Estado del arte

OBTENCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE MATERIALES
LIGNOCELULÓSICOS, MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE
MODIFICACIONES Y/O LA APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA EN EL
PROCESO QUÍMICO A PARTIR DE PAPEL

ANDREA LIZETH IBAÑEZ TRIANA

MARÍA FERNANDA MARTÍNEZ

MARÍA ALEJANDRA OLARTE CAMPOS

LADY CAROLINA VALENZUELA MOLINA

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
CENTRO DE GESTIÓN INDUSTRIAL- REGIONAL DISTRITO CAPITAL
QUÍMICA APLICADA A LA INDUSTRIA
BOGOTÁ D.C.
2012

1

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 4
1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .................................................................... 5
2. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 6
3. OBJETIVOS ................................................................................................. 7
3.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 7
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 7
4. ESTADO DEL ARTE .................................................................................... 8
4.1 DESARROLLO HISTÓRICO......................................................................... 8
4.2 ALCOHOL CARBURANTE EN COLOMBIA ................................................. 9
4.2.1 Ventajas ................................................................................................... 11
4.2.2 Desventajas ............................................................................................. 12
4.3 BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL . 13
4.4 VÍAS DE PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE MATERIAL
LIGNOCELULÓSICO PAPEL ........................................................................... 16
4.4.1 Hidrólisis de las materias primas lignocelulósicas. .................................. 24
4.4.1.1 Hidrólisis ácida. ..................................................................................... 24
4.4.2 Ventajas y desventajas de los procesos de hidrólisis. ............................. 26
4.4.2.1 Hidrólisis ácida con ácidos concentrados. ............................................ 26
4.4.2.1.1 Ventajas. ............................................................................................ 26
4.4.2.1.2 Desventajas. ...................................................................................... 26
4.4.2.2 Hidrólisis ácida con ácidos diluidos. ...................................................... 27
4.4.2.2.1 Ventajas. ............................................................................................ 27
4.4.2.2.2 Desventajas. ...................................................................................... 27
4.5 ESTADO ACTUAL DE LA PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE
PAPEL .............................................................................................................. 28
4.5.1 Los actores involucrados ......................................................................... 29
4.5.2 Las industrias del petróleo y la energía ................................................... 30
4.5.3 La industria biotecnológica....................................................................... 30

2

4.6 COMPOSICIÓN QUIMICA DEL PAPEL .................................................... 31
4.6.1 Fibras ....................................................................................................... 31
4.6.2 Cargas ..................................................................................................... 32
4.6.3 Aditivos .................................................................................................... 32
4.6.3.1 Encolado: Ayuda a impermeabilizar el papel. Existen dos tipos de
encolado: .......................................................................................................... 32
4.6.3.2 Colorantes: Son los responsables de dar color al papel. ...................... 33
4.6.3.3 Blanqueadores ópticos: Ayudan a dar mayor blancura al papel. .......... 33
4.6.4 La lignina.................................................................................................. 33
4.6.4.1 Proceso químico ................................................................................... 33
4.6.4.1 Proceso mecánico ................................................................................ 33
4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A
PARTIR DE PAPEL .......................................................................................... 34
4.7.1 Ventajas ................................................................................................... 34
4.7.2 Desventajas ......................................................................................... 34
4.7.2.1 Nueva vida para la industria de la celulosa y el papel .......................... 34
4.7.2.2 Más poder a las grandes empresas ...................................................... 34
4.7.2.3 Conglomerados más poderosos ........................................................... 34
4.7.2.4 Mayor escala y concentración ............................................................... 35
4.7.2.5 Menos inversión en tecnologías mejores .............................................. 35
4.8 IMPACTOS AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A
PARTIR DE PAPEL .......................................................................................... 35
CIBERGRAFÍA.................................................................................................. 38

3

INTRODUCCIÓN

El proyecto obtención de etanol a partir de materiales lignocelulósicos,
mediante la implementación de modificaciones y/o la aplicación de la
biotecnología en el proceso químico a partir de papel busca utilizar la
producción de desechos de papel generados por parte del Centro de Gestión
Industrial y convertirlo en etanol generando así mayores recursos económicos
en comparación de la venta a empresas de reciclaje.

En el presente documento se presentará el desarrollo del proyecto desde la
reducción del tamaño de partícula del papel hasta la obtención del producto
final.

4

1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Históricamente, en Colombia los productos químicos de interés industrial se
obtienen mediante procesos químicos tradicionales, de alto costo económico y
ambiental. Por otro lado, los procesos biotecnológicos no se han implementado
a gran escala en el desarrollo industrial del país, ya sea para reemplazar a los
procesos químicos tradicionales o como una alternativa de producción
innovadora. En este contexto, vale la pena preguntarnos si es posible
implementar procesos químicos modificados y/o la aplicación de la
biotecnología en éstos para la obtención de productos químicos de interés
industrial, con la participación de aprendices con una formación profesional
integral.

5

2. JUSTIFICACIÓN

Los grandes y acelerados cambios de la modernidad imponen a los sistemas
de producción actualizaciones y transferencias tecnológicas continuas y
pertinentes. El presente proyecto que se enmarca en este contexto, busca
obtener productos de interés industrial de manera más limpia y sostenible,
manteniendo los estándares de calidad, mediante la implementación de
procesos químicos modificados y/o el uso de la biotecnología en procesos
químicos que permitan cumplir con los estándares ambientales actuales. A
futuro, la intención es transferir los resultados obtenidos de estos proyectos en
el sector industrial.

6

3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Obtener etanol de manera limpia y sostenible, mediante la implementación de
procesos químicos modificados y/o la aplicación de la biotecnología en éstos.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar materias primas ricas materiales lignocelulósicos susceptibles
de ser utilizados en procesos de obtención de etanol.

Modificar procesos químicos tradicionales como alternativas de
producción para la obtención de etanol.

Caracterizar los productos obtenidos mediante los procesos químicos
modificados.

Evaluar las modificaciones implementadas tanto en el producto como en
el proceso.

7

4. ESTADO DEL ARTE

4.1 DESARROLLO HISTÓRICO

El etanol es un combustible alcohólico que puede ser obtenido por
fermentación de azúcares de cereales, maíz, deshechos de patata, etc. El
etanol es un commodity con años de historia la verdad. Ya en 1850 se
producían aproximadamente 90 millones de galones anualmente.

El etanol siempre ha sido considerado como un alcohol más, ya que se obtiene
de la fermentación de materias primas (como la cerveza, el vino, la sidra, etc.).
Por ello, siempre se le han añadido impuestos superiores que al queroseno o el
metano, por lo que a lo largo de la historia no ha podido competir con otros
combustibles.

En 1906, la película cambió, ya que la tasa federal al licor se abolió, y comenzó
a competir de nuevo con el resto de combustibles usados en la época
(queroseno, etc.). Era usado no sólo como combustible para la incipiente
industria automovilística (modelo Ford T que empleada una mezcla entre la
gasolina y el etanol), sino también para la producción de material bélico.

Lo que pasa que en 1919 llegó la Ley Seca (prohibición de producir, distribuir,
vender, etc. alcohol en EEUU), y como el etanol siempre ha sido considerado
otro licor más, se estableció que el etanol sólo podría ser vendido si no era
bebible, por lo que se le comenzó a añadir un 3-5% de componentes de
petróleo.

Por ello, dejó de ser considerado como una alternativa a la gasolina, y
comenzó a considerarse como un potenciador del índice de octanaje del
petróleo que daba mayor potencia a los motores de los vehículos.

Posteriormente, en 1933 se abolió la Ley Seca, y aunque creció brevemente el
interés como combustible alternativo, el aumento de las exportaciones de grano
de EEUU al exterior, y su creciente uso para la producción de plásticos
sintéticos, acabó por enterrar las posibilidades de usar el etanol como
alternativa al petróleo. Su precio era desorbitado en comparación al petróleo
barato (quién lo ha visto y quién lo ve).

Hasta el día de hoy, que el creciente interés por reducir las emisiones de CO2,
y a pesar de que sigue siendo más caro que el petróleo (sí, aún sí), han
reavivado el interés por el etanol como combustible, produciendo lo que se
conoce como bioetanol, que con el biodiesel, son los 2 biocombustibles
empleados.

Por terminar con el etanol, citar que con el auge de los biocombustibles en
fechas recientes (y pese a que no acabo de ser muy partidario de los mismos),
en Brasil que hay azúcar a raudales (es de largo el mayor exportador del

8

mismo), se ha convertido ya en la 2ª fuente de energía primaria tras el petróleo
(que también tiene a raudales). Los beneficios son obvios: sólo genera el 40%
de las emisiones de CO2 que genera el carbón, que es el combustible más
contaminante, y la mitad de las emisiones que el etanol obtenido a partir del
maíz. Mientras Brasil exporta el 70% del azúcar producido, el 75% del bioetanol
de azúcar es consumido en el país (básicamente por las medidas
proteccionistas de la UE y EEUU). La generación eléctrica de este bioetanol es
ya del 30% aproximadamente del total del país. 1

4.2 ALCOHOL CARBURANTE EN COLOMBIA

Para producir alcohol carburante se puede hablar de tres tipos de materias
primas: azúcares (siendo la caña de azúcar la fuente más representativa en
Colombia, Brasil e India), almidones provenientes de la yuca y maíz
(principalmente en todo el mundo) y los residuos lignocelulósicos (lo que se
denomina alcohol carburante de segunda generación).

En Colombia a 31 de diciembre de 2005, había un total de 200.218 Ha
sembradas con caña para la producción de azúcar, de las cuales se cosechó
un 88% para una producción total de 21.665.748 toneladas de caña molida (no
incluye caña panelera). Sin embargo esta situación no ha cambiado
sustancialmente al 2009. Los rendimientos alcanzados en 2004 fueron de
126,7 toneladas de caña por hectárea y de 122,85 ton/Ha en 2005. Estos
rendimientos están entre los más altos del mundo y se han alcanzado gracias a
un trabajo conjunto entre los productores, los ingenios y las asociaciones
gremiales. Este trabajo se ha orientado a desarrollar cultivos altamente
tecnificados y nuevas variedades de caña altamente productivas, y a la
utilización del riego para superar los problemas generados con la disponibilidad
de agua. Además, las condiciones agroecológicas del valle del río Cauca
(terrenos aluviales fértiles localizados a una altura promedio de 1.000 m.s.n.m.
en latitudes tropicales) favorecen una alta productividad. La FAO confirma que
Colombia tiene uno de los mayores rendimientos promedio de caña en el
mundo (Tabla 1).

1
RAYÓN, Alex. La.http://alexrayon.tumblr.com/post/1108423122/la-historia-del-etanol-como-la-ley-seca-hizo-
florecer

9

Tabla 1. Rendimientos mundiales del cultivo de caña de azúcar. Fuente: FAO.

El maíz es el cereal más cultivado en el mundo por encima del trigo y el arroz.
El mayor productor mundial de maíz es Estados Unidos, seguido de China y
Brasil. Colombia ocupó el puesto 41 entre los países productores de maíz con
un total de 1'398.723 toneladas en 2004 con una tendencia a la baja en los
años 2007-2008. En cuanto a área sembrada, Estados Unidos reportó 29,80
millones Ha en 2004, seguido de China con 25,47 millones de Ha y Brasil con
12,41 millones de Ha. Colombia tuvo sembradas en ese año cerca de 614.510
Ha. Los rendimientos del cultivo de maíz en nuestro país (2,28 ton/Ha) son muy
bajos comparados con los rendimientos del cultivo en Estados Unidos (10,07
ton /Ha). El mayor rendimiento reportado de maíz en el mundo corresponde a
Kuwait con 20,0 ton/Ha pero para una producción muy pequeña de 800 ton en
el año 2004. Estas ventajas y los subsidios son la razón de la competitividad de
los Estados Unidos para producir alcohol carburante a partir de maíz.

No obstante, en yuca el panorama es diferente para Colombia. El primer
productor mundial de yuca es Nigeria, seguido de Brasil, Indonesia y Tailandia.
Como se puede apreciar en la Tabla 2, los mayores productores se concentran
en África, el Sureste Asiático y Sur América. Colombia ocupó el puesto 18 entre
los mayores productores de yuca en 2005 con una producción de 2'125.163 ton
y una tendencia al aumento en el 2007-2008. En 2004 el área sembrada con
yuca en Nigeria y Brasil fue de 4,12 y 1,75 millones Ha respectivamente. Por su
parte Colombia reportó un área cultivada de 176.810 Ha en 2004. Los
rendimientos de yuca por hectárea en Colombia (10,99 ton/Ha) son mayores
que los del primer productor mundial, aunque menores a los de Brasil (13,63
ton/Ha) y cerca de la mitad de los de Tailandia (20,28 ton/Ha). Los mayores
rendimientos los reporta Barbados con 31,70 ton/Ha para una producción total
en 2004 de 320 ton.

10

Tabla 2. Producción mundial de yuca en 2005 (Ton). Fuente: FAO

De frente al potencial y la no competición con los alimentos, los residuos son la
mejor alternativa para alcohol con la que cuenta hoy en día el país, pero estos
residuos en su mayoría lignocelulósicos traen consigo muchos retos. Por tanto,
nuestra tarea es lograr hacerlos materias primas sostenibles, con efectos
económicos y sociales importantes. Hoy en día existen limitantes técnico-
económicas para la implementación masiva a nivel industrial de estas materias
primas y es por esto que el tema sigue siendo de alta demanda para la
investigación a nivel mundial. Más aún, cuando se ha percibido la influencia
sobre el incremento en los precios de los alimentos, que conlleva el uso de
materias primas comúnmente usadas en la alimentación humana. Los
principales desarrollos tecnológicos de los últimos años en la producción de
bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica se han enfocado principalmente
en el desarrollo de sistemas de acondicionamiento y pretratamiento de ésta,
para disponer de los azúcares fermentables a menor consumo energético,
costo de capital y mayor eficiencia en el aprovechamiento de la materia prima.
Igualmente, se han hecho grandes esfuerzos en el desarrollo de
microorganismos que dispongan de la biomasa con el menor pretatamiento
posible o que metabolicen los diferentes azúcares (hexosas y pentosas),
comúnmente producidos en pretratamiento de la materia prima.2

4.2.1 Ventajas

Entre las ventajas de producir alcohol carburante (bioetanol) como aditivo a la
gasolina se encuentra:

Alto número de octano, lo que reduce las emisiones de monóxido de
carbono y no contamina las fuentes de agua superficiales.
En comparación con el metanol, el etanol es menos higroscópico, tiene
un calor de combustión mayor y un menor calor de vaporización, y, lo
más importante, es mucho menos tóxico. Adicionalmente, el

2
REVISTA DE INGENIERÍA. Facultad de Ingeniería. Universidad de los
Andes.2012.http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S012149932009000100014&
lng=pt&nrm=

11

acetaldehído formado durante la oxidación de etanol es mucho menos
peligroso que el formaldehído producido durante la combustión del
metanol.
El bioetanol contribuye a disminuir las importaciones de gasolina o
petróleo, por lo que se reduce el impacto de las subidas recurrentes del
precio del petróleo en un contexto de disminución de las reservas
nacionales.
Su empleo favorece el aprovechamiento de materias primas y recursos
renovables nacionales como la caña de azúcar, la yuca, el sorgo, etc.,
incluyendo, además, la gran cantidad de residuos lignocelulósicos que
tienen posibilidad de transformarse en alcohol etílico.
Puede posibilitar que se fomente el comercio y el empleo en las zonas
rurales deprimidas, pues se contrarresta la migración hacia los centros
urbanos. Una de las principales consecuencias es el aumento en el valor
que reciben los productores de bienes básicos agrícolas por su
producción, lo cual también tiene efectos sobre el costo vida.3

4.2.2 Desventajas

Al mismo tiempo se discuten hoy día las siguientes desventajas:

