reducción de gases de efecto invernadero. Disminución CO2 Desechos agua y catalizador. El hidrógeno combustible renovable genera directamente motricidad, electricidad o calor pero tiene contaminación cercana a cero de: CO2, óxidos de nitrógeno y azufre, existe muy abundante en todo el universo, no consume recursos naturales y no tiene efectos nocivos para la salud. Compite en costos con los combustibles fósiles, es más seguro que estos y puede ser producido en cualquier lugar del planeta. No es necesario hacer muchas consideraciones para medir las enormes ventajas que su uso presenta y cada una de ellas se traduce inmediatamente en protección o mejora al ambiente.


No es necesario para el producto El proceso requiere reactivación del catalizador

Opciones de Reciclaje Insumo para producción de etanol

Regulaciones Muy incipiente en todo el mundo, prácticamente ninguna en Colombia, exceptuado lo relativo a transporte (Decreto 1609 de 2.002 Ministerio de Transporte), manipulación (Ley 55 de 1.993) y almacenaje (Norma Técnica Colombiana NTC 4975) del producto gaseoso industrial. (Asociación Colombiana de Hidrógeno, 2013)

v. APLICACIONES


Celdas combustibles y sistemas de generación distribuidas

Nuevas Aplicaciones Celdas combustibles


Industria electrónicas, de cerámica fina, química fina (producción de amoniaco, metanol, en procesos de hidrogenación, hidrosulfuración, hidrocraqueo catalítico, etc.) energía de carros, fertilizantes


Análisis para el Ácido propiónico. El ácido propanoico (también llamado ácido propiónico) es un ácido carboxílico monoprótico que puede encontrarse en la naturaleza. En estado puro, es un líquido incoloro, corrosivo con un olor

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acre. Sirve como solvente y como intermediario en la síntesis de herbicidas, plásticos de propionato-acetato celulosa, así como en productos farmacéuticos, sabores y fragancias; síntesis de fibras de celulosa, polímero biodegradable, uso en textiles, adhesivos y resina, lubricantes. Tabla 9. Análisis ácido propiónico.

PRODUCTO ÁCIDO PROPIÓNICO HS: 291550


Demanda Internacional El mayor importador en América Latina es Venezuela con 86,10% del total de las importaciones. Los Países Bajos presentan mayor importación mundial de 50 M USD en 2008. Intercambio mundial en 2008 de 298 M USD Mayor importador mundial: Bélgica 57,843 toneladas, 59,518 miles de USD (2012) Mayor importador en América Latina: Brasil 10,342 toneladas, 15,275 miles de USD (2012) 67

Tendencias del Mercado Tasa de crecimiento anual mundial exportaciones: 68 En cantidad entre 2008-2012 es de 7% (11% en Colombia) En valor entre 2008-2012 es de 8% (9% en Colombia)

Producción Mundial En el mundo se exportan 398,883 miles de USD (2012) de ácido propiónico equivalente a 258,839 toneladas (2012).69 Mayor exportador mundial: EEUU 82,017 toneladas, 91.934 miles de USD (2012) Mayor exportador en América Latina: México 2,819 toneladas, 9,669 miles de USD (2012)

Demanda Nacional Importador: 1,4% del total de países importadores en 2008 Colombia importa menos de 4,474 toneladas de ácido propiónico valuadas en 6,819 mil USD (EEUU, Alemania y Zona Franca en orden decreciente). 70

Precio de Venta 2-3 USD/kg (Dishisha et al., 2013) Precio de importación: 71 Max: 13,000 USD/ton (Angola) Min: 1,000 USD/ton (Kirguistán) Promedio mundial: 1,541 USD/ton Precio de Exportación: Max: 92,592 USD/ton (Suiza) Min: 845 USD/ton (Antillas Holandesas) Promedio mundial: 1,537 USD/ton


BASF (Alemania) con una producción de 11000 ton/año , BASF (China), Chemische Werke Hüls (Alemania), Distillers Company (United Kingdom), USSR (Russia) , Eastman Chemical (USA) capacidad 7000 ton/año, Celanese, Pampa capacidad 6800 ton/año, Texas, Dow Chemical, Texas City capacidad 120000 ton/año, Texas , Eastman Chemical, Kingsport capacidad 50000 ton/año, Tennesse, Eastman Chemical, Longview, Texas capacidad 20000 ton/año, Perstorp (Suiza) capacidad 50000 ton/año.

Oferta Nacional Colombia exporta 1,554 toneladas de ácido propiónico valuadas en 2,826 mil USD al mundo (Brasil, Venezuela, Perú en orden decreciente) con un valor unitario promedio de 1,819 USD por tonelada.

67 http://www.trademap.org/ 68 http://www.trademap.org/ 69 http://www.trademap.org/ 70 http://www.trademap.org/ 71 http://www.trademap.org/






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Rendimiento Los rendimientos varían según el tipo de microorganismo, calidad de la fuente de carbono y condiciones de fermentación. El mayor rendimiento lo tiene el proceso con Propionibacterium acidipropionici alcanzando un rendimiento de 84 mol/mol

Pureza - Concentración La pureza mínima para la comercialización del producto USP o para síntesis es del 98%.


