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Presentación del proyecto
Conoce sobre el proyecto “Estudio de la viabilidad de producción de bioetanol a partir de la hidrólisis enzimática de la cáscara de la semilla de Jatropha curcas” impulsado por IIGE Ecuador con el apoyo de Cooperación Española
Esquema de producción de bioetanol
Descubre las etapas de conversión de un residuo lignocelulósico a bioetanol
Fases de la investigación
Entérate de las fases realizadas hasta el momento.
Planta Piloto Bioetanol 3D
Conoce de manera interactiva los procesos que se llevan a cabo en la planta piloto de producción de bioetanol. Aquí aprenderás libremente lo que sucede a nivel macro y microscópico
Objetivo del Proyecto
La iniciativa de investigación tiene como propósito estudiar la viabilidad técnica de producir bioetanol a partir de biomasa residual (residuos lignocelulósicos) de manera que se incremente la investigación, el desarrollo, la innovación y la transferencia tecnológica en energía renovable. Para ello, se han desarrollado dos fases de investigación, escala laboratorio y piloto, con la cáscara de Jatropha Curcas conocida en Ecuador como piñón, en las cuales se analizó la viabilidad técnica de obtención de etanol de segunda generación a partir de los residuos de la cáscara de la semilla de Jatropha Curcas y se implementó una planta piloto para este fin.
Esquema de producción de bioetanol a partir de residuos lignocelulósicos
Dentro del esquema propuesto para la investigación se incluyen cuatro etapas principales: pretratamiento hidrotérmico con agua caliente (LHW), hidrólisis enzimática, fermentación alcohólica y destilación. Adicionalmente se incluyen etapas auxiliares de trituración, lavado y filtración. Las variables de operación son monitoreadas en tiempo real durante todo el proceso de transformación fisicoquímica y microbiológica mientras que, los productos intermedios de cada etapa son caracterizados en el Laboratorio de Biomasa del IIGE a través de metodologías y procedimientos de análisis de composición de biomasa propuestos por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL por sus siglas en Inglés) de los Estados Unidos de América.
Fases
Levantamiento de metodologías analíticas para caracterización de residuos lignocelulósicos
La primera fase del estudio inició en el año 2017 con financiamiento de la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo -AECID con la implementación de procedimientos analíticos de laboratorio (LAP) para caracterización de biomasa lignocelulósica acorde a los procedimientos establecidos por el NREL (National Renewable Energy Laboratory).
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Dentro de estos procedimientos, se encuentran: Como parte de la verificación de las metodologías implementadas, se realizó una transferencia de conocimientos entre el Instituto de Investigación Geológico y Energético-IIGE y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas-CIEMAT de Madrid, en la cual se trató sobre técnicas de análisis de materiales lignocelulósicos, técnicas de pretratamiento e hidrólisis enzimática, producción de etanol a partir de los azúcares obtenidos por hidrólisis y conservación y crecimiento de microorganismos.
Proceso a escala laboratorio
Dentro de la primera fase del proyecto, se implementó una metodología experimental de laboratorio para evaluación de los factores predominantes en cada etapa del proceso de producción de bioetanol. Esto permitió determinar las condiciones de trabajo con mayor eficiencia (temperatura, tiempo de residencia, pH, carga de sólidos, concentración de enzimas y levaduras, etc.).
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Con lo cual, se definió el esquema de producción de bioetanol a escala laboratorio, que incluye: De los resultados alcanzados, se pudo observar el efecto positivo del pretratamiento hidrotérmico con agua caliente sobre la cáscara de piñón (Jatropha curcas), el mismo que contribuye al incremento del rendimiento de las etapas siguientes de hidrólisis y fermentación. La cantidad de azúcares obtenidos de la cáscara de piñón pretratada fue superior a los obtenidos sin pretratar. De igual manera se identificó la influencia de la temperatura y tiempo de residencia durante la etapa de pretratamiento, ya que si bien la concentración de celulosa se mantuvo, el rendimiento en la hidrólisis enzimática fue mayor al trabajar con mayor tiempo de residencia en el pretratamiento.
Proceso a escala piloto
La segunda fase inició en el año 2019 con financiamiento de la AECID, la misma tuvo como finalidad incrementar el nivel de desarrollo de la tecnología a través del escalado del proceso para la validación de los resultados obtenidos a escala laboratorio. Las pruebas de operación en la planta piloto de producción de bioetanol iniciaron en el año 2020, con lo cual, se validó la viabilidad técnica de producción de bioetanol a partir de un residuo lignocelulósico
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En esta fase se realizaron las siguientes actividades: 1. Diseño e implementación de la planta piloto para la obtención de bioetanol a partir de la cáscara de la semilla de Jatropha Curcas. Adicionalmente, como parte del escalado se consideró la inclusión de unidades auxiliares dentro del proceso, que permitan una mayor operatividad para disminuir pérdidas y mejorar el rendimiento global del proceso. Mira una vista 360° de la planta
2. Transferencia de conocimientos en el seminario “El potencial de la Bioeconomía y las Biorrefinerías en Latinoamérica y el Caribe” y una estancia de investigación en la Universidad Autónoma de Coahuila, México con el Grupo de Biorrefinería.
