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Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad de Buenos Aires
Biocombustibles Alejandro Mentaberry
Agrobiotecnología Curso 2017
Sumario
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La matriz energética contemporánea y la crisis
del petróleo
Implicancias ambientales de la producción de energía
Los biocombustibles
Posibles desarrollos biotecnológicos
Limitaciones de los biocombustibles
Los biocombustibles en la Argentina
Referencias
La matriz energética contemporánea
y la crisis del petróleo
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La historia humana puede ser pensada como
la historia de la utilización de la energía
Fuente: Gentileza Ing. S. Lansiani, 2016.
Tomado de: Renewable Energy Policy Network for the 21st. Century, 2017.
Composición actual de la matriz energética mundial
Alrededor del 78% del uso actual de energía proviene de fuentes no renovables
El consumo mundial de energía es de aproximadamente
13 TW por año, de los cuales 10 TW provienen de
recursos no renovables. 4,3 son aportados por el petróleo.
Datos 2015
El consumo
energético se
concentra en
los países
desarrollados
Consumo
de energía
primaria
en los
principales
países
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Consumo
de energía
primaria
per cápita
en los
distintos
países
Evolución y prospectiva de la matriz energética mundial
350
300
250
200
150
100
50
0
1980 2005 2030
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1980 2005 2030 1980 2005 2030
0
1
2
3
4
5
6 crecimiento anual promedio
2005-2030
1,5%
2,0%
0,9%
1,7%
1,2% petróleo
gas
carbón
nuclear
renovables
1,3%
eólica, solar y
biocombustibles
hidro- y
geotérmica
biomasa / otros 0,7%
2,0%
8,7%
1,5% 8,7%
solar 9,9%
eólica
biocombustibles
10,5%
7,6%
RENOVABLES
MBDOE
EOLICA, SOLAR Y
BIOCOMBUSTIBLES
MBDOE
ENERGIA PRIMARIA
MBDOE
MBDOE: million barrels per day of oil equivalent
• El consumo de energía global crecerá de 9,0 a 22,2
. megatoneladas de equivalentes de petróleo entre 2001 y 2050.
• El consumo de India y China crecerá desde el 14% hasta
. el 28% del consumo global.
La demanda energética
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
2001 2010 2030 2050
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
2001 2010 2030 2050
Consumo primario de energía
Me
ga
ton
ela
das
de
eq
uiv
ale
nte
s d
e
pe
tró
leo
(M
toe
)
Australia
China
India
Japan
USA
Australia
China
India
Japan
USA
Japón
Entre 2008 y 2016, el
precio del petróleo
caería a U$S 57/barril
debido a nuevas
inversiones en
exploración de crudo.
A partir de 2016,
el precio crecería
nuevamente debido
al aumento sostenido
de la demanda
energética mundial.
Esta proyección podría
modificarse a partir de
la explotación del shale
oil, pero no la tendencia
final.
Algunas proyecciones pronostican un comportamiento
bimodal del precio futuro del petróleo
Tomado de: Annual Energy Outlook, 2008, Department of Energy, EEUU.
histórico proyectado
petróleo
electricidad
gas natural
carbón
Precios energéticos. 1980-2030 (U$S de 2006/millón de Btu)
Factores que influyen en el precio del petróleo
• Demanda creciente de países en desarrollo
• Agotamiento de los yacimientos actuales
• Depreciación del dólar
• Especulación financiera (2008)
• Disponibilidad y uso de fuentes alternativas
. de energía (shale oil y shale gas)
• Viabilidad económica de las nuevas tecnologías
• Ingreso al mercado de países no pertenecientes a
. OPEP
$
$
Porcentajes globales de población, riqueza, energía y emisiones de CO2 (2010)
El consumo energético y las emisiones atmosféricas
se relacionan estrechamente con el desarrollo económico
Cartograma Worldmapper.org
Fu
en
tes: U
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n, S
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og
rap
he
rs
Mundos distintos
Los cartogramas comparan el mundo
territorial con representaciones
cuantitativas proporcionadas a distintos
parámetros (consumo energético,
emisiones de CO2, riqueza, pobreza)
Implicancias ambientales
de la producción de energía
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Ciclo global
del carbono Flujo neto 1,4
Flujo neto 1,7
Océanos 39.000
Vegetación 610
Suelos 1.580
CO2 atmosférico
750 (360 ppm)
(+3,2/año)
90 92
60
50 111
1,6
6,3
Combustibles
fósiles
Uso
agrícola
Fotosíntesis
Respiración
vegetal
Respiración
de los suelos
+7,9/año
Depósitos: 1.000 M Tm
Flujos: 1.000 M Tm/año
Vías, depósitos y flujos en el ciclo global del carbono.
Los flujos se expresan en gigatoneladas de C por año (1 GtC = 1.000 millones de Tn).
Los flujos fluctúan ligeramente y se introducen sólo como guías aproximadas.
Tomado de : globalchange.umich.edu.
El ciclo
global del
carbono
Agrobiotecnología
Biocombustibles
El efecto
invernadero
es la principal
causa del
calentamiento
global
Concentración global
de gases que
producen el efecto
invernadero
Aumento de
temperatura
en el
Hemisferio
Norte
en los
últimos
1.000 años
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La acumulación
de gases
que causan
el efecto
invernadero
es la principal
causa del
calentamiento
global
Emisiones
de CO2
provenientes
de procesos
industriales
Emisiones
de CO2
provenientes
de cambios
en el uso
de la tierra Agrobiotecnología
Bioeconomía
Producción futura de energía y emisiones de CO2
El aumento del uso de combustibles incrementará
aún más las emisiones de CO2 a la atmósfera
Millones de Tm de CO2 x 1000 Millones de Tm de CO2 x 1000
Demanda de
combustible
Emisiones de
CO2 vinculadas
a la energía
Crecimiento
promedio anual
2005 - 2030
0,5%
Crecimiento
promedio anual
2005 - 2030
0,1%
OECD
MBDOE
No-OECD
MBDOE
OECD: Organization for Economic Cooperation and Development
MBDOE million barrels per day of oil equivalent
Fuente: Ing. S. Lansiani; datos de U.S Energy Information Administration.
