En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos acerca de la mejora de las propiedades físicas y químicas de las hojas de caña de azúcar (HCA) a partir del lavado o lixiviación (pre-tratamiento físico), con miras a su uso en procesos de aprovechamiento energético como lo es la combustión. En primer lugar se procedió con la clasificación de la HCA con el objetivo de poder determinar su comportamiento en un proceso de combustión. Dentro de las características favorables resaltan su gran porcentaje de materia volátil y bajo contenido de nitrógeno (menores emisiones de óxidos nitrosos). Sin embargo, estas presentaron ciertas desventajas como, por ejemplo, su baja densidad (31.18 kg/m3); un tamaño de partícula en el orden de los centímetros; y por sobre todo, su alto contenido de álcalis (potasio, sodio, cloro, azufre), los cuales acarrean problemas operacionales como es la corrosión, ensuciamiento (fouling) y las escorificación (slagging). Se procedió a caracterizar las HCA vírgenes para establecer parámetros de partida previa al pre-tratamiento al cual iban a ser sometidas. Como parte del proyecto FINCYT (fondo para la innovación, ciencia y tecnología) se determinó que el método de pre-tratamiento de lavado o lixiviación sería el más efectivo debido a ensayos previos elaborados en la PUCP los cuales dieron resultados positivos, además de no afectar las propiedades químicas de la HCA. Luego de haber elegido el método, se fijaron parámetros de la temperatura del lavado a 80°C, 40ºC y 20ºC, un tiempo de residencia de 10 y 20 minutos, y las velocidades de agitación V1, V2, V3 manteniendo una variable constante de concentración líquido/sólido de 3,33%. De los ensayos se concluyó que al aumentar la temperatura de trabajo se generó una mayor reducción de alcális; lo mismo ocurrió al aumentar la velocidad de agitación y el tiempo pero en una menor escala de efectividad. De acuerdo a las curvas de los ensayos se concluyó que la mejor combinación de parámetros sería el ensayo a 20 minutos, 80ºC y a una velocidad de agitación V2. Finalmente, se comprobó que hubo una reducción de 62% en cuanto al índice de alcális, una reducción de 12% de contenido de Cloro, una reducción de 65% del radio de contenido, un aumento del 4% del índice de viscosidad y una reducción de 70% en cuanto al índice de incrustaciones (fouling). / Tesis

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Los combustibles fósiles son fuentes de energía que provienen de los restos de plantas y animales. Se necesitan millones de años para que se formen y según la Agencia Internacional de Energía, el 86% del consumo mundial de energía proviene del petróleo y a medida que los países se industrializan y sus poblaciones aumentan, también crece el consumo de energía. El agotamiento de las fuentes tradicionales de combustibles fósiles ha puesto a la mayoría de los países a encontrar soluciones en energías alternativas y sostenibles, que provengan de fuentes renovables, de bajo impacto ambiental y que reduzcan las emisiones de efecto invernadero. En las últimas décadas, la economía chilena ha tenido un significativo incremento del consumo de energía. El país es dependiente de las importaciones y el uso de la energía es menos eficiente que en el resto del mundo. Como consecuencia, el costo de la energía es alto en comparación internacional, por lo que es necesario buscar formas de diversificar la matriz energética, y reducir la dependencia de Chile de combustibles fósiles importados, para asegurar su estabilidad económica y reducir los impactos ambientales asociados al consumo de estos. El objetivo y propósito principal de esta investigación fue identificar áreas con potencial para el establecimiento de plantaciones de Diente de León común y de Diente de León Ruso con fines bioenergéticos en Chile. La propuesta se basa en la selección y categorización de variables climáticas y edáficas, la construcción del modelo cartográfico y la síntesis cartográfica. La identificación de las potenciales áreas de establecimiento fue analizada utilizando una metodología de algebra de mapas y combinatoria de las variables agroclimáticas. Los rangos y criterios de adaptabilidad identificados se evaluaron basados en una escala de clasificación que da cuenta de zonas con diferente grado de adaptabilidad y zonas con distintos niveles de restricción relacionadas a temperatura, disponibilidad hídrica y/o suelo. Se identificaron 15.539.813 ha con potencial para el establecimiento del Diente de León en Chile, las que se clasifican en: 6.392.014,2 ha Aptas, 4.540.562,5 ha Optimas y 4.607.236,4 ha Marginalmente Aptas. La zona costera de la V Región de Valparaíso, es la que muestra la mayor potencialidad para el establecimiento de esta especie, con aptitud térmica e hídrica óptima, y suelos ricos materia orgánica. Los resultados generados constituyen una aproximación