3. Operación de la planta piloto y optimización de los parámetros de control para la obtención de bioetanol, a escala piloto.
4. Identificación e implementación de puntos de mejora para incrementar la operatividad del proceso a escala piloto.
5. Caracterización del biocarburante obtenido y subproductos de los procesos de: pretratamiento, hidrólisis, fermentación y destilación.
Beneficiarios
La importancia de la investigación en la sostenibilidad de procesos productivos y el beneficio en la economía del sector rural campesino.
El proyecto de investigación, se alinea al objetivo 7 de desarrollo sostenible de la Agenda 2030 que apunta hacia el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna, de igual manera al Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021 de Ecuador, el cual en su política 5.6. menciona Promover la investigación, la formación, la capacitación, el desarrollo y la transferencia tecnológica, la innovación y el emprendimiento para impulsar el cambio de la matriz productiva.
Dado que el recurso biomásico proviene principalmente del sector agrícola, los resultados obtenidos de las investigaciones contribuyen a las organizaciones rurales campesinas y agroindustria, priorizando las necesidades del sector, apoyando a la sostenibilidad de las cadenas productivas y diversificando los productos con un aprovechamiento integral de los cultivos.
El cultivo de piñón en el Ecuador no ocupa áreas de terreno empleadas para la producción de alimentos, es utilizado como cerca viva en las provincias de la costa del país y la recolección y venta de la semilla significa un ingreso adicional para los agricultores de la zona. Se conoce que existen cerca de 12.700 km de cercas vivas de Jatropha Curcas (IICA 2020) que todos los años, entre marzo y junio, alrededor de 1200 familias se benefician de la recolección de la semilla de la Jatropha Curcas. Luego de recolectarlo, venden las semillas a uno de los 56 centros de acopio existentes, generando un ingreso adicional en su economía familiar.
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Dado que actualmente el aceite es utilizado para generación eléctrica en Galápagos, y que su producción se ha incrementado en los últimos años, es importante definir alternativas de aprovechamiento de los residuos para una correcta gestión de los mismos. Esta propuesta de obtención de bioetanol a partir de residuos pretende aportar al uso de energía limpia que contribuya a la disminución de gases de efecto invernadero y que a su vez, aporte a la sostenibilidad de las cadenas productivas. Por otro lado, con el desarrollo del proyecto se han fortalecido las capacidades técnicas del equipo de investigación del IIGE con la transferencia de tecnología y acercamiento con centros de investigación internacionales.
Testimonios
Antonio Vergara
San Miguel de los Tres Charcos - Rocafuerte
«Soy Antonio Vergara del sector Tres Charcos Rocafuerte, soy dirigente de los primeros centros de acopio, el proyecto piñón da los beneficios a las familias del campo porque es el primer ingreso económico que entra en beneficio para los alimentos…»
Roque Vergara
San Miguel de los Tres Charcos - Rocafuerte
«Yo me llamo Roque Vergara, hace 5 años me tomaron en cuenta para el acopio de los piñones, me traían dinero gracias a Dios, en esa época no había de dónde hacer un real, eso nos valía para la comidita, los útiles de los niños…»
Galardones
Primer lugar en la categoría de Administraciones Públicas en la segunda edición de los Premios Iberdrola a la Cooperación Energética Internacional.
La primera fase del proyecto, denominada “Estudio de la viabilidad de producción de bioetanol a partir de la hidrólisis enzimática de la cáscara de la semilla de Jatropha curcas”, recibió en el año 2017 el premio como ganador en la categoría de Administraciones Públicas, en el evento “II Premios a la Cooperación Energética Internacional”, el cual reconoce las iniciativas más destacadas en cooperación energética internacional implementadas por empresas, administraciones públicas y tercer sector que demuestren un compromiso activo en la materia de la universalización energética.
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El evento fue llevado a cabo por Iberdrola y el Club de Excelencia en Sostenibilidad, con la colaboración del Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación de España. Boletines de prensa:
“Mejor inventora académica 2020”
En la ejecución de la segunda fase, denominada “Implementación de una planta prototipo para la producción de Etanol a partir de la Cáscara de Piñón”, se desarrolló una patente de invención y tres patentes de modelo de utilidad, una de las cuales fue reconocida en la «Feria Nacional de Invenciones Académicas» organizada por la Corporación Ecuatoriana para el Desarrollo de la Investigación y la Academia – CEDIA, con apoyo del Servicio Nacional de Derechos Intelectuales- SENADI.
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La invención fue realizada por los técnicos investigadores del IIGE Danny Sinche, Daniel Rivadeneira y Michelle Romero quien recibió el premio como “Mejor inventora académica 2020”. Dicho modelo de utilidad se refiere a un plato tipo tamiz para la separación de componentes volátiles en procesos de destilación, y para otras operaciones de la industria química que requieran de contacto líquido-vapor en el interior de una columna. La mejora realizada permitirá lograr una mayor transferencia de masa entre las fases líquido-vapor y alcanzar condiciones más cercanas al estado de equilibrio en el interior de la columna, beneficiando así la etapa de destilación del proceso de producción de etanol. Boletines: