Ingeniero Civil en Biotecnología / Ingeniero Civil en Química / El actual escenario energético del planeta, y la baja diversidad de la matriz energética de Chile, ha terminado por generar la necesidad de encontrar nuevas fuentes de combustibles. Combustibles que resulten menos contaminantes para el medio ambiente, y que permitan un desarrollo sustentable del país. Ante esta necesidad se alzan los biocombustibles. Chile no posee las ventajas competitivas de EE.UU. y Brasil para la producción de biocombustibles de primera generación, por lo que debe concentrar sus esfuerzos en la producción de biocombustibles de segunda generación utilizando diversos residuos lignocelulósicos, la variabilidad de suelos, y los diferentes climas a lo largo de su territorio. Es en esta situación que esta memoria se sitúa, como parte del proyecto FONDECYT de iniciación 11110368 y el programa Domeyko Energía. La memoria consistió en estudiar la fermentación de mezclas de medios de glucosa, derivados a partir de diferentes residuos lignocelulósicos, los cuales fueron pretratados previamente por hongos de pudrición blanca. Preguntas como la posible existencia de sinergias, inhibiciones, y cómo contribuyen estos residuos lignocelulósicos en el producto de bioetanol buscaron ser respondidas en este trabajo. El desarrollo de experiencias se diseñó a partir de hidrólisis y fermentaciones separadas (HFS). Primero se seleccionaron los residuos lignocelulósicos (rastrojos de maíz, rastrojos de trigo, y residuos de eucalipto) pretratados por hongos de pudrición blanca (Ganoderma applanatum, Lentinus edodes, y Stereum hirsutum), los cuales pasaron a continuación por idénticos procesos de sacarificación utilizando hidrólisis enzimática (1 [g] peso seco de residuo lignocelulósico, 40 [CBU] de Novozyme® 188, 2,5 [FPU] de Celluclast® 1,5 L, 75 [µL] de Tween® 20, 29,8 [mL] de tampón Acetato de Sodio 0,05 M y pH:4,8, por 72 [hrs] a 50 [°C] y 200 RPM), siendo posteriormente diluidas las concentraciones obtenidas de glucosa a 2 [g/L] para su posterior fermentación. Dichas fermentaciones se efectuaron usando la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star), los medios fermentados correspondieron a caldos con la cantidad de glucosa total fijada en 2 [g/L], en forma de mezclas o individualmente (10 [mL] de fase líquida sacarificada diluida a 2 [g/L], 9 [mL] de medio nutritivo compuesto de extracto de levadura-Fosfato de Amonio-Sulfato de Magnesio, 1 [mL] de inóculo de levadura, por 72 [hrs] a 40 [°C] y 200 RPM). Las mediciones de bioetanol fueron efectuadas en un cromatógrafo de gases, y mediciones de abundancias naturales de isótopos estables de 13C en un espectrómetro de masas. Para la determinación estadística de diferencias significativas entre resultados, se aplicaron los tests paramétricos: ANOVA, Tukey-Kramer, y los tests no-paramétricos: Kruskal-Wallis, Dunn-Sidak. Los resultados obtenidos mostraron que la mezcla de medios con glucosa de distintos sustratos genera efectos inhibitorios y sinergias. Las sinergias ocurrieron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y residuos de eucalipto (10,5% en promedio sobre lo esperable), y las inhibiciones se generaron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y rastrojos de trigo (467,5% en promedio menos de lo esperable). Además, se determinó que la contribución al producto final de bioetanol por parte de rastrojos de trigo y residuos de eucalipto es mayor (65,6% en promedio,) que la efectuada por los rastrojos de maíz (34,4% en promedio). En consecuencia, la glucosa con origen de plantas C3 generalmente tiene una mayor contribución que la glucosa con origen de plantas C4 en el producto de bioetanol. Se concluyó a partir de los resultados obtenidos que el principal factor que posiblemente influyó en los rendimientos de bioetanol fue la concentración de ácidos hidroxicinámicos en el medio de fermentación, la cual estaría determinada mayormente por la estructura lignocelulósica de los residuos y el tipo de hongo de pudrición blanca. En relación a la contribución por parte de las plantas C3 y C4 al producto final de bioetanol, se concluyó que esta situación se debió a una preferencia de la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star) por incorporar a sus productos de fermentación moléculas de glucosa isotópicamente más livianas, las cuales poseen velocidades de difusión y colisión más elevadas, además de tener energías de enlace menores. Este último párrafo, permite asentar las bases para continuar la investigación de fermentaciones de medios de cultivo que contienen glucosa derivada de dos sustratos distintos (e.g. análisis de inhibidores), y como siguiente paso una optimización del proceso en post de encontrar las mejores alternativas de producción de bioetanol de segunda generación.

