Ingeniero Civil en Biotecnología / La gran dependencia energética de la sociedad actual, el agotamiento de las reservas de petróleo y el alto nivel de contaminación que generan los combustibles fósiles, han llevado a los gobiernos del mundo a potenciar el desarrollo de nuevas fuentes de energía que sean renovables y de bajo impacto ambiental. Las energías renovables, como biocombustibles, se presentan como una gran alternativa y están tomando fuerza. A partir de biomasa se pueden producir combustibles como biodiesel, biohidrógeno y bioetanol, siendo este último en el que se centra esta investigación. Una de las alternativas que ha acaparado mucho interés en las últimas décadas es utilizar biomasa de alga para la producción del bioetanol. Las algas tienen bajas cantidades de lignina y altas concentraciones de carbohidratos, entre ellos hexosas y pentosas, siendo las pentosas uno de los azúcares menos aprovechados en la fermentación alcohólica. Por esto, se planteó realizar un estudio exploratorio de producción de bioetanol a partir de algas utilizando la levadura fermentadora de pentosas Scheffersomyces stipitis. En primera instancia, se determinó la cantidad de azúcares reductores totales, glucosa y xilosa de dos algas que crecen en las costas chilenas, Macrocystis pyrifera y Ulva rigida, eligiéndose esta última para continuar con el estudio, debido a que no requiere pretratamiento y contiene más xilosa. Luego se realizaron las estrategias de fermentación Sacarificación y Fermentación Simultáneo (SSF) e Hidrólisis y Fermentación Separadas (SHF) utilizando U. rigida y S. stipitis, con el fin de comparar cuál estrategia entregaba mayores rendimientos. Finalmente, se planteó fermentar los azúcares de la biomasa utilizando S. cerevisiae y S. stipitis en dos estrategias: una co-fermentación simultánea con ambas levaduras, y otra estrategia secuencial fermentando inicialmente con S. cerevisiae y luego con S. stipitis. La finalidad de estos ensayos era encontrar si existía un aumento de los rendimientos de etanol al utilizar S. stipitis, en comparación con los obtenidos en trabajos previos en los que se utilizó U. rigida y S. cerevisiae. Los resultados permitieron determinar que el alga M. pyrifera está constituida en un 43,8% de azúcares reductores, y de estos, un 7% y 5% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. El alga U. rigida está constituida en un 36,3% de azúcares reductores, y de estos, un 28% y 8% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. Al comparar los resultados de las estrategias SSF y SHF con S. stipitis, se encontró que SSF entrega rendimientos de 0,044 [g EtOH/g alga], mientras que en SHF no se produjo etanol. Finalmente, la estrategia secuencial presentó mayores rendimientos que la simultánea, 0,099 [g EtOH/g alga] versus 0,064 [g EtOH/g alga], pero en ambos casos fueron mayores que SSF y SHF utilizando sólo S. stipitis. Como conclusiones se tiene que el mayor potencial de azúcares en U. rigida se encuentra en los azúcares reductores no medidos, y no en la glucosa y xilosa, por lo que se recomienda realizar un estudio acabado de la composición del alga. También, los rendimientos de sacarificación de U. rigida utilizando Celluclast® y Novozyme® podrían mejorarse probando con otras enzimas, como hemicelulasas. La presencia de inhibidores y sales pudo ser la causa de la no producción de etanol en SHF y la baja cantidad de levadura inicial la causa del bajo rendimiento de SSF. Finalmente, la estrategia secuencial no representó un avance pues el máximo de etanol se generó durante la fermentación con S. cerevisiae, y no producto de la fermentación de pentosas por S. stipitis. Aún quedan muchas variables por mejorar, por lo que no se descarta continuar con las investigaciones de producción de etanol con U. rigida y S. stipitis.

