OPORTUNIDADES DE LA BIOENERGÍATransición Energética y Oportunidades en

el Sureste Mexicano

Alfredo Martínez JiménezDpto. Ingeniería Celular y Biocatálisis

Instituto de Biotecnología – UNAM

alfredo@ibt.unam.mxhttp://pbr322.ibt.unam.mx/~alfredo/

Tabasco: 26 Marzo, 2009

UJAT, AMC, UNAMGobierno Edo. Tabasco

Esquema de la presentación

Factores que Impulsan la Introducción de Biocombustibles de Segunda GeneraciónEstado del Arte en la Producción de Bio-Etanol (Bio-Diesel)La necesidad de Bio-Combustibles de Segunda GeneraciónOtos BiocombustiblesLactatos y Plásticos Bio-DegradablesBio-Refinería

El Petróleo en México y los Combustibles FósilesAcumulación de CO2

Cambio ClimáticoCalentamiento Global del Planeta

El PetróleoAgotamientoIncrementos en Precios Contaminación - DerramesEmisionesDependencia EconómicaEnergética Nacional

(Automóviles, transporte de carga,E. Eléctrica domestica e Ind)

Energías renovables

EólicaHidráulica

MaremotrizGeotérmica

NuclearSolar

= Electricidad

Biomasa:Combustibles líquidos y

Gaseosos y sólidosTransporte - IndustriaProductos Refinerías

+Acumulación de ProductosNO Biodegradables

2020, SENER, SHCP, Presidencia: 2015

Martínez et al. 2006

Factores que Impulsan la Introducción de Biocombustibles

CEPAL - GTZ 2008

BioEtanolBioDiesel

Vision 20 years• Given that in 20 years the main form of

transportation fuel will still be liquid fuel, the technological vision for 2020-30 is that bio-fuels will evolve to those that will integrate seamlessly into current transportation refining to end use fuel systems: Bio-ethanol, bio-diesel and other liquid and gaseous bio-fuels need to be produced

• Look for solutions: Biotechnology

SENER, Marzo 2008

Tecnologías MadurasProducción de Etanol Carburante

Azúcar de Caña + Levaduras Etanol

En Brasil: 30 años de experienciaMás de 50 millones litros/día

En EUA: 20 años de experiencia2008: Más que Brasil

Almidón de Maíz + Amilasas GlucosaGlucosa + Levaduras Etanol

China, India, Colombia

Caso México y otos Países: Etanol Carburante

Sustrato Costo Costo Prod. Et-OHdebido al Sustrato

(pesos/kg) pesos/L

Glucosa 8-11.0Sacarosa 8-11.0

Costo Gasolina8 - 10 pesos/L

Buscar Alternativas Biotecnológicas

Glucosa 2 Etanol + 2 CO2Sacarosa 4 Etanol + 4 CO2

Rendimiento Teórico: 0.51gETANOL / g(GLC o SAC)

0.64 LEtOH/kg

Maíz: Importaciones 18 millones tonExcedentes sacarosa: Mercado – Alimentos – Costos - Tierra

2da Generación de Biocombustibles

Producción sustentable

BioBioBio---CombustibleCombustibleCombustible

AzAzAzúúúcarescarescaresAlmidAlmidAlmidóóónnn

LignocelulosaLignocelulosaLignocelulosa Bio-Transformación

Hidrólisis

COCOCO222

AzAzAzúúúcarescarescares

CombustiónFijación de CO2 y Energía

Ciclo Artificial

CO2

Nitrógeno

Producción de lignocelulosa, acondicionamiento e hidrólisis, construcción de microorganismos que conviertan eficientemente

azúcares en bio-combustibles, eficiencia energética en la purificación de combustibles, reducción de emisiones nocivas, reciclamiento de

CO2.

Martínez et al. 2006

MÉXICO• Ley de Promoción y Desarrollo de los

Bioenergéticos de 1º febrero de 2008. Ley reglamentaria de los artículos 25 y 27, fracción XX de la Constitución Federal. Establece incentivos para la promoción y desarrollo de los bioenergéticos.