Dentro de los microorganismos estudiados que usan como sustrato glicerol para producir ácido propiónico se encuentran: ropionibacterium freudenreichii subsp. Sehermanii, P. acidipropionici ATCC4875, P. acidipropionici ATCC4875 (Δack), P. acidipropionici ATCC 4965, P. acidipropionici ATCC 25562, P. acidipropionici ATCC 9614, P. shermanii, P. acidipropionici CGMCC 1.2230, Propionibacterium acidipropionici DSM 4900, L. reuteri, P. jensenii ATCC 4868 con gldA, Propionibacterium acidipropionici

Disponibilidad Tecnológica Se encuentran patentes para producción con glicerol y de purificación de ácido propiónico. Dubois Jean-Luc y Danilo Zim presentan el mayor número de patentes. La última fue concedida para los dos autores en 2013.

Insumos Requeridos Fuente de carbono o sustrato: Glicerol crudo y glicerol puro. Microorganismo fermentador. Minerales y compuestos de estabilización y medio de cultivo. Agua. Recursos energéticos. Sistemas de filtración, membranas, centrifugación, destilación.

Procesos Tradicionales Hidrólisis del 3- hidroxipropionitrilo o hidrólisis del propiolactano por oxidacción del 1,3 -PD catalizador de paladio. *Principal desventaja: costo


El ácido propanoico (también llamado ácido propiónico) es un ácido carboxílico monoprótico que puede encontrarse naturalmente, de fórmula molecular C3H6O2. En estado puro, es un líquido incoloro, corrosivo con un olor acre. Punto de fusión -21°C, punto de ebullición 141°C, Densidad 0,992 g/cm3. Miscible en agua



La relación reportada para la producción del ácido propiónico es de 1,13 usando como materia prima glicerol

Costo Producción/Ton. -Costo de insumos Glicerol crudo: 200 USD/ton Glicerol refinado: 600 USD/ton Biotina: 1800 USD/kg Jugo de papa: 15 USD/m3 -Costos de producción Equipo de fermentación: 820€/MT Mano de obra: 150€/MT Operación: 100 €/MT Otras materias primas: 320 €/MT Hidróxido de sodio: 512 €/MT Glicerol :519 €/MT DSP equipo: 207 €/MT DSP solvente: 50€/MT DSP ácidos-bases: 200€/MT DSP Energía: 130€/MT

CAPEX 50 millones de Euros para producir 10000 MT/año

Disp. Proveedores de Mat. Primas

El glicerol puede ser obtenido del efluente de las plantas de biodiesel.


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Impacto Huella Ecológica La huella de carbono es menor en el proceso biotecnológico al compararlo con el proceso tradicional. La mayor cantidad de CO2 producido se da en el tratamiento de desecho (ver gCO2/FU – ácido propiónico) Por vía química se produce CO2, además de un uso intensivo de agua caliente, catalizadores tóxicos y cancerígenos


Inactivación de catalizadores

Opciones de Reciclaje Durante su producción se puede llevar a cabo recirculación de agua de servicio (enfriamiento como de calentamiento) tanto de procesos biotecnológicos como químicos. Reutilización de catalizadores

Efectos Dañinos sobre Salud

LD 50 oral DL50 rata 2600 mg/kg LD 50 dérmica DL50 conejo 500 mg/kg

Regulaciones Decreto 1594 de 1984 (vertimientos) Decreto 1220 de 2005 (Licencia ambiental permiso de vertimientos)

v. APLICACIONES


Usos como sales de calcio, potasio, amonio y sodio, en alimentos, preservativo, en la producción de quesos y vitaminas B12, probiótico. Solvente y como intemerdiario en la síntesis de herbicidas, plásticos de propionato-acetato celulosa, productos farmacéuticos, sabores y fragancias. Bloques de construcción. Síntesis de fibras de celulosa. Polímero biodegradable, uso en textiles, adhesivos y resina, lubricantes

Nuevas Aplicaciones Inhibidor del crecimiento de moho y algunas bacterias en productos de panificación.


Industria química, cosmética, alimentos (conservador), farmacéutica, materias primas


Análisis para el ácido láctico. El ácido láctico también conocido como ácido 2-hidroxi-propanoico o ácido α-hidroxi-propanoico es un compuesto químico versátil utilizado ampliamente en distintas industrias. Se encuentra en estado líquido, incoloro y soluble en agua. Es precursor de polímeros acrílicos, empaques biodegradables y etiquetado, textiles, industria médica y farmacéutica, cosmética, productos de higiene y estéticos, antimicrobiano, productos de higiene oral, industria de alimentos (yogurt y queso). Las nuevas aplicaciones que se han encontrado para este compuesto químico incluyen la posibilidad que ofrece de polimerizarse y producir plásticos biodegradables. Tiene el potencial de ser producido mediante el empleo de sustratos como desechos agroindustriales, a través del uso de microorganismos eficientes y mediante la configuración de procesos integrados de purificación que permiten obtener ácido láctico puro, reduciendo así los costos de producción y haciéndolo más viable económicamente. Tabla 10. Análisis ácido láctico.

PRODUCTO ÁCIDO LÁCTICO HS: 291811


Demanda Internacional La demanda en 2007 fue de entre 130-150 mil ton/año. En 2008 los Países Bajos fueron los mayores importadores de ácido láctico (118 millones de USD). Tailandia en 2008 fue el mayor exportador con el 15.50% }

Tendencias del Mercado Tendencias de Usos: Producción de empaques biodegradables – comestibles

30

Tasa de crecimiento anual exportaciones: 72 En cantidad entre 2008-2012 es de -4% (5% en Colombia) En valor entre 2008-2012 es de -1% (2% en Colombia)

Producción Mundial La producción mundial en 2012 fue de 259000 ton, el mercado global en 2015 será de 329,000 ton y para 2017 3,673,000 ton.


Mayor importador mundial: Japón 17,594 toneladas, 44,450 miles de USD (2012) Mayor importador en América Latina: México 5, 910 toneladas, 12,992 miles de USD (2012) Toyobo, Dai Nippon Printing Co., Ltd, Mitsui Chemicals, Inc., Shimadzu Corporation, NEC Corporation, Toyota Motor Corporation (Japón), Purac Biomaterials, Hycail (Países bajos), Futerro and Galactic (Bélgica), Cereplast Inc. (USA), FKuR Plastics Corporation, Biomer Technology Ltd, Stanelco RF Technologies, Uhde Inventa-Fischer (Alemania), Hisun Industries Co. Ltd, Snamprogetti (China)

Demanda Nacional Colombia importa 2,111 toneladas de ácido propiónico valuadas en 3,853 mil USD de China, Brasil, Países Bajos etc. orden decreciente) con un valor unitario promedio de 1,825 USD por tonelada. 73

Precio de Venta 1,38 USD/kg (50% Pureza) USP 1,54 USD/kg (88% Pureza) USP 0,8 USD/kg (uso ácido poliláctico) Precio de importación: Max: 13,333 USD/ton (Zona franca) Min: 111 USD/ton (Congo) Promedio mundial: 2,276 USD/ton Precio de Exportación: Max: 540,200 USD/ton (Bolivia) Min: 700 USD/ton (Namibia) Promedio mundial: 1,900 USD/ton


Mayor exportador mundial: Tailandia 89,015 toneladas, 124,851 miles de USD (2012) Mayor exportador en América Latina: Brasil, 6,840 toneladas, 11,426 miles de USD (2012) Archer Daniels Midland Company (USA), NatureWorks LLC (USA)- Capacidad de planta 140000 ton/año, Purac (The Netherlands), Purac (The Netherlands), Compañias Chinas, CCA (Changzhou) Biochemical Co. Ltd, Henan Jindan Lactic Acid Co. Ltd, Galactic (Belgica), Musashino Chemical Co. Ltd.

Oferta Nacional Colombia exporta 31 toneladas de ácido propiónico valuadas en 85 mil USD al mundo (Ecuador, Chile, Perú en orden decreciente) con un valor unitario promedio de 2,742 USD por tonelada.


Rendimiento Los rendimientos varían según el tipo de microorganismo, calidad de la fuente de carbono y condiciones de fermentación. El mayor rendimiento lo tiene el proceso con E. coli K12 siendo del 0,90g/g con un sistema de lote alimentado, la concentración alcanzada por el proceso fue de 85,8 g/L

Pureza - Concentración La pureza mínima para la comercialización del producto USP o para síntesis es del 90%.


Dentro de los microorganismos estudiados que usan como sustrato glicerol para producir ácido láctico se encuentran: Achromobacter denitrificans NBRC 1266, E. coli AC-521, E. coli K12, MG1655-

72 http://www.trademap.org/ 73 http://www.trademap.org/



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LA02Δdld(engineered), E. coli strain CICIM B0013-070 (pUC-ldhA) (engineered), E. coli (engineered) La eficacia del proceso biotecnológico que se mide en términos de concentración de ácido láctico, rendimiento del producto relacionado con el sustrato consumido y velocidad de producción, es muy variado y éstos parámetros están marcadamente dependientes del microorganismo utilizado, de la fuente de carbono, de la fuente de nitrógeno, del pH, la temperatura y del modo de fermentación.

Disponibilidad Tecnológica Se encuentran patentes para producción con glicerol, remolacha, almidón y biomasa, y para la etapa de purificación. La última patente concedida hasta el momento de consulta es la de Adhikari para la obtención del ácido a partir de biomasa lignocelulósica

Insumos Requeridos Fuente de carbono o sustrato: Glicerol crudo y glicerol puro. Microorganismo fermentador. Minerales y compuestos de la estabilización y medio de cultivo. Agua. Recursos energéticos. Sistemas de filtración, membranas, centrifugación, destilación.

