Biofuels - microalgae

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Revision deL tema de biocombustibles con base en dos artículos referenciados en la literatura. Citados al final de la presentación.

Text of Biofuels - microalgae

  • Marcela Silvia - Carlos Biotecnologa industrial Medelln 2013

    Biofuels

  • Picking Up Sugar Cane - Miguel Alfaro

    La investigacin en biocombustibles es un rea de gran inters por el incremento en la demanda mundial de energa por las economas

    emergentes y el creciente precio del petrleo (Mostafa 2010)..

    El uso de microorganismos se viene investigando con mltiples

    enfoques para la produccin de varios biocombustibles (etanol,

    hidrgeno, biodisel, biogs) empleando diversos materiales

    de partida (Mostafa 2010).

  • La produccin de etanol de materiales vegetales inicio en Alemania en 1898 y continu en EE.UU durante la primera guerra mundial

    Durante la mitad del siglo XX se demostr la capacidad de ateras para degradar celulosa y otros polmeros de plantas

    La investigacin era acadmica debido un abundante, seguro y econmico suministro de combustibles fsiles.

    En 1973- 1974 se da un dramtico incremento de los precios de los hidrocarburos

    Economas emergentes como China e India incrementan su demanda

    Los biocombustibles se empiezan a ver ambientalmente ms amigables al producir unas menores emisiones de CO2 a la atmfera que los combustibles fsiles.

    En EE.UU, pases desarrollados y economas que dependen de la importacin de petrleo se cuenta con suficiente material vegetal perenne por lo que ven la oportunidad de eliminar o reducir la

    dependencia de combustibles forneos (Mostafa 2010).

  • Bio combustibles

    Alcoholes

    Fermentacin directa

    Fermentacin indirecta

    Bacterias acetognicas

    Material vegetal

    Conversin a etanol

    Mezcla de gases (CO, H2, CO2)

    Pirlisis Degradacin a

    Azcares fermentables

    Conversin en Alcohol

    Material vegetal

    Material lignocelulsico

    Granos de maz

    Azcar de caa

    Melazas

    *Levadura *OMGs Composicin

    homognea

    Composicin heterognea

    Lignina, celulosa,

    hemicelulosa

    Requiere diferentes

    Eficiente despolimerizacin

    Tiempo incubacin

    Enzimas

    Microorganismos

    1 generacin 2 generacin

    Hace a todas las plantas

    competentes

    C3-C5 Propanol

    isobutanol

    Butanol

    Clostridium acetobutylicum

    Fase esporulacin

    Bloquea otras enzimas

    necesarias

    Quema limpia

    Menos soluble en agua

    Ms energticos

    Ruta WoodLjungdahl

    Donador de (e): H2

    Aceptor de (e): CO2

  • Biodisel

    Fijan y reducen el CO2

    Esterificacin de triglicridos con metanol

    steres de alquilo

    Es oxidado a agua

    No emisiones de CO2

    Sencitividad de hidrogenasas al O2

    Es el biocombustible ms limpio

    H2

    Grandes reas de cultivo

    Crece en pequeas capas

    Aceite 80% w/v

    Doblan biomasa en 24 h

    Micro alga

    Producidos de

    Deben desacoplarse

    Produccin de hidrgeno

    Fotlisis.

    Alternativas

    1

    Incubacin aerobia

    Limitacin de oxigeno - oscuridad

    2

    Nitrogenadas en m.o fotoheterotroficos

    anoxigenicos (purpuras no del azufre

    H2 producto final de fermentacin

    Bacterias fermentativas

    Produccin de H2 de electrones y protones en presencia de luz y ausencia de O2

    Derivan produccin de electrones del metabolismo del carbn a H2 si obtienen electrones va fotosntesis

    3

    Biogas

    Mezcla de metano y CO2 de descomposicin

    metanognica de desechos orgnicos en condiciones

    anaerobias

    Limitaciones respecto gas natural

    Bajo precio del gas natural

    Quema limpia

    Altas reservas

    3 generacin

    Cyanobacteria Alagas verdes

    Limitaciones

    E. coli Enterobacter aerogenes Clostridium botyricum

    Rhodopseudomonas palustris

  • Brasil es el nico pas que produce biocombustibles a una escala masiva, econmica y competitiva. Debido a: 1) Inicio investigaciones en 1970s llevndolo a acumular gran experiencia industrial 2) la caa de azcar presenta un alto contenido de sacaraosa. No requiere tratamiento enzimtico ni microbiolgico para extraerla. 3) disponibilidad de vastas y frtiles tierras, y clima lluvioso. 4) mano de obra barata y cercana entre sitios de produccin y procesado.

