biorrefineria forestal

7/25/2019 Biorrefineria Forestal

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Dra. Mara Cristina Area


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Dra. Mara Cristina Area


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Vivero Plantacin Madera PoductosintermediosProductos

finales

Investigacin y desarrollo

Estrategias de marketing

Logstica y transporte

Servicios

Capacitacin de Recursos Humanos

CADENA DE VALOR CLSICA

Comercializacin


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TRONCOS

RESIDUOS

FIBRAS

ASERRADODEBOBINADO

TABLEROSENERGA

PULPAPAPELCARTN

CADENA DE VALOR CLSICA DELA INDUSTRIA FORESTAL

VIVERO

PLANTACIN


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NUEVOS ESLABONES EN LA CADENADE VALOR

BIOFBRICA

VIVERO

PLANTACIN

TRONCOSASERRADODEBOBINADO

FIBRAS

PULPAPAPEL, CARTNTABLEROSOTROS

BIO QUMICOS(alto valor)

ENERGA BIOETANOL (2 G)BIOGAS

QUMICA FINA

ENERGA LEA

TABLEROSRESIDUOS


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BIORREFINERA FORESTAL

Estructura que integra procesos deproduccin de combustibles y productosqumicos a partir de biomasa

(polmeros, plsticos, otros, etanol,biogs, otros combustibles, etc.)

Concepto anlogo al de refineras depetrleo

Pero usando recursos renovables


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BIORREFINERA FORESTAL

Parte de una produccin forestal sustentable

Aprovecha todo el rbol (inclusive residuos)

Genera: productos tradicionales

+

gama de productos qumicos de alto valor agregado

Valoriza la materia prima forestal


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Biomasa

Plataforma bioqumica

(de azcares)

Plataforma termoqumica(Syngas)

CombustiblesQumicosMateriales

Energa

Residuos

Pirlisis

Gasificacin

Combustin

Pulpado

Fraccionamiento


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PLATAFORMA TERMOQUMICA

Basada en la conversin termoqumica de labiomasa Gasificacin:

Reaccin a temperatura elevada (>700 C) sincombustin, con cantidades controladas de O2o vapor

Pirlisis Descomposicin qumica por calentamiento en ausencia

de O2

Transforma la biomasa o una de sus fracciones engas de sntesis (H2+CO) + otros compuestos

Syngas (biogas)

Subproductos de procesos de conversin


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PLATAFORMA QUMICA

Basada en procesos de conversinqumica y bioqumica

Bioetanol por fermentacin de los azcares

de la biomasa

Mltiples productos de alto valor mediante

procesos qumicos o bioqumicos


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PRODUCCIN DE BIOETANOLCELULSICO (2da generacin) Preparacin del material

Recoleccin, manipulacin, almacenamiento Pretratamiento quimi-termo-mecnico

Depolimerizacin parcial de la lignina yruptura de la estructura de la celulosa

Digestin qumica o enzimtica Liberacin de la glucosa fermentable(sacarificacin)

Fermentacin Conversin de glucosa en etanol (proceso clsico

usando levaduras) Destilacin del alcohol

Obtencin del biocombustible


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PRODUCCIN DE BIOETANOLCELULSICO

Ventajas

Es carbono neutral

Gran disponibilidad y bajo costo de la

materia prima

No compite con alimentos

O2CO2SOL

X X


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Cadenas de Celulosa Sacarificacin

Lignina

Celulosa

Hemicelulosas

Fibrilas

Microfibrilaelemental

HemicelulosasCelulosa

Fermentacin

DestilacinBioetanol

Celulosacristalina

Hemicelulosas


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PRODUCCIN DE BIOETANOLCELULSICO Inconvenientes

Necesidad de desestructurarel materiallignocelulsico para liberar la celulosa

Elevada demanda energtica global delproceso

Generacin de inhibidores de la fermentacin

Efluentes lquidos con altos slidossuspendidos, DBO y DQO


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PRODUCCIN DE BIOETANOLCELULSICOPara logar su factibilidad econmica:Reduccin del consumo de energaReduccin de los costos de inversinReduccin de los costos de operacin:Diversificacin de la produccin

Los productos industriales basados en labiomasa pueden competir con lospetroqumicos si las materias primas sonptimamente aprovechadas


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MATERIAS PRIMAS PARA LABIORREFINERA

Cualquier biomasa lignocelulsica.

Cultivos energticos

Ricos en fibras, cultivados para la obtencin de

energa

Residuos de actividades agrcolas y forestales

Primarias e industriales

Combinacin de ambos


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UNA REFINERA PARA CADA MATERIA PRIMA

Residuos agroforestales de la regin NEA

Residuo forestoindustrial (aserrn)Residuo

agroindustrial

Componentes

Pino

ellioti

Pino

taeda Eucalipto

Algarrobo

negro Bagazo

Cscara

de arrozCelulosa 43,2 40,6 41,8 34,1 43,1 34,1

Hemicelulosas 24,7 20,2 12,1 15,2 27,2 15,8

Lignina 27,7 29,2 31,3 33,2 21,3 19,0

Extractivos 4,7 2,2 7,9 14,6 4,6 8,2

Cenizas 0,3 0,5 0,7 0,5 1,5 15,0

%, g/100 de materia prima en base seca


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Composicin qumica de las hemicelulosas deresiduos agroforestales de la regin NEA