Evolución de
las emisiones
globales de
CO2 desde
el Protocolo
de Kioto
Agrobiotecnología
Biocombustibles El Protocolo de Kioto (2009) se propuso reducir los gases de efecto invernadero en
un 5% respecto de los de 1990 durante el período 2008-2012. El protocolo entró en
vigor en 2005. Tras distintas alternativas la XXI Conferencia de las Partes de las
Naciones Unidas (Cop21) redefinió los objetivos del Protocolo fijando metas a
2020. En el ínterin el CO2 atmosférico se incremento en ~50% respecto de 1990.
~50%
Protocolo
de Kioto
California, USA:
Registro de
derrames mostrando
sitios de
contaminación
severa ( ), sitios de
derrames
subterráneos ( ),
sitios de derrame
masivo ( ) y
niveles de
contaminación del
aire (escala de
colores). Tomado de: http://www.greeninfo.org
Agrobiotecnología
Biocombustibles
• Emanación de gases de invernadero (CO2) durante
. los procesos de refinado y combustión
• Emanación de compuestos contaminantes por los
. procesos de refinado y combustión (CO, SO2, Pb,
. NO, compuestos orgánicos volátiles, partículas)
• Contaminaciones debidas a derrames durante el
. transporte
Principales
consecuencias
ambientales
de la
combustión de
derivados del
petróleo
Emisiones globales de CO2
Emisiones de CO2 vinculadas a energía
Millones Tm x 1000
Crecimiento promedio anual
2005 - 2030
1,2%
Sensibilidades
Reducciones potenciales de CO2 hacia el
2030
Duplicación de la producción de etanol
a partir de lignocelulosa
Duplicación de la eficiencia de consumo
de los automóviles
Reemplazar la mitad del incremento del
carbón con energía nuclear/CCS
Eliminar las plantas de carbón a los 40
años y reemplazarlas con energía
nuclear/CCS
Se requieren cambios profundos en la producción de
energía para revertir el nivel de las emisiones de CO2
CCS: carbon capture and storage
Los biocombustibles
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La fuente última de energía de las cual derivan es la luz solar capturada
por la fotosíntesis.
La cantidad de luz incidente que llega a la superficie terrestre por año
equivale a aproximadamente 173.000 TW (1 TW = 1012 W = 3,2 EJ/año).
La fotosíntesis captura unos 140 TW bajo la forma de biomasa al nivel
global. Esta energía es utilizada para el mantenimiento de los
ecosistemas naturales y la alimentación humana.
El consumo humano mundial de energía es de aproximadamente 13 TW
por año, de los cuales 10 TW provienen de recursos no renovables. 4,3
TW son aportados por el petróleo.
De esto se concluye que para suplantar los recursos no renovables en la
escala necesaria, es necesario generar más biomasa. El problema reside
en elegir formas que no compitan con la alimentación y los ecosistemas
y sean sustentables en el tiempo.
Las cuestiones de escala y los biocombustibles
• Bioetanol
• Biodiesel
• Biogás
Biocombustibles
de primera
generación
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Biodiesel Bioetanol Insumo
Proceso
involucrado
Utilización
de enzimas
Tecnología
Aceites vegetales,
grasas animales
Sacarosa,
almidón
Transesterificación Fermentación
alcohólica
Si No
Desarrollada Desarrollada
El ciclo de los
biocombustibles:
el caso del
bioetanol
Agrobiotecnología
Biocombustibles
A diferencia de
la gasolina, el
etanol obtenido
de biomasa
vegetal genera
CO2 atmosférico
que es en su
mayoría
recapturado por
la fotosíntesis
para producir
nueva biomasa.
El resultado final
de este ciclo
arrojaría un
balance
aproximadamente
neutro.
Posibles
beneficios
de los bio-
combustibles
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Beneficios económicos
La producción de biocombustibles valorizará a la
producción agrícola vinculándola a nuevas cadenas
agroindustriales. Esto se traducirá en precios más
estables, mayores beneficios para los productores
agrícolas y generación de nuevos empleos.
Beneficios ambientales
Dependiendo de cómo se los produzca, los
biocombustibles pueden reducir considerablemente
la acumulación de CO2. Esto dependerá fundamentalmente
del desarrollo de biocombustibles de segunda generación.
Las especies propuestas para desarrollar cultivos
energéticos (especies perennes) proveen ventajas
adicionales para la fauna silvestre, secuestran carbón,
mejoran la calidad del suelo y reducen la erosión.
Producción global de
biocombustibles por regiones
(1990-2014)
Producción global de
biocombustibles por
principales países
productores (1990-2014)
Fuente: Gentileza Ing. S. Lansiani, 2016.
La producción de biocombustibles se concentra
en América del Norte y del Sur
¿Bio-
combustibles
versus
alimentos?
Una consecuencia indirecta de la crisis energética y de otros
factores económicos concurrentes ha sido el alza del precio de
los alimentos en forma generalizada. No está claro si se trata de
efectos transitorios o de largo plazo.
La competencia por la tierra cultivable y el posible impacto a
mediano y largo plazo sobre distintos actores sociales son
temas en debate que requieren regulaciones para evitar,
minimizar o mitigar posibles efectos adversos.
Agrobiotecnología
Biocombustibles
¿Biocombustibles versus alimentos?
Los biocombustibles de primera generación derivan de cultivos tradicionales
(maíz, soja) y, por lo tanto, generan competencias con las cadenas alimentarias
en términos de uso de la tierra e incrementos de los precios.
Esta contradicción se ha hecho evidente en los últimos años y ha
desencadenado fuertes debates internacionales. La Comunidad Europea
discute restringir sus exportaciones en el caso de tratarse de cultivos
alimentarios. La caña de azúcar no sería considerada en este grupo.
Sin embargo, es posible plantear proceso integrados de producción de
biocombustibles y producción de alimento animal. Los DDGS (Distillers Dried
Grains with Solubles) son un subproducto de la producción de bioetanol que
contiene 25-30% de proteínas, 11% de grasas y 9% de NDF (Neutral Detergent
Fibers) y que puede usarse para complementar la alimentación de ganado.
