Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA Integración de Biotecnologías Avanzadas para Acelerar el Camino a la Comercialización desde Biomasa a la Producción de Etanol Celulósico Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA Head of Bioenergy and Biorefineries Initiative Biotechnology Center of Excellence Corporation (BCEC) m.baez@bioenertec.com www.BioAmericas.org 1er Congreso Internacional de Biocombustibles Mayo 7 y 8, 2008 Guadalajara, México.

AGENDA Introducción General Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM) 3. Ciencia y Plataformas Tecnológicas 4. Configuración de Procesos 5. Plan Estratégico para México y Latin América “Estratégia de Cinco Niveles”

85%< Reducciones de GHG’s El Cambio Climático y su Impacto en el Entorno Ecológico es Irreversible Protocolo de Kyoto naciones indust. reducir 5% emisiones de CO2 para el 2010 A largo plazo 50%< es requerido para estabilizar niveles de CO2 en la Atmosfera Biocombustibles Utilizando Lignocelulosa 85%< Reducciones de GHG’s Mezclas Etanol-Gasolina E10 Reduce 3% GHG E85 reduce 31% GHG Mezclas de Etanol (Maiz) E10 reduce Emisiones GHG 38% E85 reduce emisiones GHG 41%

Retos y Oportunidades

Drivers Externos y Panorama Global Precio del Petróleo y Gasolina (Transporte) Oferta/Abastecimiento y Demanda Global Instrumentación de los Estándares para Carburantes y Política Energética Precio y Abasto de Almidón (Maíz) para Prod. Etanol vs otros Rec. Caña, Trigo, Sorgo, Café Existencia de Estándares para Combustibles Renovables Marcados para co-productos (DDG’s) del Maíz-Etanol Proc. Precio y Abasto de la Biomasa Agricola Cuanto se puede colectar y costo? Infraestructura necesaria para la colección, almacenamiento y entrega? Existen otros Mercados Alternativos que Puedan Competir con la Producción de Etanol? Regulación y Política Ambiental a nivel Nacional Mitigar Efecto Invernadero, Impuestos en Carbón y otros Instrumentos Disponibles.

Necesaria una Transición más Dinámica de la Economía Basada en el Petróleo hacia una Economía Basada en los Recursos Agrícolas “Biomasa Vegetal Renovable” ● Incentiva la Economía Nacional e Impulsa el Desarrollo Económico Regional ● Alta Prioridad: La Producción de Alimentos se Preserva y se Coadyuva “Promover Sinergias Productivas Intersectoriales” ● Nueva Estratégia Nacional contra el Cambio Climático ● Impulso de Energías Alternativas más Eco-Eficientes ● Interconección Estratégica de los Sectores Agrícola, Energético e Industrial ● Preservar en Forma Racional y Sostenible el Entorno Ecológico

Transformando Residuos Celulósicos Agrícolas e Industriales en Energía Renovable Lignocelulosa

Demanda Global 75bn gallons, para cubrirse via 15bn biodiesel, 20bn etanol cereales, and 40bn residuos y conversión de biomasa

Beneficios de la Bioeconomía una Verdadera Revolución Verde Convencional Petróleo Relleno Sanitario o Incineración Procesos Materias Primas No-Renovables Productos Desecho Tecnología Verde Biomasa (Desensamblaje, recuperacion y reciclado) Bioprocesos Bioproductos Recursos Bióticos Renovables Ciclo Sustentable Sub-productos Reciclado de biorecursos

Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Revolución Verde

Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Revolución Verde

Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM)

Transformando Residuos Cellulósicos Agrícolas e Industriales en Energía Renovable Lignocelulosa

Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Energía Verde Medio Ambiente Agrícola Energético Economia Industrial

Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Energía Verde Interfaces Tecnológicas Multisectoriales ITM’s Medio Ambiente ITM ITM ITM Agrícola ITM Energético Economia ITM ITM ITM Industrial Data Bridges K. Engineering Intellectual Property P. ITM’s Acelerar Comercialización