Procesos Tradicionales Degradación de azucares con catalizadores, oxidación de propilenglicol, monóxido de carbono y agua a alta temperatura y presión, hidrolisis de ácido cloropropiónico, oxidacionde ácido nítrico de propileno. Rendimiento de apróximamente 40,8 mol%


Tiene un carbono asimétrico lo cual da lugar a actividad óptica. Se encuentra en estado líquido, incoloro y soluble en agua. Altamente higroscópico, punto de fusión bajo. Viscosidad 40,30 mNsm-2, punto de fusión 16,8 °C. Formula química C3H6O3



El proceso de obtención de ácido láctico usando como sustrato glicerol presenta una relación de 1,53

Costo Producción/Ton. Separación por electrodiálisis: 0,47€/kg Glicerol crudo al 40% Materias primas: 0.0791 USD/kg (7,79%); utilities 0.2844 USD/kg (28,02%); mano de obra: 0,065USD/kg (5,57%); mantenimiento 0,0579USD/kg (5,70%); Cargos operativos: 0,0141USD/kg (1,39%); Plant overhead: 0,0572USD/kg(5,64%); Gy A: 0.0681USD/kg (6,71%); Depreciación de capital: 0.04468 USD/kg (44,02%); venta de coproductos -0.0492 USD/kg (-4,85%); Glicerol purificado +fermentación: 0.226 USD/kg(22,27%); purificación 0,789 USD/kg(77,73%) Costo total: 1,0149 USD/kg

CAPEX 2,768,600 M USD

Disp. Proveedores de Mat. Primas



Impacto Huella Ecológica Amigable con el medio ambiente. Existe la posibilidad de transformación plolímero poli-láctico biodegradable (PLA)74


Neutralización de ácidos producidos en las aguas residuales de la fermentación (Tian et al., 2014)

Regulaciones Decreto 1594 de 1984 (vertimientos) Decreto 1220 de 2005 (Licencia ambiental permiso de vertimientos) Decreto 948 de 1995 (prevención y control de contaminación atmosférica) Decreto 979 de 2006 (modificación del decreto 948 de 1995)

v. APLICACIONES

74 http://www.eis.uva.es

http://www.eis.uva.es/

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Precursor de polímeros acrílicos, empaques biodegradables y etiquetado, textiles, industria médica y farmacéutica, cosmética, productos de higiene y estéticos, antimicrobiano, productos de higiene oral, industria de alimentos (yogurt y queso) Las nuevas aplicaciones que se le han encontrado al ácido por la posibilidad que ofrece de polimerizarse y producir plásticos biodegradables; y el coste, que resulta alto para aplicaciones a gran escala. Se propone disminuir los costes de producción mediante el empleo de sustratos más baratos como desechos agroindustriales, a través del uso de microorganismos más eficientes y mediante la configuración de procesos integrados de purificación que permiten obtener L (+) y D (-) ácido láctico puro.75

Nuevas Aplicaciones Producción de ácido poliláctico


Industria química, cosmética, alimentos, farmacéutica, materias primas


Análisis para el butanol El butanol es un alcohol primario constituido por 4 carbonos. Líquido e incoloro de olor característico, tiene una densidad menor a la del agua. Obtenido por medio de la fermentación de azúcar - Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium butyricum o la arquea Hyperthermus butylicus, representa un posible biocombustible dado que goza de un mayor contenido energético que el etanol, menor presión de vapor y causa menor corrosión al momento de ser transportado por las tuberías destinadas para la gasolina. Lo anterior lo convierte en un combustible más adecuado para las máquinas de combustión interna utilizadas actualmente en los automóviles. Superior al etanol en cuanto a su contenido de energía, seguridad así como su facilidad de mezcla con gasolina y diésel. Utilizado también como solvente en una amplia variedad de aplicaciones químicas y textiles, disolvente industrial en manufactura de líquidos para frenos así como en las formulaciones de detergentes entre otras cosas. Tabla 11. Análisis butanol.

PRODUCTO BUTANOL HS: 290513


Demanda Internacional Mayor importador: China 488,745 toneladas, 653,665 miles de USD Mayor importador en América Latina: Brasil 39,771 toneladas, 51,532 miles de USD.

Tendencias del Mercado Tasa de crecimiento anual de exportaciones: 76 En cantidad entre 2008-2012 es de 7% En valor entre 2008-2012 es de 11%

Producción Mundial En el mundo se exportan 1,099,635 toneladas de butanol, equivalente a 1,355,507 miles de USD (2012) 77 3,000.000 ton/año (2011) y se estima que sean 4,000.000 ton/año en 2020 Mayor exportador: EEUU 211,784 toneladas, 238,048 miles de USD Mayor exportador en América Latina: Brasil, 559 toneladas, 1,059 miles de USD.