El presente trabajo de tipo teórico – experimental es el estudio del funcionamiento y rendimiento de las cocinas mejoradas domésticas localizadas en zonas rurales que emplean biomasa como combustible siendo principalmente la leña y en menor proporción la bosta de vaca. Se tiene el objetivo de desarrollar un modelo de cocina mejorada que sea energéticamente eficiente, socialmente aceptada y de una baja emisión de gases contaminantes. El trabajo realizado comprendió la construcción de 5 prototipos de cocinas mejoradas de adobe; la evaluación de rendimientos en los 5 prototipos de cocinas mejoradas mediante el Test Estándar de Ebullición de Agua obteniéndose resultados de: eficiencia térmica, potencia promedio y ahorro de combustible; la evaluación del nivel de contaminación de aire mediante el monitoreo de monóxido de carbono (ppm) presente en el ambiente interior donde se cocina durante la cocción. Después de una primera etapa de evaluación de los cinco prototipos iniciales se seleccionó uno en base a los índices de rendimientos obtenidos, posteriormente al prototipo seleccionado se le realizaron modificaciones en sus dimensiones con el objetivo de mejorar la transferencia de calor por radiación y convección esto se verificó en la segunda etapa de evaluación. Se logró un modelo de cocina mejorada que cumplió con los requerimientos establecidos en base a la encuesta realizada, alcanzando una eficiencia térmica de 30%, una potencia promedio de 2.93 kW y un ahorro de combustible de 42% respecto a una cocina tradicional. Además se logró reducir el nivel de contaminación de aire interior a un valor promedio de emisión de monóxido de carbono de 3.9 ppm. El modelo seleccionado se compone de una cámara de combustión tipo Rocket o “L”, tiene una distancia entre el lecho de combustible – base de la olla principal de 220 mm y una distancia radial olla – pared interior de la cocina de 10 mm esto tanto para la olla principal y secundaria. El balance final de energía del modelo seleccionado mostró una gran pérdida de energía a través de las paredes interiores de la cocina y a través de los gases calientes que escapan por la chimenea, representando aproximadamente el 40.6 % (4.03 kW) y el 29.4% (2.90 kW) de la energía entregada por la llama respectivamente. Se deja para un estudio posterior la influencia de los rendimientos de la cocina mejorada a causa del aislamiento de la cámara de combustión además de adecuar sistemas de aprovechamiento de la energía de los gases calientes que escapan por la chimenea. / Tesis

Memoria para optar al Título Profesional de: Ingeniera Agrónoma Mención: Manejo de Suelos y Aguas / Actualmente, Chile importa la gran mayoría de su energía, en momentos donde la demanda mundial por petróleo ha aumentado significativamente, al igual que su valor, lo cual hace imprescindible la necesidad de buscar alternativas de energía renovable no convencional, que le permita ser menos dependiente de los países que lo abastecen y poder generar su propia energía. Una de estas alternativas son los biocombustibles, los cuales tienen como fuente de materia prima la biomasa. Dentro de este tipo de combustibles, el biodiésel es uno de los que presenta mayor potencial. Buscar información sobre biodiésel resulta un poco complejo, ya que la mayoría de la información disponible está enfocada a biocombustibles en general, donde el tópico biodiesel está incluido dentro del tema principal. Además, la documentación no está dirigida a un lector medio, ya que se encuentra literatura muy técnica. No es fácil encontrar documentación que trate los temas para un nivel, donde por un lado, una persona pueda interiorizarse en el tema, pero también incluya suficiente información para ejecutar algún proyecto. Por dicha razón, la presente memoria consiste en una recopilación bibliográfica sobre biodiesel, con el objetivo de que sirva de manual práctico para quienes deseen investigar y/o conocer más acerca de este tema. Para realizar esta memoria, se realizó una recopilación de información a través de comunicación personal con algunas personas relacionadas con el ámbito de los biocombustibles; memorias o tesis chilenas y de otros