IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 1 Alternativas tecnológicas para la producción de biocombustibles líquidos: etanol.

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1 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 1 Alternativas tecnológicas para la producción de biocombustibles líquidos: etanol y butanol Departamento de Bioingeniería Instituto de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad de la República Uruguay WORKSHOP ACTIVIDADES DE INVESTIGACION Y DESARROLLO ASOCIADAS A BIOREFINERA EN URUGUAY Montevideo, 11 de mayo de 2016

2 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 2  Presentación del grupo de trabajo  Líneas de trabajo asociadas a biorefinería  Capacidades humanas  Capacidades técnicas  Proyectos en ejecución Agenda

3 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 3 Departamento perteneciente al Instituto de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República. Campo de interés: diseño, desarrollo, implementación, operación y optimización de procesos industriales que usan agentes biológicos (bioprocesos). Presentación: ¿quiénes somos? Departamento de Bioingeniería

4 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 4 Cursos de grado Introducción a la Ingeniería Bioquímica Ingeniería Bioquímica Cursos de actualización y posgrado Ingeniería de Bioprocesos Bioetanol Combustible: Producción y Desarrollo Sostenible Fundamentos de la Tecnología de la Fermentación Alcohólica Microbiología Ambiental Otros en colaboración (gestión de cepario, escalado) Principales cursos

5 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 5 Principales áreas de desarrollo Análisis y diseño de biorreactores Modelado de bioprocesos Análisis del ciclo de vida: foco en uso de la energía y emisiones de gases de efecto invernadero Presentación

6 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 6 Principales líneas de investigación Etanol combustible Butanol (vía fermentación ABE / IBE) Enzimas microbianas (proteasas, lipasas) Bioplásticos (PHB) Ácidos grasos polinsaturados (PUFA’s) Pigmentos microbianos Biodegradación de grasas Presentación

7 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 7 Uso de materias diversas y disponibles Procesos flexibles Integración en cadena productiva (sinergia). Seguridad en el suministro Sustitución neta de combustibles fósiles Reducción neta de emisiones de GEI’s Uso de materias primas con bajo requerimientos de recursos (suelo, nutrientes, energía y agua) Criterios de desarrollo sostenible Co-producción: diversificación de productos (biorrefinería) Precio Ventajas frente a otros combustibles Competitividad Biocombustibles: marco de referencia estratégico

8 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 8 Métodos de análisis estandarizados Equipos de ensayos Software : simulación de procesos, análisis del ciclo de vida Infraestructura Cursos de posgrado Tesis y trabajos finales de carrera Cursos para tecnólogosFormación Publicaciones Talleres con sectores Cursos a medida Difusión&Transferencia Principales líneas en biocombustibles: estrategia

9 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 9 Líneas de trabajo asociadas a biorrefinería  Producción de etanol a partir de materiales azucarados: caña de azúcar y sorgo dulce  Producción de etanol a partir de sorgo grano  Producción de etanol a partir de boniato desarrollado para bioenergía  Producción de etanol de pasto elefante (Pennisetum purpureum) y switchgrass (Panicum virgatum)  Producción de etanol a partir de hemicelulosa de eucalipto recuperada previo a un proceso Kraft  Producción de etanol a partir de eucalipto (aserrín)  Producción de butanol combustible a partir de materiales azucarados y lignocelulósicos  Análisis del ciclo de vida de la producción de etanol combustible Financiamiento PDT (DINACYT), CSIC, CSIC–ANCAP, ANII–FSE, ANII Fondo María Viñas, FPTA–INIA, Becas ANII (iniciación y posgrado).

10 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 10 Materiales azucarados Caña de azúcar (jugo y concentrados) Sorgo dulce (jugo y concentrados) Remolacha “alcohóligena” Materiales amiláceos Boniato Sorgo grano Materiales lignocelulósicos Eucalipto Pasto elefante Switchgrass Principales materias primas ensayadas

11 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 11 Etanol Celulosa Hemicelulosa Glucosa Microorganismo / s EnzimasÁcido Bioprocesos de segunda generación: lignocelulósicos Ácido acético, ácidos urónicos Pentosas – C 5 (xilosa, arabinosa) Hexosas – C 6 (glucosa, galactosa, manosa) Pre tratamiento Lignina Calor, Electricidad, Productos, Materiales, etc.