Su producción es más costosa que la obtención de gasolina a partir del
petróleo.
La gasolina mezclada con etanol conduce la electricidad y su presión de
vapor de Reíd (RVP) es más alta, lo que implica una mayor
volatilización, que puede contribuir a la formación de ozono y de smog.
La tendencia a que se formen dos fases líquidas en presencia de agua:
una fase acuosa con presencia de etanol y otra fase orgánica que
contiene los hidrocarburos que componen la gasolina.
El etanol es altamente corrosivo, lo cual es función del contenido de
agua.
En el caso del etanol producido por el sector azucarero, existe el riesgo
de que en dependencia de la coyuntura del mercado interno y externo
del azúcar los ingenios azucareros puedan optar por la disminución de la
producción de etanol cuando los precios del azúcar sean especialmente
altos en el contexto internacional.
Otro de los grandes temores cuando se implementa un programa de
oxigenación de la gasolina con etanol es la presión que puede generar
sobre los precios de los alimentos relacionados con las materias primas
para la producción de etanol, como por ejemplo el azúcar, la panela y el
maíz.
Considerando los impactos ambientales, se ha expresado cierta
preocupación por el hecho de que el uso de etanol en mezclas con

3
lng=pt&nrm=

12

combustibles aumenta los niveles de aldehídos en comparación con la
combustión de la gasolina convencional. De ahí que sea necesario, de
todas maneras, que los vehículos dispongan de catalizadores que traten
los gases de combustión

Una sustitución del 30% de ACPM por biocombustible en Colombia requeriría
de unas 270.000 nuevas hectáreas de aceite de palma cultivada, lo que
implicaría cerca de 70.000 empleos directos. No obstante, se tiene cierto temor
frente a la producción de biodiesel por las siguientes desventajas:

Incremento en las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx).
Problemas de fluidez a bajas temperaturas. Acentuadas si es de palma,
lo que genera restricciones de exportación.
Dependencia del metanol ya que el etanol a pesar de ser una opción
válida no puede competir como materia prima y biocombustible a la vez.
Vinculación de la Palma al desplazamiento y ataque de la selva.
Incompatibilidad con algunos plásticos y cauchos.
Poder calorífico inferior al del diesel

El tema de la producción de biodiesel de palma se está aprovechando por los
europeos para tratar de negociar de una manera interesante con países como
Colombia y Brasil en lo que tiene que ver con la vinculación de la palma con el
desplazamiento y ataque de la selva. Las selvas amazónicas que tenemos en
Colombia y Brasil ya son motivo para los europeos de nuevas
reglamentaciones de certificación de origen en biodiesel y alcohol carburante
en sus importaciones.4

4.3 BIOMASA LIGNOCELULÓSICA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

El etanol se obtiene de plantas ricas en azúcar (principalmente la caña de
azúcar de la que se obtiene la melaza que es la principal materia prima
azucarada para la producción de etanol) y granos ricos en almidón. Entre los
cereales, el maíz, arroz, trigo y cebada son las materias primas más comunes
para la producción de etanol. Existe una sobreproducción mundial de grano por
lo que la disponibilidad de materia prima no es problema en la actualidad. La
producción de etanol a partir de azúcares está controlada por los precios del
azúcar para consumo humano. Otros cultivos que se están investigando para la
producción de etanol combustible son la pataca y el sorgo azucarero. Estos
productos aparte de su menor costo de producción, serían rentables para la
producción de etanol ya que se podrían emplear los tallos secos (pataca) o el
bagazo (sorgo) para la producción del vapor y la electricidad necesaria en el

4
lng=pt&nrm=

13

proceso de obtención de etanol. El bioetanol se obtiene por fermentación de
medios azucarados hasta lograr un grado alcohólico, después de fermentación,
en torno al 10-15%, concentrándose por destilación para la obtención del
"alcohol hidratado" o llegar hasta el alcohol absoluto tras un proceso específico
de deshidratación. Esta última calidad es la necesaria si se quiere utilizar el
alcohol en mezclas con gasolina en vehículos convencionales. El etanol se
puede utilizar como único combustible, realizando modificaciones a los
motores, o en mezclas con la gasolina desde un 10% hasta mezclas mucho
más altas como el E-85 que es un combustible que contiene hasta el 85% de
etanol y sólo un 15% de gasolina. Para mejorar la competitividad del bioetanol
frente a los productos derivados del petróleo se deben reducir los costos de las
materias primas, ya que éstas suponen el 60-70% del costo final del etanol,
introducir mejoras en los cultivos y determinar los cultivos más rentables y
adecuados para la producción de bioetanol. Una gran parte de los materiales
con alto contenido de celulosa, susceptibles de ser utilizados como materia
prima para la producción de etanol combustible se generan como residuos en
los procesos productivos de los sectores agrícola, forestal e industrial. Los
residuos agrícolas proceden de los cultivos leñosos y herbáceos y entre ellos
hay que destacar los producidos en los cultivos de cereal y en algunos otros
cultivos con utilidad industrial textil y oleícola. La biomasa de origen forestal
proviene de los tratamientos silvícolas y de mejora y mantenimiento de los
montes y masas forestales. La biomasa de origen industrial son los generados
en las industrias, como la papelera, y la fracción orgánica de los residuos
sólidos industriales. Muchos de estos residuos no sólo tienen un valor
económico en el contexto en el que se generan, sino que suelen provocar
problemas ambientales durante su eliminación. La biomasa lignocelulósica
presenta una estructura compleja compuesta de tres fracciones que deben ser
procesadas por separado para asegurar una conversión eficiente de este tipo
de materiales a etanol. La fracción mayoritaria de esta biomasa es la celulosa
cristalina. La celulosa está compuesta de cadenas largas de moléculas de D-
glucosa unidas por enlaces beta (1-4) que, a su vez, se agrupan en estructuras
superiores de gran cristalinidad, lo que dificulta su hidrólisis y conversión a
azúcares fermentables. Sin embargo, una vez se producen los azúcares
simples, pueden fermentarse sin dificultad. La celulosa puede ser hidrolizada a
etanol mediante procesos ácidos o enzimáticos. La segunda fracción es la
hemicelulosa, formada por polímeros de azúcares de cinco átomos de carbono
(principalmente xilosa). Esta fracción es fácilmente hidrolizable ya que no
presenta estructura cristalina; sin embargo, la xilosa es un azúcar difícil de
fermentar a etanol. La última fracción es lignina, polímero tridimensional de
unidades de fenilpropano ligadas por enlaces éster y C-C. Los procesos de
obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica que utilizan
catalizadores ácidos permiten, en condiciones adecuadas de presión y

14

temperatura, una solubilizarían de la hemicelulosa y la celulosa, quedando
prácticamente inalterada la lignina. A temperaturas superiores a los 200°C
aparecen productos de descomposición de los azúcares, por lo que no pueden
obtenerse rendimientos muy altos. Además, estas sustancias son inhibidoras
del proceso fermentativo por lo que deben eliminarse del hidrolizado antes de
realizar la fermentación. Los métodos industriales de hidrólisis ácida de la
fracción celulósica se agrupan en dos tipos: los que emplean ácidos
concentrados y bajas temperaturas y los que utilizan ácidos diluidos a
temperaturas más altas. A pesar de los altos rendimientos de hidrólisis que se
obtienen con los procesos que utilizan ácidos concentrados, no existe ninguna
planta industrial operando con este sistema, por su falta de rentabilidad. Entre
los procesos de hidrólisis de celulosa utilizando ácidos diluidos, el más utilizado
es el método de percolación, en el que el ácido se hace pasar a través del
material. Los problemas mencionados en los procesos ácidos se evitan si se
utiliza en el proceso una hidrólisis enzimática. Para ello, es necesario realizar
un pretatamiento de la biomasa lignocelulósica que altere la compleja
estructura de este tipo de materiales, facilitando así la acción de las enzimas
celulíticas. La dificultad está en quela cristalinidad de las moléculas de
celulosa, y la naturaleza de su asociación con la lignina, constituyen una
verdadera barrera física a la penetración de los enzimas. Proceso de obtención
de Etanol a partir de biomasa lignocelulósica utilizando levaduras
termotolerantes. Por medio de investigaciones realizadas se desarrolló una
cepa de la especie Kluyveromycesmarxianus, la cual se obtuvo mediante
mutagenésis química y posterior selección, y es capaz de fermentar la glucosa,
procedente de la hidrólisis de la celulosa, con buenos rendimientos. El proceso
permite realizar la hidrólisis y la fermentación a 42°C, temperatura cercana al
óptimo del complejo celulítico, obteniéndose buenos rendimientos (cercanos al
70% del teórico). El tiempo de residencia está en torno a las 72 horas, lo que
supone una reducción importante frente a otras tecnologías. Esta tecnología
consiste en un proceso discontinuo para la obtención de etanol a partir de
biomasa lignocelulósica, que comprende el pretratamiento, mediante explosión
a vapor, y la sacarificación de la celulosa y fermentación simultánea de la
glucosa generada en el proceso de hidrólisis. Mediante este proceso pueden
transformarse en etanol materias primas que contienen predominantemente
celulosa tales como, residuos forestales y agrícolas, pasta de papel, biomasa
de cultivos lignocelulósicos y la fracción orgánica de los residuos domésticos.5