• PEMEX debe cumplir con la norma NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI-2005, que establece que la gasolina de las Zonas Metropolitanas del Valle de México, Guadalajara y Monterrey deben contener 2,7 % de oxígeno (en peso). Esto puede lograrse mezclando 11% de MTBE (en volumen), o 7.7% (en volumen) de etanol anhídrido.

• SENER anunció( Mayo 2008) un programa para la substitución del MTBE por etanol (6% en la gasolina), a ser iniciado en 2010.

• Se espera el Decreto Regulatorio para la Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos, para diciembre 2008.

Oportunidades Desarrollo I C y T e iBiofertilización y fijación de energía. Cultivos energéticos y pastos de

crecimiento rápido. Acondicionamiento e hidrólisis de residuos agroindustriales. Microorganismos que conviertan eficientemente

azúcares en bio-combustibles. Eficiencia Energética. Análisis de Emisiones. Aspectos políticos, rurales, ambientales y sociales.

BioBioBio---CombustibleCombustibleCombustible

AzAzAzúúúcarescarescaresAlmidAlmidAlmidóóónnn

LignocelulosaLignocelulosaLignocelulosa Bio-Transformación

Hidrólisis

COCOCO222

AzAzAzúúúcarescarescares

CombustiónFijación de CO2 y Energía Ciclo

Artificial CO2

PurificaciónFertilizantesBiológicosBacterianos

TabascoBiomasa:

SolAguaTierra

Residuo AgroindustrialLignocelulosa

Hidrólisis de hemicelulosa

Hidrólisis enzimáticay fermentación

Fermentación(pentosas)

Destilación

Deshidratación

Combustible paraproducir energía

para la planta(Vapor y Electricidad)

Microorganismosmodificados

para producir etanol

Jarabe deHemicelulosa

CO2CO2

SólidosLignina

Celulosa yLignina

Celulasas

Etanol diluido (>40 g/L)

Etanol 95%

Etanol 100%

Detoxificación

Esquema del Proceso

Martínez et al. 2006

Potencial de Producción con Caña

• Jugos 75 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 7,500 LETOH/ha• Bagazo (300 kg/Ton, 50% humedad)• 55 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 5,500 LETOH/ha

• Jugos + Bagazo• 130 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 13,000 LETOH/ha

• Rastrojo (300 kg/Ton, ~20% humedad)• 70 LETOH/Ton x 100 Ton / ha• 7,000 LETOH/ha• Uso Integral de Caña de Azúcar: • ~ 20,000 L de Etanol por Ha

$

Aserrín yViruta

Pastos de crecimientorápido

Rastrojo de maíz

Bagazos:De cañaDe Agave

Desechos Bosques

Papel

Fuentes de materia prima

Science Feb. 2007

~ 7,300 L/ha ~ 6,000 L/ha

Production Cost and Energy Balance

Science 2007

Investigación sobre Biocombustibles en Estados Unidos

• Estados Unidos ha invertido 12 mil millones de dólares desde 2001 en el desarrollo de varias tecnologías de combustibles alternativos

• Durante los pasados 5 años, el USDA otorgó$900 millones en apoyo a biocombustibles

• Política de apoyo a tecnologías para diversificar el suministro de energía

• Ley Agrícola de Estados Unidos (propuesta) -$1,600 millones en 10 años para nuevas tecnologías

USDA Marzo 2007

Technological goals1. Many opportunities remains to optimize ethanologenic biocatalyst2. Raw materials (lignocellulose) is different for each country or

region. So process development is case specific.3. Thermochemical (pre-treatments and distillation) need to be

energy efficient4. Enzymatic hydrolysis of cellulose needs to be optimized

Wyman. Trends in Biotechnol. 2007.

My vision:Politics are very important. Biomass production is

fundamental. We need to avoid competence with food and feed, and take care of land usage. Sustainable methodologies are essential for all the chain process.

BUT DEVELOPING COUNTRIES ALSO CAN DEVELOP THEIR OWN TECHNOLOGIES, WE DO NOT NEED TO WAIT FOR THE BIG COMPANIES TO DEVELOP THEM AND LATER DEPEND ON THEM. BIOTECHNOLOGY IS FUNDAMENTAL FOR THIS TECHNOLOGIES.

Alfredo Martínez 2006

Bioethanol & Enzyme Market

3raGeneración

3raGeneración

LignocelulosaBio-Etanol

Bio-Butanol

OleaginosasNO

comestiblesBiodiesel

PetróleoGasolina

DieselGas LP

AlmidónSacarosa

Bio-EtanolAceites de

PlantasBio-DieselDesechosOrgánicos

MetanoLeña

CO2Algas y

CianobacteriasH2 Fotobiológico

Bio-DieselBio-Petróleo

Bio-TurbosinaDesechos orgánicos

Celdas de combustiblebacterianas

Bio-electricidad

1raGeneración

1raGeneración

FósilesFósiles

2daGeneración

2daGeneración

Flex-Fuel Vehicles

2da y 3ra Generación

University of MinnesotaBiofuels Databasehttp://www.biofuelsdatabase.org/Lawrence P. Wackett

BUTANOL

ALCANOSALQUENOS

2da Generación DIESEL-MICROBIANO

3ra Generación: Aceites a Partir de Algas

• Algas + Luz Solar + CO2 + Minerales (Agua de Mar) Masa Celular (Proteínas + Carbohidratos) + lípidos (Bio-Diesel)

Limitación de NutrientesLimitación de NitrógenoAcumulación de Lípidos

Garibay-Hernández, REMBIO 2008

Potencial

3215

8

Producción estimada de biodiesel considerando los parámetros lipídicos máximos derivados del presente estudio. Se considera un sistema de producción de estanque abierto de 1 ha de superficie y 20 cm de altura, 80% TAGs, 80% de eficiencia de trans-esterificación, producción durante el 90% del año y densidad del biodiesel de 0.864 kg/L:

24,000 L BIODIESEL/Ha/año0.4% Superficie del PaísAlimentando airePRODUCCIÓN: Tons/ha/año

Volteamos la Tortilla (¿En Tabasco?)

CH2OH

OH

OHO

OH

OH

OH

O

OH

O

O

O

O

OO

OHHO

CH3

CH3

CH3

O

O

On

Láctico Dímero PLAGlucosa

Polímeros Renovables y Biodegradables

Potencial Biotecnológico

PentosasXilosaArabinosa

HexosasGlucosaManosaGalactosaFructosa

Acidos UrónicosGalacturonatoGlucuronato

Piruvato2-Propanol

1,2 y 13Propanodiol

Acetona EtanolButanol

Lactato

Succinato

Butirato

PropionatoAcetato

Alanina

Xilitol

Enzimas: Amilasas, Proteasas y Celulasas

Residuos Agroindustriales

HidrógenoElectricidad

• Plásticos• Polímeros• Solventes• Fenólicos• Resinas (furfural)

• Ac. grasos• Ac. orgánicos• Pigmentos• Detergentes

• Etanol• Butanol• Propanol• Metano• Bio-Diesel• Bio-Gasolina• Bio-Queroseno

• Bio-Electricidad

Integra los procesos de conversión de biomasa para obtener combustibles, electricidad y productos químicos (plásticos, resinas, intermediarios, etc.).

Base de una nueva industria cimentada en materiales biológicos biodegradables, renovables, sustentables, menos contaminantes.

BioBio--refinerrefinerííaa

Biomasa

PlataformaBioquímica

PlataformaTermoquímica

Combustibles,Productos yMaterialesQuímicos

Calor yElectricidad

Residuos

Gas

Gases

Azúcares

Tabasco Biorefinería

Combustibles BiolCombustibles Biolóógicos Renovablesgicos Renovables

BioBio--EnergEnergíías de 2da y 3ra Generacias de 2da y 3ra GeneracióónnBioBio--EnergEnergíía Sustentablea Sustentable

GraciasGracias