ALTERNATIVAS PARA EL USO DE LA CAÑA DE AZÚCAR Gustavo Viniegra González Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa, D.F. MÉXICO vini@xanum.uam.mx Rendimientos de la biomasa % H2O T/ha (min) 90 Algas verdes Caña de azúcar (toda) 70 Agave 80 Eucalipto 70 Yuca (E. crassipens) 80 Maíz ensilado (2 80 cosechas) Pasto Sudán 85 50 45 15 -20 25 T/ha (max) 100 112 40 54 30 40 -- 36 Cultivo La cadena del maíz en EUA La Cadena Alimentaria Humana BIO- CONVERSIONES Problemas de la caña como forraje Casi no tiene proteína (< 1%) z El bagazo tiene baja digestibilidad (20%) z El jugo de caña se fermenta fácilmente y genera alcohol. z La caña picada no se consume adecuadamente (se retiene el bagazo crudo) z La melaza en altas dosis es tóxica. z Tratamiento alcalino del bagazo z z z z La saponificación de los ésteres del ácido urónico de los xilanos aumenta la digestibilidad (Tarkow and Feist, 1969). Aumenta la difusión haciendo la fibra más accesible a las enzimas (Smith et al., 1970). El tratamiento con Ca(OH)2 a 100º C, 1 atm, 1 hora, hace la fibra muy digerible. Tratamiento con 12% NaOH por 5 min aumenta la digestibilidad del bagacillo, 20 → 40% (Cuba) La fermentación del rumen se puede manipular Se pueden producir fermentos lácticos vivos que aumentan la producción del ácido propiónico Proceso Biofermel Melaza fermentada → Inoculante láctico z Lactato → propionato (en el rumen) z Ahorra proteína (sustituida por urea). z Sustituye el 80% de los granos en los piensos concentrados. z Diagrama del Proceso Biofermel ESTIÉRCOL + UREA AGUA MELAZA MEZCLADORA SILOS Resultados (Novillos Angus de 350 kg)* Alimento No. de Animales P= Acét./Prop. R=Prop./ But. Ganancia diaria (kg) Maíz 10 3.91 ± 0.3 2.33 ± 0.3 0.951 Biofermel 7 4.14 ± 0.5 2.67 ± 0.9 0.890 *Pérez-Gavilán E.J.P., y Viniegra-González G. (1976). Ciencia Veterinaria (Compilado por E. Moreno Chan) Prensa Universitaria UNAM 1: 241-261 Difusión del proceso (Pérez-Gavilán) Ganadería Pastejé 1974 a 1984 Industria El Novillo (Cotija) 1978 a 1990 Ingenio Cantarranas (Honduras) 1980 Ejido en Guamúchil, Sin. 1980 a 1990 En 1990 se canceló la estrategia ganadera de la melaza y se vendió al mejor postor en EUA. Optimización: (concentrado)/(forraje) Optimo = 14 Mcal/kg fibra → Máximos de digestión y crecimiento Kg/d Poca melaza → Escaso metabolismo microbiano → Pobre digestión. Mucha melaza → Inhibe la digestión de la celulosa. Datos inéditos: Cabello, Pámanes, Viniegra (1982) Mcal/kg fibra Mezclas de miel, bagazo tratado y amoníaco (urea) El bagazo puede tratarse con álcali z El álcali puede ser NH3 (3% de MS) → más de 14% de proteína cruda. z El guarapo puede concentrarse (miel rica) z Las mezclas de: miel rica + bagazo + NH3, sustituyen piensos naturales z Las melazinas se pueden transportar y almacenar. z La caña como forraje para carne Dato Peso vivo Consumo medio (MS/d) Consumo total per caput Consumo de caña (MS) Caña (tallo y cogollo) Cabezas por ha Ventas de reses Costos de las reses Diferencia Diferencia/(TM de caña) Cantidad 300 a 450 kg 10.14 kg 1,217 kg (MS) 974 kg/caput 30 T/ha (MS) 30 $ 270,000 $ 135,000 $ 135,000 $1,687 La caña como forraje para leche Dato Peso vivo Consumo MS/d Consumo anual Consumo de caña (MS) Leche producida Caña (tallo y cogollo) Leche total (13 vacas) Ventas ($ 4/L) Valor de la caña (tallos) Cantidad 500 kg 12.7 kg 4,600 kg/caput 2,300 kg/caput 2,000 L/año 30 T/ha (MS) 36,000 L $132,000($1,650/Tcaña) $36,000 ($ 450/T) Mercados de carne y leche Déficit lechero: 2,500 TM/año → (1.0 GUS$) → 1 M vacas → 80 kha de caña. z Engorda de novillos: 1 M cabezas → 45 kha de caña → 450 kTM de carne (pie) → 225 kTM de carne en canal → 4.5 GUS$ de ventas. z 125,000 ha de caña forrajera→ 5.5 GUS$ z 600,000 ha de caña azucarera→2.5 GUS$ z Rendimientos del azúcar Mol/mol Yp/s (kg/kg) Materia prima Producto Azúcar Azúcar 1 100% 5.00 Azúcar Etanol 2 51% 9.80 Azúcar Ac. Láctico 2 100% 5.00 Azúcar Succínico 2 131% 3.81 Azúcar Propanediol 2 84.5% 5.92 Azúcar Levaduras 0.5 41% ($/kg)/Yp/s 12.20 Costos: Oportunidad/Mat. Prima Producto Azúcar B = Costo A = Costo Mat. Prima oportunidad $/kg $/kg 1.70 5.00 0.34 B/A Etanol 9.80 5.80 0.59 Ac. Láctico 5.00 17.00 3.40 Succínico 3.81 6.05 1.59 Propanediol 5.92 22.12 3.74 12.20 13.75 1.13 Levaduras EtOH en EUA vs. Gasolina Méx. Precio octano: ($6/L)(1/0.68) = $8.82/kg z Precio EtOH US: (1.15 dls/gal)->$4.24/kg z Equival. térmica: 1.6 kg EtOH/ kg octano z ($EtOH US/$octano) = (4.24*1.6)/8.82 = 0.77 z Costo maíz en EUA: 953 pesos/ton z Costo azúcar en caña: (450/0.15) = $3,000/ton z Proyección a México (caña) [4.24+(3.00-0.95)/0.5]1.6 -> $13.44/$8.82= 1.51 Habría que subsidiar el EtOH en México z Mercado del ácido láctico et al. Sector alimentario → 86 kton (2001) z Poliláctico → 140 kton (2005) Natureworks (Cargill, Blair, Nebraska, EUA) z Poliláctidos → 500 kton (2010) z Productores: NATUREWORKS® (Cargill Dow), ECOPLA® (Original Cargill Product), LACTY® (Shimadzu), HELPON® (Chronopol), LACEA®(Mitsui) http://www.chemsystems.com/newsletters/perp z El Ác. Succínico y la industria Se usa como anticongelante en EUA ($US 0.44/kg) z Puede entrar en nuevas cadenas de síntesis de polímeros (polietileno, poliestireno, etc.) z El valor potencial del mercado es 2,400 millones de dólares. C6H12O6 + 2CO2 →2C4H6O4 + O2 z Producción del succinato biosintético en EUA z HOUSTON, Aug. 24 (UPI) -- Trials started on "green" production for succinate, a key ingredient in many drugs, plastics, solvents and food additives (AgRenew Inc.Manhattan, Kansas) z E. coli modified with the deletion of four genes. z Science Daily: copyright 2005 by United Press International.. El propanediol en la industria z Planta de copolímeros Propanediol (3G) y Tereftaltato (T) llamados 3GT de la marca Sorona (Du Pont) de 9 kton (Kingston,NC) z Pueden entrar en mercados muy grandes si compiten en precio con las fibras petroquímicas. Potencial del bagazo Costo en función de su equivalente térmico (4.1 kcal/11.4 kcal) = 0.36 (bagazo vs. hidrocarburo) z Más barato que el azúcar. z Costo = ($6/kg HC)(0.36) = $2.11/kg z Más barato que el crudo (40*11/100)=$4.4/kg PROBLEMA: Quitar la lignina -> mucha energía POTENCIAL: OXIDACIÓN + ORGANOSOLV z ¿Celulosa más barata? Precio internacional: $ 5.0/kg $ 4.0/kg z Precio del crudo: $ 2.1/kg z Precio del bagazo: ¿Se podrá producir una celulosa a menos de $4.0/kg? ¿Y los subproductos? (lignina y hemicelulosa) z Sería más abundante que el maíz y la materia prima favorita de la industria. Conclusiones z z z A corto plazo: el forraje (carne y leche de vacunos) A mediano plazo, el láctico o el succínico (materias primas de la industria química) es una opción mucho más rentable que producir azúcar, alcohol combustible, o levaduras. A largo plazo, el bagazo (lignina, hemicelulosa y celulosa): materia prima más barata y atractiva para la industria química.