UNALM: Anuncian planta piloto de producción de etanol

El desinfectante más usado en tiempos de coronavirus COVID-19.
6 Agosto, 2020
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La planta de producción de etanol de la UNALM está ubicada en las instalaciones del Centro Modelo de Tratamiento de Residuos (Cemtrar) y su implementación es el resultado del proyecto «Producción de Etanol de 2da Generación G2 a partir de Residuos Agroindustriales de caña, arroz y maíz».

La planta piloto de etanol de la Unalm se inauguró el 26 de noviembre de 2019. Consta de un ambiente de 30 m2 construido de material noble, ha sido diseñada como planta piloto versátil con una capacidad de producción de 1000 litros/mes de etanol al 96% de pureza.

Producción en tiempos de COVID-19

El etanol disuelve la capa lipídica y desnaturaliza las proteínas de la superficie de los microorganismos como el SARs-CoV 2 ocasionando la destrucción de la membrana celular. Las proteínas son desnaturalizadas más rápidamente en presencia de agua por ese motivo el etanol al 70 % tiene mejor efecto que el etanol de 96 %, adicionalmente el etanol producido al 96 % es muy concentrado e irrita la piel produciendo sequedad y dermatitis, por lo que debe ser diluido con agua pura hasta obtener etanol al 70% de pureza. Por lo tanto, a partir de los 1000 litros de etanol de 96% de pureza se obtiene 1370 litros de etanol al 70%. Así la planta está en capacidad de proveer a la población universitaria de este desinfectante muy requerido e importante en esta época de crisis sanitaria. Además, se puede hacer preparados en forma de gel.

El Centro de Investigación en Química, Toxicología y Biotecnología Ambiental (CIQTOBIA) de la UNALM ha desarrollado la planta de etanol (alcohol etílico) entre el 2017 y 2019 como parte del proyecto PRODUCCIÓN DE ETANOL DE 2DA GENERACIÓN G2 A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES DE CAÑA, ARROZ Y MAÍZ”, dentro del marco del contrato N° 010- 2016 INIA/PNIA/UPMSI/IE, con apoyo de la Alianza Estratégica formado con la Fundación Peruana para la Conservación de la Naturaleza PRONATURALEZA y la empresa POWERCORP como entidades colaboradoras.

La planta consta de un ambiente de 30 m2 construido de material noble, ha sido diseñada como planta piloto versátil con una capacidad de producción de 1000 litros/mes de etanol al 96% de pureza a partir de diferentes materias primas tales como: residuos agroindustriales, residuos de comedor, materias ricas en almidón entre otros; para este propósito el proceso tiene etapas bien definidas: acondicionamiento, hidrólisis, fermentación y destilación fraccionada.

Ubicación de equipos para el proceso de producción de etanol: 1. Equipo de explosión con vapor, 2. Tanques de hidrólisis química y enzimática, 3. Tanques de fermentación, 4. Equipo de destilación, 5. Tanques de almacenamiento.

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Acondicionamiento

El acondicionamiento del material lignocelulósico consiste en la molienda de los residuos o materias primas y explosión con vapor, teniendo como objetivo principal desintegrar la biomasa lignocelulósica y aumentar la porosidad de la matriz lignocelulósica, lo cual permitirá una mayor disponibilidad de carbohidratos para la hidrólisis. Para el desarrollo de la explosión con vapor se dispone de 01 reactor multifuncional que consta de un calderín y condensador de reflujo para gases de capacidad 15 L que incluye panel de control eléctrico, presostato regulado a 12 bar, chaqueta de aislamiento térmico, termómetro análogo, accesorios.

Proceso de Hidrólisis

 La hidrólisis química se realiza en medio alcalino y enzimática con el uso de celulasas logrando un incremento en la digestibilidad de la celulosa, mediante la solubilización de lignina y formación de a azúcares reductores que pueden ser fermentados por levaduras o bacterias a etanol. Para este proceso se dispone de 02 tanques de acero inoxidable de 40 litros de capacidad, control automático de temperatura, agitador manual superior, válvulas de purga inferior y lateral, válvula de muestreo, accesorios; como se observa en la imagen a la derecha: Equipo de explosión con vapor y tanques de hidrólisis química y enzimática.

