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Estudio de prefactibilidad técnico-económica de una Biorefineria en Chile que aproveche integralmente la espécie jatropha curcas

M. Cristina Schiappacasse Rolando Chamy

Lothar Driller Manuel Paneque Ignacio Moraga Piero Sanguineti

.

PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIAS PARA LAS ENERGÍAS

11 a 13 Junio, Quito , Ecuador

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JATROPHA CURCAS §  Planta oleaginosa de porte arbustivo, originaria de

Mexico y Centroamérica que se introdujo hace poco tiempo en Chile

§  Puede adaptarse a terrenos semiáridos

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§  Clima tropical y subtropical §  Temperatura media: 20 a 18°c §  Soporta heladas leves de corta duración §  Precipitaciones 300 a 1800 mm/año §  Rendimiento medio anual: de fruto 0,5 a 12

ton/ha §  Contenido aceite semilla: 35 a 40% §  Contenido proteína torta: 55 - 58%

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Global Market Study on Jatropha, GEXSI

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Jatropha curcas

Jatropha

Antecedentes

Situación en Chile

Ventajas Desventajas

Potencial

Bio-combustible

Cultivo Energético

Biorefinería

North of Chile

Marginal soils

Frosts

q  Alta calidad aceite

q Alto rendimiento potencial

q Suelos Marginales

q  Poca agua

q Almacenable

q Intercultivo q Especies nativas

q Productividad incierta

q  Cosecha manual

q Toxicidad q  Mejoramiento extracción aceite

q  MDL

q  Compuestos Bioactivos

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Parcelas experimentales

No hay plantaciones comerciales

•  Universidad de Chile •  Universidad Tarapacá •  Instituto de Investigación Agropecuaria INIA-

Intihuasi

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Jatropha curcas 2009-2011- IV Región, Chile

Heladas de -3,5 °C

Primavera Verano Otoño Invierno

Primavera Verano Otoño

60% de plantas con brote

Proceso de adaptación de ecotipos resistentes a heladas

Productividades?

15% de plantas con brote

(INIA-INTIHUASI, 2011)

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PRODUCTOS BIOACTIVOS

LATEX

§  Curcaína §  Actividad coagulante (Osoniyi yOnajobi, 2003)

§  Actividad anticoagulante (Osoniyi yOnajobi, 2003)

§  Curcaclina A

Péptido cíclico Inmunomodulador: inhibición moderada del sistema del complemento humano y de las células T (van den Berg et al. 1994)

RAICES §  Actividad anti-inflamatoria de aplicación tópica

Proteína con actividad cicatrizante

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Antioxidantes Potentes Estudios en tratamiento de cáncer de próstata (Corzo-Valladares et al., 2012)

PRODUCTOS BIOACTIVOS

SEMILLAS

§  Esteres de forbol

§  Curcina

§  Gamma_Tocoesferol

§  Gamma-Tocotrienol

Proteína –Antividad antitumoral

Clonada en E. coli

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Bioproductos derivados J. curcas

Esteres de Forbol

Aceites q  0,27 mg/L Especie

no tóxica q  2,49 mg/L Especie

tóxica

(Goel et al. 2007)

q  Fármaco antiparasitario q  Precursor de prostatina (fármacos

contra VIH) q  Actividad co-carcinogénico

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Fracciones Esteres de Forbol mg/g m.s.

Núcleo 2,00-6,00 Hojas 1,83-2,75 Tallo 0,78-0,99 Flores 1,39-1,83 Yemas 1,18-2,10 Raíces 0,55 Corteza (piel externa café) 0,39 Corteza (piel interna verde) 3,09 Látex N.D. Madera 0,09

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PRODUCTOS BIOACTIVOS

§  Acido gálico

§  Industria farmaceutica: Sintesis de trimetroprim,

agente bacteriano prescrito en conjunto con sulfonamidas

§  Industria del cuero : uso como propil galato §  Fabricación pirogarol: Teñido pieles, cuero y

cabello, y revelador fotográfico §  Concentraciones bajas frente a otras fuentes

HOJAS

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Concentrado Proteico

Torta agotada detoxificada

Alimentación humana Alimentación animal (avícola, porcina y acuícola)

Salmónidos

760 g/kg (Kumar et al. 2010)

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Comparación Perfil Aminoacídico

Sustituyendo el 10% de la demanda de harina de pescado

25000 Ton/año

Concentrado  proteico  J.  Curcas  

Harina  pescado  

Aminoácido  

Arginina   14,16   3,81  Isoleucina   4,47   3,06  Leucina   7,08   4,98  Lisina   3   5,07  Meteonina   1,66   1,95  Treonina   3,56   2,82  Triptofano   1,23   0,78  Valina   5,18   3,45  

Kumar  et  al.  2010  

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Pellets

Parámetro   Unidad   DIN  PLUS   O  NORM  M7135  

Diámetro   mm   4  -­‐  10   4  -­‐  10  Largo   <5xD   <5xD  Densidad   kg/dm3   >1,12   >1,12  Humedad   %   <10   <10  Abrasión   %   <2,3   <2,3  Ceniza   %   <0,5   <0,5  Poder  calorífico   MJ/kg   >18   >18  Azufre   %   <0,04   <0,04  Cloruro   %   <0,02   <0,02  Nitrógeno   %   <0,3   <0,3  metales  pesados   %   Regulado   No  regulado  