Residuo forestoindustrial (aserrn)Residuo

agroindustrial

Pino

ellioti

Pino

taeda Eucalipto

Algarrobo

negro Bagazo

Cscara

de arrozGlucanos 2,4 1,9 - - - -

Xilanos 7,5 7,2 10,7 12,6 23,8 13,1

Arabinanos 1,1 1,2 n.d. 0,7 1,7 1,5

Mananos 10,1 7,7 - - - -

Galactanos 2,5 2,3 - - - -

Acetilos 1,1 1,8 1,4 1,9 1,7 1,2

%, g/100 de materia prima en base seca - n.d.: no detectado


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Productos no tradicionales que puedenobtenerse a partir de la celulosa

Recurso Producto

Fibras celulsicas

Biofibras

Nanofibras /

Nanocristales de celulosa

Celulosa de alto peso molecular Celulosa microcristalinaCarboximetilcelulosa

Oligmeros y glucosa

Etanol

cido lctico

SorbitolGlutamato monosdico /

cido glutmicoProductos de degradacin de la

glucosa

HMF

cido levulnico


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Productos que pueden obtenerse a partirde las hemicelulosas

Recurso ProductoHemicelulosas de alto peso

molecular Filmes polimricos

Oligmeros y xilosa

Etanol

Xilitol

Butanol

2,3-ButanodiolProductos de degradacinde la xilosa

Furfural

cido levulnico


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Productos que pueden obtenersea partir de la lignina

Recurso ProductoLicor residual de laindustria papelera

Combustible

Lignina como polmeros

DispersantesEmulsificantesSecuestrantes

AditivosAdhesivos

Co-reactivo de polmeros y resinasMonmeros de lignina Vainillina

Productos de degradacinde la lignina

Dimetilsulfuro (DMS)Dimetilsulfxido (DMSO)

Gas, aceite y carbn


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Caso 1


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Fbrica actual: biorrefinera no optimizada

O2

CO2ENERGA

SOL

CO2GENERACIN ENERGA:

CALDERA DE RECUPERACINCALDERA DE POTENCIA

InsumosProductos intermedios

Productos finales

LICOR NEGRORESIDUALES

VAPORENERGAQUMICOS

PULPA

PAPEL

+

Fb i d l f t bi fi


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Fbrica del futuro: biorefineraoptimizada

O2CO2

Combustibles

lquidosQumicosPulpa de alto valorLICOR NEGRO

RESIDUALES

VAPORENERGAQUMICOS

CELULOSA

HEMICELULOSASLIGNINAEXTRACTIVOS

SOL

PULPA

Insumos

Productos intermediosProductos finales

GASIFICACIN LNGASIFICACIN RESIDUOS MADERA

GENERACIN CICLO COMBINADOMODIFICACIN QUMICAPURIFICACIN

+

PAPEL


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EJEMPLO 1

Fibria (Brasil) invirti U$S 20 millones en accionesde la empresa americana ENSYN (6% del capital)

Exclusividad de uso de tecnologa de pirlisis RTP(rapid thermal processing) en Brasil

Tecnologa aplicable a residuos agroforestales Las materias primas se ponen en contacto con arena

caliente (500C) por pocos segundos.

Esto resulta en el craqueo trmico de la materia primagenerando gases y vapores.

Los vapores se enfran rpidamente y se recuperancomo un lquido claro (RFO: Renewable Fuel Oil).

El gas se usa para energa.


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EJEMPLO 2

Domtar ha iniciado con xito una planta comercial deseparacin de lignina con sistema LignoBoost enPlymouth, North Carolina (USA).

Esta lignina kraft pura tiene uso directo comocombustible.

Se estn probando adems otras aplicaciones, talescomo antioxidantes, aglutinantes y dispersantes. LignoBoost de Metso es un sistema completo que extrae

lignina del licor negro Kraft.

Es una solucin cuando la caldera de recuperacin es elfactor limitante del aumento de capacidad de fabricacin depulpa

Si se elimina 25% de la lignina del licor negro, el aumento decapacidad de la caldera permite 20-25% ms de produccin

de pulpa.


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Caso 2


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BIORREFINERA DE PLATAFORMAQUMICA A PARTIR DE RESIDUOS DE

BIOMASA

Fraccionamiento

Purificacin de lafraccin slida

Uso del slido Fabricacin desubproductos

Separacin y

purificacin de

componentes del

lquido

Fabricacin de

subproductos


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Esquema tecnolgico para el aprovechamientointegral del aserrn de pino


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Obtencin de cidos orgnicos a partir del licor(hemicelulosas y azcares)


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Obtencin de vainillina a partir del licorresidual del fraccionamiento alcalino


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Obtencin de productos de alto valor apartir del material celulsico


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CONCLUSIONES

La biorrefinera permite:

Mejorar la rentabilidad del sector forestal

Convertir una industria tradicional en moderna

Desarrollar polos industriales a partir de biomasa

Disminuir la contaminacin ambiental


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BIBLIOGRAFIA

Libro: Biorrefinera a partir de residuos

lignocelulsicos. Conversin de residuos a

productos de alto valor Area, M.C., Vallejos, M.E. (Editoras) Editorial Acadmica Espaola. AV Akademikerverlag GmbH & Co. KG,

Heinrich-Bcking-Strae 6-8, 66121 Saarbrcken, Alemania. 191 pag.2012. ISBN 978-3-659-05295-8.

Proyecto: Biorrefinera a partir de residuosde industrializacin primaria de la madera

PIP CONICET / PICTO-UNaM


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Ensayos fsicos

Instrumental

Qumico

Planta pilotoMicroscopa

PROCYP PROGRAMA DE CELULOSA Y PAPEL)


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Miembros

20 miembros, incluyendo investigadores, tcnicos, tesistas y becarios


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[email protected]

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