5
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, La biomasa Lignocelulósica como materia prima para la
producción de etanol.http://www.engormix.com/MA-agricultura/maiz/articulos/biomasa-
lignocelulosica-como-materia-t1463/p0.htm

15

4.4 VÍAS DE PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE MATERIAL
LIGNOCELULÓSICO PAPEL

Según datos de F.O. Licht, la producción mundial de Etanol en 2004 fue de
cerca de 41000mill de litros (RFA, 2005; Tabla 3.). En promedio, el 73% del
Etanol producido mundialmente corresponde a alcohol carburante, el 17% a
alcohol para bebidas y el 10% es alcohol industrial. Los datos para el alcohol
carburante tomados de diversas fuentes indican que Brasil y EEUU contabilizan
el 73% de la producción mundial (12600 y 10666mill L en 2003,
respectivamente) aunque este porcentaje está cambiando constantemente
debido a la dinámica del mercado mundial de este biocombustible.

Tabla 3. Producción mundial de alcohol etílico. Fuente RFA (2005)

El microorganismo más utilizado para la obtención de Etanol es la levadura
Saccharomyces cerevisiae, que convierte las hexosas en Etanol en
condiciones anaeróbicas, generando 2 moles del compuesto portador de
energía en los seres vivos, el adenosíntrifosfato (ATP), por cada mol de hexosa
consumida (Claassen et al., 1999), además de 2 moles de Etanol. Este
microorganismo tiene también la capacidad de convertir las hexosas en CO 2
aeróbicamente, por lo que en dependencia de las concentraciones de O 2 en el
medio de cultivo y de la fuente de carbono, se puede favorecer uno de los dos
procesos. Las levaduras tienen la ventaja adicional de tolerar concentraciones
relativamente altas de Etanol (hasta 150g·L-1).

Entre las bacterias, la más promisoria es Zymomonasmobilis, la cual convierte
1 mol de hexosa en 1 mol de Etanol, liberando tan sólo 1 mol de ATP, lo que
resulta en mayores rendimientos (hasta un 97% del máximo teórico). Esta
bacteria tiene una alta tolerancia al alcohol (100g·L -1), pero su rango de
sustratos fermentables es también muy estrecho (glucosa, fructosa y sacarosa;
Claassen et al., 1999; Hawgood et al., 1985). Además, su uso en los cultivos a

16

partir de jarabe de caña de azúcar conlleva a la formación del polisacárido
levano, el cual aumenta la viscosidad de los caldos de fermentación, y de
sorbitol, lo cual reduce la eficiencia de la conversión de sacarosa a Etanol
(Doelle y Doelle, 1989; Grote y Rogers, 1985). Se han evaluado otros
microorganismos con capacidad de hidrolizar la celulosa, de asimilar pentosas
y de trabajar en condiciones termofílicas, ya que el incremento de la
temperatura acelera los procesos metabólicos y disminuye las necesidades de
refrigeración. Entre los microorganismos de este tipo se encuentran levaduras
como Pichiastipitis, Candidashehatae y Pachysolentannophilus, pero su tasa de
producción de Etanol a partir de glucosa es por lo menos 5 veces menor a la
observada para S. cerevisiae (Claassen et al., 1999). Otro grupo importante de
microorganismos productores de Etanol son los clostridiostermofílicos y
sacarolíticos como Clostridiumthermohydrosulfuricum, C.
thermosaccharolyticum y C. thermocellum, los cuales pueden sintetizar hasta 2
mol de Etanol por mol de hexosa. La principal desventaja es que su tolerancia
al alcohol es muy baja, por lo que las máximas concentraciones alcanzadas
son de menos de 30g·L-1.

La mayor parte del Etanol es producido mediante fermentación por lotes. La
concentración de sustrato al inicio de la fermentación es de 15-25% (p/v) y el
pH se ajusta a un valor de 4-5 para disminuir los riesgos de infección. El
proceso se lleva a cabo a 30-35ºC. Generalmente el rendimiento es del 90%
del máximo teórico. El resto del sustrato es convertido en biomasa y otros
metabolitos. La concentración de Etanol al término de la fermentación es de 80-
100g·L-1 (Claassen, 1999). En la mayoría de las destilerías, el tiempo de
fermentación es de 24h, aumentándose 6 h para la sedimentación de las
levaduras en los tanques (Pandey y Agarwal, 1993).

En el mundo se llevan a cabo gran cantidad de estudios para desarrollar la
producción a gran escala de alcohol a partir de biomasa lignocelulósica. Los
materiales que más se han investigado son madera y residuos forestales, papel
reciclado y residuos de la industria papelera, bagazo de caña, desechos
agrícolas (hojas, ramas, hierba, frutas, paja, etc.) así como residuos sólidos
urbanos. Se ha estimado un valor de 6 para la relación salida/entrada de
energía en el caso de la producción de Etanol a partir de biomasa (Berg, 2001),
es decir, la relación entre la energía liberada durante la combustión de alcohol
y la energía necesaria para su producción considerando todo el ciclo de vida
del producto desde la extracción de las materias primas y los insumos
requeridos, pasando por su transporte, hasta el proceso de transformación
hasta bioetanol. Lo anterior hace a esta materia prima muy atractiva, en
especial en países que no cuentan con la facilidad de producir grandes
cantidades de caña de azúcar. El valor de esta relación para el Etanol
producido a partir de almidón de maíz es de 1,1-1,2 (Prakash et al., 1998) y a
partir de caña de azúcar es de 8 (Berg, 2001). El principal reto en la producción
de etanol a partir de biomasa lignocelulósica es el pretratamiento e hidrólisis de
la materia prima. El complejo lignocelulósico está compuesto principalmente de
una matriz de carbohidratos compuesta de celulosa y lignina enlazada por
cadenas de hemicelulosa. El pretratamiento tiene como objetivo desintegrar

17

esta matriz de tal manera que la celulosa reduzca su grado de cristalinidad y
aumente la celulosa amorfa, que es la más adecuada para el posterior ataque
enzimático. Adicionalmente, la mayor parte de la hemicelulosa se hidroliza
durante el pretratamiento y la lignina se libera o puede incluso descomponerse.
En una etapa posterior, la celulosa liberada es sometida a hidrólisis enzimática
con celulasas exógenas, lo cual hace que se obtenga una solución de azúcares
fermentables que contiene principalmente glucosa, así como pentosas
resultantes de la hidrólisis inicial de la hemicelulosa. Estos azúcares son
posteriormente convertidos en Etanol mediante microorganismos que pueden
utilizar uno o varios de los azúcares presentes en el material lignocelulósico
pretratado e hidrolizado. Este complejo proceso puede ser representado por las
reacciones

Figura 1.Proceso de producción del etanol. Fuente Interencia

Figura 2. Proceso general de obtención de etanol a partir de biomasa
lignocelulósica6

6
V CONGRESO IBEROAMERICANO DE INVESTIGACION EN CELULOSA Y PAPEL 2008
CIADICYP Octubre 2008, Guadalajara, Jalisco, México. Proceso general de obtención de etanol a partir
de biomasa lignocelulósica.

18

El pretratamiento permite que los rendimientos en la hidrólisis de celulosa
aumenten de menos del 20% de los rendimientos teóricos a valores mayores al
90% (Lynd, 1996). Para el pretratamiento se han propuesto y desarrollado
diferentes métodos, los cuales se relacionan en la Tabla 4.de acuerdo a la
clasificación de Sun y Cheng (2002). Sin embargo, ninguno de los métodos de
pretratamiento propuestos se puede aplicar en forma genérica a las diferentes
materias primas (Claassen et al., 1999). Esto justifica la realización de análisis
detallados de estas tecnologías en cada caso en particular. La síntesis de
procesos puede aportar las herramientas necesarias para descartar las
opciones con menos perspectivas en forma preliminar, teniendo en cuenta
nuevos procedimientos, esquemas y alternativas que se planteen en la etapa
de diseño.

