Producción de bioetanol


El proceso se inicia con la molienda de la caña de azúcar en un trapiche, para luego separar el jugo azucarado de la fibra. El jugo se procesa para obtener azúcares
y alcoholes. La fibra, llamada bagazo, se utiliza como combustible en calderas que producen vapor con el que se mueven las turbinas y la usina eléctrica del ingenio.

Etapas del proceso


Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o (en última instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada más adelante en el proceso de fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado grande del alcohol.

Conversión: La conversión es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida.

Fermentación: La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol.

Destilación o Deshidratación: La destilación es la operación de separar, mediante calor, los  diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua). Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada.

Nuestro sistema de deshidratación utiliza ciclo hexano el cual forma mezclas ternarias con el alcohol y el agua, que al vaporizar y condensar se produce una separación de fases: a) Fase “liviana” compuesta por un 94.7 % de ciclo hexano – 5.1% alcohol etílico – 0,2% agua b) Fase “pesada” compuesta por: 63 % etanol – 17% de agua – 20% ciclo hexano La fase “pesada” es la que se retira del proceso de la columna de deshidratación para separar en otra columna (recuperadora) el agua del resto de alcohol y ciclo hexano, volviendo estos dos últimos a la columna deshidratadora, eliminando el agua por la parte inferior de la columna recuperadora.

En todo sistema de destilación, priva la diferencia de puntos de ebullición, los cuales se ubicarán de mayor a menor desde la base de la columna hasta el tope o cabeza de la misma. Por ello, el agua termina eliminada por la parte inferior de la columna recuperadora (p.e. 100 °C), yendo a la cabeza de la misma el alcohol (78,3 °C) y el ciclo hexano (81 °C), en tanto las mezclas ternarias adquieren p.e. mucho más bajos en el orden de 63 °C que se ubicarían en el tope de la columna deshidratadora, permitiendo de esa manera llevar a cabo la extracción del agua del alcohol obtenido por destilación convencional azeotrópica, quedando el alcohol anhidro como el producto de mayor punto de ebullición siendo retirado de la columna deshidratadora por la base de la misma.

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Proceso de elaboración de bioetanol

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Diferencias entre los procesos según la materia prima de origen


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Esquema de la producción de azúcar y bioetanol de caña

 

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Medidas de seguridad


Los biocombustibles son un instrumento muy útil para cumplir las políticas de lucha contra el cambio climático y de seguridad del suministro al reducir la dependencia del petróleo. Por todo ello, el futuro a corto plazo de los biocombustibles se presenta prometedor, siendo necesario incrementar de manera significativa la producción de éstos mediante el uso de procesos innovadores, tecnologías y materias primas que sean competitivas y respetuosas con el medio ambiente.

Afinidad con el agua

Los sistemas de transporte y almacenamiento deben estar totalmente libres de agua. Incluso pequeñas cantidades de agua en las mezclas etanol-gasolina pueden producir su separación en dos fases, lo que reduce el rendimiento del motor.

El etanol puede actuar como un disolvente que facilita la incorporación de agua a las mezclas de etanol-gasolina. El agua se puede almacenar en pequeñas cavidades de los sistemas con hidrocarburos, tales como cañerías, depósitos o sistemas de alimentación. Este agua, a menudo, contiene impurezas que normalmente no ocasionan problemas debido a que no se mezcla con los combustibles y se pueden drenar periódicamente. La mezcla de gasolina con etanol puede arrastrar este agua e incorporarlo al combustible.

Presión de vapor

Aunque el etanol tiene una relativamente baja presión de vapor, cuando se utiliza como aditivo de la gasolina su presión de vapor efectiva es muy alta, llegando a un valor RVP (Reid Vapor Presure) de 18 psi (124 KPa), lo cual representa una desventaja para su uso. Cuando el etanol se añade a una gasolina formulada adecuadamente, los hidrocarburos con bajo punto de ebullición, como butanos o incluso pentanos, deben ser reducidos para cumplir con las especificaciones de presión de vapor. Valores bajos de presión de vapor reducen las emisiones debidas a la evaporación, en los procesos de llenado de los tanques y almacenamiento del combustible.

Debido a estos beneficios ambientales es de esperar que las especificaciones de este parámetro sigan manteniéndose bajas. En algunos casos, para cumplir especificaciones, es necesario eliminar también el pentano. Esto supone un encarecimiento del proceso de producción de mezclas de etanol y gasolina, por lo que las compañías consideran impracticable reducir más la presión de vapor.

Los motores pueden funcionar exclusivamente con bioetanol, con una adaptación de los motores a este combustible. Los llamados vehículos flexibles (FFV) permiten la utilización de tanto de gasolina como de bioetanol E 85. Estos vehículos utilizan un 15% de gasolina para paliar el problema de la baja presión de vapor y garantizar así el encendido.

En la actualidad se encuentra en fase de experimentación la mezcla del bioetanol con diesel (E diesel). La proporción en la que se está mezclando es entre el 5 y el 15%. Para este tipo de mezcla se necesita la utilización de emulsionantes como aditivos. Con estas mezclas se consiguen combustibles de distintas clases dependiendo de la temperatura de inflamación que tengan.

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Bioetanol y sustentabilidad


La sustentabilidad del proceso es notable. La emisión de CO2 producto de la quema del bagazo en las calderas es absorbida por las plantas en crecimiento,
y lo que no es azúcar embolsado o alcohol, es devuelto al campo donde se originó.
La misma caña provee la energía necesaria para producir alimento (azúcar) y energía (alcohol y energía eléctrica).

El etanol para ser mezclado con naftas dentro del Programa de Biocombustibles Nacional será producido inicialmente por la industria azucarera, incorporando
un proceso adicional llamado “deshidratación”.
Por lo que  las ventajas de la sustentabilidad de esta industria se sumarán a los evidentes beneficios ambientales y económicos que genera consumir
un combustible renovable. Por añadidura, al garantizar el régimen a los productores la colocación del etanol por un plazo de diez años, consolida la situación de
una industria que es la principal fuente de empleo privado del NOA.

La regulación ha establecido que la Secretaría de Energía sea la Autoridad
de Aplicación y como tal, ésta ha diseñado la fórmula para la eterminación del precio del etanol para la mezcla con naftas (en adelante, lo llamaremos bioetanol). Dicho precio se compone de la suma del precio de la nafta a la salida de la refinería más los impuestos específicos; de esta manera, la implementación del plan resulta neutra para el mercado, siendo el costo fiscal relativamente reducido.

La SE también ha establecido las especificaciones de calidad del bioetanol para que sea perfectamente compatible con las naftas.
El bioetanol puede ser mezclado hasta un 25% con naftas sin necesidad de efectuar modificaciones en los motores convencionales, por lo que el 5% del régimen local no tiene efectos sensibles sobre el parque automotor. Inclusive, con anterioridad al régimen podía ser utilizado como mejorador de octanaje y oxigenante en reemplazo de componentes fósiles o contaminantes.

La sustentabilidad del proceso es notable. La emisión de CO2 producto
de la quema del bagazo en las calderas es absorbida por las plantas en crecimiento, y lo que no es azúcar embolsado o alcohol, es devuelto al campo donde se originó. La misma caña provee la energía necesaria para producir alimento (azúcar) y energía (alcohol y energía eléctrica).

 

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