    1 Generacin de bioconbustibles

  • Se incrementan los precios de productos alimenticios. Se incrementaron los cultivos dedicados a energa y no a alimentacin

    Se increment el uso de fertilizantes en estos cultivos y con esto los problemas ambientales.

    los cientficos se embarcan en la produccin celulsica de etanol

    productos que no compiten con la grucultura contiene en general (35-50)% de celulosa, 20-35% de hemicelulosa, y 10-25% de lignina

    La lignina no se degrada en condiciones aerobias y debe ser removida en el pretratamiento para incrementar la exposicin de la celulosa y hemicelulosa a la degradacin enzimtica y microbiolgica

    Entre los pretratamientos se incluyen peroxidasas alcalinas, acidos concentrados o diludos, lcali, peroxidas alcalinas, oxidacin humedad, explosin de vapor, explosin de fibra por amoniaco, agua lquida caliente, solventes orgnicos.

    2 Generacin

  • La hemicelulosa es un heteropolmero de pentosas, hexosas y azcares cidos. Los xilanos son su forma ms comn, compuesto de un esqueleto que consiste en cadenas de aproximadamente 200 unidades de enlaces 1,4 D xilopiranosa.

    Ataca ataca la cadena principal de los xilanos 1,4 xilanasa

    Degrada los xilooligosacridos producidos a xilosa xilodasa

    Se necesitan para degradar compuestos adicionales y sustituyentes del xilano. Enzimas acesorias

    Microorganismo que degradan completamente a

    hemicelulosa a xilano

    HONGOS

    Penicillum capsulatum Talaromyces emersonii

    ACTINOMICETES Thermomonospor fusca (Termfilo)

    Caldicellulosiruptor saccharolyticus (hiper

    termfilo)

  • La celulosa es un homopolmero linear compuesto de unidades de D-glucosa unidos por puentes 1,4 glucosdicos con una longitus entre 4000-8000 monmeros.

    Ataca aleatoriamente puentes internos glucosdicos de la cadena Endo 1,4 gluconasa

    Remueve unidades de celobiosa de extremos no reductores de la cadena Exo 1,4 gluconasa

    Convierte la celobiosa en glucosa. galactosidasa

    Trichoderma Aspergillus

    Enzimas usadas industrialmente

  • La continua manipulacin gentica de microoganismos como Saccharomyces cerevisiae ha permitido generar cepas capaces de tomar varios azcares (modificacin de sus transportadores) dado que las plantas se componen de hemicelulosa precursor de la xilosa y de celulosa precursor de la glucosa.

    Se buscan cepas cuyo principal producto de al fermentacin sea alcohol a partir de glucosa como la E. coli TC4.

    Cepas como una de E. coli para producir alcohol a partir de hexosas, pentosas y materiales lignocelulsicos tratados enzimticamente A esta se le insertaron genes de Zymomonas que codificaban para enzimas envueltas en la produccin de alcohol.

  • INTRODUCCIN

    La creciente demanda de energa pone en peligro la disponibilidad de energa sostenible para las generaciones futuras.

    Desarrollo de nuevos medios de produccin de biocombustibles como una energa renovable. la energa verde es cada vez ms importante

    No renovable

    Renovable Solucin

  • INTRODUCCIN

    fueron extrados principalmente de los alimentos (almidn y maz)

    Primera generacin de los biocombustibles

    uso de celulosa, como materia prima para extraer biocombustible, tales como tallos de la cosecha.

    Segunda generacin de los biocombustibles

    Los biocombustibles a partir de microalgas

    Tercera generacin de los biocombustibles

  • INTRODUCCIN

    los biocombustibles a partir de microalgas se compone principalmente de cuatro zonas, que son:

    aislamiento y la caracterizacin de las especies de microalgas.

    cultivo masivo de microalgas

    Cosecha

    procesamiento.

  • INTRODUCCIN Por lo tanto, es muy importante estudiar cmo mantener microalgas en un estado de alta tasa de crecimiento y alto contenido de lpidos.

    El estudio de factores, tales como: el aislamiento de especies de microalgas

    el mecanismo metablico las condiciones de cultivo

    el fotobiorreactor. puede mejorar el desarrollo de biocombustibles a

    partir de microalgas

    El diseo de un fotobiorreactor ptimo, el desarrollo de catalizadores para la

    conversin de lpidos a biodiesel

  • MICROALGAS

    Las microalgas son organismos fotosintticos microscpicos.

    Ellos prosperan en hbitats acuticos diversos, que incluyen: agua dulce

    salobre (salada 3,5%)

    amplia gama de temperatura y pH.

  • MICROALGAS

    Chlorophyta, Bacillariophyta, Xanthophyta. Estos se exceda rica en lpidos (20% ,50%). y protena.

    La biomasa de microalgas puede producir biocombustibles, incluyendo:

    diesel verde Gasolina verde

    combustible para aviacin etanol metano

  • AISLAMIENTO Y CARACTERIZACIN DE ESPECIES DE MICROALGAS

    Lo ideal debe cubrir tres reas principales: La fisiologa y el crecimiento , metabolitos, productos y robustez especies.

    UTEX (Coleccin Cultura de Algas en la Universidad de Texas, en Austin, Texas), con cerca de 3000 especies

    La fisiologa del crecimiento de las microalgas abarca una serie de parmetros tales como: la tasa mxima de crecimiento especfico,

    Mxima densidad celular la tolerancia a las variables ambientales

    (temperatura, pH, los niveles de CO2, etc) la vari