Alimentación de
bovinos con dietas
complementadas con
DDGS
Son parámetros que informan acerca de los efectos de la actividad humana sobre
el medio ambiente, la sociedad y la economía
Indicadores de
sustentabilidad
Agrobiotecnología
Biocombustibles
• Utiles para distintos actores - Políticos
- Productores
- Administradores
• Técnicamente efectivos
- Sensibles al estrés sobre los ecosistemas
- Anticipatorios de cambios futuros
- Predictivos de la magnitud de cambios
• Prácticos
- Fáciles de medir
- De amplia aplicación
- Medición contexto-específica
- Predictivos de cambios evitables mediante manejos
Emisión de gases GEI
Calidad del suelo
Cantidad y calidad
del agua
Calidad del aire
Biodiversidad
Productividad
Categorías de
indicadores de
sustentabilidad
medio-
ambiental
y socio-
económica
Nivel de vida social
Comercio exterior
Seguridad
energética
Ingresos ganancias
Conservación
de recursos
Aceptación
social
Las mediciones e interpretaciones
son contexto específicas
Agrobiotecnología
Biocombustibles
/
Indicadores de sustentabilidad medio-ambiental
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Adaptado de: McBride. Ecological Indicators, 2011.
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Calidad de
suelo
1. Carbono orgánico total
(COT)
mg/ha
2. Nitrógeno total (N) mg/ha
3. Fósforo extraíble (P) mg/ha
4. Densidad aparente g/cm3
Calidad de
agua y aire
5. Concentración de
nitratos en arroyos
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
6. Concentración total de
fósforo en arroyos (P)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
7. Sedimentos
suspendidos en arroyos
(y exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
8. Extracción de
herbicidas en arroyos
(exportados)
Concentración: mg/L;
Exportado: kg/ha/año
9. Flujo de tormenta L/s
10. Flujo mínimo L/s
11. Consumo de agua Producto de materia
prima: m3/ha/día;
Biorrefinería: m3/día
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Ambiente Indicador Unidad
Gases de
efecto
invernadero
12. Emisiones (CO2 y
N2O)
kg Ceq/GJ
Biodiversidad 13. Porcentaje de las
especies en peligro
Presencia
14. Area de hábitat de las
especies en extinción
ha
Calidad de aire 15. Ozono troposférico p.p.b.
16. Monóxido de carbono p.p.m.
17. Material particulado
menor a 2,5 μm diámetro
(PM2.5)
µg/m3
18. Material particulado
menor a 10 μm diámetro
(PM10)
µg/m3
Productividad 19. Productividad del
terreno
gr C/m2/año
Categoría Indicador Unidad
Bienestar
social
Empleo Número de empleos de
tiempo completo generados
Ingreso familiar $ por día, relación con
salario medio
Días perdidos por
accidentes laborales
Numero de días perdido
por trabajador y por año
Seguridad
alimentaria
Porcentaje del salario
invertido
Seguridad
energética
Seguridad energética $/litro de combustible
Volatilidad del precio
de los combustibles
Desvío estándar mensual
de los precios
Comercio
exterior
Términos de
intercambio
Coeficiente entre
importaciones y
exportaciones
Volumen
comercializado
Dólares exportados
balance de pagos
Ganancia Retorno de la
inversión
(ROI)
Recupero de la inversión
en años)
Valor presente neto
(VPN)2
Diferencia entre valor
presente neto de inversión
y ganancia
Categoría Indicador Unidad
Bienestar
social
Empleo Número de empleos de
tiempo completo generados
Ingreso familiar $ por día, relación con
salario medio
Días perdidos por
accidentes laborales
Numero de días perdido
por trabajador y por año
Seguridad
alimentaria
Porcentaje del salario
invertido
Seguridad
energética
Seguridad energética $/litro de combustible
Volatilidad del precio
de los combustibles
Desvío estándar mensual
de los precios
Comercio
exterior
Términos de
intercambio
Coeficiente entre
importaciones y
exportaciones
Volumen
comercializado
Dólares exportados
balance de pagos
Ganancia Retorno de la
inversión
(ROI)
Recupero de la inversión
en años)
Valor presente neto
(VPN)2
Diferencia entre valor
presente neto de inversión
y ganancia
Categoría Indicador Unidad
Conservacion
de los recursos
naturales
Agotamiento de
fuentes
convencionales
de energía
MT (cantidad de
petróleo extraído
sobre las reservas
comprobadas )
Retorno de la
inversión de
combustibles
fósiles
MJ (relación entre
la energía fósil
consumida sobre la
energía aprovechada
Aceptación
social
Opinión publica Porcentaje de opinión
favorable
Transparencia Porcentaje de
indicadores que se
mantienen constantes
Participación
activa de los
interesados
Número de respuestas
de actores con
sugerencias y
reclamos recibidos
Riesgo de
catástrofes
Probabilidad anual de
ocurrencia
Categoría Indicador Unidad
Conservacion
de los recursos
naturales
Agotamiento de
fuentes
convencionales
de energía
MT (cantidad de
petróleo extraído
sobre las reservas
comprobadas )
Retorno de la
inversión de
combustibles
fósiles
MJ (relación entre
la energía fósil
consumida sobre la
energía aprovechada
Aceptación
social
Opinión publica Porcentaje de opinión
favorable
Transparencia Porcentaje de
indicadores que se
mantienen constantes
Participación
activa de los
interesados
Número de respuestas
de actores con
sugerencias y
reclamos recibidos
Riesgo de
catástrofes
Probabilidad anual de
ocurrencia
Adaptado de: Dale, Ecological Indicators 2013.
Indicadores de sustentabilidad socio-económica
• Toda la cadena de transformación
• Diversas fuentes de materia prima
• Todas las alternativas de conversión
Tomado de: Dale et al., Environmental Management, 2013.
Producción de biomasa
Logística de
biomasa
Conversión Distribución Uso final
Condiciones de suelo
Tipo de materia prima
Manejo
Cosecha y adecuación
Procesamiento
Almacenaje
Transporte
Proceso de conversión
Tipo de combustible
Co-productos
Transporte
Almacenaje
Tipo de motor,
caldera, etc.
Condiciones de mezcla
Los criterios de sustentabilidad deben aplicarse a:
El análisis de sustentabilidad se realiza en forma integral
Bioetanol de primera generación
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Bioetanol
Adaptado de: Australian Bureau of Agricultural and Resource Economics
Ecomb = 27,3 kJ/g
= 1,226 MJ/mol
= 33,7 kJ/cm3
El modelo “T” de Ford (1905),
estaba diseñado para funcionar
a base de nafta, etanol de maíz,
o una mezcla de ambos (gasohol
o alconafta)
Ecomb= 45,33 kJ/g
= 1,36 MJ/mol
= 60,95 kJ/cm3
Ecomb = 48,2 kJ/g
= 4,82 MJ/mol
= 65,1 kJ/cm3
Etanol Etano Nafta
Biocombustibles
Aplicaciones
Mezclas de etanol y gasolina
• El etanol proveniente de la destilación posee un 5% de H20. Este etanol es
. el que se usa como combustible en Brasil.
