Selección de Condiciones de Fermentación de Residuos de Lenga para la Producción de Bioetanol

Abstract

El bioetanol es uno de los biocombustibles líquidos con mayor potencial para sobrellevar el agotamiento y sobreutilización del petróleo como principal carburante a nivel mundial. El presente trabajo estudia la estrategia Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF) como la principal tecnología de fermentación que permite aumentar la producción de bioetanol a partir de residuos forestales, específicamente de la especie Nothofagus pumilio también conocida lenga.

El estudio comprendió una primera etapa en donde se identificaron los parámetros críticos que afectan el rendimiento de etanol al utilizar la estrategia SSF. En una segunda etapa, se realizó un trabajo experimental sobre éstas y se determinaron las mejores condiciones de operación. El factor que mostró tener un efecto más significativo en el rendimiento de etanol correspondió al tipo de pretratamiento utilizado: ácido sulfúrico diluido (ASD 0,75%) versus el líquido iónico (LI) 1-etil-3-metiImidiazol cloro ([EMIM]Cl).

Los resultados obtenidos mostraron que la mayor concentración de etanol, 10,4 g/l, fue alcanzada usando una fracción sólida al 9% p/v del material pretratado con el líquido iónico [EMIM]Cl. Se utilizó la levadura S. cerevisiae cepa Red Star como microorganismo fermentador, una concentración inicial de inóculo de 10 g p.s./l, una carga enzimática de 37 FPU/g de sustrato, 40°C como la temperatura de fermentación, 72 horas como el tiempo de reacción, 300 rpm como la velocidad de agitación y el surfactante Tween 20 como modificador de la actividad enzimática. Para el mejor caso se obtuvo un rendimiento de etanol de 0,12 g/g de material pretratado y una productividad volumétrica de etanol de 1,2 g/lh para las primeras 6 horas.

Al comparar los dos tipos de pretratamiento, se obtuvo que utilizar el LI se logró un valor de rendimiento de fermentación del orden de un 47% respecto del valor teórico máximo; mientras que para el pretratamiento con ASD sólo se logró un valor del 23%. Además, se observó que un aumento en la masa a pretratar implicaría una disminución de los azúcares fermentables disponibles en la etapa de sacarificación y una consecuente disminución en el rendimiento final de etanol. Por otro lado, se comparó la estrategia SSF con la estrategia Sacarificación y Fermentación Separadas (SHF). Se obtuvieron valores de 146 y 72 litros de etanol por tonelada de material pretratado con LI, respectivamente, destacándose un incremento del 103% en la producción de etanol por la tecnología SSF respecto de la estrategia SHF.

Considerando una masa potencial de 254 mil toneladas anuales de residuos de lenga, se estimó una producción de 32 mil m3 de bioetanol, que corresponderían al 50 y 20% de la demanda nacional del biocombustible necesario para utilizarse en las mezclas normadas de 2 y 5% etanol-gasolina.

Como conclusión del trabajo elaborado, se estima importante continuar con los estudios desarrollados con el fin de aumentar el rendimiento de etanol obtenido a partir de la estrategia SSF. Para esto, se recomienda seguir estudiando las condiciones de pretratamiento con el LI [EMIM]Cl, aumentar el tiempo de reacción y analizar factores que limiten el desarrollo del M.O. fermentador.