para identificar sitios de interés para el desarrollo del Diente de León como especie energética. / Fossil fuels are an energy source that comes from the remains of plants and animals. It takes millions of years for them to form and according to the International Energy Agency, about 86% of global energy consumption comes from oil, and as countries industrialize and population increases, so does the power consumption. The depletion of traditional fossil fuels sources has made most countries to look for solutions in alternative and sustainable energy coming from renewable sources, with low environmental impact and minimal greenhouse emissions. In recent decades, Chile's economy has had a significant increase in power consumption. The country is heavily dependent on imports and the use of energy is less efficient compared to the rest of the world. As a result, the energy cost is high in contrast with other nations, so it is necessary to find ways to diversify energy sources and reduce dependence on imported fossil fuels of the country, to ensure economic stability and reduce the environmental impacts associated with this fuel consumption. The intents and main objective of this research was to identify potential areas for the establishment of plantation for common Dandelion and Russian Dandelion with bioenergy purposes in Chile. The proposal is based on the selection and categorization of climatic and soil variables, construction of a cartographic model and a cartographic synthesis. Identifying the potential areas of establishment was analyzed using a methodology of mapping algebra and combination of agroclimatic parameters. Ranges and adaptability criteria identified were evaluated based on a rating scale that show areas with different scales of adaptability and areas with different levels of restriction related to temperature, water availability and / or soil . 15.539.813 ha were identified with potential for the establishment of Dandelion in Chile, which are classified as suitable with 6.392.014,2 ha, optimal with 4.540.562,5 ha and marginally suitable 4.607.236,4 ha. The coastal area of the V Region of Valparaiso is showing the greatest potential for the establishment of this species, with optimal thermal and water suitability; and soil with rich organic matter. The results generated are an approach to identify sites of interest for the development of Dandelion as energetic species.

No description available.

En el mundo entero existe incertidumbre y preocupación por los altos precios de los combustibles fósiles y por los impactos ambientales negativos que se producen día a día por su uso intensivo principalmente en el sector transporte. Por esta razón, es que los biocombustibles líquidos como el bioetanol y el biodiesel han tomado un rol protagónico gracias a que cuentan con características de producto sustituto y son compatibles para ser mezclados con combustibles fósiles. El desarrollo de los biocombustibles en Chile en relación con otros países como Brasil o Estados Unidos es reciente. Si bien nuestro país cuenta con una normativa de carácter voluntario que regula y autoriza su uso, distribución y comercialización, los biocombustibles aún no están presentes en nuestra matriz energética. El presente estudio de caso buscó determinar cuál es el estado de desarrollo acual de los biocombustibles en Chile y profundizar respecto a las barreras que limitan su incorporación en nuestra matriz. Para esto se sistematizó la información disponible en los diferentes estudios realizados por la Comisión Nacional de Energía y el Ministerio de Energía de Chile y se aplicó una entrevista semi estructurada a los principales actores de este mercado donde se recogió su opinión sobre las acciones que hoy en día y a futuro deben tomarse para que Chile pueda tener biocombustibles en su matriz energética. Sobre el estado actual de desarrollo es posible señalar que estos se encuentran aún en una etapa de I+D, principalmente por el camino que ha tomado nuestro país en cuanto a desarrollar biocombustibles de segunda generación. En relación a las principales barreras que afectan el desarrollo de los biocombustibles podemos destacar entre otras, la baja disponibilidad de terrenos para cultivos agrícolas tradicionales que pueden ser destinados a la producción de biocombustibles, los altos costos de inversión en infraestructura para almacenamiento distribución y comercialización de biocombustibles y la resistencia de la industria petrolera estatal (ENAP) a los cambios que significa introducir biocombustibles en su proceso productivo. Por lo tanto, Chile requiere definir una Política de Biocombustibles que sea capaz de agrupar las diferentes visiones e iniciativas que sectorialmente y de forma aislada se encuentran en curso y que se transforme en una guía para el desarrollo futuro de esta industria a nivel nacional.

