Bioetanol y otros biocombustibles / Bioethanol and other biofuels

El modelo energético del siglo XXI está basado en la utilización de combustibles fósiles, como el petróleo, el carbón mineral y el gas. No obstante todos conocemos las implicaciones medioambientales que surgen de este modelo: producción de gases de efecto invernadero y otros contaminantes así como posibles derrames de petróleo.

Las energías renovables son sin duda la solución frente a este sistema actual. Los biocombustibles son aquellos de origen biológico obtenidos de manera renovable a partir de restos orgánicos, por ejemplo,  el bioetanol. Se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica vegetal (almidón, celulosa, hemicelulosa…) por parte de microorganismos.

Proceso de obtención de bioetanol.

Proceso de obtención de bioetanol.

Otro ejemplo sería el biobutanol. Para la obtención de biobutanol, debido a la toxicidad de los productos y a la baja concentración de producto obtenido, es necesaria la obtención de microorganismos mejorados genética y metabólicamente. Se emplean microorganismos del género Clostridium y se buscan nuevas cepas más resistentes a posibles inhibidores o tóxicos (biobutanol) así como cepas que puedan alimentarse de una variedad más amplia de sustratos.

Etapas de la producción de biobutanol.

Etapas de la producción de biobutanol.

Finalmente, es necesario hablar del enorme potencial de la producción de biodiesel. Las materias primas más utilizadas para su obtención son semillas de plantas oleaginosas (colza, girasol, soja, coco) y frutos (palma), aunque también pueden usarse aceites de fritura.

Proceso de producción de biodiesel a partir de semillas de plantas oleaginosas.

Proceso de producción de biodiesel a partir de semillas de plantas oleaginosas.

No obstante lo que queremos destacar es el uso de lípidos de origen microbiano: algas, bacterias y hongos. Las microalgas han sido elegidas porque existen numerosas especies que son ricas en triglicéridos. Algunos géneros de microalgas, principalmente de clorofíceas y diatomeas son capaces de acumular una gran cantidad de lípidos, hasta un 80% de su peso seco, pero en condiciones de estrés, es decir, cuando ven que su crecimiento está limitado. Una vez seleccionada la cepa de microalga con mejor rendimiento, se cultivan en grandes estanques (abiertos o en invernaderos) o en fotobiorreactores. Después de la cosecha, se puede extraer los triglicéridos de las células con diferentes métodos (centrifugación, tratamiento con disolvente, lisis térmica, etc.). La extracción más simple y más popular utiliza como disolvente el hexano. Combinado a un sistema de presa, la extracción con hexano puede extraer hasta 95% del aceite contenido en las células de microalgas.


 

The energy model of the XXI century is based on the use of fossil fuels such as oil, coal and gas. However we all know the environmental implications arising from this model: production of greenhouse gases and other pollutants and possible oil spills.

Renewable energy is definitely the solution to the current system. Biofuels are those of biological origin derived renewably from organic waste, for example, bioethanol. It is produced by fermentation of the sugars contained in plant organic matter (starch, cellulose, hemicellulose …) by microorganisms.

Another example would be biobutanol. To obtain biobutanol, due to toxicity of products and the low concentration of product obtained, obtaining microorganisms metabolically and genetically improved is necessary. Microorganisms of the genus Clostridium are used nowadays for this purpose, however researchers are looking for new strains that show to be more resistant to potential inhibitors or toxic compounds (biobutanol), and strains that can feed on a wider variety of substrates.

Finally, we must mention the enormous potential hidden in the production of biodiesel. To obtain it, the raw materials consist mainly in seeds of oilseeds plants (rapeseed, sunflower, soybean, coconut) and fruits (palm), but frying oils can also be used. However, what we want to highlight is the use of microbial lipids: algae, bacteria and fungi. Microalgae have been chosen because there are many species that are rich in triglycerides. Some kinds of algae, mainly diatoms and chlorophyceae are able to accumulate a huge amount of fat, up to 80% of its dry weight, but only under stress conditions, that is, when they see that their growth is limited. Once selected the microalgae strain with improved performance, they are grown in large ponds (open or in greenhouses) or in photobioreactors. After harvest, triglycerides can be extracted from cells with different methods (centrifugation, solvent treatment, thermal analysis, etc.). The simplest and most popular extraction method uses hexane as solvent. Combined with a dam system, hexane extraction can remove up to 95% of the oil contained in the cells of microalgae.

As a curiosity we leave you a video where you can see how biodiesel is manufactured at home.

A modo de curiosidad os dejamos un video en el que podéis ver como se fabrica biodiesel casero.

Fuentes/Sources:

Biofuels from microalgae—A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Liam Brennan, Philip Owende. Renew Sustain Energy Rev (2009), doi:10.1016/j.rser.2009.10.009.

Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production: A critical review. Chun-Yen Chena et al. Bioresource Technology. Volume 102, Issue 1, January 2011, Pages 71–81. Special Issue: Biofuels – II: Algal Biofuels and Microbial Fuel Cells.

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