Tabla 4. Métodos de pretatamiento de la biomasa lignocelulósica. Fuente
Interencia

Durante el pretratamiento e hidrólisis de la biomasa lignocelulósica se forman,
junto con los azúcares fermentables, gran cantidad de compuestos que pueden
inhibir la fermentación subsiguiente. Las sustancias inhibitorias se originan
como resultado de la hidrólisis de los diferentes componentes, de los ácidos
orgánicos esterificados a la hemicelulosa, y de los derivados fenólicos
solubilizados de la lignina. Así mismo, los inhibidores se forman a partir de

19

productos de degradación de los azúcares solubles y de la lignina (Lynd, 1996;
Palmqvist y Hahn-Hägerdal, 2000a, b). Por eso, y dependiendo del tipo de
pretratamiento e hidrólisis utilizados, es necesario llevar a cabo la
destoxificación de las corrientes que van a ser sometidas a fermentación. En la
Tabla 5.se condensan las principales características de los métodos de
destoxificación más empleados para la obtención de bioetanol con base en la
información compilada para hidrolizados de madera.

20

Tabla 5. Métodos de destoxificación de hidrolizados de biomasa lignocelulósica
para la producción de bioetanol.

Luego del pretratamiento, la celulosa liberada es degradada hasta glucosa
(sacarificación), lo cual puede hacerse con ácidos o enzimas (celulasas). La
mayoría de las celulasas comerciales son producidas a partir de
Trichodermareesei, del cual se obtiene básicamente una mezcla de
celobiohidrolasas y endoglucanasas (Lynd et al., 2002; Zhang y Lynd, 2004).
Las primeras hidrolizan los enlaces b(1,4) de la cadena de celulosa a partir de
los extremos no reductores o reductores liberando celobiosa o inclusive
glucosa, mientras las endoglucanasas rompen estos mismos enlaces en forma
aleatoria dentro de la cadena. Desafortunadamente, las celobiohidrolasas son
inhibidas por la celobiosa, por lo que se agrega b-glucosidasa de otra fuente
para complementar la acción de las celulasas de este hongo. La b-glucosidasa
hidroliza la celobiosa obtenida en dos moléculas de glucosa.

Las etapas de hidrólisis y fermentación se pueden realizar en forma secuencial
(hidrólisis y fermentación separadas, SHF por sus siglas en inglés) o llevando a
cabo en una sola unidad la hidrólisis y la fermentación al mismo tiempo
(sacarificación y fermentación simultáneas; SSF). El microorganismo más
utilizado para este proceso es S. cerevisiae que fermenta las hexosas
presentes en el hidrolizado más no las pentosas. La SSF muestra mayores
rendimientos de Etanol y menores consumos energéticos, pero las
temperaturas de operación no son óptimas para la hidrólisis y se requiere de
mayores dosis de enzimas. Wyman et al. (1992) realizaron una evaluación de
los rendimientos de alcohol a partir de diferentes materiales lignocelulósicos en
procesos de SSF y de SHF por lotes a 37ºC con diferentes dosis de enzima y
tiempos de proceso de 7-8 días. La tusa de maíz, los tallos y hojas de maíz, la
paja de trigo y el pasto llorón, en su orden, alcanzaron altas tasas de hidrólisis
y altos rendimientos de Etanol durante la SSF; los diferentes tipos de madera

22

pretratada estudiados mostraron conversiones similares de celulosa a Etanol y
rendimientos ligeramente inferiores a los desechos de maíz, los cuales
presentaron los mayores valores (92-94%).

South et al. (1993) llevaron a cabo ensayos de SSF en reactores por lotes
adicionando celulasas a mezclas de madera dura y de álamo pretratadas con
ácido diluido utilizando S. cerevisiae. La conversión de celulosa alcanzó a los 3
días valores de 91% y 96% para la mezcla de madera dura y de álamo,
respectivamente. Se estudió también el comportamiento de un reactor CSTR
para la SSF continua de la mezcla de madera dura alcanzando conversiones
del 83% y concentraciones de Etanol de 20,6g·L-1 para tiempos de residencia
de 2-3 días. Se ensayó además la conversión microbiana directa (DMC, por
sus siglas en inglés) de celulosa utilizando C. thermocellum que produce
celulasas y a la vez fermenta la glucosa hasta Etanol obteniendo mayores
conversiones para tiempos de residencia de 0,5 días en comparación con la
SSF continua.

Se ha explorado la producción de Etanol a partir de residuos sólidos urbanos
(RSU). Se estima que más del 70% de los materiales enterrados en los rellenos
sanitarios de EEUU son lignocelulósicos (papel, cartón, desechos de jardín,
entre otros). El proceso de obtención de bioetanol a partir de estos residuos por
hidrólisis ácida ya se ha patentado (Titmas, 1999) y se ha reportado que la
compañía Masada ResourceGroup planea iniciar antes de 2006 la operación
de la primera planta productora de Etanol en EEUU a partir de RSU (Ames y
Werner, 2003). Otro enfoque comprende la hidrólisis enzimática del almidón y
la celulosa presentes en forma mayoritaria en los RSU de origen vegetal
procedentes de plazas de mercado para su conversión posterior a Etanol
(Cardona et al., 2004), resultando difícil la conversión de la celulosa mas no la
del almidón y verificándose la posibilidad de obtener alcohol a partir de estos
residuos vegetales.7

Son diversos los métodos que se han desarrollado en el mundo para degradar
y transformar los materiales celulósicos en productos que puedan servir como
sustrato de fermentación y obtener proteínas de consumo animal o humano,
alcohol u otros productos, como glucosa, xilosa, furfural, hidroximetilfurfural,
derivados de lignina, etc. Los que han prevalecido, debido a sus mejores
características han sido la hidrólisis ácida seguida de la fermentación con
levaduras y los tratamientos alcalinos oxidativos con posterior fermentación
microbiológica o hidrólisis enzimática.

Los pretratamientos son procedimientos que pretenden mejorar los
rendimientos de azucares en la celulosa; los pretratamientos tienen como
objetivo modificar la estructura supramolecular y de esta manera separar la
lignina de su estructura, los pretratamientos también pueden enfocarse en
volver más amorfa la estructura de la celulosa para así facilitar su hidrólisis.

7
Alcohol a partir de Biomasa Lignocelulósica. Asociación Interciencia, 2012.
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S0378-18442005001100005&script=sci_arttext

23

Luego de extraer la celulosa del papel y haber extraído la mayoría de
compuestos que la acompañan se realiza un tratamiento adicional para reducir
la cristalinidad de su estructura.

Un pretratamiento eficaz y económico debe cumplir con los siguientes
requisitos:

a) Producir fibras celulósicas sensibles al ataque enzimático;
b) Evitar destruir la celulosa y hemicelulosa;
c) Evitar la posible formación de inhibidores del proceso de fermentación;
d) Debe consumir la mínima energía posible;
e) Mitigar el costo de reducción de las partículas de las materias primas;
f) Reducir al máximo la producción de residuos.

Los métodos involucrados en los tratamientos previos a la hidrólisis se
clasifican en pretratamiento físico, pretratamiento químico o pretratamiento
biológico.

4.4.1 Hidrólisis de las materias primas lignocelulósicas.

La hidrólisis es la descomposición química utilizando agua u otro reactivo
químico sobre la sustancia, que se desea hidrolizar.

La industria hidrolítica existe hace algunos años y fue en Europa donde primero
se desarrolló, pero a partir de la segunda guerra mundial se han desarrollado
procesos de hidrólisis química de la madera y residuos forestales en diversos
países del mundo.

El alcohol etílico a partir de residuos lignocelulósicos se obtiene por hidrólisis.
La hidrólisis puede ser:

Ácida.
Enzimática.

4.4.1.1Hidrólisis ácida.

La hidrólisis ácida consiste en agregar ácidos orgánicos e inorgánicos
concentrados o diluidos al proceso.

