Como resultado de la fotosíntesis, las plantas producen básicamente azúcares, que son utilizados principalmente como fuente de energía para sus procesos, pero una parte de estos azúcares se polimeriza y se utiliza en la estructura de las plantas.

En la industria del azúcar y etanol (Primera Generación) utilizamos básicamente los azúcares que la planta almacena para los períodos de necesidad. El proceso de etanol de segunda generación propone descomponer los polímeros de la estructura de la planta y utilizar los monómeros (glucosa y xilosa) para producir etanol.

biomasa lignocelulósica consta de tres componentes principales: celulosa (polímero de glucosa C6), hemicelulosa (polímero mixto de xilosa C6 y C5) y lignina (polímero de alcoholes, guayacol, siringol y catecol ). El etanol de segunda generación se produce a partir de los azúcares de la celulosa y la hemicelulosa, y la lignina se obtiene inalterada en estado sólido.

Como podemos ver en la tabla anterior, se han hecho algunos intentos en los últimos años, no solo con investigación de laboratorio, sino también con la construcción de plantas a escala industrial.



EVOLUCIÓN:
La decisión de implementación la tomó Raízen en 2012 y, en 2013, se iniciaron las primeras pruebas de la tecnología y de la planta. En 2022, la planta ya está operando a su capacidad nominal de procesamiento de biomasa, y el rendimiento de etanol por tonelada de biomasa ya ronda el 90% del proyectado. La siguiente fase es afinar los procesos y verificar las brechas de eficiencia en cada etapa.

La evolución de la producción pasó por varias etapas.
Pre - tratamiento: al inicio de la operación ocurrieron una serie de problemas, principalmente relacionados con el ajuste de los parámetros del proceso y la corrosión de los equipos.
lignina: La separación de lignina originalmente contemplaba el uso de filtros de placas, pero hubo que cambiar el proyecto.
Fermentación: La fermentación ha tenido buenos resultados desde el inicio de la operación; se optó por un proceso sin recirculación de levadura, similar a la fermentación en la industria del maíz.
Vinaza: La planta de etanol de segunda generación fue diseñada para operar por lo menos 300 días al año, y la producción de vinaza fuera de temporada representó un gran desafío a superar. El camino a la disolución pasaba por la concentración de vinaza.
Mantenimiento: Un proceso con requerimientos diferentes a la primera generación y operación continua durante todo el año requirió la elaboración de un proyecto especial de mantenimiento.

DESAFÍOS:
En una tecnología en desarrollo, se presentan innumerables desafíos, y cómo gestionar acciones para priorizarlos es fundamental para el rápido logro de los objetivos del proyecto.

Equipos auxiliares: Una parte de los equipos proyectados cuentan con diseño y especificaciones diseñadas para el proyecto, tales como pretratamiento de biomasa , reactores enzimáticos, fermentadores y multiplicadores de levadura. Una gama de otros equipos de uso común en la industria, como filtros, centrífugas, evaporadores y bombas, necesitan un cuidadoso proceso de selección.
Capacitación de personas: Un gran desafío para los proyectos con nueva tecnología es capacitar a las personas que se encargarán de la operación, mantenimiento, control y proyectos. Este trabajo se inicia durante las pruebas en la planta piloto, con el seguimiento de la ingeniería y construcción de la planta.
Integración primera generación, segunda generación: Este es, sin duda, uno de los mayores retos para la implantación de la segunda generación: el hecho de que la integración entre las dos plantas es fundamental para el éxito del proyecto.
Separación y uso de Lignina y C5, C6: Problemas observados en el pretratamiento, corrosión y erosión también afectaron los procesos de separación.

OPORTUNIDADES:

Materia prima: Adaptar el proceso de segunda generación a diferentes materias primas puede ser una gran oportunidad para la consolidación empresarial. Considerando sólo las posibilidades del sector sucroenergético , básicamente tenemos tres materias primas a controlar: bagazo, paja y caña energética.