La energía eléctrica es un recurso necesario en la vida de todos, verificándose que la demanda energética de un país se encuentra, por lo general, correlacionada con su PIB. Lo anterior conlleva a la instalación o reposición de nuevas centrales de energía eléctrica y a la necesidad de aumentar la eficiencia del sistema. En este contexto se introducen las tecnologías de generación distribuida (GD), basadas en energía renovable. Estas tecnologías corresponden a centrales de mediana y pequeña escala, que se encuentran conectadas directamente a los sistemas de distribución. Pueden ser propiedad de los consumidores o de las empresas distribuidoras y entregan sus excedentes de generación al sistema. Debido a su favorable ubicación, la GD puede ayudar a mejorar la calidad de servicio necesaria para los consumos. Esto es posible si existe una correcta ubicación, conexión y coordinación de la GD. En este contexto se introduce el concepto de Generador Virtual (GV), ente encargado de la coordinación de la operación de distintas unidades de GD, de manera de optimizar su desempeño conjunto. El objetivo principal del presente trabajo de título es disponer de una metodología para determinar la ubicación óptima de un GV. Para ello, se efectúa un estudio detallado de las tecnologías implementadas en GD, en particular aquellas que utilizan recursos renovables. Se establecen las condiciones necesarias para determinar el mejor emplazamiento, basado en las características del recurso energético primario con datos estadísticos y las características de las redes de distribución (ubicación y capacidad). Con el fin de estipular los parámetros que determinan el punto de conexión a la red, se estudia la influencia de la GD en el sistema, como son: la influencia que ejercen los GD en los niveles de tensión en los distintos nodos donde se encuentran insertos, la reducción de pérdidas óhmicas relacionadas con la combinación de GD y servicios que pueden proporcionar un GV (regulación de tensión, continuidad de suministro, etc. los que entregan una mayor rentabilidad a este tipo de energías). Si bien la metodología es validada en forma conjunta, se presenta su aplicación a casos específicos de energía solar, eólica, biomasa y minihidráulica en la localidad de Ovalle y Salamanca. Los resultados obtenidos corroboran el potencial de aplicación práctica de la propuesta. Por último, como trabajo a futuro se recomienda establecer los niveles máximos de penetración de las distintas tecnologías en una red de distribución y desarrollar modelos que representen los efectos de combinar diversas tecnologías de GD en una misma red.

El bioetanol es uno de los biocombustibles líquidos con mayor potencial para sobrellevar el agotamiento y sobreutilización del petróleo como principal carburante a nivel mundial. El presente trabajo estudia la estrategia Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF) como la principal tecnología de fermentación que permite aumentar la producción de bioetanol a partir de residuos forestales, específicamente de la especie Nothofagus pumilio también conocida lenga. El estudio comprendió una primera etapa en donde se identificaron los parámetros críticos que afectan el rendimiento de etanol al utilizar la estrategia SSF. En una segunda etapa, se realizó un trabajo experimental sobre éstas y se determinaron las mejores condiciones de operación. El factor que mostró tener un efecto más significativo en el rendimiento de etanol correspondió al tipo de pretratamiento utilizado: ácido sulfúrico diluido (ASD 0,75%) versus el líquido iónico (LI) 1-etil-3-metiImidiazol cloro ([EMIM]Cl). Los resultados obtenidos mostraron que la mayor concentración de etanol, 10,4 g/l, fue alcanzada usando una fracción sólida al 9% p/v del material pretratado con el líquido iónico [EMIM]Cl. Se utilizó la levadura S. cerevisiae cepa Red Star como microorganismo fermentador, una concentración inicial de inóculo de 10 g p.s./l, una carga enzimática de 37 FPU/g de sustrato, 40°C como la temperatura de fermentación, 72 horas como el tiempo de reacción, 300 rpm como la velocidad de agitación y el surfactante Tween 20 como modificador de la actividad enzimática. Para el mejor caso se obtuvo un rendimiento de etanol de 0,12 g/g de material pretratado y una productividad volumétrica de etanol de 1,2 g/lh para las primeras 6 horas. Al comparar los dos tipos de pretratamiento, se obtuvo que utilizar el LI se logró un valor de rendimiento de fermentación del orden de un 47% respecto del valor teórico máximo; mientras que para