India, USA, Rumania, Reino Unido

75 http://www.eis.uva.es 76 http://www.trademap.org/ 77 http://www.trademap.org/

http://www.eis.uva.es/



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Demanda Nacional Colombia importa 1,592 toneladas de butanol valuadas 2,050 mil USD (EEUU proveyendo más del 95%)

Precio de Venta 600 euros/ton - Se estima que actualmente la demanda está entre 7 y 8.4 billones de dólares Precio de importación: 78 Max: $19,000 USD/ton (Sudáfrica) Min: $167 USD/ton (Togo) Promedio Mundial: $1,306 USD/ton Precio de Exportación: Max: $19,125 USD/ton (Suiza) Min: $333 USD/ton (Camerún) Promedio Mundial: $1,233 USD/ton


Noreste de Asia: 35% Norte América: 28% Europa Occidental: 23% Otras regiones: 14%

Oferta Nacional Pdn: 70,000/ton Vta: 59,000/ton Export. 7,700 ton (aprox) Datos recientes: 79 Al 2012 trademap.org no reporta datos de exportación de butanol para Colombia


Rendimiento 12-20 g/L, productividad - 0.5 g/L/H

Pureza - Concentración Baja concentración de producto por fermentación

Tendencias Tecnológicas Posible biocombustible porque tiene mayor contenido energético que el etanol, menor presión de vapor y causa menor corrosión al momento de ser transportado por las tuberías destinadas para la gasolina.80 El principal problema de la aplicación del butanol no está en su capacidad como biocombustible sino en los métodos para su producción, porque no se pueden utilizar sistemas convencionales sino mecanismos más complejos por su alta toxicidad para el microorganismo que lo produce81


Fermentación de azúcar - Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium butyricum o la arquea Hyperthermus butylicus

Disponibilidad Tecnológica Butamax Advanced Biofuels (Joint Venture entre BP y Dupont) - Gevo Integrated Fermentation Technology (patente isobutanol) - Cobalt Technologies (n-butanol) - Cathay Industries Biotech (n-butanol por fermentación continua)

Insumos Requeridos Glicerol, Agua, Algas, Sacarígenos (caña de azúcar, remolacha azucarera, sorgo dulce), Amiláceos (maíz, sorg, trigo, boniato, mandioca), Lignocelulósicos (madera, residuos agrícolas, pastos)

Procesos Tradicionales Petro-butanol: Proceso OXO


Alcohol primario constituido por 4 carbonos, cuya fórmula es: C4H10O Aspecto y color: Líquido incoloro Presión de vapor: 1.2 Densidad relativa (agua=1): 0.8 Densidad relativa de vapor (aire=1): 2.6 Solubilidad en agua:8.7 Punto de ebullición: 108°C Punto de fusión:-85°C

78 http://www.trademap.org/ 79 http://www.trademap.org/ 80 http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co 81 http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co



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Peso molecular: 74.1 Soluble en una proporción de 79 gr por litro (Agua)


Impacto Huella Ecológica Menos corrosivo y menos contaminante para el ambiente - Toxicidad a los microorganismos - Degeneración de las cepas - Contaminación por bacteriófagos

Opciones de Reciclaje Tengo una información que es una imagen, la cual la adjuntaré en el QTA para este punto.

v. APLICACIONES


Combustible más adecuado para las máquinas de combustión interna utilizadas actualmente en los automóviles


Posee propiedades superiores al etanol - Mayor contenido de enrgía - Más seguro - Se mezcla fácilmente con gasolina y diesel - Solvente en una amplia variedad de aplicaciones químicas y textiles - intermediario en síntesis química (éter) - combustible - disolvente industrial - procesos de cloración - síntesis orgánicas de ésteres disolventes, plastificantes y otros compuestos - agente deshidratante - manufactura de líquidos para frenos - formulaciones de detergentes


Análisis para el etanol. El etanol, comúnmente conocido como alcohol etílico, es un compuesto químico (alcohol) líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78,4 °C. Principal producto de las bebidas alcohólicas (vino, cerveza etc.) tiene además alto potencial como biocombustible. Es también utilizado en el sector farmacéutico, industria química (compuesto de partida en la síntesis de diversos productos). Tabla 12. Análisis etanol.

PRODUCTO ETANOL HS: 220720


Demanda Internacional Mayor importador: Canadá 1,061,416 m3, 710,075 miles de USD (2012) Mayor importador en América Latina: Brasil 411,531 toneladas, 354,412 miles de USD (2012)

Tendencias del Mercado Biocombustibles Tasa de crecimiento mundial anual en exportaciones: 82 En valor entre 2008-2012 es de 31% En valor entre 2011-2012 es de -33%

Producción Mundial 25.000 millones de galones se producen en el mundo En el mundo se exportan 2,106,882 miles de USD (2012) de butanol (Nota: La cantidad mundial no se encuentra disponible dada las diferentes medidas) Mayor exportador: EEUU 2,066,900 m3, 1,404,418 miles de USD (2012) Mayor importador: Canadá 1,061,416 m3, 710,075 miles de USD (2012) 83