países que hayan investigado sobre biodiésel; libros y documentos que hablen del tema; manuales internacionales; entre otros. La presentación de esta memoria se estableció en capítulos, donde el primero describe los biocombustibles en general, luego, sobre las materias primas y en los siguientes capítulos, se abarca el tema del biodiesel, su trasformación y utilización. Es posible darse cuenta a través de la memoria y del desarrollo de ésta, que la Transesterificación es el método más usado a nivel mundial, ya que es el más eficiente en la obtención de biodiesel y el más fácil de hacer de los biocombustibles, puesto que a nivel doméstico es posible hacer biodiésel. / Currently, available information focuses to biofuels in general, where the topic of biodiesel is included in the main theme. In addition, documentation is not aimed at an average reader, because it is very technical literature. It is not easy to find documentation covering the topics to a level, where one hand, a person can internalize the subject, but also include enough information to perform a project. The objective of this work consists in a bibliographic compilation about Bio-diesel. It was separated in chapters. The first one talk about bio-oils in general. The second chapter, talks about raw material. Next chapters, talk about bio-diesel and its ways of preparation. There is a little chapter about its use in engines and boiler. The main theme of this monography, are the technologies to obtain Biodiesel. It is possible to see through the development of this work that the transesterification is the most used method worldwide, because is the most efficient to obtain biodiesel and the easiest to make within the bio-oils.

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de suelos y aguas / No autorizado por el autor para ser publicada a texto completo / En la actualidad, la generación de biogás a partir de biomasa surge como alternativa para contribuir a la diversificación de la matriz energética frente a la creciente demanda energética a nivel mundial y a la búsqueda de energía renovables alternativas, que permitan la diversificación de la matriz energética, la independencia energética y además solucionando el problema de manejo, tratamiento y disposición de los residuos provenientes de la agroindustria. La presente monografía tiene por objetivo recopilar y actualizar la información disponible sobre la producción de biogás, para esto se dividió el estudio en cinco bloques que permitan conocer los procesos y factores relevantes en la generación de biogás, materias primas utilizadas en el proceso, biodigestores y usos del biogás. Además se estimó un potencial teórico de producción de biogás utilizando la información disponible sobre los residuos provenientes de la actividad agropecuaria, con este potencial se obtuvo una equivalencia de generación eléctrica de 1.911.877 Mwh/año, lo que corresponde a un 3.2% de la demanda eléctrica nacional. Los esfuerzos se deben centrar en aumentar la eficiencia del proceso mediante la purificación del biogás aumentando su poder calórico, como así también de las políticas que fomenten la generación y el uso de estas energías. / At present the generation of biogas from biomass emerges as an alternative for dealing with mounting worldwide energy demand and seeking alternative renewable energy, allowing the diversification of energy mix, energy independence and also solving the problem of handling, treatment and disposal of waste from agro-industry. This paper aims to collect and update information available on the production of biogas, the study was divided into five blocks that reveal the processes and factors relevant to the generation of biogas, raw materials used in the process, digesters and uses. It also estimated a theorical potential of biogas production using available information on waste from agricultural activities, this information allows for a power generation equivalence 1.911.877 MWh / year. Efforts should focus on increasing process efficiency, purifying biogas which can increase calorific value of biogas, as well as policies that encourage the generation and use of these energies.