el pretratamiento con ASD sólo se logró un valor del 23%. Además, se observó que un aumento en la masa a pretratar implicaría una disminución de los azúcares fermentables disponibles en la etapa de sacarificación y una consecuente disminución en el rendimiento final de etanol. Por otro lado, se comparó la estrategia SSF con la estrategia Sacarificación y Fermentación Separadas (SHF). Se obtuvieron valores de 146 y 72 litros de etanol por tonelada de material pretratado con LI, respectivamente, destacándose un incremento del 103% en la producción de etanol por la tecnología SSF respecto de la estrategia SHF. Considerando una masa potencial de 254 mil toneladas anuales de residuos de lenga, se estimó una producción de 32 mil m3 de bioetanol, que corresponderían al 50 y 20% de la demanda nacional del biocombustible necesario para utilizarse en las mezclas normadas de 2 y 5% etanol-gasolina. Como conclusión del trabajo elaborado, se estima importante continuar con los estudios desarrollados con el fin de aumentar el rendimiento de etanol obtenido a partir de la estrategia SSF. Para esto, se recomienda seguir estudiando las condiciones de pretratamiento con el LI [EMIM]Cl, aumentar el tiempo de reacción y analizar factores que limiten el desarrollo del M.O. fermentador.

Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2014 / La presente memoria tuvo como motivación la obtención de Energía Renovable No Convencional mediante la digestión anaeróbica de residuos papeleros, con producción de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) como componentes principales del biogás. El objetivo general fue la realización del estudio de factibilidad técnica, mediante la operación de un digestor en condiciones naturales, con nitrógeno y/o fosfato agregados para la obtención de parámetros cinéticos bacterianos. La cuantificación y caracterización del biogás producido fueron los parámetros clave del trabajo. En primer lugar se realizó un estudio experimental de la factibilidad, realizándose una digestión anaeróbica mesofílica, tipo Batch, con contenido de sólidos totales de 10% y tiempo de residencia de 25 días. Las experiencias consistieron en agregar nitrógeno para configurar distintas fracciones C:N dentro del rango recomendado teóricamente para digestiones anaeróbicas, utilizando como inóculo materia fecal vacuna y como control una muestra con lodo papelero estéril. A partir de los parámetros encontrados experimentalmente y en bibliografía, se desarrollaron los balances de masa y eficiencia de utilización de energía de una propuesta de planta para producción de biogás. Además, se realizó el dimensionamiento de equipos principales para una planta de nivel industrial y se calculó el costo total del proyecto (inversión). Los resultados experimentales demostraron la factibilidad técnica de la digestión, con una degradación del 30% de los sólidos volátiles disponibles y producción de biogás con relación al peso degradado de sólidos volátiles con un promedio de 0.053 [Nm3/kg]. Mediante cromatografía de gases se caracterizó el biogás obtenido, con valores superiores al 80% v/v de CH4, indicando que el gas producido tiene un alto potencial energético. Se desarrolló un diagrama de flujo para una planta de producción de biogás, incluyendo Reactor IC para la Fermentación metanogénica, deshidratadores del residuo tratado, filtro de H2S para biogás y circuito de aguas. El proceso es de tipo continuo, con un flujo de entrada de 3,000 [t/mes], considerándose un tratamiento anaerobio mesofílico de una etapa que se lleva a cabo en el digestor. El equipo primordial del proceso es el reactor IC con volumen de 1.9 x 103 [m3] y un costo unitario de 4.4 millones de [US$]. A través del método de Miller se calculó el costo total del proyecto siendo de 17.2 millones de [US$]. Dentro de las conclusiones respecto al trabajo experimental, se tiene que es factible la digestión anaerobia de residuos papeleros. Además, el filtro de H2S se consideró innecesario tanto por las características del lodo papelero, que no suele tener sulfato, como por no percibirse su presencia durante el experimento. La consideración de una planta piloto y una planta a nivel industrial de producción de biogás, se basa en la necesidad de corroborar los parámetros encontrados en laboratorio en una planta piloto, ajustándose para ser utilizados en una planta industrial. Se considera este trabajo como una aproximación al desarrollo industrial del tratamiento anaeróbico para este residuo papelero, comprobándose la factibilidad técnica.