• Se obtiene etanol anhidro mediante un filtro molecular. El etanol anhidro es
. la base para las mezclas de gasolina.
• La mezcla de etanol anhidro con 5% de gasolina produce etanol
. desnaturalizado. Este etanol es tóxico y no está sujeto a impuestos en
. Estados Unidos. Se lo denomina ED100.
• Virtualmente todo automóvil moderno puede funcionar con una mezcla E10
. (10% etanol). E15 o proporciones mayores requieren tecnología flex-fuel:
. bomba, sensores, inyectores, válvulas, sellos, etc. resistentes a la corrosión.
Gasolina ED100
Gasolina E0 0% etanol
E5.7 5,4% etanol
E10 9,5% etanol
E85 81% etanol
E100 (Brasil) 95% etanol
Molienda
Pre-mezcla
40-60 °C
-amilasa 0.02%*
Cooker
90-120 °C
gelatinización
Sacarificación
60 °C
Enfriamiento
starter
FermentaciónDestilación
Licuefacción
90 °C
-amilasa 0,04-0,06%*
glucoamilasa
0,06-0,12%**
* High T L120TM
** AllcoholaseII L400TM
** RhizozymeTM
** ThermosaccTM
Producción de bioetanol de maíz
**glucoamilasa : Aspergillus niger; -amilasa: Bacillus licheniformis y B. stearothermophilus
Producción industrial de etanol Fermentación
Producción de bioetanol: maíz versus caña de azúcar
Diagramas
de flujo de los
procesos de
obtención de
etanol a partir
de maíz
(izquierda) y de
caña de azúcar
(derecha)
La producción
de etanol a
partir de caña
implica un
considerable
ahorro
energético.
Evolución
de la
producción
mundial de
bioetanol
Tomado de: U.S. Energy Information Administration, 2015.
Producción mundial de bioetanol (2015) Biocombustibles
Aplicaciones En 2014, la producción mundial de bioetanol fue de
~125.000 millones de litros. El 76% de la producción
mundial de bioetanol se concentra en Estados Unidos
(maíz; 48%) y Brasil (caña de azúcar; 28%).
Producción de bioetanol en Brasil y Estados Unidos
Bioetanol de segunda generación
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Energía provista
Energía fósil utilizada Relación de energía fósil =
Re
lac
ión
de
en
erg
ía f
ós
il
Etanol de
lignocelulosa
Etanol
de maíz Gasolina Electricidad
Presente
Proyectada
Rendimiento energético versus costo energético
• La lignocelulosa es el material biológico
. más abundante de la Tierra
• Su principal limitación como fuente de
. biocombustibles radica en el costo del
. pre-tratamiento de la biomasa
• El uso de lignocelulosa no competiría
. directamente con la producción de alimentos
Producción
de etanol
a partir de
lignocelulosa
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Producción de etanol a partir de lignocelulosa
El proceso de producción
a partir de lignocelulosa
incluye tres pasos
principales:
1. Pre-tratamientos para
incrementar el acceso de las
enzimas degradativas a la
celulosa y solubilizar la
hemicelulosa
2. Hidrólisis con combinaciones
enzimáticas para degradar la
celulosa en mono- y disacáridos
3. Fermentación alcohólica
Composición de
la lignocelulosa
Hemicelulosa
(xilosa)
30%
Celulosa
(glucosa)
44%
Lignina
(fenólicos)
26%
Microfibrilla de celulosa
Membrana plasmática
Hemicelulosa
Pared
celular
primaria
Estructura esquemática de la pared celular vegetal
Producción de etanol a partir de lignocelulosa
Pre-tratamiento: Permite hacer a la
celulosa más accesible a la ruptura
enzimática y solubilizar la hemicelulosa
La celulosa se encuentra dentro de una matriz de
la que participan otros polímeros, principalmente
hemicelulosa y lignina. El pre-tratamiento con
calor, ácidos o enzimas remueve estos polímeros
y facilita la hidrólisis de la celulosa. Este es uno
de los pasos más costosos del proceso y el que
requiere más mejoras.
Hemicelulosa
Celulosa
Lignina
Pre-tratamiento
Hidrólisis: Degrada a la celulosa
en sus azúcares componentes
usando preparaciones enzimáticas
Un tipo de celulasa
degrada a la celulosa pre-
tratada en moléculas de
celobiosa (1), las cuales
son luego degradadas a
glucosa por otro tipo de
celulasa (2) Celulosa
Glucosa Celobiosa
Es necesario
disponer de
pre-tratamientos
enzimáticos
específicos para
distintos tipos
de lignocelulosas
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Insumo
Insumo Celulosa Hemicelulosa Lignina
Marlo de maíz
Paja de trigo
Paja de arroz
Switchgrass
Alamo
• La composición de la biomasa varia de
. acuerdo con su origen.
• Es necesario caracterizar nuevas celulasas,
. hemicelulasas, xilanasas y ligninasas con
. actividad mejorada para distintas fuentes de
. biomasa.
• Es necesario comprender mejor aspectos
. fundamentales de la actividad de estas enzimas.
• Deberían diseñarse combinaciones de enzimas
. adecuadas para cada tipo de biomasa.
Switchgrass: Panicum virgatum
Los cultivos
energéticos con
composiciones
especiales de
lignocelulosa
pueden hacer
más eficiente el
pre-tratamiento
Agrobiotecnología
Biocombustibles
• Las rutas de síntesis de lignina se conocen
. relativamente bien y se han aislado los genes
. más importantes
• Existen pruebas de concepto demostrando que
. es posible cambiar la composición de la pared
. celular
• Se trabaja en desarrollar cultivos energéticos
. con paredes más susceptibles a la degradación
. enzimática
Ruta de
síntesis de
la lignina
Modificación
de micro-
organismos
para integrar l
a producción
de bioetanol
de segunda
generación
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Fermentación a etanol: convierte
los azúcares a etanol usando
microorganismos apropiados
El etanol es
separado del
agua, las
bacterias y
los residuos
mediante
destilación
Se procura desarrollar
microorganismos mas
robustos, capaces de
fermentar en un proceso
consolidado. Por esto se
entiende integrar el proceso
de pre-tratamiento,
hidrólisis y fermentación en
un solo paso, ya sea
mediante consorcios
microbianos o introduciendo
las funciones
correspondientes en un
único microorganismo.