Lignina: El principal subproducto de la producción de Etanol de Segunda Generación es la lignina, un polímero constituido básicamente por tres alcoholes aromáticos. En el proyecto de etanol de segunda generación de Raízen, la lignina se obtiene en estado sólido, facilitando su uso directo como combustible, lo que garantiza el suministro energético a la planta. Las alternativas a la lignina son el uso directo como aditivo polimérico; después del proceso de despolimerización, utilizar monómeros aromáticos en sustitución de productos de origen fósil y productos carbonosos (fibra de carbono).

Acondicionamiento de biomasa: El principal insumo para la producción de etanol de segunda generación es la biomasa, que será el factor decisivo en la elección de las ubicaciones para la instalación de las plantas. El sector del azúcar y el etanol es naturalmente un candidato excepcional para la implantación del etanol de segunda generación: primero, por la abundante producción obligatoria de biomasa, y, segundo, por la sinergia entre las plantas de primera y segunda generación, principalmente en términos de aprovechamiento económico de residuos (vinaza) y energía. Los desafíos de utilizar paja y bagazo para fabricar etanol de segunda generación comienzan con la logística de recolección y almacenamiento de la paja de caña de azúcar. Cosecha de paja en el campo (empacado) y cosecha de caña entera (caña más paja en la cosecha). Ambos procesos tienen sus pros y sus contras y se encuentran en etapa de desarrollo.

Enzimas: Este es el insumo principal y más costoso en el etanol de segunda generación y el principal punto de especulación sobre la viabilidad económica del proceso. La buena noticia es que los resultados obtenidos están dentro de los parámetros de diseño, pero la necesidad de reducir costos es primordial, y las alternativas para ello pueden ser la nacionalización de la producción, fábricas dedicadas y cercanas al usuario y mayor competencia.

La eficiencia: Los subproductos del pretratamiento, como el ácido acético y el furfurol, actualmente considerados inhibidores de la fermentación y la hidrólisis enzimática, pueden utilizarse con la evolución de la tecnología. La optimización del consumo de energía es de gran importancia para el proyecto, y ya se pueden enumerar algunos puntos, como la reutilización del calor en el proceso y la optimización de la evaporación de C5 y C6 con el uso de vapores de menor temperatura. La fermentación fue otra gran buena noticia en el proceso de etanol de segunda generación; los rendimientos iniciales ya eran muy alentadores, pero aún queda por mejorar la graduación alcohólica del vino, lo que implica directamente el consumo de energía y la producción de vinaza.

Materiales e ingeniería: Las características agresivas del pre-tratamiento (pH, temperatura, contaminantes inorgánicos) exigen soluciones materiales especiales para los equipos. Tendremos un desarrollo de proyecto muy amplio, con la selección de diferentes materiales y soluciones de ingeniería para cada necesidad. Un ítem que demostró ser muy importante es la necesidad de tratamiento inicial de la biomasa para remover las impurezas minerales y la estandarización granulométrica, lo que debe ser un factor importante para la reducción de costos para la implementación inicial y mantenimiento del proyecto. Finalmente, la nacionalización de la producción de equipos puede incentivar el surgimiento de proveedores que aporten buenas soluciones.

Conclusión: La disponibilidad de biomasa excedente asociada a la producción de caña de azúcar puede ser muy atractiva para la implementación de una planta de etanol de segunda generación adjunta a la primera generación. El etanol producido puede clasificarse como un combustible renovable “avanzado”, y las demandas del mercado son crecientes, especialmente en Europa, Estados Unidos y Asia, especialmente alentadas por las disposiciones legales.

El proyecto implementado en Raízen ya está en producción comercial, obviamente con algunas adaptaciones por completar y con una serie de oportunidades de mejora. Los resultados obtenidos ya garantizan seguridad para colocar la ampliación del proyecto de etanol de segunda generación; esta decisión, ya tomada por Raízen , impulsará el desarrollo de proveedores de equipos e insumos que, en el futuro, presentarán nuevas soluciones para productos y procesos, aumentando así la eficiencia del proyecto. Finalmente, el uso de la biomasa excedente puede ayudar a diluir el costo de producción de la caña de azúcar, proporcionando en este caso un aumento significativo en el rendimiento de los productos por hectárea.