El etanol de segunda generación (2G) es un biocombustible producido a partir de materiales lignocelulósicos, a diferencia del etanol de primera generación (1G), que se obtiene a partir de sacarinas y almidones.

La gran diferencia del etanol 2G es su proceso de producción, que implica convertir la celulosa y hemicelulosa presentes en la biomasa en azúcares fermentables, permitiendo generar etanol a partir de materiales que normalmente no se utilizarían para este fin.

Entre las principales ventajas del etanol 2G destacan las siguientes:

Mayor sostenibilidad: aprovechamiento de residuos agrícolas que de otro modo serían desechados.

Mejor aprovechamiento de la biomasa: aumenta la eficiencia de la cadena productiva, permitiendo extraer más energía de la misma cantidad de materia prima.

Mantenimiento del área plantada: reduce la necesidad de expansión agrícola para la producción de biocombustibles y evita la competencia con los cultivos alimentarios.

Con el avance de las tecnologías de conversión de biomasa y el desarrollo de procesos más eficientes, el etanol de segunda generación se está convirtiendo en una alternativa viable y estratégica para diversificar la matriz energética y reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

Etapas de la producción de etanol 2G

La producción de etanol de segunda generación (2G) implica un proceso más complejo que el de etanol de primera generación, ya que la biomasa lignocelulósica debe convertirse en azúcares fermentables antes de la fermentación alcohólica. Este proceso ocurre en cuatro etapas principales: pretratamiento de biomasa, hidrólisis enzimática, fermentación y destilación/purificación.

1. Pretratamiento de biomasa

La biomasa lignocelulósica, como el bagazo y la paja de la caña de azúcar, tiene una estructura rígida compuesta de celulosa, hemicelulosa y lignina. Para que los azúcares presentes en estos materiales sean accesibles a la acción enzimática, la biomasa se somete a un pretratamiento.

Este proceso puede implicar:

• Pretratamientos químicos y físico-químicos, que pueden utilizar ácidos, bases, agentes oxidantes y reductores para romper los enlaces de lignina y solubilizar la hemicelulosa.
• Explosión de vapor, donde la biomasa se somete a alta presión de vapor saturado y altas temperaturas y luego sufre una liberación repentina, rompiendo sus estructuras.
• Pretratamientos alcalinos, oxidativos o con disolventes, que eliminan la lignina y aumentan la accesibilidad de la celulosa.
• El pretratamiento es un paso crítico, ya que influye directamente en la eficiencia de la etapa de hidrólisis enzimática y en la calidad de los azúcares obtenidos.

2. Hidrólisis enzimática

Después del pretratamiento, la biomasa se somete a hidrólisis enzimática, donde enzimas específicas, como celulasas y hemicelulasas, actúan para descomponer las moléculas de celulosa y hemicelulosa en azúcares fermentables.

Este proceso ocurre en biorreactores enzimáticos, en los cuales se controlan las condiciones de temperatura, pH y concentración de enzimas para asegurar una conversión eficiente de polisacáridos en monosacáridos.

Vea más sobre la hidrólisis enzimática en nuestro artículo "Tecnal- Uso de fuentes renovables para la producción de Bioetanol mediante hidrólisis enzimática".

3. Fermentación

Los azúcares liberados durante la hidrólisis se convierten en etanol mediante la acción de microorganismos fermentadores, como las levaduras del género Saccharomyces cerevisiae, debido a su capacidad de asimilar fácilmente la glucosa.

La fermentación se lleva a cabo en biorreactores de fermentación, donde se mantienen las condiciones ideales de temperatura, oxigenación y pH para maximizar la conversión de azúcares en etanol.

4. Destilación y purificación

Después de la fermentación, el etanol se separa por destilación, donde se calienta y sus vapores se condensan para concentrar el producto.

Para alcanzar la pureza requerida para su comercialización, el etanol pasa por una etapa adicional de deshidratación, donde se eliminan los últimos restos de agua, generalmente mediante procesos de tamiz molecular.

Al final de este proceso, el etanol 2G está listo para ser utilizado, presentando un menor impacto ambiental y una mayor eficiencia en la conversión de biomasa en energía.