Sectores Clave Agrícola y Forestal para Impulsar Biorefinerias en la Producción de Energia, Materiales y Prod. Químicos Alternativas para Promover la Bioeconomía Nacional II III Nuevos Recursos de Biomasa (cultivos, forestal, esquilmos) Para la nueva generación de Biocombustibles, Quimicos y Materiales Beneficios Nacionales -Seguridad, Economía, Ambiental, Sustentabilidad Cultivos Extensivos para Primera Generación de Biocom Bustibles, Prod. Quim. y Materials. I IV Nuevas Variedades Agrícolas Mejoradas via Sistemas Moleculares Modernos y Plataformas Tecn. Avanzadas Productos y Cultivos Agricolas, Prod. Forestales para Alimentos, Fibras y otros Usos Industriales Nuevos Cultivos/Biorecursos Enfocandose a Mercados de Valor Agregado Local, Nacional e Internacional

Ciencia y Plataformas Tecnológicas

Acelerar el Desarrollo y Conocimiento Sistemático para Beneficio de la Humanidad

Integración de Tecnologías de Punta para Acelerar la Producción Costo-Eficiente y Comercialización de los Biocombustibles Microbiología Ferment. a Larga Escala Genómica Biología Sintética Ingeniería Metabólica Proteómica Optim. de Líneas Celulares

Integración de Tecnologías de Punta para Acelerar la Producción Costo-Eficiente y Comercialización de los Biocombustibles Integracion de Tecnologias Avanzadas Para Acelerar La Prod. Costo-Effectiva de Biocombustibles Celulosicos

Producción de Bioetanol Utilizando Material Lignocelulósico Enzimas: Cellulasas, Hemicelulasas Materias Primas Etanol Pretratamiento Glucosa, xylosa Sacarificación Fermentación

Introducción al Proceso de Hidrólisis Enzimática Etapas para la Producción de Bioetanol apartir de Materiales Lignocelulósicos PRETRATAMIENTO TERMOMECANICO TERMOQUIMICO FIBRAS SUSCEPTIBLES A HIDROLISIS ENZIMATICA MEDIO ACIDO CELULOSA HEMICELULOSE AGUA (+) GLUCOSA PENTOSAS HIDROLISIS ENZIMATICA “Sacarificacion” FERMENTACION ( + ) LEVADURA 1 MOSTO GLUCOSADO MOSTO DE ALTA PENTOSA LEVADURA 2 CERVEZA + BIOXIDODE CARBONO BIOXIDO DE CARBON DESTILACION ( + ) PROCESO FISICO CERVEZA ETANOL (+) SUBPROD.

Coproductos del Bioetanol Hidrolizados Cellulose (Glucose) Biomasa Celular Enzimas (Proteinas, Peptidos) Hidrolizados Hemicelulose (Xylose) Residuos Líquidos del Process Pretratamiento e Hidrólisis de la Hemicellulosa Pretratamiento e Hidrólisis de la Hemicellulosa 1o Hidrólisis Enzimática de la Celulosa 1o Hidrólisis Enzimática de la Celulosa 2o Hidrólisis Enzimática & Fermentatión 2o Hidrólisis Enzimática & Fermentatión Recuperación del Etanol & Purificación Recuperación del Etanol & Purificación Biomass EtOH Lignina Soluble (Prod. Fenólicos de Bajo MW) Residuos Sólidos Del Proceso Residuos Solidos del Process Lignina Insoluble (Prod. Fenólicos de Alto MW)

Fuentes Renovables de Biomasa Lignocelulósica Bagazo de Caña Fibra de Maíz

Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica Celulosa Lignina Región Amorfa Pretratamiento Región Cristalina Hemicelulosa o Almidón

Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica Incrementando Eficiencía Catalítica A nivel Comercial es Necesaria una Combinación Óptima de Celulasas y Hemicelulasas Producidas en el Mismo Sistema de Expresión