Proceso de Fermentación

El proceso de fermentación consiste en la conversión de azúcares reductores en etanol, para promover dicha conversión se hace uso de la levadura Saccharomyces cerevisiae bajo condiciones controladas de carga, temperatura, pH y tiempo. Para este proceso se cuenta con 03 reactores de acero inoxidable de 40 L de capacidad que incluye control de temperatura, sensor análogo, agitador, válvulas, tuberías, sistema de salida de gases, chaquetas de intercambio de calor, sistema de calentamiento, accesorios; como se observa en la imagen a la derecha: Tanques para el proceso de fermentación.

En el proceso de fermentación los carbohidratos convertidos por el proceso de hidrólisis en azúcares reductores como la glucosa, son biotransformados por las levaduras y convertidos en etanol.

Bioquímicamente, un mol de glucosa se transforma en etanol y dióxido de carbono siguiendo una ruta metabólica complicada de las levaduras y desprendiendo un poco de calor, porque el proceso de fermentación es exotérmico. La ecuación que resume el proceso de la fermentación es la que se da a continuación:

Para que el proceso biotecnológico sea exitoso, se debe de cuidar ciertos parámetros cinéticos de la fermentación, entre los que destacan la temperatura, que no debe ser superior a 28 °C ni inferior a 10 °C, siendo óptima entre 20 y 24 °C. También el pH es muy importante y se debe mantener entre 4,0 y 5,0. Lo mismo se puede decir de las condiciones nutricionales, pues aparte de los carbohidratos, las levaduras deben de contar con los oligoelementos necesarios para que su funcionamiento biológico sea optimizado. Ciertamente hay muchos otros factores más que controlar; pero eso ya es propio de una especialización.

La fermentación termina cuando las levaduras son inhibidas por causa de sus propios desechos, en este caso el etanol, eso ocurre cuando la concentración de alcohol en el fermentado es de 11% aproximadamente, siempre y cuando las condiciones de fermentación son inmejorables, como es el caso de la fermentación del vino; pero cuando la fermentación es a partir de desechos alimentarios, como el arroz o el pan del comedor universitario de la UNALM, el rendimiento de la producción de alcohol, en el proceso de fermentación, es menor (5 %); sin embargo, sigue siendo rentable, porque en la planta de etanol en referencia se aprovechan los residuos alimentarios dándoles valor agregado.

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Proceso de Destilación Fraccionada

El proceso de destilación fraccionada consiste en hacer hervir el líquido fermentado, que proviene del proceso de fermentación y que consta principalmente de una mezcla de etanol y agua. Los vapores del líquido fermentado se condensan y se obtiene a la salida de la columna, etanol de 96% de pureza.

Para el desarrollo de este proceso se dispone de un (01) destilador de 100 L de capacidad que incluye columna de 31 Platos, Condensador y Parrot material Acero inoxidable 304SS, 50L material 304SS control de voltaje/calentamiento eléctrico, resistencia 220V, 60hz, 0-6KW, 100L material 304SS con chaqueta de vapor; como se observa en la imagen izquierda: Tanques y columna de destilación.

Potencial para replicar en campo

En estos tiempos cuando el estado peruano invierte considerables sumas de dinero en la compra de etanol como parte de sus lineamientos de prevención y control frente a la propagación del COVID-19, es importante poder replicar experiencias como nuestra planta piloto de producción de etanol en las diversas municipalidades del Perú, que con un valor aproximado en equipamiento de 52000 dólares puede suministrar desinfectante de eficacia comprobada al COVID-19 de forma permanente para la población y por un tiempo prolongado, también pasada la pandemia puede producir etanol como fuente alternativa de combustible.

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