USA, Brasil, China, Europa, India

Demanda Nacional Colombia importa 6,658 toneladas de butanol valuada en 8,102 miles de USD (Ecuador 99%)84

82 http://www.trademap.org/ 83 http://www.trademap.org/ 84 http://www.trademap.org/




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Precio de Venta USD0,30 por litro Precio de importación: 85 Max: 440,000 USD/ton (Hong Kong) Min: 287 USD/ton (Saint Kitts y Nevis) Precio de Exportación: Max: 53,000 USD/ton (Qatar) Min: 286 USD/ton (Nueva Zelandia)


USA, Brasil, China, Europa, India Mayor exportador: EEUU 2,066,900 m3, 1,404,418 miles de USD (2012) Mayor exportador en América Latina: Costa Rica, 8,893 toneladas, 9,336 miles de USD (2012)

Oferta Nacional Pdn: 286000 ton/año Vta: 292000 ton/año Colombia exporta 37 toneladas de butanol valuadas en 37 mil USD a Ecuador (100%), con un valor unitario promedio de 1,156 USD por tonelada.


Rendimiento Varía con respecto al sustrato y la enzima utilizada

Tendencias Tecnológicas Utilización como combustible (bioetanol en mezcla con hidrocarburos)


Se puede producir alcohol etílico por fermentación de tres tipos distintos de materiales orgánicos: Sacarosos (con azúcar). Contienen glúcidos simples (las substancias que se convierten en alcohol), con entre seis y doce átomos de carbono (glucosa, fructosa, maltosa), que se pueden fermentar directamente. A este grupo pertenecen la caña de azúcar, la remolacha azucarera, la fruta (fresca o seca), la pulpa de los cítricos, el sorgo dulce, el suero de leche y la leche desnatada. Amiláceos. Contienen glúcidos complejos como almidón e inulina que se pueden descomponer en glúcidos simples por hidrólisis ácida, o por acción enzimática en un proceso llamado malteado. Entre ellos están el maiz, el sorgo granífero, la cebada, el trigo, la patata, el boniato, la pataca, el cactus, la yuca, y la maranta. Celulósicos. Como la madera, los residuos de madera, el papel, la paja, los tallos de maiz, las mazorcas de maiz, el algodón, etc, que se pueden descomponer con hidrólisis ácida o con enzimas para conseguir glucosa. Bioconversión del glicerol crudo (fermentación de glicerol por Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae cepa mutante Fermentación por Klebsiella pneumoniae (GEM167) Fermentación por Pachysolen tannophilus (CBS4044) No patógeno Kluyvera cryocrescens S26; la fermentación por lotes Klebsiella pneumoniae cepa mutante (GEM167)

Insumos Requeridos Sorgo, caña, remolacha, yuca

Procesos Tradicionales Termo-químico



USD 0,66/lt (maíz) USD 0,55/lt (caña)


Impacto Huella Ecológica No se producen emisiones tóxicas por ninguno de los procesos mencionados (termoquímico o enzimático)

Opciones de Reciclaje No es apto para reciclaje

85 http://www.trademap.org/


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Regulaciones Uso de biocombustibles

v. APLICACIONES


Biocombustibles - biodiesel


Fines culinarios, sector industrial, sector farmacéutico, industria química (compuesto de partida en la síntesis de diversos productos)


Análisis para el 1,3-propanodiol. El 1-3 Propanodiol es un compuesto orgánico lineal, un diol por tener dos grupos hidroxilo. Es el monómero que se emplea para sintetizar los polímeros Sorona® entre otros. Actualmente goza de una demanda creciente ante las potencialidades de su aplicabilidad como recursos de polímeros. Puede obtenerse por medios químicos (síntesis química como la hidratación de acroleína o la hidroformilación de etileno) o bioquímicos (Clostridium butyricum, Clostridium pasteurianum, Clostridium diols, entre otros). En la actualidad el PDO es una materia prima versátil en especial en poliéster sintético de PTT. El 1,3 PDO presenta un bajo impacto ambiental al poseer capacidad de biodegradabilidad. A continuación se presentan los indicadores mas característicos del 1,3 Propanodiol Tabla 13. Análisis 1,3-propanodiol.

PRODUCTO 1,3- PDO HS: No Disponible


Demanda Internacional Se estima que el mercado de 1,3 PDO fue cercano a $152 millones para el 2012 con un crecimiento anual del 15.7% hasta el 2014 , llegando a cerca de $560 millones para el 2019

Tendencias del Mercado Demanda creciente ante las potencialidades de su aplicabilidad como recursos de polímeros

Producción Mundial Alrededor de 110 mil toneladas al año.


La empresa DuPont domina con más del 60% el mercado mundial.

Demanda Nacional No se reportan datos

Precio de Venta US $1500 – 1600 (Precio FOB) la tonelada métrica


DUPONT por vía biotecnológica para elaborar Bio- PDO TM, Susterra y Zemea, SHELL por síntesis química para a producción de Corterra®

Oferta Nacional No se reportan datos

Empresas Productoras Colombia

No hay en producción y no se distribuye en Colombia.

