Estudio de la hidrólisis del bagazo con ácido sulfúrico concentrado utilizando dos variantes de una sola etapa y una sola etapa modificada para la obtención de etanol y análisis técnico-económico de dicho proceso

A study of single-step hydrolysis of bagasse with concentrated sulphuric acid for obtaining ethanol and in a modified single step and corresponding technical-economic analysis

En este trabajo se realiza a escala de laboratorio el proceso de hidrólisis ácida del bagazo utilizando ácido sulfúrico concentrado en una sola etapa y en una etapa modificada. En el estudio se analizó la influencia de tres variables independientes: tiempo de reacción, porcentaje de sólidos del bagazo y la temperatura sobre el proceso en una sola etapa. La máxima conversión obtenida para la hidrólisis en una etapa fue de 87,65% de azúcares fermentables utilizando ácido sulfúrico al 70%, 2% de sólidos y una temperatura de 50oC durante 1 hora de reacción. A partir de estos resultados se realizó el proceso modificado obteniéndose una conversión máxima de 97,5% de azúcares fermentables a una dilución del ácido al 30%. Se realizó además un análisis técnico-económico de ambas variantes partiendo de los resultados experimentales obtenidos en cada proceso; los valores fueron calculados para una futura planta con capacidad de producir 800 HL de alcohol/día. Los índices VAN Y PRD indicaron que la hidrólisis ácida concentrada en una sola etapa (variante 1) con un VAN de 8310659.27 y un PRD de tres años es más factible que el proceso modificado (variante 2) con un VAN de 3293318.69 y un PRD de siete años.

Introducción

La hidrólisis ácida de los lignocelulósicos ha sido la tecnología más utilizada para la obtención de azúcares fermentables, que posteriormente son convertidos a etanol (Cunningham y López, 1994, y Lope et al., 2002). Cuba cuenta con el bagazo de la caña de azúcar como su principal residuo lignocelulósico, que puede ser aprovechado para desarrollar esta tecnología (Lope et al., 2002).

Este trabajo tuvo como objetivo estudiar a escala de laboratorio la hidrólisis del bagazo en una sola etapa y en una etapa modificada utilizando ácido sulfúrico concentrado con el propósito de alcanzar una elevada conversión de bagazo a azúcares fermentables (Clausen y Gaddy, 1998, y Farone y Cuzens, 1999). Para el análisis económico del proceso de la hidrólisis del bagazo utilizando ácido sulfúrico concentrado en una sola etapa (variante 1) y una sola etapa modificada (variante 2) también se realiza un estudio del mercado, un estudio de la capacidad de la planta Perucho Figueredo, un balance de masa y energía para todos los equipos que se utilizan en el proceso de la hidrólisis ácida concentrada con el propósito de calcular el costo de los equipamientos y por lo tanto el de inversión de ambas variantes (Badger Engineers, 1989; Solar Energy Research lnstitute, 1998; Chem Systems, 1983; Max y Klaus, 1968) y así, llegar a hacer una comparación de la factibilidad económica de las dos variantes del proceso.

Materiales y métodos

Materia prima

El bagazo se tomó como materia prima lignocelulósica para efectuar la hidrólisis ácida concentrada. El mismo se molió hasta un tamaño de 2 mm (Cunningham y López, 1994, y Lope et al., 2002). Su humedad se determinó utilizando una estufa balanza infrarroja del tipo Sartorius y se realizaron los cálculos del porcentaje sólidos y de humedad.