Estudio de fibras de ichu para la obtención de bioetanol como combustible en zonas altoandinas

Abstract

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal realizar un estudio de la producción de bioetanol usando como materia prima, fibras de ichu (Festuca dolichophylla), una planta que crece abundantemente en las zonas altoandinas del Perú. Las condiciones de operación presentadas en la propuesta de diseño de proceso a escala industrial fueron definidas a partir de una metodología experimental a escala laboratorio, en la cual se obtuvo un rendimiento de etanol igual a 0.035 g etanol/g ichu. Esta metodología consistió de cuatro etapas principales, las cuales fueron: pretratamiento alcalino de la materia prima, hidrólisis enzimática, fermentación y destilación para la separación del bioetanol producido. Los parámetros definidos para cada una de las etapas fueron validados, con la finalidad de asegurar la repetibilidad del proceso. Por otro lado, la simulación de las etapas de hidrólisis enzimática y fermentación, fue realizada con MATLAB R2020a, y la simulación de la etapa de destilación con COCO simulator v3.4. Además, los balances de masa y energía de cada equipo fueron realizados por cálculos numéricos con ayuda del software COCO simulator v3.4, obteniendo a partir de una tonelada de hojas de ichu, una producción semanal de 44.36 litros de bioetanol con 70.4% de pureza. Si bien, el rendimiento obtenido (44.36 L etanol/ 1 tonelada de ichu), desde un punto de vista técnico, es 51.3 % menor comparado al bioetanol producido industrialmente a partir del jugo de la caña de azúcar (91 L etanol/ 1 tonelada de caña), este podría incrementarse al aprovechar también la hemicelulosa que constituye el 26.52% del ichu.

The main objective of this research was to carry out a study of the production of bioethanol using ichu fibers (Festuca dolichophylla) as raw material, a plant that grows abundantly in the high Andean areas of Peru. The operating conditions presented in the proposed industrial scale process design were defined from an experimental methodology on a laboratory scale, in which an ethanol yield equal to 0.035 g ethanol/g ichu was obtained. This methodology consisted of four main stages, which were: alkaline pretreatment of the raw material, enzymatic hydrolysis, fermentation, and distillation for the separation of produced bioethanol. The parameters defined for each of the stages were validated, in order to ensure the repeatability of the process. On the other hand, the simulations of enzymatic hydrolysis and fermentation were carried out with MATLAB R2020a, and the simulation of continuous distillation using COCO simulator v3.4. Besides, the mass and energy balances of each equipment were carried out by numerical calculations with the help of the software COCO simulator v3.4, obtaining a weekly production of 44.36 liters of bioethanol with 70.4% of purity. Although the yield obtained (44.36 L ethanol / 1 ton of ichu), from a technical point of view, is 51.3% lower compared to bioethanol produced industrially from sugarcane juice (91 L ethanol / 1 ton of cane), this could be increased by also taking advantage of the hemicellulose, which constitutes 26.52% of ichu.