Fuente: Unión de la Industria de la Caña de Azúcar y la Bioenergía (UNICA).

El papel de los biorreactores en la producción de etanol 2G

La producción de etanol de segunda generación (2G) se basa en procesos biotecnológicos controlados para transformar la biomasa lignocelulósica en etanol. Para ello, los biorreactores juegan un papel fundamental, especialmente en las etapas de hidrólisis enzimática y fermentación alcohólica, asegurando las condiciones ideales para la conversión eficiente de azúcares fermentables.



Control de las condiciones del proceso

Los biorreactores permiten controlar variables esenciales, como:



Temperatura: mantenida dentro del rango ideal para la acción de las enzimas en la hidrólisis y para el crecimiento de las levaduras en la fermentación.

pH: ajustado para optimizar la actividad enzimática y asegurar la viabilidad de los microorganismos.

Agitación: regulada para asegurar una distribución homogénea de nutrientes y enzimas en la solución.

Aireación (oxigenación): mantiene y ajusta las concentraciones ideales de gases en procesos aeróbicos y/o anaeróbicos, promoviendo la multiplicación y aumentando la viabilidad celular.

Este control es importante para maximizar el rendimiento del etanol 2G y evitar pérdidas en el proceso.

Vea cómo funciona un biorreactor. "Tecnal - ¿Cómo funciona un biorreactor?".

Conozca los biorreactores Tecnal 

Tecnal ofrece una línea de biorreactores de mesón y piloto que pueden optimizar su producción de etanol de segunda generación (2G). Estos biorreactores son esenciales para procesos como la fermentación, la hidrólisis enzimática y el cultivo de microorganismos, proporcionando alta eficiencia y control de las condiciones del bioproceso.

Características principales de nuestros biorreactores:

Aplicaciones versátiles: adecuado para fermentación, cultivo celular, producción de biocombustibles, enzimas, vacunas, medicamentos, entre otros.

Alto control de bioprocesos: monitoreo y ajuste de parámetros como pH, temperatura, nutrientes, espuma, agitación, presión y concentración de gases, asegurando condiciones ideales para el crecimiento microbiano y la eficiencia del proceso.

Personalizable: disponible en diferentes volúmenes y modelos, incluyendo versiones de sobremesa y piloto, adaptándose a las necesidades específicas de cada proyecto.

Software: los monitores HMI de pantalla táctil de 7 a 15 pulgadas permiten un control detallado de las variables del proceso, calibración, creación de recetas, alarmas, gráficos, archivo y exportación de datos, y más.

Entorno de cultivo: recipientes de reacción autoclavables con múltiples puertos para accesorios y sensores, fabricados con materiales duraderos para soportar rigurosas condiciones de operación.

Nuestros modelos disponibles:

Biorreactor de mesón BIO-TEC-FLEX-III

Biorreactor de mesón BIO-TEC-PRO-II

Biorreactor Twin BIO-TEC-TWIN

Biorreactor Piloto BIO-TEC-PRO-II-PILOTO

Consideraciones Finales 

La producción de etanol de segunda generación (2G) es un avance en la búsqueda de fuentes de energía más sostenibles y en el aprovechamiento de residuos agrícolas. Dentro de este proceso, los biorreactores juegan un papel importante, optimizando los procesos de hidrólisis enzimática y fermentación, asegurando una mayor eficiencia y control de las reacciones biológicas.

Los biorreactores de Tecnal satisfacen las diversas demandas de este sector, ofreciendo tecnología, flexibilidad y control de procesos, desde escalas menores hasta escalas piloto. Permiten controlar variables como pH, temperatura, gases, agitación y varios parámetros más.

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Referencias Bibliográficas

DE ALMEIDA LIMA, Urgel. Biotecnologia Industrial, v. 3: processos fermentativos e enzimáticos. Editora Blucher, 2019.

MELO, Nícholas Rocha. Etanol 2G: Processo produtivo e seu contexto atual no Brasil. 2020.

RAMOS, Lucas. Alternativas de hidrólise enzimática e fermentação em reatores de coluna para aplicação em biorrefinarias integradas de primeira e segunda geração empregando bagaço de cana-de-açúcar: dos experimentos em laboratório à avaliação de viabilidade econômica. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo. 2019