Ingeniero Civil en Biotecnología / Como una alternativa al uso de combustibles fósiles líquidos se propone utilizar bioetanol, con lo que se obtendría una reducción de los problemas asociados a la quema de los primeros. Bioetanol es un biocombustibles renovable que produce menos dióxido de carbono. Su producción es limitada por temas económicos, ya que sus costos no compiten con los combustibles convencionales. Dentro del proceso productivo de bioetanol de segunda generación, la etapa de hidrólisis de la biomasa es una de las asociadas a mayores costos, lo que repercute directamente en los mayores precios que alcanzan los biocombustibles de este tipo. En este documento se presenta un estudio realizado sobre xilanasas de origen fúngico. Estas enzimas intervienen en la hidrólisis del material lignocelulósico, degradando la cadena principal del xilano, que es el constituyente más abundante de la hemicelulosa y que dificulta el acceso de otras enzimas a la celulosa. La búsqueda de xilanasas se realizó en el contexto del proyecto FONDECYT 1121088, en que se busca identificar enzimas auxiliares que intervienen en la hidrólisis de la lignocelulosa, para generar mezclas celulolíticas mejoradas. El objetivo general del trabajo consistió en identificar xilanasas producidas por los hongos Trametes versicolor y Gloeophyllum trabeum, para evaluar su desempeño en la hidrólisis de paja de trigo. Se estudió las enzimas a través de dos enfoques: en el primero se clono los genes que codifican la información de las xilanasas y se estudió propiedades derivadas de la secuencia predicha para cada una; adicionalmente se realizó un estudio de las proteínas, purificándolas parcialmente desde cultivos de los hongos, así se evaluó la capacidad de hidrólisis de xilano y paja de trigo pre-tratada que tiene cada xilanasa. Se comprobó la expresión de xilanasas por ambas especies fúngicas al suplementar cultivos líquidos de paja de trigo pre-tratada 1% (p/v). Específicamente, se identificó dos xilanasas de G. trabeum: GTXYL1 y GTXYL2, y una de T. versciolor: TVXYL1. Se secuenció el gen que codifica para la xilanasa GTXYL1. Utilizando herramientas bioinformáticas se predijo un punto isoeléctrico de 4,57, un peso molecular de 37,9[kDa] y la presencia de una secuencia señal de exportación en el extremo amino y un dominio de la familia 10 de las glicosil hidrolasas. En el caso de T. versicolor se logró identificar tres grupos de fracciones con actividad xilanasa por cromatografía de intercambio aniónico. Por otro lado, a través de esta estrategia se separó la xilanasa GTXYL1 de G. trabeum. Se logró enriquecer 16,8 veces la actividad xilanasa, con una recuperación del 39% de la actividad del cultivo. En ensayos de hidrólisis de paja de trigo se detectó la liberación de xilosa por las muestras provenientes del medio extracelulares de los hongos, con esto se concluye que las xilanasas de estos hongos son capaces de degradar la hemicelulosa presente en biomasa lignocelulósica. Se recomienda seguir los estudios, clonando el gen obtenido de GTXYL1 en un vector de expresión para producir la enzima de forma recombinante y, de este modo, caracterizarla y evaluar su capacidad de hidrólisis sobre compuestos lignocelulósicos.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo, tiene como objetivo determinar la factibilidad de instalar de una planta de generación de energía eléctrica a partir de biogás, para la empresa Besalco Energía Renovable. La empresa en la actualidad no posee proyectos de biomasa, por lo que está buscando nuevas opciones para diversificar su cartera de proyectos. La empresa está buscando proyectos de energía, los cuales generen como mínimo 11.000 [MWh]. La materia prima utilizada para el proyecto corresponde a residuos del proceso de producción de pisco (como lo son el orujo de uva, escobajos, borras y vinazas), de los cuales se dispone de un total de 48.400 [ton/año], considerando cuatros plantas pisqueras. El proyecto contempla la selección de las tecnologías requeridas, diseño del proceso y el dimensionamiento de los equipos principales. Se realizó un modelo de generación en una planilla de cálculo, con el objetivo de optimizar el uso y distribución mensual de materia prima que se tiene disponible, y de esta forma, maximizar las ganancias. Para esto, se utilizó un toolbox de optimización de dicha planilla. El análisis económico realizado, tomando un horizonte de evaluación de 20 años, muestra como resultado que, bajo el escenario de venta de energía al mercado spot, el proyecto no es rentable para la empresa, ya que requiere de una inversión inicial de 3.000.000 [ USD] y con un VAN de 4.890.000 [USD]. Por lado, bajo el escenario de venta mediante contrato de compra y venta de energía, tampoco es rentable, puesto que requiere de 2.120.000 [USD] de inversión y con un VAN de 4.850.000 [USD]. Los altos costos de transporte y baja disponibilidad de biomasa, a causa de su estacionalidad, provocan que el proyecto no sea rentable para la empresa. El proyecto es atractivo para la empresa en el caso de que disponga de 200.000 [ton/año] de biomasa en total. Se deja propuesto a la empresa, estudiar la opción de aumentar los ingresos, mediante la venta del bioabono producido en el proceso, el cual no se consideró en la evaluación económica, debido a que no pertenece a la actividad principal de Besalco. Para proyectos a futuro, se recomienda buscar otros tipos de materia prima que no tengan problema de estacionalidad, o bien, considerar otro tipo de biomasa que pueda utilizarse en conjunto con la que ya se dispone, y de esta manera suplir la baja disponibilidad que se tiene actualmente.