Normativa Europea

Cascaras semillas J. curcas 5% cenizas (Achten et al. 2008

Uso industrial

DIN  PLUS=  Norma  Alemana  

O  NORM  M7135=  Norma  Austriaca  

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Composición de la semilla

Composición (%) Núcleo Corteza Humedad 4,48 9,33 Grasa cruda 54,59 1,17 Proteína cruda 24,85 4,37 cenizas 4,13 4,93 Fibra cruda 2,82 30,93

(Achten et al. 2008)

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Conc. Proteico

Electricidad

E. de forbol

Pellets

Aceite  

JatrophaCurcas  

 

Biogás

Cáscarilla

Residuos

Semillas

Cáscara

Torta

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Semilla Descascarado/

descascarillada

Cascaras/cascarilla Pelletizado

Pellets

Molienda Acondic.

T, humedad Formación hojuelas

Secado

Prensado

Filtración

Degomado

Neutralización

Extracción líquido/líquido

Concentrado esteres de forbol

Cogeneración eléctrica

Aceite

Torta Extrac. alcalina /

ppt. ácida

Detoxificación térmica

Secado Concentrado

Proteico

Gomas

Jabones

Laguna Anaerobia cubierta

Sistema lodos

activados

Disposición final

Biogás

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Conc.  Proteico  

Electricidad  

E.  de  forbol  

Pellets  

Aceite    

JatrophaCurcas  

 

Biogás  

Cáscarilla  

Residuos  

Semillas  

Cáscara  

Torta  

11340 Ton/año

57.000 Ton /año

30.265 Ton/año

Neto 51.120.000 KWH/año

 

Venta    tCO2e:  60.800/año  

 

3.900 Ton/año al 91%

7.000 Ton/año

36 Ton/año al 92%

Inversión:    

30,  4  MMUS$    

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Biorefinería sin aprovechamiento integral

NO es rentable

TIR NEGATIVO

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Efecto costo semilla en el TIR a diferentes costos de venta de la electricidad

§  Pellets: 486 US$/Ton §  Conc. Proteico: 1700

US$/Ton §  Bonos carbono:10 US$/

TonCO2e

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 100 200 300 400 500

TIR

Costo Semilla (US$/Ton)

80 US$/Mwh 110 US$/Mwh 140 US$/Mwh 170 US$/Mwh 200 US$/Mwh 230 US$/Mwh

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Análisis sensibilidad: Precio Pellets vs Concentrado Proteico

§  Semilla: 200 US$/Ton §  85 US$/Mwh §  Bonos carbono:10

US$/TonCO2e

0

10

20

30

40

50

60

500 1.000 1.500 2.000 2.500

TIR

Precio Conc. Proteico (US$/Ton)

100 US$/Ton Pellets 200 US$/Ton Pellets 300 US$/Ton Pellets 400 US$/Ton Pellets

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Análisis sensibilidad: Precio Pellets vs Concentrado Proteico

§  Semilla: 200 US$/Ton §  180 US$/Mwh §  Bonos carbono:10

US$/TonCO2e

0

10

20

30

40

50

60

500 1.000 1.500 2.000 2.500

TIR

Precio Conc. Proteico (US$/Ton)

100 US$/Ton Pellets 200 US$/Ton Pellets 300 US$/Ton Pellets 400 US$/Ton Pellets

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Efecto precio ésteres de forbol en TIR para distintos precios de semillas

§ 486 US$/Ton Pellets § 1700 US$/Ton Conc. Proteico § 10 US$/TonCO2e § 85 US$/Kwh

0 25 50 75

100 125 150 175 200

0 50 100 150 200 250 300 350

TIR

Precio Esteres de Forbol (US$/Kg)

250 US$/Ton semilla 400 US$/Ton semilla 550 US$/Ton semilla 700 US$/Ton semilla 850 US$/Ton semilla

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Superficie apropiada para cultivo Jatropha en Chile: 500.000 Há Principalmente sectores áridos

Suponiendo que. q  10% superficie plantada q  Rendimiento: 6 Ton/Há/año q  Generación electricidad: 224 Gwh/mes

0,56% DE LA ACTUAL DEMANDA ELECTRICA

CHILENA

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§  Para la sustentabilidad económica de futuras Biorefinerías de Jatropha curcas ubicadas en Chile es fundamental el aprovechamiento integral del fruto.

§  Importante la producción de productos bioactivos de alto valor como esteres de forbol u otros.

§  El impacto en la matriz energética chilena de este tipo de biorefinerías se espera que sea comparable a las que tienen otras fuentes de ERNC.

Conclusiones

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MUCHAS GRACIAS

Agradecimientos: Este trabajo ha sido financiado en parte, por una subvención de Innova Chile de CORFO Proyecto de Código: FCR-CSB 09CEII-6991.