Ingeniero Civil Industrial / El presente informe tiene como objetivo determinar la factibilidad de instalación de una planta de biogás para la empresa Reciclajes Industriales S.A. en su actual locación. Hoy en día la empresa recibe más de setenta mil toneladas de residuos agroindustriales, los cuales son utilizados en su totalidad para la producción de biofertilizante compostaje en pilas-. A partir de esto surge la oportunidad de obtener mayores ingresos a través de la producción de biogás, con la misma base de insumos y sin interrumpir la producción actual. El diseño del proyecto contempla la construcción de una planta de biogás con tecnología Flujo Pistón, que resulta ser la más adecuada para los sustratos seleccionados. Para un óptimo funcionamiento de la planta se descartaron sustrato con características poco atractivas para la producción, dejando aproximadamente un 60% de la provisión total. Como resultado se obtiene una planta que es capaz de generar 7.427 MWh eléctricos equivalente potencia firme 0,85 MW- y además por co-generación más de 20.506 MMBtu de energía térmica. Mirando el futuro, el estudio determinó que la mejor opción para aumentar la provisión de sustrato es comprar subproductos agroindustriales o cultivos energéticos, por su mayor potencial energético y disponibilidad. La búsqueda de clientes adicionales para provisión de residuos es complicada, la empresa ya tiene contrato con la mayoría de los potenciales proveedores y los que restan son muy pequeños para ser interesantes los costos de transporte complican -. Los riesgos principales del proyecto son el lugar de instalación y los costos de transmisión. No se puede asegurar la viabilidad del proyecto en Camino Lo Boza, esto debido a las restricciones por área de influencia del aeropuerto, por lo que sería interesante evaluar una relocalización de Reciclajes Industriales. Adicionalmente, los costos de transmisión pueden complicar la rentabilidad del proyecto, por lo que asegurar la venta de energía térmica es muy importante. Con una inversión de 3.9 MM USD, se obtiene un VPN de 114 mil USD y TIR 10,4%. A través de la venta de energía eléctrica, potencia eléctrica y bonos de carbono se obtiene ingresos superiores a los 740 mil USD/año. Por otra parte, los gastos y costos representan una suma de más de 130 mil USD/año. Además, el proyecto se vuelve mucho más atractivo concretando la venta de energía térmica: VPN 1.4 MM USD y TIR 14,9%, dejando el proyecto con mayor holgura. Para esto existen potenciales clientes como: calefacción para el aeropuerto cercano e invernaderos de tomate que se instalen en la cercanía de la planta.

La hidrólisis de celulosa a azúcares fermentables es una de las etapas clave que deben ser optimizadas para disminuir el costo de producción de bioetanol producido a partir de lignocelulosa, materia prima abundantemente disponible en Chile en desechos agrícolas y forestales. La hidrólisis de celulosa es catalizada por enzimas celulasas, pertenecientes al grupo de las glicosil hidrolasas. Este Trabajo de Memoria de Título tiene como objetivo la identificación y clonación de glicosil hidrolasas, con énfasis en enzimas potencialmente útiles en procesos de producción de bioetanol. La estrategia general de trabajo consistió en la identificación y selección de cepas capaces de degradar celulosa cristalina, a las cuales se dirigió un método de obtención de fragmentos de DNA codificantes de glicosil hidrolasas, enfocado a la actividad exoglucanasa. Un análisis in sílico de la secuencia de los fragmentos de DNA obtenidos indicó que se obtuvieron fragmentos de genes con actividades putativas β-1,3(4)-glucanasa y α-glucosidasa provenientes de cepas de Lentinula edodes y Peniophora gigantea, respectivamente. Estos resultados poseen altos niveles de confianza (con e-values del orden de 10-9 y 10-30, respectivamente). El fragmento correspondiente a la β-1,3(4)-glucanasa contiene el dominio catalítico conservado característico de este tipo de enzimas. Se estima que los fragmentos encontrados representan un 38% de una β-1,3(4)-glucanasa y un 12% de una α-glucosidasa. El método también produjo la obtención de fragmentos de DNA que codificarían enzimas con otras actividades no relacionadas con glicosil hidrolasas, específicamente una transcriptasa reversa y un transportador de urea. Las enzimas β-1,3(4)-glucanasas y α-glucosidasas son potencialmente aplicables en la etapa de pretratamiento de lignocelulosa en la producción de bioetanol de segunda generación y en la etapa de degradación de almidón en la producción de bioetanol de primera generación, respectivamente, entre otras aplicaciones industriales de menor interés para este trabajo. En conclusión, se logró clonar fragmentos de dos glicosil hidrolasas potencialmente aplicables en un proceso de producción de bioetanol. La estrategia utilizada deberá ser perfeccionada para hacerla más específica, logrando el diseño de partidores degenerados más específicos o bien considerando una estrategia global alternativa, tal como utilizar una genoteca de cDNA como templado del método en lugar de DNA genómico.