Memoria para optar al título de Arquitecto

El proyecto pretende diseñar y desarrollar, hasta un nivel de planos de construcción, una unidad gasificadora de biomasa para producción de energía térmica y eléctrica de 10 - 15 kW de capacidad. En Chile existe unos 99.000 hogares que carecen de facilidades para acceder a los servicios de fuentes de energía, ya sea eléctrica y/o gas combustible. La mayoría de esos hogares se encuentran ubicados en la zona sur de nuestro país, con gran acceso a los desechos de biomasa forestal y agrícola. Teniendo en cuenta estos factores se deduce que la gasificación de biomasa constituye una novedosa tecnología para solucionar las necesidades eléctricas y térmicas básicas del consumo humano. Actualmente, existe una gran diversidad de proyectos de gasificación de biomasa en el mundo, pero en su mayoría corresponden a centrales con potencias sobre 200 kW, lo que genera un gran incentivo de investigación al desarrollo comercial de unidades de baja potencia. Un atractivo importante del proceso de gasificación de biomasa en esta memoria es la generación de biochar, un carboncillo que sirve para mejorar las tierras de cultivos. Se diseñó una unidad gasificadora con innovaciones que permiten reducir el nivel de alquitranes del syngas producido. Éstas corresponden a un lecho modelo Imbert para una gasificación de tiro inverso, un sistema de inyección de aire secundario y precalentamiento el aire de gasificación. La unidad de gasificación - biochar se compone del lecho de gasificación, un enfriador de gases, un ciclón y un filtro de mangas La unidad de gasificación - biochar produce syngas suficiente para alimentar un generador de unos 10 kW aproximadamente o para ser consumido como gas combustible, agua caliente sanitaria y biochar. El trabajo especifica todas las modificaciones necesarias para implementar el gasificador – biochar en una vivienda tipo, conformada por 4 personas en una casa de 3-4 habitaciones de 100 – 120 m2 y se detallan los equipos auxiliares requeridos y las condiciones de operación y uso del equipo. La evaluación técnico – económica revela que la gasificación – biochar es altamente competitiva en la resolución de la problemática de viviendas que no tienen fácil acceso a servicios básicos de energía eléctrica y térmica, en comparación con otras alternativas existentes. Como negocio, el servicio de armado de unidades gasificadoras presenta una buena opción de inversión ya que tiene retornos monetarios interesantes y bajas barreras de entrada al mercado.