Los procesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica que
utilizan catalizadores ácidos permiten, en condiciones adecuadas de presión y
temperatura, una solubilización de la hemicelulosa y la celulosa, quedando
prácticamente inalterada la lignina. A temperaturas superiores a los 200 °C
aparecen productos de descomposición de los azúcares, por lo que no pueden
obtenerse rendimientos muy altos. Además, estas sustancias son inhibidoras

24

del proceso fermentativo por lo que, deben eliminarse del hidrolizado antes de
realizar la fermentación.

Los métodos industriales de hidrólisis ácida de la fracción celulósica se
agrupan en dos tipos:

Los que emplean ácidos concentrados y bajas temperaturas.
Los que utilizan ácidos diluidos a temperaturas más altas.

De todos los ácidos inorgánicos posibles a utilizar en la hidrólisis ácida los que
se utilizan en mayor medida son:

Ácido sulfúrico.
Ácido clorhídrico.

La hidrólisis con ácido sulfúrico concentrado es conocida desde 1819. El
proceso Bergius emplea ácido clorhídrico concentrado (40 %) y fue usado
comercialmente en Alemania durante la II Guerra Mundial.

La tecnología de hidrólisis percolativa con ácido sulfúrico diluido fue
desarrollada por Scholler en 1926 y también fue empleada en Alemania
durante la II Guerra Mundial (Katzen et. al; 1995).

En la ex – Unión Soviética la producción industrial de etanol por hidrólisis fue
desarrollada por el profesorSharkov en la Academia Forestal de Leningrado, se
inició en 1935 y continúo ininterrumpidamente hasta el final del período
Soviético. Esta tecnología consiste en la precolación de ácido sulfúrico diluido
caliente a través de un lecho de astillas de madera empacadas en un digestor.
Su principal inconveniente es que el colapso del lecho puede restringir
severamente la velocidad del flujo de líquido (Khol´kin, 1989). El tránsito a la
economía de mercado en la Federación Rusa ha obligado a cerrar o reorientar
varias plantas hidrolíticas, aunque las más eficientes continúan produciendo
etanol (Katzen et. al; 1995, Khol´kin et. al; 1999.

La hidrólisis percolativa del bagazo con ácido sulfúrico fue estudiada a escala
industrial por científicos cubanos, en una planta hidrolítica en Bulgaria (Ocampo
y Blanco, 1980)

A pesar de los altos rendimientos de hidrólisis que se obtienen con los
procesos que utilizan ácidos concentrados, no existe ninguna planta industrial
operando con este sistema, por su falta de rentabilidad, un ejemplo de esto es
Japón, donde se le ha dado preferencia a la hidrólisis ácida con ácidos
concentrados, montándose instalaciones pilotos que han resultados
complicados y poco económicos. (Martin, 2002)

Alternativa

25

Hoy en día la hidrólisis con ácidos diluidos a modo de alternativa se realiza en
2 etapas.

En la I etapa ocurre la hidrólisis de las hemicelulosas en condiciones
relativamente suaves.

En la II etapa, bajo condiciones más severas ocurre la hidrólisis de las celulosa.

Este método permite rendimiento de Xilosa, Galactosa, Monosa y Arabinosa
entre 70 – 98 % pero los rendimientos de Glucosa siguen siendo bajos.

Los problemas mencionados en los procesos ácidos se evitan si se utiliza en el
proceso una hidrólisis enzimática. Para ello, es necesario realizar un
pretatamiento de la biomasa lignocelulósica que altere la compleja estructura
de este tipo de materiales, facilitando así la acción de los enzimas celulolíticas.
La dificultad está en que la cristalinidad de las moléculas de celulosa, y la
naturaleza de su asociación con la lignina, constituyen una verdadera barrera
física a la penetración de los enzimas.

4.4.2 Ventajas y desventajas de los procesos de hidrólisis.

4.4.2.1 Hidrólisis ácida con ácidos concentrados.

Los procesos que utilizan ácidos concentrados han adquirido un renovado
interés debido a nuevos métodos que mejoran la economía de recuperación de
los ácidos desarrollados por varias compañías como Masada ResourceGroup
(Birmingham, Ala), Arkenol (Misión Viejo, California) y AP ACE (Australia)
(Katzen, 1997).

4.4.2.1.1 Ventajas.

Altos rendimientos de hidrólisis (superiores al 90% de la glucosa
potencial).

4.4.2.1.2 Desventajas.

La gran cantidad de ácido empleado en la impregnación del material a
tratar.
Lo costoso de su recuperación.
Los efectos corrosivos de los ácidos concentrados que obliga a altas
inversiones en los equipamientos.
Todo esto hace que el proceso no sea rentable.

26

Tiene el problema asociado de que es necesario una costosa etapa de
neutralización antes de la fermentación.

4.4.2.2 Hidrólisis ácida con ácidos diluidos.

Este tipo de procesos operan a una temperatura de 240 ºC, una concentración
de ácido de 1 % y un tiempo de reacción de 6-12 segundos. Aún así, bajo estas
condiciones los mejores rendimientos alcanzados están en torno al 60% del
rendimiento teórico (Wyman, 1996). Las temperaturas que se emplean en estos
procesos originan, por un lado, una mayor corrosión de los equipos empleados
y, por otro lado, aumenta la tasa de degradación de los azúcares
hemicelulósicos los cuales pueden afectar a la posterior etapa de fermentación.

4.4.2.2.1 Ventajas.

Relativamente bajo consumo de ácidos.

4.4.2.2.2 Desventajas.

Se requieren relativamente altas temperaturas para alcanzar
rendimientos aceptables de conversión de celulosa a glucosa.
El máximo rendimiento en glucosa se consigue a altas temperaturas y
tiempos de residencia cortos.
Las altas temperaturas provocan la corrosión del equipamiento y la
degradación de los azúcares, con formación de cantidades significativas
de productos colaterales que puedes inhibir la fermentación.8

8
ALCOHOL LIGNOCELÚLOSICO. MITOS Y REALIDADES.Verónica Navarro, p. 2
http://www.monografias.com/trabajos82/alcohol-lignocelulosico-mitos-y-realidades/alcohol-
lignocelulosico-mitos-y-realidades2.shtml

27

Figura 3. Esquema general del proceso de producción de etanol a partir de
material lignocelulósico9

4.5 ESTADO ACTUAL DE LA PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE
PAPEL

Hay muchas técnicas para convertir la biomasa en etanol, pero la mayoría se
agrupa bajo dos tipos de enfoques:

Un enfoque involucra el uso de microorganismos como, por ejemplo, un tipo de
bacteria llamada Morellathermoacetica, que puede ser hallada en la naturaleza
en numerosos sitios, entre los cuales se cuentan el aparato digestivo de las
termites y el rumen de las vacas. Las bacterias convierten el azúcar en ácido
acético, que luego es transformado en acetato de etilo.
El paso final para su conversión en alcohol requiere el agregado de energía
bajo la forma de hidrógeno, que puede obtenerse utilizando la lignina, que a
través de su gasificación se convierte en una mezcla de gases rica en
hidrógeno. El hidrógeno se combina con el acetato de etilo y se transforma en
alcohol.

Un segundo enfoque consiste en combinar la producción de pulpa para papel
con la producción de etanol en las propias fábricas de celulosa, en lo que se ha
denominado “biorefinerías”. El principal componente de la madera de los
árboles es la celulosa, en tanto que el segundo es el polisacárido xilán,
contenido principalmente en la hemicelulosa. Este componente puede ser
separado y fermentado para producir etanol. El proceso involucra calor y flujos

9
JAMES S. HAN, “PROPERTIES OF NON WOOD FIBERS”, USDA FOREST SERVICE, FOREST
PRODUCTS LABORATORY, MADISON WI 53705-2398.USA, (1998).Esquema general del proceso
de producción de etanol a partir de material lignocelulósico.
http://cnea.cicataqro.ipn.mx/cnea/files/BM05P.pdf

28

de agua presurizada sobre una cama de astillas de madera para separar la
celulosa. Luego el agua es forzada a través de una membrana que remueve los
azúcares y el ácido acético, que posteriormente son fermentados para producir
alcohol.

