Diseño de una biorefinería a pequeña escala a partir de bagazo de agave

Abstract

The limited nature of fossil reserves and the environmental concerns associated with their use and extraction are increasing and are prompting the replacement of petroleum-based chemical processes with processes based on renewable resources. In past decades, the design strategy focused on large-scale single-product production, rendering production economically unviable. That is why, this thesis aims to study economically and environmentally small-scale biorefinery units to produce ethanol, xylitol, furfural, lactic acid and succinic acid from native and genetically modified microorganisms, using agave bagasse as raw material. This work is developed under the framework of the SMIBIO project in which a consortium of 5 European countries and 5 Latin American countries participate, led by the National Laboratory of Energy and Geology (LNEG) of Portugal. From the analysis carried out, it was observed that small-scale biorefineries are an alternative for the use of residues from the tequila production process. The scenarios that use genetically modified microorganisms are those that present a better evaluation, since they reduce the consumption of fresh water since the detoxification stage is not necessary and with this, equipment and processing costs are reduced. The environmental indices that are oriented to energy consumption and use for both schemes show that the processes are not sustainable in this regard. Despite this, those scenarios that use modified microorganisms have a better percentage.

La naturaleza limitada de las reservas fósiles y las preocupaciones ambientales que conllevan su uso y extracción son cada vez mayores y están instando a reemplazar los procesos químicos a base de petróleo, con procesos basados en recursos renovables. En décadas pasadas, la estrategia de diseño se enfocaba hacia la producción a gran escala de monoproducto, haciendo que la producción no fuera económicamente viable. Es por ello que la presente tesis tiene como objetivo estudiar técnica económica y ambientalmente unidades de biorefinería a pequeña escala para producir etanol, xilitol, furfural, ácido láctico y ácido succínico a partir de microorganismos nativos y modificados genéticamente, empleando como materia prima bagazo de agave. Este trabajo está desarrollado bajo el marco del proyecto SMIBIO en el cual participan un consorcio de 5 países europeos y 5 países latinoamericanos liderados por el Laboratorio Nacional de Energía y Geología (LNEG) de Portugal. Del análisis desarrollado se observó que las biorefinerías a pequeña escala son una alternativa para el uso de residuos del proceso de producción del tequila. Los escenarios que emplean microorganismos modificados genéticamente son los que presentan una mejor evaluación, ya que reducen el consumo de agua fresca puesto que no es necesaria la etapa de detoxificación y con ello se reducen costos de equipo y procesamiento. Los índices ambientales que están orientados al consumo y uso energético para ambos esquemas muestran que los procesos no son sostenibles en este aspecto. A pesar de ello, aquellos escenarios que emplean los microorganismos modificados tienen un mejor porcentaje.