Los biocombustibles son una alternativa a los combustibles derivados del petróleo. En particular, el bioetanol podría reemplazar en forma parcial el uso de la gasolina, sin modificaciones a los motores y con la ventaja de ser renovable y tener un menor impacto ambiental. El proceso de producción de bioetanol a partir de residuos forestales comienza con un pretratamiento de la materia prima mediante diversos métodos que permiten incrementar la eficiencia de la etapa de hidrólisis de la celulosa. A su vez, esta hidrólisis permite obtener glucosa que es fermentable por microorganismos como la levadura Saccharomyces cerevisiae. Como producto de la fermentación se obtiene el etanol, el cual luego debe ser llevado a una pureza del 99,5%. Por otro lado, a partir de corrientes secundarias del proceso se pueden obtener subproductos, lo que se conoce como biorefinería, o también se pueden utilizar para generar energía térmica y eléctrica, lo que se conoce como cogeneración. En el presente trabajo se evaluaron técnica y económicamente diversas alternativas de producción de bioetanol a partir de residuos forestales, variando el pretratamiento de la biomasa y los coproductos obtenidos, con el objetivo de determinar aquella alternativa con mayor potencial económico. Los pretratamientos considerados fueron: explosión a vapor, organosolv y líquidos iónicos, y los coproductos: energía mediante cogeneración y productos de biorefinería (lignina, levadura y xilitol), considerando toda las combinaciones posibles entre éstos. El estudio consistió en diseñar el proceso correspondiente, realizar los balances de masa y energía y luego integración energética, dimensionar los equipos, confeccionar el layout, estimar los costos de capital y de operación y los ingresos, construir el flujo de caja, obtener los indicadores financieros, y realizar un análisis de sensibilidad respecto de los parámetros críticos, para cada una de las alternativas consideradas. A partir del estudio realizado se determinó que la alternativa con mayor potencial en términos de los indicadores financieros obtenidos es aquella con pretratamiento de explosión a vapor y obtención de coproductos de biorefinería. En este caso se obtuvo un VAN de 50,9 [MMUS$], una TIR del 19,3%, un ROI del 29% y un PRI de 6 años, considerando un procesamiento de 1.200 ton de residuos y una obtención de 240 m3 de bioetanol al día. Adicionalmente, se concluyó que en las condiciones actuales la explosión a vapor es preferible en términos de rentabilidad sobre el organosolv, y éste sobre el pretratamiento con líquidos iónicos (que resultó ser no rentable), mientras que la biorefinería es preferible sobre la cogeneración. Sin embargo, se plantea que existen potenciales escenarios futuros en que esta situación podría cambiar, dado que las técnicas de organosolv y particularmente líquidos iónicos pueden ser mejoradas y el precio de los insumos requeridos puede disminuir. Finalmente, dado que se determinó que el proceso con explosión a vapor y biorefinería es rentable y aquel con mayor potencial económico en la actualidad, se recomienda continuar a un estudio de prefactibilidad sobre dicha alternativa para la producción de bioetanol a partir de residuos forestales en Chile.