4.5.1 Los actores involucrados

En el momento actual hay un conjunto de actores activamente involucrados en
el desarrollo de etanol celulósico. Los siguientes son apenas algunos ejemplos
para ilustrar la diversidad de quienes aspiran a beneficiarse de este desarrollo.
La industria de la celulosa y el papel MasoodAkhtar, un miembro del consejo de
TAPPI, una asociación técnica de la industria de la celulosa y el papel, afirma
que las biorefinerías tienen “el potencial de duplicar las ganancias de la
industria a través de la producción in situ de productos de valor agregado de la
biomasa, al mismo tiempo que continúan elaborando sus productos
convencionales de papel”. No llama entonces la atención que International
Paper, la mayor empresa mundial de papel se haya involucrado en esta
oportunidad de negocios y esté trabajando con la Universidad Estatal de Nueva
York y otros actores para producir etanol a partir de la madera.

StoraEnso y Neste Oil están produciendo etanol mediante la gasificación de
biomasa (en este caso a partir de residuos de madera de la fábrica de celulosa
de StoraEnso), que se convierte en dióxido de carbono y un gas rico en
hidrógeno llamado syngas, el cual luego es licuificado en etanol a través de un
proceso tipo Fischer-Tropsch.
Abastecedores de tecnología a la industria de la celulosa

La creación de una organización llamada
BiorefineryDeploymentCollaborativemuestra a través de su membresía el
involucramiento de un conjunto de grandes actores tanto del área de la
tecnología de la celulosa (Andritz, MetsoPower, Pöyry, ThermoChemRecovery
International, VoithPaper) como de la propia industria de la celulosa
(International

De acuerdo a un representante de una de las empresas miembro de dicha
organización (ThermoChemRecovery International), “el interés por biorefinerías
termoquímicas o integradas se está volviendo cada vez más grande, como una
bola de nieve”. La misma fuente dice que “el modelo resulta interesante para
las empresas de la pulpa y el papel porque crea nuevos rubros de valor para
fábricas que han luchado por más de una década para mantenerse
globalmente competitivas”. Esto podría lograrse “utilizando biotecnología para
extraer la hemicelulosa y para convertir lo que hoy es percibido como un
residuo, en una materia prima que puede ser usada para la producción de
etanol y productos químicos”.

29

Del otro lado del Atlántico, la empresa sueca CHEMREC, que opera en el
campo de la tecnología de gasificación del licor negro afirma que “esta
tecnología ya ha madurado en un concepto comprobado que ofrecemos en
términos comerciales a fábricas que buscan expandir sus operaciones e
ingresar al nuevo paradigma de fábricas de celulosa: la Biorefinería”.

Si se adopta este nuevo “paradigma”, CHEMREC dice que “el potencial global
para la producción de biocombustibles es del orden de un equivalente a 225
millones de barriles de petróleo por año” y que los ingresos anuales por
combustibles podrían representar “más de 1/3 del total de ingresos de la
industria de la celulosa”. 10

4.5.2 Las industrias del petróleo y la energía11

La empresa Shell “ya es la mayor distribuidora de biocombustibles del mundo”.
Entre otras inversiones, Shell está involucrada en Iogen, una empresa
canadiense que se aseguró una donación de US$80 millones del gobierno de
los Estados Unidos para instalar en Idaho una planta que producirá etanol
celulósico a partir de residuos vegetales y paja.

La empresa con sede en Boston MascomaCorporation “es líder en tecnología
de avanzada en combustibles con baja emisión de carbono” y se encuentra
actualmente “difundiendo tecnologías avanzadas que permiten la elaboración
de combustibles a partir de una serie de insumos no alimenticios. Mascoma
está desarrollando instalaciones de producción tanto demostrativas como
comerciales a escala global”. General Motors y la petrolera Marathon Oil tienen
inversiones en Mascoma.

En 2008, la empresa petrolera Chevron y la compañía forestal Weyerhaeuser
lanzaron un emprendimiento conjunto (CatchlightEnergy) para desarrollar
combustibles renovables a partir de la madera. CatchlightEnergy investigará y
desarrollará tecnologías para convertir biomasa celulósica en “biocombustibles
económicos y con bajas emisiones de carbono”. De acuerdo con una
información de prensa, “el emprendimiento se centrará en desarrollar
tecnologías para transformar la madera y otras fuentes de celulosa en
combustibles limpios para autos y camiones”.

4.5.3 La industria biotecnológica

10
DOCUMENTO INFORMATIVO. WRM. Diciembre, 2008.
http://www.wrm.org.uy/publicaciones/Etanol_sp.pdf
11

30

La producción de etanol celulósico ha atraído a importantes actores de la
biotecnología que se enfocan en dos niveles diferentes: la materia prima (los
árboles) y la transformación de la biomasa en etanol (enzimas y
microorganismos de árboles se enfoca en la modificación de la madera para
facilitar su conversión en etanol. Los cuatro principales países donde se está
llevando a cabo este tipo de investigación son Bélgica, Francia, Suecia y los
Estados Unidos. Sin embargo, también se está investigando mucho en esos y
otros países para incrementar el nivel de celulosa en la madera y disminuir el
porcentaje de lignina como forma de abaratar los costos de producción y
blanqueo de la celulosa. Aunque apuntando a otro objetivo, tal tipo de
investigación también sería beneficioso para la producción de etanol a partir de
la madera.

En lo referente a la conversión de biomasa en etanol, un conjunto de empresas
está seleccionando o manipulando genéticamente diferentes organismos para
producir etanol.

Este campo ya ha atraído a actores que representan a la gran industria química
(DuPont), a la gran industria petrolera (Shell) y a la gran industria agrícola
(Syngenta). Cada una de ellos se ha aliado a pequeñas empresas como
VereniumCorp, Codexis Inc. y Novozymes, apuntando al creciente mercado de
“cocktails de enzimas”, capaces de producir etanol más rápido y más barato.12

4.6 COMPOSICIÓN QUIMICA DEL PAPEL

Todo papel está compuesto por tres ingredientes básicos:
FIBRAS + CARGAS + ADITIVOS

4.6.1 Fibras

La fibra es un material vegetal que desde sus inicios se extraía de plantas
como el algodón, la cebada, el lino, etc. A partir del siglo 19, se comenzó a usar
la madera que es el material de celulosa de mayor importancia en la actualidad.
En consecuencia, cualquier compuesto que contenga celulosa en un porcentaje
adecuado, puede ser útil para la fabricación del papel. Existen dos tipos de
fibras: la fibra larga y la fibra corta.
Fibra Larga
La fibra larga se extrae de árboles como el pino y el abeto. Chile es un gran
exportador de este tipo de fibra, la cual le aporta ciertas cualidades específicas
al papel, como por ejemplo:
Alta resistencia y rigidez.

12

31

Alta propiedad mecánica (mayor resistencia para acuñar y troquelar, entre
otros).
Fibra corta
La fibra corta se extrae de árboles como el abedul, haya y eucaliptos. Brasil es
un gran exportador de esta fibra, la cual aporta las siguientes cualidades
estéticas al papel:
Propiedades visuales y táctiles a la superficie
Superficie más pareja ambos tipos de fibras se utilizan en la fabricación del
papel, mezclándose convenientemente según sea el tipo de papel que se
desea obtener.

4.6.2 Cargas

Las cargas son elementos minerales, tales como Talco, Calcio y Caolín, los
que quedan retenidos entre las fibras. Al tener una mayor densidad que la
celulosa, las cargas varían el peso específico del papel, por lo tanto su
porcentaje debe ser controlado según el papel que se desea fabricar.
Ejemplo: Papel Voluminoso = Menos carga
Características que proporcionan las cargas al papel:
Mejoran su opacidad, aportando una menor transparencia
Mejoran su blancura, ya que las cargas minerales son blancas
Mejoran su imprimibilidad, ya que disminuyen el grado de absorción del papel,
otorgando un mayor realce de las tintas.