Doctor en Química / La alta demanda de los combustibles de origen fósil a nivel mundial ha incentivado la búsqueda, implementación y regulación de biocombustibles aptos para motores diesel, como alternativa, de forma de sustituir parcialmente a aquellos derivados del petróleo. Actualmente, gran parte de la producción de biodiesel proviene de sistemas catalíticos homogéneos, utilizando bases altamente corrosivas. A pesar de que la transesterificación es rápida y con buenos resultados de actividad a pocas horas de comenzada la reacción, ésta es costosa ya que requiere purificar los productos, generando grandes cantidades de riles altamente corrosivos, que requieren ser neutralizados antes de ser desechados. Asimismo es imposible reutilizar el catalizador homogéneo en varios ciclos de reacción ya que se pierde en los riles de desecho. Por tanto, la utilización de catalizadores sólidos a través de una reacción de transesterificación heterogénea, permite reutilizar el catalizador, separándolo fácilmente de los productos de reacción, reduciendo considerablemente los desechos líquidos generados en la limpieza de los productos. El objetivo de la tesis doctoral es conocer la forma en que influyen el área superficial y el centro básico del catalizador heterogéneo de potasio, en la reacción de transesterificación. Para ello, ha sido necesaria la utilización de técnicas que nos permiten entender cómo afectan estos factores en la producción de metilésteres. Se ha desarrollado un nuevo catalizador nunca antes reportado en literatura basado en potasio impregnado en un soporte de óxido de titanio hidrotermal con 100 % de metilésteres a las 5 horas de reacción. Los resultados revelan que el catalizador con mayor actividad catalítica corresponde a 20%K/TiHT calcinado a 700° C, el cual permite obtener 100 % de biodiesel a las 2 horas de reacción. La elevada fuerza de los centros básicos asociados a la estructura de titanato de potasio presente, es fundamental en éste catalizador para explicar su alta actividad. Se concluye que el soporte no presenta relevancia cuando se incorporan grandes cantidades de potasio, el área superficial de los catalizadores no tiene relación con la actividad catalítica y que la fuerza de los centros básicos es fundamental en la búsqueda de catalizadores heterogéneos activos en la producción de biodiesel.

Ingeniero Civil en Biotecnología / El trabajo de memoria de título consiste en la evaluación técnica y económica de una planta de producción de biogás producido para autoabastecimiento energético mediante cogeneración. El objetivo principal de este trabajo es evaluar un proyecto de biogás para abastecimiento energético en un contexto determinado. Siendo los objetivos específicos el estudiar el mercado chileno de generadores de residuos orgánicos y su potencial energético, identificar los contextos con potencial de producción de biogás, definir un contexto para la posterior evaluación del proyecto, decidir las especificaciones del producto a comercializar, desarrollar la ingeniería conceptual de la planta de producción de biogás, evaluar el proyecto y recomendar cambios para adaptar el proyecto a otros contextos. Los contextos con potencial de producción de biogás se identifican principalmente como los agroindustriales, en donde existe disponibilidad de residuos. El caso base estudiado considera un flujo de estiércoles de cerdo de 14 toneladas por hora, lo que se traduce en una generación eléctrica de aproximadamente 1 [MW] y una generación térmica de 1,1 [MW]. Los resultados de la evaluación técnica y económica indican que el proyecto es factible en el caso base estudiado. Sin embargo, el análisis de sensibilidad que se lleva a cabo al proyecto de biogás indica que existen distintos factores de operación que afectan la rentabilidad, como lo es la logística de transporte. El análisis preliminar del marco legal chileno indica que el tema de biocombustibles no está bien regulado. Además, el análisis realizado de las formas de financiamiento muestra que actualmente los fondos dispuestos son para proyectos de pre-inversión, más que para proyectos de inversión dura. Además, en este estudio se realizan sugerencias para poder adaptar el proyecto a otros contextos las que tienen relación principalmente con la codigestión, la información de las características principales de la materia prima, la logística de transporte, los flujos de materia prima disponible, la venta de energía, el costo asociado a los equipos y los ingresos posibles por tratamiento de residuos o los costos por la compra de estos Finalmente, la evaluación técnica y económica de una planta de biogás para autoabastecimiento energético realizada, permite conocer preliminarmente la rentabilidad de este tipo de proyectos. La crisis energética mundial ha sido una oportunidad que permite la evaluación de éste y otros tipos de proyectos relacionados en el sector privado, lo que impulsa una cultura hacia el manejo sustentable de la energía en el país.