Productos Substitutos Todos los derivados del plástico que por razones ambientales y de consumo presenta una grave problemática ambiental.


Rendimiento Los rendimientos varían según el tipo de microorganismo, calidad de la fuente de carbono y condiciones de fermentación. En el mejor de los casos, DuPont, utilizando E. Coli modificada y glucosa ha logrado obtener 135 g/l. Utilizando glicerol crudo se han logrado rendimientos de 48 g/l usando Clostridium butyricum F2b, 30.5 g/l con Clostridium acetobutylicum DG1 (pSPD5) y 63.4 g/l con Clostridium butyricum CNCM 1211, usando C.

36

Butyricum DSP1 se han obtenido 37 g/l en fermentación Batch y 71 g/l en fed-batch en bioreactor de 6.6 L.

Subproductos Variedad de aplicaciones e alto valor agregado

Pureza - Concentración La pureza necesaria para la comercialización del 1,3 PDO es según grado USP, la cual está determinada por los procesos de purificación empleados, se requiere que llegue a valores de 99%

Tendencias Tecnológicas Se aprecia la tendencia biotecnológica desde el componente tecnológico.


Dentro de los microorganismos anaerobios que pueden crecer en glicerol, utilizándola como fuente de carbono, se encuentran: Clostridium butyricum, Clostridium pasteurianum, Clostridium diols, Clostridium acetobutylicum, Clostridium butylicum, Clostridium perfingens, Enterobacter agglomerans, Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumonia, Klebsiella oxytoca, Klebsiella aerogenes, Citrobacter freundii, Lactobacillus reuterii, Lactobacillus buchnerii, Lactobacillus collinoides, Pelobacter carbinolicus, Rautella planticola y Bacillus welchii; no obstante, el mejor productor natural de 1,3 PDO es el Cl. Butyricum.

Disponibilidad Tecnológica Se encuentran patentes tanto por aplicabilidad del 1,3 PDO como de los procesos biotecnológicos involucrados. En el caso de DuPont tiene patente sobre el proceso y la cepa de E. coli. Metabolic Explorer tiene patentes sobre las cepas y las modificaciones genéticas realizadas sobre cada una de ellas.

Insumos Requeridos Fuente de carbono o sustrato: Glucosa o Glicerol crudo Microorganismo fermentador Minerales y compuestos del estabilización y medio Agua Recursos Energéticos Sistemas de filtración, membranas, centrifugado, destilación

Procesos Tradicionales Comercialmente se produce por síntesis química como la hidratación de acroleína o la hidroformilación de etileno bajo condiciones de reacción (temperatura, presión y catalizadores) costosas


Es un glicol alifático lineal, isómero del propilén glicol, con dos grupos hidroxilo primarios de reactividad equivalente de baja toxicidad.



La producción de 1,3 PDO a partir de procesos fermentativos es una opción viable a partir de la disminución de los costos del glicerol respecto a la glucosa. La disminución de los costos energéticos y de procesamiento, ligado al menor impacto ambiental permite considerar el proceso como potencial desarrollo.

Costo Producción/Ton. Glucosa: USD 500 - 550 / ton Glicerol puro: USD 1100 - 1150 /ton Glicerol industrial: USD 850 - 860 /ton 1,3 Propanodiol: USD 1500-1600 /ton

CAPEX Al realizar un análisis de valoración de ciclo de vida sobre las rutas de producción de 1,3 PDO, se encuentra que a través de la ruta biotecnológica en especial sobre la utilizada por DuPont para la producción de bio-PDOTM existe un ahorro cercano al 40% de consumo de energía no-renovable y una disminución cercana al 40% respecto a las emisiones de gases invernadero respecto a la ruta química

Costo de Externalidades Aproximadamente el 70% de la energía no renovable es usada en la producción de PDO a partir de glucosa; de esta cantidad la mayor parte de la energía es utilizada en el proceso de purificación

Disponibilidad de Proveedores de Materias Primas


37


Impacto Huella Ecológica El 1,3 PDO presenta un bajo impacto ambiental al poseer capacidad de biodegradabilidad. Al revisar la huella de carbón se ha establecido que la ruta petroquímica tiene un mayor impacto respecto a la ruta biotecnológica con un factor cercano a 7, sin embargo la ruta biotecnológica tiene un impacto mayor al tener en cuenta la huella de nitrógeno ya que supera a la petroquímica en un factor cercano a 4,5

Opciones de Reciclaje Dentro del proceso de fermentación se obtienen sub-productos que pueden ser reprocesados como es el caso del agua.

Eficiencia Energética Se aprovecha mediante la integración a plantas de biodiesel.