Esto supone enormes
desafíos en la comprensión
de la regulación de la
actividad de los consorcios y
en la de las vías metabólicas.
Los organismos candidato
deben poseer mayor
tolerancia a los inhibidores
provenientes de los pasos de
pre-tratamiento e hidrólisis.
La fotosíntesis neta anual de las plantas perennes
supera a la de especies anuales comparables
La plantas
perennes de zonas
templadas pueden
tener un
rendimiento
de biomasa
más alto que los
cultivos anuales
comparables
porque se
establecen más
rápido en primavera
y persisten hasta
más tarde en otoño.
Además, las
perennes requieren
menor fertilización
y producen menos
erosión de los
suelos.
Tas
a d
e f
oto
sín
tes
is
Días
Tas
a d
e f
oto
sín
tes
is
Días
Spartina
cynosyroides
Miscanthus
giganteus
Las plantas perennes poseen varias ventajas
económicas sobre los cultivos anuales
Primavera
y verano Otoño Invierno
Translocación de
los rizomas al
desarrollarse los
tallos
Translocación a
los rizomas con la
senescencia del
tallo
Se cosecha la
lignocelulosa del
tallo; los
nutrientes
permanecen en el
rizoma
Nutr
ien
tes m
ine
rale
s
Nu
trie
nte
s m
ine
rale
s
Otras razones para
adoptar perennes son:
a) no requieren una
siembra anual;
b) se elimina la
roturación del suelo;
c) establecen mejores
relaciones con
simbiontes del suelo;
d) retienen nutrientes
en sus estructuras
subterráneas al final
de la estación
de crecimiento.
Nuevos
cultivos
para la
producción
de
bioetanol
Biocombustibles
Aplicaciones
Fardos de Switchgrass
(Panicum virgatum L.),
una pastura nativa de
Norte y Centro América
que ha sido propuesta
como cultivo energético
por su gran producción
de biomasa. Un fardo de
550 kg de Switchgrass
permitiría producir unos
180 L de etanol
Plantas de Miscanthus
giganteus crecidas en
una sola estación.
Esta especie ha sido
explorada en Europa
como cultivo
energético y ahora está
siendo adaptada a la
agricultura
norteamericana
Características del cultivo energético ideal
Fotosíntesis C4
Canopia de larga duración
Reciclado de nutrientes a las raíces
Bajos insumos
No invasivo
Permanencia en invierno
Fácilmente cosechable
Alta eficiencia de uso de agua
Pocas pestes y enfermedades
Utiliza maquinaria existente
Maíz
+
+
+
Bosques de
corta rotación
+
+
+
+
Pasturas
perennes
+
+
+
+
Mg*
+
+
+
Mg*
+
* Miscanthus giganteus
Atributos agronómicos del cultivo energético “ideal”
Biomasa secundaria y
terciaria de la agricultura
y las plantaciones
Residuos sólidos
municipales y otros
residuos
Excrementos
animales
Residuos del
procesamiento
de alimentos
Biomasa de tierras
bajo agricultura
Cereales
Oleaginosas
Residuos
agrícolas
Pasturas
perennes
Cultivos leñosos
Objetivo Disponer de más de 1000 M de Tm de
biomasa para la producción de bioenergía
y bioproductos
Biomasas de
tierras forestales
Madera y residuos de
productos de la
industria de pulpa
y papel
Madera
combustible
Talado y
otros residuos
forestales
Tratamientos de
combustibles
Actualmente
recolectados
y usados
El plan norteamericano para producir
1.000 millones de Tm de biomasa
Recursos
agrícolas:
998
Recursos
Forestales
368
Cultivos energéticos propuestos en Estados Unidos
Especies
propuestas en
Estados Unidos
para la
producción de
etanol de
segunda
generación
Alamo híbrido
Phalaris arundinacea Alamo híbrido
Alamo híbrido
Roble dorado
Falsa acacia
Sauce
Alamo
Switchgrass
Pasturas tropicales
Sorgo
Miscanthus
Falso plátano
Falsa acacia
Sweetgum
Eucalyptus Eucalyptus
Alamo híbrido
Eucalyptus
Alamo híbrido
Switchgrass
Pasturas tropicales
Miscanthus
Roble dorado
Falsa acacia
Sorgo
Phalaris arundinacea
Barreras económicas y tecnológicas para
la producción de combustibles de segunda generación
En 2015, la Unión Europea votó una enmienda a la Directiva de Energía Renovables
estableciendo un límite de 7% a los combustibles de primera generación destinados al
transporte. Ello restringe las exportaciones por parte de los países externos a la región.
Planta a escala
comercial en
Iowa, Estados
Unidos.
Utiliza como
biomasa, marlo,
hojas y tallos de
maíz
Planta comercial en
Crescentino, Italia.
Utiliza como biomasa
rastrojo de trigo, arroz y
Arundo donax. Produce
75 millones de litros de
etanol por año.
Producción comercial de etanol de segunda generación
La conversión hacia biocombustibles de segunda
generación se acelerará en los próximos años
Biodiesel
Agrobiotecnología
Biocombustibles
El biodiesel es una
mezcla de ésteres
monoalquílicos de
ácidos grasos de
cadena larga y
corta, obtenida por
transesterificación
de aceites
vegetales o
mezclas ricas en
triglicéridos
El proceso de transesterificación comprende la descomposición de
los triglicéridos del aceite en ésteres y glicerol. Este último,
constituye un subproducto económicamente rentable
Biodiesel
Agrobiotecnología
Biocombustibles
NaOH
Biodiesel
Agrobiotecnología
Biocombustibles
aceite
(NaOH)
calor o
solventes
Adaptado de: http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Biomass/docs/Biodiesel.PDF
materia
particulada Semillas
oleaginosas
prensado o
extracción con
solventes
residuos sólidos,
gases, solventes
etanol, metanol,
calor, catalizador
(NaOH)
glicerol, residuos
líquidos y sólidos
ésteres etílicos o metílicos
(Biodiesel)
Producción de Biodiesel de maíz
acopio
y
pretratamiento
transesterificación
La simplicidad del
proceso hace a la
producción
suficientemente
versátil como para ser
adaptada a escala
doméstica...
