Producción de etanol empleando Panicum maximum pretratado: efecto de altas concentraciones de sólidos en la hidrólisis enzimática y fermentación de hidrólizados

Ethanol production using pretreated biomass of Panicum maximum: effect of high solids loading on enzymatic hydrolysis and fermentation of hydrolyzates

A pesar del incremento de estudios sobre la producción de etanol empleando biomasa lignocelulósica, el proceso aún presenta inconvenientes debido a los costos asociados a las etapas de transformación de la biomasa, como lo es la hidrólisis enzimática. Una de las soluciones para reducir estos costos, consiste en emplear altas concentraciones de sólidos y dosis mínimas de enzimas en función de la biomasa a hidrolizar. Por lo anterior, en el presente estudio se determinó el efecto del empleo de una alta concentración de sólidos sobre el rendimiento de la hidrólisis enzimática junto con las posibles implicaciones en una fermentación teniendo en cuenta la detoxificación de hidrolizados, empleando la biomasa lignocelulósica de Panicum maximum pretratado. Inicialmente se seleccionó la dosis de enzimas más adecuada para hidrolizar la biomasa pretratada con una posterior evaluación de un sistema lote alimentado de biomasa pretratada-enzimas. Para finalizar, se evaluaron dos métodos de detoxificación de hidrolizados, hidróxido de sodio (NaOH) y carbón activado, determinando la reducción de la concentración de azúcares totales (ART) y evaluando el uso potencial del hidrolizado detoxificado como fuente de carbono para una fermentación alcohólica. La dosis recomendada para la hidrólisis enzimática fue de 61,44 BHU/g para el complejo de celulasas y 1,77 CBU/g para -glucosidasas con una concentración final de azúcares reductores de 66,79 g/L en 48 h y una concentración de biomasa pretratada de 20%p/p. Además, el hidrolizado detoxificado con NaOH presentó la mayor concentración de etanol y productividad con un valor de 19,43 g/L y 0,81 g/L/h, respectivamente.

INTRODUCCIÓN

La alta variabilidad de los precios del barril de petróleo, gracias a la sobreoferta causada en gran parte por los países miembros de la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo, por sus siglas en ingles), ha generado problemas presupuestales en países que: (1) son dependientes de su producción para su sostenimiento o (2) utilizan los ingresos del sector para suplir gran parte de su PIB (Producto Interno Bruto) 1. En Latinoamérica, países como México, Brasil, Colombia y Venezuela, han sido perjudicados en esta guerra de precios 2. Por lo tanto, además de reducir el impacto negativo de los combustibles tradicionales, el etanol se ha convertido en una herramienta necesaria de desarrollar a gran escala para lograr una independencia económica de las fuentes tradicionales como el petróleo e inclusive el gas natural 3. Tradicionalmente, el etanol se produce empleando como sustrato, el jugo de caña de azúcar y maíz. Sin embargo, ante el nuevo escenario mundial, el uso de estas materias primas está en desuso por razones ampliamente conocidas: (1) el precio ha venido en aumento debido a la demanda que tienen los productores por la necesidad de su uso para la producción de biocombustibles, (2) variabilidad climática que afecta la productividad de los cultivos, generando problemas éticos sobre el empleo de fuentes para la alimentación humana como materia prima para la producción de energía, lo cual se traduce en riesgos en la seguridad alimentaria y (3) estas materias primas requieren sistemas de producción extensivos, ocasionando el desplazamiento de otros cultivos a zonas con suelos improductivos o inclusive deforestación descontrolada para poder incrementar el área sembrada.