Regulaciones NO se tienen al respecto del producto, se aplican generales a los percutores químicos

Emisiones Residuos Sólidos Depositados

Biomasa que se puede recuperar o integrar a otros procesos de valor agregado.

v. APLICACIONES


Como precursor en la generación de polímeros como fibras, plásticos y resinas de poliéster, anticongelante, antiespumante, adhesivos, estabilizador de detergentes, agente humectante en cosmética, laminados, tintas, sellantes, como intermediario en la síntesis de compuestos heterocíclicos

Nuevas Aplicaciones En los uretanos termoplásticos, su uso puede mejorar la estabilidad térmica e hidrolítica. De igual forma puede ser usado como diol en poliéster poliol. Otra de las aplicaciones de importancia corresponde a la de adhesivos, laminados, recubrimiento en polvo y curado con UV, molduras, la posibilidad de generar poliésteres alifáticos y co-poliester, impermeabilizantes y tintas.


En la actualidad el PDO es una materia prima versátil en especial en poliéster sintético de PTT


VALORACIÓN TECNOLÓGICA (VALTEC) PARA LA PRIORIZACIÓN DE CINCO PRODUCTOS A PARTIR DE LA GLICERINA.

De acuerdo con el análisis realizado en el numeral anterior, se puede entonces tener un panorama más amplio de cada uno de los productos y de s incidencia en los temas propuestos que permitan con base en la información descrita y el potencial de los productos estudiados aplicar una metodología sencilla, el cual permita obtener su valoración correspondiente. Para definir los cinco (5) productos relevantes, analizaron bajo cinco criterios, con el propósito de encontrar un factor diferenciador clave a considerar que le diera valor a la hipótesis para seleccionar el 1,3PDO. Dichos criterios fueron en orden de importancia, los siguientes:

Tecno-Económico

Mercado.

Aplicaciones.

Medio ambientales

Biotecnológico Cada uno de los factores se ponderó de acuerdo a su relación con su importancia y se la

valoración tecnológica para los productos, siguiendo la siguiente tabla:

39

Tabla 14. Ponderación de factores para la valoración tecnológica.

1. Tecno-Económico

2. Mercado 3. Aplicaciones 4. Medio

ambientales

5. Biotecnológico

PUNTOS SOBRE 150

1 2 3 4 5

Fuente: Elaboración propia. A continuación en la tabla 15, se pueden observar los resultados de la valoración para los diez productos priorizados. Tabla 15. Valoración tecnológica – VALTEC para los diez productos analizados.

PRODUCTO: ETANOL HS: 220720 1. Tecno-

Económico 2. Mercado

4. Aplicaciones

3. Medio Ambientales

5. Biotecnológico PUNTOS

SOBRE 150

8 8 7 6 8

1 2 3 4 5

8 16 21 24 40 109

PRODUCTO: 1,2-PROPANODIOL HS: 290532

1. Tecno-Económico

2. Mercado 4.

Aplicaciones 3. Medio

Ambientales 5. Biotecnológico

PUNTOS SOBRE 150

8 7 8 5 6

1 2 3 4 5

8 14 24 20 30 96

PRODUCTO: GLICERINA USP HS: 290545

1. Tecno-Económico

2. Mercado 4.



PUNTOS SOBRE 150

2 3 8 3 2

1 2 3 4 5

2 6 24 12 10 54

PRODUCTO: PHB HS: No disponible

1. Tecno-Económico

2. Mercado 4.



PUNTOS SOBRE 150

7 6 6 5 4

1 2 3 4 5

7 12 18 20 20 77

PRODUCTO: ÁCIDO SUCCÍNICO HS: 29171930. 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

8 8 8 5 6

1 2 3 4 5

8 16 24 20 30 98

40

PRODUCTO: HIDRÓGENO HS: 280410 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

8 7 8 8 8

1 2 3 4 5

8 14 24 32 40 118

PRODUCTO: ÁCIDO PROPIÓNICO HS: 291550 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

8 8 9 7 8

1 2 3 4 5

8 16 27 28 40 119

PRODUCTO: ÁCIDO LÁCTICO HS: 291811 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

9 8 8 7 8

1 2 3 4 5

9 16 24 28 40 117

PRODUCTO: BUTANOL HS: 290513 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

8 8 7 6 8

1 2 3 4 5

8 16 21 24 40 109

PRODUCTO: 1,3- PDO HS: No Disponible 1. Tecno-


4. Aplicaciones



SOBRE 150

7 7 9 9 9

1 2 3 4 5

7 14 27 36 45 129 Fuente: Elaboración propia con base en fuentes documentales relacionadas en la bibliografía. Después del análisis minucioso de cada uno de estos parámetros, se encontró que el principal factor diferenciador está asociado con la cepa disponible, en este caso la IBUN 158 de clostiridio. Sobre la base de este factor diferenciador y de la aplicación de los criterios anteriormente valorados, se determinaron los productos más promisorios a partir del glicerol que resultarían de la valoración tecnológica y estos son:

1,3-PDO

Butanol/etanol

Hidrogeno.

Ácido láctico

Ácido propiónico.

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corporación para el desarrollo industrial · pdf file55 biosyngas biomass gasification...

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