Tomado de: http://www.chemistryland.com/Biodiesel
a escala intermedia...
Tomado de: http://www.chemistryland.com/Biodiesel
Tomado de: http://www.allocco.com.ar
...o a escala industrial.
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Biodiesel
Ventajas ambientales del uso de biodiesel
• Reduce la emisión de partículas en el arranque en un 30%.
• No contiene azufre ni plomo.
• Menor emanación de CO, CO2, partículas y compuestos
. orgánicos volátiles (VOCs).
• Menos contaminante para ecosistemas en caso de derrame.
• De biodegradación más rápida que los combustibles
. derivados . del petróleo.
• Su menor inflamabilidad reduce el riesgo de accidentes
. durante el transporte (Pibiodiesel: 148 ºC vs. Pigasoil: 51 ºC).
• La energía neta obtenida del biodiesel es mayor que la
. obtenida de alconafta de primera generación.
Producción mundial de biodiesel
Se espera que la producción
mundial de biodiesel en 2022
será de 41 millones de Tm
Europa: 45%
USA: 15%
Sudamérica: 16%
Asia-Pacífico: 10%
La producción mundial del 2014 de
biodiesel trepó a más de 29 millones
de Tm, impulsada por los programas
obligatorios de uso de biodiesel de
Europa, Brasil, Colombia,
Tailandia, Brasil y Argentina.
Biodiesel a partir de algas y cianobacterias
• Acumulan ~25-50% de su peso como
lípidos transesterificables
• Las algas acumulan lípidos
sólo bajo condiciones de estrés y lento
crecimiento; las cianobacterias lo hacen
constitutivamente
Synechocystis
• Cultivo en piletas abiertas (barato,
pero sensible a contaminaciones y
evaporación) o en biorreactores (caro)
Chlamydomonas
• Parte del 50% restante puede ser
convertido a CH4 ó H2 por fermentación
Microalga % peso
seco
Botryococcus braunii 25–75
Chlorella sp. 28–32
Crypthecodinium cohnii 20
Cylindrotheca sp 16–37
Dunaliella primolecta 23
Isochrysis sp. 25–33
Monallanthus salina >20
Nannochloris sp 20–35
Nannochloropsis sp. 31–68
Neochloris oleoabundans 35–54
Nitzschia sp. 45–47
Phaeodactylum tricornutum 20–30
Schizochytrium sp. 50–77
Tetraselmis sueica 15–23
Contenido de aceite en algas
Las micro algas contienen altos porcentajes de ácidos grasos
Biodiesel a partir de algas
• Crecimiento en aguas
. salobres o saladas
• Captura de CO2 a partir
. de fuentes industriales
• Acumulación de lípidos
• Alta productividad por
. unidad de superficie
• Gran variedad de
. Subproductos
• Paredes con nulo
. contenido de lignina
• Altos costos de capital
• Concentraciones
. diluidas (0,05–0,5%)
• El CO2 y la luz son
. factores limitantes
• Energía requerida para
. el cultivo y la cosecha
• Nutrientes inorgánicos
Algas: ¿el futuro insumo para la producción de biodiesel?
Ventajas: Desventajas:
Autotrofía
(luz solar)
Deshechos ricos
en energía de la
industria alimentaria
y animal
Deshechos
orgánicos
urbanos
Cultivo masivo
de algas mixotróficas
Extracción de
lípidos/aceites
Biodiesel
Alimento
animal,
cosméticos
Bioplásticos Biometano Biohidrógeno
Digestión
anaeróbica
Residuos
ricos en
carbohidratos
y proteínas
Combustión
de residuos
finales
Calor/CO2
CO2
Sustratos
Producción
de biomasa
Cosecha
Productos
Conversión de residuos a partir de microalgas
Cultivo de microalgas
en fotobiorreactores
(Greenfuel)
Reactor de panel chato de
flujo sustentado (Subitec)
Facilidades de
piletones abiertos
(Seambiotic)
Cultivo de microalgas a escala masiva
Las macroalgas
como fuente
de biomasa
para la
producción de
biocombustibles
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Asia lidera las técnicas de cultivo
y recolección de macroalgas al nivel mundial
El concepto
de
biorrefinería
aplicado a
las
macroalgas
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La aviación produce el 2% de las emisiones globales de
gases de efecto invernadero; se espera que lleguen al
3% en 2050. La única forma de reducir su huella de
carbono es mediante la producción de biocombustibles.
El combustible para jets es una mezcla de hidrocarburos
de tamaños restringidos por requerimientos tales como
su punto de congelación o punto de humo.
Son clasificados como de tipo keroseno
(Jet A, Jet A-1, JP-5, JP-8) o tipo nafta (Jet B, JP-4).
Los biocombustibles para aviación pueden producirse
de dos maneras:
- Utilizando aceite vegetal para producir bio –SPK (Bio-
derived Synthetic Paraffinic Kerosene) vía craqueo e
hidrotratamiento.
- Procesando biomasa solida por pirolisis para
producir aceite de pirólisis o por gasificación para
producir gas de síntesis. Este último es luego
procesado en FT SPK (Fischer-Tropsch Synthtetic
Paraffinic Kerosene)
Biocombustible
para aviones
a reacción
Agrobiotecnología
Biocombustibles
El primer biocombustible de origen vegetal
fue aprobado comercialmente en 2011.
Las algas son una fuente prometedora para
la producción de combustible para aviones.
Varias compañías (Solazyme, Honeywell,
Sapphire Energy, Imperium Renewables)
trabajan en estos desarrollos.