Tejidos Vasculares Recalcitrantes Tinsión Clorito-Sulfito Biodegradación Celulosa 39%-43% Hemicelulosa 20% Lignina 22% Ref. D.E.Akin, 2006

Tinsión con Floroglucinol Biodegradación Ref. D.E.Akin, 2006 Tejidos Recalcitrantes no-degradables = Epidermis, Anillos del Esclerenquima y ring, Zonas Vasculares

Configuración de Procesos

Regulación & Expresión Inducción, De-represión Estratégias para la Reducción de los Costos de Proceso Integración de Proceso Manufactura y Economias de Escala Regulación & Expresión Inducción, De-represión Genómica Incrementar Eficiencia Catalítica Organismo Etanologénico Enzimas

Etanol Celulósico: Ruta hacia la Comercialización BIOMASA PRODUCTION DE ENZIMA HYDROLISIS DE CELULOSA RECUPERACION DEL ETANOL FERMENTACION DE GLUCOSA PRETRATAMIENTO FRACCIONACION HIDROLISIS DE HEMICELLULOSA FERMENTACION DE PENTOSAS BIOREFINERIAS PROD. QUIMICOS EN BASE A CARBOHIDRATOS UTILIZACION DE LIGNINA

Pretratamiento Facilita la Conversion de la Hemicelulosa a Xilosas y Arabinosas Monomericas Incrementa la Susceptibilidad de las Fibras de Celulosa a la Hidrólisis Enzimática Condiciones de Proceso` Niveles Termoquímico Dilute Acid Concentración de Sólidos en Reactor 30 % Tiempo de Residencia 2 min Ácido Sulfúrico 1.1 % Temperatura 190 °C Explosion de Vapor 10< min

Efecto del Nivel de Sólidos en la Prehidrólisis de la Biomasa Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Concentración de Sólidos en Reactor

High Yield of Fermentable C5’s and C6’s Descubrimiento de Nueva Generación de Enzimas Especificas Multiples Substratos Residuos Agric. Bagazo de Caña DDG’s Paja de Maíz Paja de Trigo Pretratamientos Alternativos Nueva Generación de Enzimas y Microbios (Ing. Metabólica) Altos Rendimientos de Azúcares Fermentables C5’s and C6’s High Yield of Fermentable C5’s and C6’s

Configuración de Proceso: La Hidrólisis Enzimática Independiente de la Fermentación (SHF) Producción de Enzimas Procesamiento De Solidos Residuales Homogenización Pretratamiento Ácid Diluido Hidrólisis Enzimática de la Celulosa Fermentación Hidrolizados de Hemicelulosa Hidrolizados de Celulosa Recuperación del Etanol

Configuración del Proceso Enzimático en la Sacarificación y Cofermentación Simultáneas Procesamiento de Solidos Residuales Homogenización Pretratamiento Ácido Diluido Producción de Enzimas Hidrolizados de Hemicelulosa Sacarificacion y Co-fermentación Simultaneas Recuperación Del Etanol NREL, Desarrollo de el Proceso de Etanol

Integración de Etapas para Consolidar un Bioproceso Económico y Eficiente Biomasa Agr. Pretratada Sacarificación & Fermentación Simultanea Proceso Comercial FACTORES CLAVE Sacarificación Inicial Recuperación y Destilación de Producto

Proceso de Sacarificación y Fermentación Variaciones del Tiempo de Residencia en la Fermentación y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Periodo de Fermentación (días)

Proceso de Sacarificación y Fermentación Niveles de Conversión (%) Hidrólisis de Celulosa - Fermentación de Glucanos y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) % Conversion Sacarificación y Fermentación de Glucanos

Proceso de Sacarificación y Fermentación Niveles de Conversión (%) Diferentes Azucares Fermentables de Biomasa Lignocelulosica y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Glucosa 95% + Otros Azύcares Fermentables 80%< + Xilosa 80%< + Arabinosa 80%<