4.6.3 Aditivos

Además de las fibras y de las cargas, el papel contiene aditivos, algunos de
ellos específicos, para conseguir características determinadas. Los más
utilizados son los siguientes:

4.6.3.1 Encolado: Ayuda a impermeabilizar el papel. Existen dos tipos de
encolado:
Encolado en masa: mayor resistencia a la humedad.
Encolado superficial: mejora el realce de las tintas

32

4.6.3.2 Colorantes: Son los responsables de dar color al papel.

4.6.3.3 Blanqueadores ópticos: Ayudan a dar mayor blancura al papel.

4.6.4 La lignina

La Lignina es un componente natural, amorfo, de color oscuro, que une
fuertemente las fibras entre sí (pegamento). La presencia de lignina en la
elaboración de un papel es la responsable de: el envejecimiento acelerado
(tendencia a ponerse amarillento), ya que la lignina reacciona a la luz
produciendo este efecto. En la elaboración del papel hay que extraer la lignina,
para lo cual existen dos procesos:
Proceso químico
Proceso mecánico

4.6.4.1 Proceso químico

La pasta química se obtiene tratando químicamente la madera, para lo cual se
utiliza reactivos como el sulfuro sódico y la soda cáustica. Ya que es un
proceso bastante energético, se logra extraer gran parte de la lignina facilitando
el blanqueado de la pasta y como consecuencia el papel perdura más en el
tiempo. El blanqueado de la pasta suele hacerse por derivados del cloro o del
oxígeno. Este último elemento tiende a utilizarse cada vez más por razones
ecológicas.

4.6.4.1 Proceso mecánico

La pasta mecánica se obtiene tratando la madera en base a muelas cilíndricas
que desfibran por medio de frote y molienda. Con ayuda de agua se evita que
la fibra se queme y, además, ésta sirve como vehículo de la lignina.13

13
COMPOSICIÓN DEL PAPEL.A prueba de blogs.
http://bighermanos.wordpress.com/2007/06/12/composicion-del-papel/

33

4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A
PARTIR DE PAPEL

4.7.1 Ventajas

Las ventajas que tiene producir etanol a partir de papel es que se utilizan los
desechos de este que van parar en la basura, además con la producción de
etanol se colabora con el medio ambiente ya que produce entre un 40% y 80%
de gases invernadero en comparación de los combustibles como el petróleo y
sus derivados, en el aspecto económico la producción de etanol es una buena
opción ya que este es un biocombustible y se podría ir alternando con el uso
del petróleo y sus derivados combustibles.

4.7.2 Desventajas

4.7.2.1 Nueva vida para la industria de la celulosa y el papel

Es importante destacar que la industria de la celulosa y el papel ya tiene
acceso o es propietaria de amplias áreas de bosques y/o plantaciones. La
producción de etanol podría ser un subproducto que la ayudaría a abaratar la
producción de celulosa y por ende a expandirse aún más. Eso provocaría un
incremento del madereo en los bosques o la expansión de las plantaciones de
monocultivos de árboles o ambos. 14

4.7.2.2 Más poder a las grandes empresas

La energía no es solo un tema tecnológico sino también una cuestión de poder.
Para empresas como Shell, por ejemplo, poco importa si sus productos son
ambientalmente sanos o no. Lo que importa es la rentabilidad, que a escala
global solo es posible a través del poder. Tal poder es alcanzado, entre otras
cosas, a través de la centralización y la concentración. Lo mismo puede ser
dicho de otras grandes empresas ahora involucradas en etanol celulósico, tales
como International Paper, General Motors, Dupont, Syngenta. 15

4.7.2.3 Conglomerados más poderosos

Las empresas involucradas no solo se están volviendo más poderosas, sino
que al mismo tiempo están haciendo alianzas estratégicas que las harán aún

14
15

34

más fuertes. Por ejemplo, el matrimonio entre las industrias del petróleo, del
automóvil, de la celulosa y el papel y de la biotecnología, sin duda acrecentará
su poder. 16

4.7.2.4 Mayor escala y concentración

De acuerdo con la forma en que este negocio se viene desarrollando, la
materia prima se obtendrá tanto a través del madereo a gran escala de
bosques como de plantaciones a gran escala de árboles, en su mayoría
instaladas en el Sur. Como resultado de esto, tanto los recursos boscosos
como las tierras quedarían directa o indirectamente concentradas en manos de
grandes empresas. Al mismo tiempo, la producción y distribución del etanol
celulósico se concentraría en unas pocas grandes empresas con la necesaria
capacidad técnica y financiera para la producción y distribución a gran escala,
así como acceso al redituable mercado energético del Norte industrializado. 17

4.7.2.5 Menos inversión en tecnologías mejores

Tal como lo plantea Scott Quaranda de la estadounidense Dogwood Alliance:
“el etanol celulósico es una falsa solución, que debería ser dejada de lado para
dar lugar a soluciones más positivas. Los biocombustibles han servido como
una distracción y han desviado fondos que podrían haberse utilizado en
tecnologías más comprobadas o prometedoras en las áreas de conservación y
eficiencia energética, en energía solar, eólica y en base a hidrógeno, entre
otras”.

En conclusión el uso a gran escala de bioetanol a partir de papel sería un gran
problema para el medio ambiente, sería desastroso para los árboles y el medio
ambiente en general ya que sin árboles se reduce la cantidad de oxígeno y la
cantidad de contaminación atmosférica aumenta.18

4.8 IMPACTOS AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A
PARTIR DE PAPEL

En el ámbito de la contaminación del aire de las ciudades, la contribución a la
mejora de la calidad del aire por el uso de biocombustibles es poco significativa
cuanto mejor sea la calidad del combustible convencional (especialmente el
contenido en azufre) y menor la edad de parque vehicular. Respecto a la
contribución de los biocombustibles a la reducción de emisiones de gases de

16
17
18

35

efecto invernadero, los estudios de ciclo de vida muestran en general
reducciones de mayor o menor cuantía en comparación con los combustibles
fósiles. No obstante, recientes estudios que incorporan el cambio de uso de
suelo en los análisis de ciclo de vida o frecen resultados muy negativos de
incremento de las emisiones de GEI.

El principal riesgo ambiental es la ocupación de áreas naturales para el cultivo
de las materias primas de los biocombustibles, ya sea de manera directa, o
bien como efecto de la sustitución y del desplazamiento de otros cultivos. Esta
situación puede generar la pérdida de áreas naturales, que juegan un papel
crucial en la provisión de bienes y servicios ambientales y contribuir al aumento
de las emisiones de gases de efecto invernadero por la vía del cambio del uso
del suelo.19

19
Impactos ambientales asociados a los biocombustibles. Fuente José Javier
Gómez, José Luis Samaniego, Mariana Antonissen. Consideraciones
ambientales en torno a los biocombustibles líquidos.http://www.gtz-
cepal.cl/files/consideraciones_ambientales.pdf

36

Figura 4. Impactos ambientales asociados a los biocombustibles. Fuente José
Javier Gómez, José Luis Samaniego, Mariana Antonissen. Consideraciones
ambientalesen torno a los biocombustibleslíquidos.http://www.gtz-

37

CIBERGRAFÍA

RAYÓN, Alex. La.http://alexrayon.tumblr.com/post/1108423122/la-historia-del-
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Andes.2012.http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0
12149932009000100014&lng=pt&nrm=

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12149932009000100014&lng=pt&nrm=

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, La biomasa Lignocelulósica como
materia prima para la producción de etanol.http://www.engormix.com/MA-
agricultura/maiz/articulos/biomasa-lignocelulosica-como-materia-t1463/p0.htm

V CONGRESO IBEROAMERICANO DE INVESTIGACION EN CELULOSA Y
PAPEL 2008
CIADICYP Octubre 2008, Guadalajara, Jalisco, México. Proceso general de
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Alcohol a partir de Biomasa Lignocelulósica. Asociación Interciencia, 2012.
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S0378-
18442005001100005&script=sci_arttext
ALCOHOL LIGNOCELÚLOSICO. MITOS Y REALIDADES. Verónica Navarro,
p. 2

http://www.monografias.com/trabajos82/alcohol-lignocelulosico-mitos-y-
realidades/alcohol-lignocelulosico-mitos-y-realidades2.shtml

JAMES S. HAN, “PROPERTIES OF NON WOOD FIBERS”, USDA FOREST
SERVICE, FOREST PRODUCTS LABORATORY, MADISON WI 53705-
2398.USA, (1998).Esquema general del proceso de producción de etanol a
partir de material lignocelulósico.
http://cnea.cicataqro.ipn.mx/cnea/files/BM05P.pdf


COMPOSICIÓN DEL PAPEL.A prueba de blogs.
http://bighermanos.wordpress.com/2007/06/12/composicion-del-papel/

Impactos ambientales asociados a los biocombustibles. Fuente José Javier
Gómez, José Luis Samaniego, Mariana Antonissen. Consideraciones
ambientales en torno a los biocombustibles líquidos.http://www.gtz-

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