Las algas
pueden ser
el insumo
de elección
para producir
combustible
de aviación
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Biogás
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Biogás
CH4 50-75 %
CO2 25-50 %
N2 0-10 %
H2S 0-3 %
H2 0-1 %
Mezcla de metano y dióxido de carbono producto
de fermentación anaeróbica a partir de materia
orgánica en descomposición
Agrobiotecnología
Biocombustibles
La producción de
biogás es llevada
a cabo por
una mezcla compleja
de microorganismos,
cada uno con
un rol distinto en
el proceso
Hidrólisis
Acidogénesis
Acetogénesis
Metanogénesis
Materia prima (cultivos o desechos)
A
B
C
D
Biogás
Biogás
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Sustratos: CO2, ácido
acético, formiato,
metanol, metilamina,
sulfuro de dimetilo,
metanotiol
Metanogénesis:
a) CO2 + 8 H+ + 8 e
CH4 + 2 H2O
b) CH3COOH
CH4 + CO2
Biogás
Agrobiotecnología
Biocombustibles
1, 2, 3, 4 y 5: consorcios de microorganismos que intervienen en
cada paso del proceso de producción de biogás.
Bidigestor típico para la producción doméstica de biogás
Esquema de producción de biogás
La cadena del biogás
Consumo de biogás en el mundo
En 2006, la producción de biogás superó a la
del gas natural en el consumo vehicular en Suecia
Peso creciente en la Unión Europea (Suiza, Alemania,
Austria, Francia España) y fuera de ella (India, China)
Tomado de: http://websrv5.sdu.dk/bio/Probiogas/down/work07/Proceedings.pdf
Volumen
1.000 Nm3
Volúmenes de biogás para vehículos Fuente: Swedish Gas Association
Volumen
1.000 Nm3
Biogás
Gas natural
Total
Posibles desarrollos biotecnológicos
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Campos de
aplicación
biotecnológica
para el
desarrollo de
cultivos
energéticos
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Captura y alocación de carbono
- Incremento de la fotosíntesis
- Respuesta fotoperiódica optimizada
- Arquitectura foliar optimizada
- Mayor alocación de carbono al
. diámetro del tallo vs. el crecimiento en alto
Biomasa
- Procesamiento fácil y
controlable de la
celulosa, hemicelulosa y
lignina
- Composición de
biomasa “a medida”del
proceso de pre-
tratamiento
- Productividad de
biomasa aumentada por
Ha mediante la
modificación de las
respuestas
fotomorfogenéticas
Tolerancia y
susceptibilidad
- Resistencia a pestes y
. enfermedades
- Tolerancia a sequía y
. salinidad
- Esterilidad floral
- Dormancia regulada
- Senescencia foliar
. retardada
- Uso y adquisición
. optimizado de nutrientes
- Rico desarrollo de la
. rizosfera
Pie
s
Aplicaciones en microorganismos
• Modificación de microorganismos para manufacturar enzimas nuevas
. o mejoradas o sobrexpresar enzimas de interés
• Generar microorganismos nuevos o con nuevas rutas metabólicas para
. procesos integrados de producción de biocombustibles.
• Descubrimiento de genes de enzimas degradativas en microorganismos
. (bacterias y hongos) u organismos de distintos nichos biológicos.
Barreras tecnológicas y científicas para desarrollar
bioetanol a partir de lignocelulosa
1. Deconstrucción de lignocelulosa a mono- y disacáridos
Objetivos tecnológicos
Enzimas para pre-tratamiento: Reducir severidad del proceso y la cantidad de
desperdicios; incrementar los rendimientos de azúcares; reducir la presencia de
inhibidores.
Enzimas para hidrólisis de azúcares: Incrementar la actividad enzimática y la
tolerancia térmica. Reducir la inhibición por producto; incrementar el rango de
sustratos; identificar mejores celulasas y reconstruir celulosomas.
Objetivos científicos
Comprender la estructura de la pared celular con referencia a la degradación y su
respuesta a pre-tratamientos; comprender los principios para mejorar celulasas,
hemicelulasas y ligninasas; comprender la regulación y actividad del celulosoma;
comprender los mecanismos de acción enzimática sobre sustratos sólidos;
comprender el origen de compuestos inhibidores.
Barreras tecnológicas y científicas para desarrollar
bioetanol a partir de lignocelulosa
2. Fermentación de azúcares a etanol
Objetivos tecnológicos
Co-fermentación de azúcares: Aislar microorganismos que co-fermenten azúcares
C5 y C6; lograr tolerancia a procesos robustos y a inhibición por producto;
desarrollar subproductos comerciales
Objetivos científicos
Comprender en profundidad la dinámica, la regulación y el control de
comunidades bacterianas; desarrollar instrumentos para modificar rápidamente
nuevos microorganismos; identificar transportadores de azúcares; caracterizar
las respuestas microbianas a situaciones de estrés
Barreras tecnológicas y científicas para desarrollar
bioetanol a partir de lignocelulosa
3. Consolidación de procesos
Objetivos tecnológicos
Combinar en un solo reactor la producción de enzimas, la hidrólisis y la co-
fermentación de azúcares; integrar establemente los caracteres deseados en
un solo microorganismo o en un consorcio estable; desarrollar tolerancia a los
procesos deseados.
Objetivos científicos
Comprender los mecanismos de utilización de celulosa por los microorganismos;
comprender en profundidad procesos que regulan la actividad de consorcios;
transformar con múltiples genes nuevos microorganismos; comprender los
mecanismos de acción de nuevas enzimas involucradas en la hidrólisis y
fermentación de polisacáridos
Limitaciones de los biocombustibles
Biocombustibles
Rendimiento
&
Perspectivas
• Se requeriría 30-60% de la superficie cultivada
en los EEUU para reemplazar un 10% del
consumo de combustible fósil para vehículos OECD (2005) Impacts of Future Growth in the Production of Biofuels. AGR/CA/APM 24
• Una tonelada de maíz rendiría unos 419 litros de
bioetanol, suficiente para llenar poco más de 4
tanques de una camioneta. http://www.syntecbiofuel.com/Syntec-Acquisition%20agreement%20finalized.html
• Una sustitución del 100% de la demanda argentina de B20
requeriría disponer del 74% de la producción de soja
http://www.cesvi.com.ar/revistas/r78/biocombustibles.pdf
• Consumo energético humano anual: 10 TW
Producción fotosintética anual: 140 TW Rittmann Bruce. Oportunities for Renewable Bioenergy Using Microorganisms. Biotech Bioeng 100(2), 203-212. 2008
La superficie terrestre no es suficiente para producir la
cantidad de biomasa demandada por el consumo actual
Emisiones globales de CO2 G
tC / a
ño
Caso de referencia
Caso de estabilización de Co2
Año
Consumo de energía primaria global Caso de estabilización de CO2
Exajo
ule
s / a
ño
Año
Reducciones de energía
Nuclear
Hidrotérmica
Solar y eólica
Biomasa
Combustibles fósiles
El reemplazo
del petróleo por
energías
alternativas no
será suficiente
para estabilizar
las emisiones
globales
de CO2
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Tomado de Department of Energy USA, 2006.
