Evaluación exergetica del proceso de producción de bioetanol a partir de biomasa residual de la microalga Chlorella vulgaris

Abstract

Tres rutas tecnológicas para la producción de bioetanol a partir de los carbohidratos contenidos en la biomasa residual de la microalga Chlorella vulgaris fueron evaluadas aplicando la metodología de Análisis Exergético con el fin de identificar posibles mejoras en el uso eficiente de la energía. Las tres rutas fueron diseñadas usando el software de simulación Aspen PlusTM con un flujo de alimento de 78,9 t/año de carbohidratos (composición de celulosa, almidón y hemicelulosa de 53,5%, 31,1% y 15,4% respectivamente), el mismo tipo de pretratamiento con ácido diluido y la misma configuración en la etapa de destilación. La Ruta 1 usó la tecnología SHF y Saccharomyces cerevisiae en la fermentación, la Ruta 2 empleó la tecnología SHCF con Zymomonas mobilis recombinante y Ruta 3 utilizó la tecnología SSCF con el organismo Zymomonas mobilis recombinante. Como resultado se obtuvo una producción de etanol (99,5% pureza) de 24,9 t/año, 27,9 t/año y 28,2 t/año en las rutas 1, 2 y 3 respectivamente. La Ruta 3 presentó la eficiencia exergética global más alta (31,8%) y las menores irreversibilidades por kilogramo de etanol (57,8 MJ/kg etanol), seguida por la Ruta 2 (30,4%, 61,7 MJ/kg etanol) y la Ruta 1 (27,7%, 70,4 MJ/kg etanol). La hidrólisis enzimática (Rutas 1 y 2) y la fermentación SSCF (Ruta 3) presentaron las menores eficiencias exergéticas por etapa (52,5% y 55,8% respectivamente) debido principalmente a la localización de un flujo importante de residuos en dichas etapas. La evaluación exergética realizada también permitió identificar la reducción de los desechos de proceso y de los requerimientos de servicios industriales como dos factores clave para garantizar un uso eficiente de la energía.