Obtención de Bioetanol a partir de Pinus Radiata D. Don

Abstract

El bioetanol es el biocombustible renovable para automóviles más ampliamente utilizado, es obtenido por fermentación de azúcares, provenientes ya sea, de biomasa azucarada, o de hidrolizados de almidones o materiales lignocelulósicos y su uso es una manera de reducir el consumo de petróleo, así como disminuir la contaminación ambiental. Las tecnologías para convertir la biomasa lignocelulósica a bioetanol están bajo un intenso desarrollo y aún no han demostrado su potencialidad de comercialización. Para producir bioetanol de biomasa forestal es necesario un pretratamiento de la materia prima de manera de solubilizar la lignina y modificar la estructura de las hemicelulosas, y posteriormente la fracción de celulosa debe ser hidrolizada por ácidos o enzimas en glucosa la que es fermentada a bioetanol. La selección de madera blanda de P. radiata D. Don como materia prima para esta investigación se realizó por dos razones: por poseer un porcentaje mayor de hexosas, azúcares susceptibles de fermentar sin tener que utilizar organismos genéticamente modificados, necesarios para la fermentación de las pentosas, y por ser la especie más plantada en Chile con aproximadamente 1,5 millones de hectáreas las cuales capturan anualmente ~ 13,5 millones de toneladas de CO2. En la presente investigación se optimizó las condiciones del pretratamiento organosolvente usando como variables: tiempo, temperatura, pH y concentración del solvente (acetona:agua). Una vez realizado el pretratamiento de la madera, los sustratos obtenidos fueron lavados con abundante agua y sometidos a un proceso de hidrólisis enzimática (HE), utilizando exo, endo glucanasasas y beta- glucosidasas a temperaturas de 50ºC. Para la fermentación de los hidrolizados es necesario el uso de levaduras que se encargan de transformar los azúcares libres en bioetanol. En los estudios preliminares de esta investigación se obtuvo bioetanol por sacarificación y fermentación simultánea (SFS) a 35°C utilizando astillas de P. radiata (14 años) pretratado por dos procesos diferentes: (a) por explosión a vapor por 5 min. con impregnación en H2SO4 diluido a temperaturas entre 190 a 210°C y (b) por cocción en un reactor Parr a 210°C por 5 min. con una mezcla de agua: acetona (80:20 v/v). Los rendimientos en fracción sólida (fs) obtenido por el pretratamiento (a) fueron de 37% base madera seca (b.m.s), mientras que para el pretratamiento (b) fue de 73%. Se llevó a cabo la SFS de las fracciones fs-a y fs-b utilizando enzimas comerciales (Celluclast 1.5L y Novozyme 188) en combinación con levaduras Saccharomyces cerevisiae, obteniéndose un rendimiento de etanol en los procesos (a) y (b) de 11% y 12% b.m.s., respectivamente. El rendimiento de bioetanol aumento de 11% a 28% cuando la fracción fs-a se sometió a una etapa de deslignificación con NaOCl2 a 70°C antes de la SFS. De estos resultados, se concluyó que las etapas del proceso que deben ser optimizadas son principalmente las del pretratamiento del material, la hidrólisis enzimática de los sustratos, así como contar con un microorganismo que pueda fermentar a temperaturas mayores de 35ºC. Las levaduras S. cerevisiae normalmente utilizadas tienen una temperatura óptima de producción de bioetanol entre 25-35ºC, contar con cepas adaptadas a temperaturas altas es indispensable cuando se quiere realizar SFS de los sustratos lignocelulósicos. En esta investigación se realizó un tratamiento térmico de adaptación de las levaduras a temperatura superiores a 35 ºC para la producción de etanol. Se logró obtener una cepa de S. cerevisiae (IR2-9a) capaz de crecer y producir bioetanol a 40ºC utilizando sustratos lignocelulósicos de P. radiata. La S. cerevisiae (IR2-9a) fue obtenida después de un tratamiento térmico de aclimatación progresiva. Esta cepa fue evaluada a 40ºC con sustratos optimizados del pretratamiento organosolvente de astillas de madera de P. radiata acetona:agua de 50:50% v/v, H2SO4 al 1% y usando como parámetro de severidad del proceso el factor H (el cual es la relación de tiempo y temperatura como una sola variables). Los mejores rendimientos de etanol obtenidos fueron a las condiciones de valores de factor H entre 2500 a 3000 (190 a 195ºC y 10 a 25 min), tanto para la HE como para SFS. Los rendimientos de bioetanol alcanzados con los mejores sustratos están sobre 98 %, haciendo del P. radiata una fuente alternativa renovable para la producción de bioetanol en Chile.