12 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 12 Pretratamiento Hidrólisis de hemicelulosa Ácido Alcalino Explosión Extrusión LHW/Autohidrólisis Biológico Oxidación Organosolv Solventes iónicos Destilación Deshidratación Biomasa lignocelulósica Etanol Bioprocesos de segunda generación: biomasa lignocelulósica Fermentación de pentosas Detoxificación Fermentación de glucosa Hidrólisis de celulosa Neutralización Encalado Extracción con solvente AdsorciónEnzimáticoResinasStripping ÁcidoEnzimáticoBiológico S. cerevisiae recombinante Pichia stiptis (Scheffersomyces stipitis) S. cerevisiae Z. mobilis P. Stipitis C. thermocellum Bioproceso consolidado

13 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 13 MaterialEstudios Pasto elefante ( Pennisetum purpureum ) Caracterización físico química Pretratamiento ácido Pretratamiento alcalino Detoxificación (encalado) Hidrólisis enzimática de celulosa Efecto de surfactantes Fermentación de C5 y C6 Eucaliptus Caracterización físico química Fermentación de azúcares de hemicelulosa recuperados usando licor verde Detoxificación (encalado, extracción) Autohidrólisis / LHW Pretratamiento alcalino Hidrólisis enzimática Fermentación de glucosa Switchgrass ( Panicum virgatum ) Caracterización físico química Materiales lignocelulósicos y procesos ensayados

14 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 14 Estrategia usada para el etanol de pasto elefante

15 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 15 Uso de eucalipto en un concepto de producción de pulpa

16 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 16 Pretratamiento Xilooligómero s Hidrólisis enzimática Fermentación Etanol Xilitol Ácido láctico Furfural Xilosa Polímeros (films) Probióticos Enzimas Etanol Lignina Fenoles Aromáticos Potencia Calor/vapor Switchgrass Destilación Estrategia usada para el etanol de switchgrass

17 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 17 Análisis del ciclo de vida del etanol de sorgo grano: balance de energía

18 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 18 Equipo (Staff) del Departamento de Bioingenería 11 integrantes: 6 nivel posgrado, 5 nivel de grado en Ingeniería Grupo «Bioetanol/Butanol combustible» 6 personas: 3 nivel posgrado 3 nivel de grado en Ingeniería 5 alta dedicación (3 con dedicación total) 1 baja dedicación. Capacidades humanas

19 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 19 Infraestructura básica propia para ensayos en biorreactores de laboratorio (fermentadores), técnicas microbiológicas y analíticas asociadas en un área de 250 m 2. Software para análisis y simulación de procesos: Aspen, SuperPro, SimaPro Acceso a equipos de tratamiento de materiales y de ensayos disponibles en el IIQ (molinos, secadores, viscosímetros, etc.). Capacidades técnicas  Fermentadores: BioFlo, NewBrunswick Scentific (2 L); Biostat A Plus, Sartorius (5 L); Minifors Infors HT (5 L)  Cromatógrafos de gases: Shimadzu GC 14B con detectores TCD y FID; cromatógrafo de gases y Shimadzu GC-2010 Plus AF con detector FID  HPLC Shimadzu Class VP 5.04  Agitadores incubadores orbitales (New Brunswick Scentific e Infors Ecotron); centrífuga refrigerada; banco de flujo laminar, estufas de esterilización y de cultivo; autoclaves.  PCR (termociclador, electroforesis)  Microscopios  Espectrofotómetro

20 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 20 Proyectos actuales  Producción y recuperación in situ de butanol combustible a partir de materias primas azucaradas (CSIC – ANCAP)  Producción de etanol a partir de switchgrass  Producción de butanol a partir de lignocelulósicos (inicio)  Análisis de ciclo de vida de producción de biocombustibles: uso de la energía y emisiones de gases de efecto invernadero  Valorización de residuos forestales: obtención de bioetanol y furfural (en colaboración con el Grupo Forestal y Departamento de Proyecto, IIQ)  Producción de energía, etanol y biomateriales a partir de residuos forestales (a iniciar, en colaboración con el Grupo Forestal y Departamento de Proyecto, IIQ y LATU)  Diseño y evaluación de cepas de Saccharomyces cerevisiae modificadas para co-fermentar xilosa y glucosa a etanol a partir de material lignocelulósico (en colaboración con IIBCE).

21 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 21 Claudia Lareo Daniel Ferrari Mairan Guigou Valeria Larnaudie Eloísa Rochón Florencia Cebreiros Integrantes Colaboradores (tesistas) María Belén Ramírez Laura Camesasca María Pía Olave Lucía Fajardo Virginia Olij Pedro Demichelis Integrantes

22 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 22

23 IIQ – FI - UdelaRInvestigaciones sobre Bioetanol combustible2016-05-11 23 ¿Preguntas? ¿Comentarios? ¿Sugerencias? Gracias!!