Inserción futura de los biocombustibles
• Se estima que el precio por litro equivalente de petróleo
del bioetanol derivado de lignocelulosa rondará los U$D
0,23- 0,65. Esto es similar al precio del bioetanol derivado
de caña de azúcar (el más barato). La competitividad de
los biocombustibles dependerá del precio del petróleo y
las políticas que adopten los países centrales.
• La principal limitación para el aprovechamiento
de lignocelulosa radica en el paso de hidrólisis
enzimática, debido a la baja accesibilidad a los
polímeros que constituyen la pared celular
• El desarrollo de métodos alternativos para la
apertura de la malla lignocelulósica (por ejemplo, vapor)
y los incentivos para la producción de enzimas hidrolíticas
redundará en una mayor rentabilidad del proceso
Los biocombustibles en la Argentina
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Petróleo37,3%
Gas Natural49,8%
Hidraulica4,3%
Nuclear2,8%
Leña0,8%
Bagazo1,1%
Carbón1,2%
Aceites2,3%
Otras primarias0,4%
Balance energético
argentino (año 2012)
Composición de las fuentes de energía de la Argentina
Composición de la
generación eléctrica
argentina (1992-2014)
Legislación argentina de Biocombustibles
• B10 (10% biodiesel) mínimo en el gasoil a partir de 2016
(la CEE impulsa sustitución completa a B10 para 2025).
• E12 (12% de bioetanol) mínimo en la nafta a partir de 2016.
• Toda industria instalada en zonas naturales protegidas
deberá utilizar biogás puro, biodiesel y bioetanol.
• Reintegro y exención de impuestos (IVA y Ganancias) a
proyectos vinculados a la producción de biocombustibles
.por un período de 15 años.
Régimen de regulación y promoción para la
producción y uso sustentables de biocombustibles
Ley 26.093 (2006) y resolución 37/2016
Ley 26.334 - Enero de 2008
• Promoción de la producción de bioetanol a partir
de caña de azúcar, en el marco de la Ley 26.093
Resolución 126/2008 sobre Decreto 509/2007
• Aumento del Derecho de Exportación para el
biodiesel a un 20% (anterior: 5%)
Legislación argentina de Biocombustibles
• Se definen responsabilidades y facultades de la
Comisión Nacional Asesora para la Producción y
Uso Sustentables de los Biocombustibles (ente
regulador)
Decreto 109/2007
La producción de biocombustibles ha cobrado impulso en Argentina
La producción de biodiesel en Argentina fue incrementándose en hasta 2012. Existen 34 emprendimientos
y 18 plantas operativas localizadas básicamente en las Provincias de Buenos Aires, Santa Fe y Córdoba.
Argentina produjo 1,9 M de Tm de biodiesel, y un monto de exportaciones de u$s 1.300 M en 2010.
La producción
de biodiesel
ha cobrado
impulso en
Argentina
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Producción en toneladas de biodiesel
Complejo agroindustrial integrado que comprende la
molienda de oleaginosas (soja y maíz) para la producción de
alimentos y pellets proteicos, aceite comestible y biodiesel.
Aceitera General Deheza
Producción integrada de biodiesel
Compañía que
produce biodiesel a
partir del cultivo
masivo de microalgas
Oil Fox S.A.
Fuente: Secretaría de Energía, 2016.
Cereales
Caña de
azúcar
Existen actualmente 14 refinerías que
producen etanol a partir de caña de
azúcar y de almidón de maíz.
En el período
2015/2016 se ha alcanzado un nivel de producción de
875000 m3 (59% de maíz; 41% de caña
de azúcar).
Producción de bioetanol en Argentina (2015-2016)
Fuente: Res. 5/2012 Secretaría de Energía
Cupos 2013 (enero-mayo, en m3). Total: 215.736 m3/año
Asignación de cupos de bioetanol en Argentina
Bio4 es una compañía creada
por un grupo de productores
agrarios del sur de Córdoba.
Produce bioetanol y alimento
para ganado a partir de granos
de maíz.
Bioeléctrica fue creada por el
mismo grupo empresario que
Bio4. Produce electricidad
generada a partir de biogás
obtenido de hojas de maíz.
Obtiene como co-productos
biofertilizantes y energía térmica
Producción integrada de bioetanol
Bioetanol
Río Cuarto S.A.
Bioelectrica S.A.
Una reciente relevamiento
realizado por el Instituto Nacional
de Tecnología Industrial (INTI)
reportó la existencia de 105
plantas para la producción de
biogás distribuidas en 16
provincias argentinas. Santa Fe
es la provincia con mayor
desarrollo de plantas de biogás.
Escala de las plantas
Primer
relevamiento
nacional
de plantas
de biogás
Agrobiotecnología
Biocombustibles
Fuente: Programa de Biogás, INTI, 2016
Residuos industriales
Efluentes citrícolas
Efluentes de cervecería
Efluentes de frigoríficos
Efluentes de la industria papelera
Efluentes de la industria láctea
Efluentes de la producción de levaduras
Efluentes de la producción de yerba mate
Efluentes de la producción de mandioca
Suero de queserías
Glicerina
Vinazas
Residuos agrícolas
Deshechos de molienda
Maíz ensilado
Residuos frutihortícolas
Residuos ganaderos
Efluentes de tambos vacunos
Estiércol vacuno
Estieércol de caballo
Mezclas de estiércoles
Purín de cerdos
Residuos urbanos
Barros cloacales
Efluentes cloacales
Fracción orgánica de residuos sólidos
Insumos más utilizados para producción de biogás
El relevamiento realizado por INTI
describe este listado de insumos
como los más comúmente utilizados
para en plantas de biogás argentinas Fuente: Programa de Biogás, INTI, 2016.
Potencialidad actual de biodigestión
El potencial instalado en plantas
argentinas de biogás se estima en:
Potencial de generación de gas: 9.300 m3/día
Potencial eléctrico: 23.800 kWh/día
Potencial térmico: 26.800 kWh/día térmico
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Referencias
Agrobiotecnología
Biocombustibles