Estratégias para la Reducción de Costos Reducción del Costo de Capital Expansión de la Planta Existente Cerca de una Planta de Cogeneración de Energia (carbon) Ubicarla entre el Ingenio y la Planta de Energia Excelente Sinergia con el Sistema Actual: Mismo lugar, mismo producto Reducir el Costo de Capital Mediante Fuentes Alternativas de Financiamiento Prestamos de Garantia Deducciones y Beneficios de Impuestos Municipal/Estatal/Federal

Plan Estratégico para México y Latin América Estratégia de Cinco Niveles

Hidrólisis Enzimática Productos Intermedios Productos Intermedios REFINERIAS DEL FUTURO Plataforma Carbohidratos Hidrólisis Enzimática Derivados de Lignina Productos Intermedios Azúcares y Lignina Biomasa Residuos Agric. Cultivos Energeticos Productos Combustibles Químicos Calor y Potencia Biorefinerias Plataforma Termoquímica Pirólisis Gasificación Productos Intermedios Gaseosos y Líquidos

Procesos de Conversión REFINERIAS DEL FUTURO…….HOY! Recursos Renovables para la Producción De Combustibles y Productos Químicos ● Alimentos y Fibras ● Ingredientes ● Combustibles ● Química Fina ● Polímeros ● Solventes ● Plásticos ● Textiles ● Adhesivos ● Pigmentos ● Lubricantes, etc… Procesos de Conversión

Estratégia de Cinco Niveles ● Estratégia de Interfases Tecnológicas Multisectoriales ITM por regiones. ● Conectando Interfases a través de “Puentes de Información” para generar mas “know-how” sostenible via un “Mapa Tecnológico” ● Crear un Mapa Tecnológico por Regiones y Fortalecer Protección de la Propiedad Intelectual en el sector Bioenergético ● Mejora en Reforma Interna Regulatoria para evitar inhibir el desarrollo de Sectores industriales emergentes, inversiones y comercialización de los Biocombustibles. ● Mayor Inversiones en I&D e Incentivar la colaboración internacional

Integrando Sinergias Sectoriales para Potenciar sus Beneficios Tecnológicos y Económicos a Nivel Regional y Nacional Industria Agricultura Energίa

Múltiples Beneficios de las Bioenergías Renovables ● Económico Reducir costos y mejorar calidad en productos y derivados Nuevos Productos & Oportunidades de Mercado Independencia Energetica (Recursos Alternativos) & Mejora la Competitividad y la Balanza de Negocios Nacional e Internacional en Todas las Áreas Productivas Asociadas ● Ambiental Previene la Contaminación, Reducción de las Emisiones de Gases (GHG) y otros Tóxicos Biocombustibles ‘verdes’, Productos Químicos y materiales Productos Reciclables y Biodegradables ● Social Crecimiento y Diversificación de la Economia Rural Las Economías Emergentes pueden accesar la Bioeconomía Mejoramiento en la Calidad de la Vida y Salud Humana a traves de un Medio Ambient mas Límpio

Fortalecimiento de la Economía Basada en los Recursos Renovables, Potenciando la Agricultura, El Sector Energético y la Industria, Preservando el Medio Ambiente Biomass Based Economy Petroleum Based Economy

El futuro es promisorio para todos es verdad que para el bioetanol lo mejor esta por llegar…… Arnold L. Demain MIT Emeritus Professor

GRACIAS

Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA Integración de Biotecnologías Avanzadas para Acelerar el Camino a la Comercialización desde Biomasa a la Producción de Etanol Celulósico Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA Head of Bioenergy and Biorefineries Initiative Biotechnology Center of Excellence Corporation (BCEC) m.baez@bioenertec.com www.BioAmericas.org 1er Congreso Internacional de Biocombustibles Mayo 7 y 8, 2008 Guadalajara, México.