Ingeniera Civil / La biomasa forestal, es atractiva por su bajo costo y alta disponibilidad en diversos climas y localidades del país, sin embargo, el principal impedimento para su utilización es la falta de una tecnología de bajo costo para una adecuada conversión energética, que de valor agregado adicional a la simple combustión que se utiliza hoy, mediante mayores niveles de eficiencia en el aprovechamiento del recurso. Para el análisis de estas tecnologías, se consideran como materia prima los residuos forestales por región del manejo del bosque nativo y el potencial de áreas para plantaciones dendroenergéticas. Se calcula para indicadores económicos recomendados por la CNE en proyectos energéticos, los valores mínimos de venta por unidad energética, con el fin de evaluar los requerimientos de financiamiento de proyectos De acuerdo a los resultados obtenidos, los potenciales de generación eléctrica superan la capacidad instalada de 1896 MWe, entre las regiones IV a XII, mientras que la generación de combustible se estimó en 746 millones de galones al año. Las plantaciones dendroenergéticas en cambio, resultaron ser poco productivas, con estimaciones de hasta 5 MWe de capacidad instalada eléctrica y producciones de hasta 200 mil galones/año, con altos costos de inversiones. La rentabilidad de proyectos de emprendimiento privado con respecto a ésta alternativa es muy baja y los precios obtenidos superan largamente los precios de combustibles alternativos, por lo que es recomendable la planificación operacional de actividades silvícolas con fines energéticos y la promoción de desarrollo regional de proyectos en aplicaciones de consideraciones que interactúan en las decisiones de políticas públicas como de índole social, de manejo de superficies de bosques y de factibilidad de transacción de la biomasa que es difícil valorizar en un análisis puramente económico. En este contexto, los modelos de negocio propuestos, se enfocan en mejorar la situación actual de abastecimiento y desarrollo de proyectos de innovación con nuevas tecnologías, los que requieren promoción de inversiones en producción de biomasa, implementación de centros logísticos y comercialización de biocombustibles forestales, fomento de la contratación de la bioenergía y desarrollo de normas para establecer estándares de calidad y criterios de sostenibilidad en el uso de ella.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniera Civil en Biotecnología / Existe una preocupación mundial por la disponibilidad de los combustibles fósiles para suplir la demanda de energía en el mundo, que aumenta año a año, y los problemas ambientales que su uso genera. Así, el bioetanol lignocelulósico ha surgido como una adecuada alternativa para reemplazar parcialmente la gasolina, pero todavía su costo no es competitivo con el petróleo o gasolina. El proceso de producción de bioetanol consta de tres etapas principales: pretratamiento, hidrólisis y fermentación. Específicamente, la hidrólisis es catalizada por celulasas y es una de las etapas con grandes proyecciones a disminuir su costo, por lo que este trabajo se enfoca en esta etapa, principalmente en el desarrollo de nuevas celulasas, que puedan aportar al desarrollo actual y a lograr reducir el costo de producción del bioetanol. El objetivo de este trabajo fue aislar y caracterizar el gen que codifica para una endoglucanasa del hongo Trametes versicolor y expresar la enzima en el sistema de expresión de Pichia pastoris. A partir de dos fragmentos de la secuencia del gen, se obtuvo una secuencia con el dominio catalítico completo, llamada tveg. La secuencia se clonó en el vector pPICZαA y se transformó células de la cepa GS115 de P. patoris para expresar la proteína en forma extracelular. Luego se realizó una curva de inducción y se estudió la expresión de la enzima en la fracción extracelular e intracelular. El análisis de la expresión se realizó mediante ensayos de actividad sobre carboximetilcelulosa (CMC) en medio sólido y en medio líquido, zimogramas y geles SDS-PAGE. El análisis de tveg mediante BLASTX mostró, con un 90% de identidad, que corresponde a la secuencia de una endoglucanasa del hongo T. versicolor, perteneciente a la familia 5 de las glicosil hidrolasas. Los ensayos en medio sólido revelaron actividad enzimática en la cepa recombinante GS115, indicando que la expresión fue exitosa. Por otra parte, los ensayos en medio líquido de la cepa GS115-TvEG permitieron cuantificar la actividad de la endoglucanasa TvEG recombinante, produciendo 8,3 U/l de cultivo a las 84 horas de inducción con metanol, de las cuales un 50% se encontraba en la fracción extracelular y un 50% en la fracción citoplasmática. Los zimogramas corroboraron los resultados de los ensayos en medio líquido y en los geles SDS-PAGE se vio una proteína con un peso molecular aparente de 90 kDa, mucho mayor a los 30 kDa estimados para TvEG, posiblemente por hiperglicosilación y/o problemas de corte de la señal de secreción. Por otro lado, se estudió la producción de celulasas nativas del hongo T. veriscolor en Avicel, CMC y astillas de Lenga como fuente de carbono. Con CMC se logró mayor producción de actividad celulolítica, llegando a un máximo de 225 U/l a los 6 días de cultivo. La gran diferencia entre el sistema nativo y el sistema recombinante, y la comparación con otros estudios, indican que la expresión de TvEG debe y puede ser mejorada.

Ingeniero Civil en Biotecnología / Ingeniero Civil Químico / Actualmente existen diversos problemas medioambientales, dos de ellos corresponden a la futura crisis energética, debido al agotamiento de los combustibles fósiles, y a la existencia de aguas residuales con altas concentraciones de nitrógeno y carbono. Un microorganismo llamado microalga podría ser una potencial solución a estos problemas, ya que éstos consumen nitrógeno y carbono para acumular lípidos en su medio intracelular, el cual posteriormente es procesado para producir biocombustibles. Sin embargo, la producción de energía a partir de microlagas es aún muy cara, es por eso que se debe optimizar este proceso, en este trabajo se abordará la estrategia de optimización a través del acoplamiento de ecosistemas, los cuales corresponden a: Piscina de microalgas (PM), digestor anaeróbico (DA) y una planta de tratamiento de aguas (PTA). El objetivo general de esta investigación es encontrar el arreglo espacial óptimo entre ellos. Se diseñaron y calibraron modelos matemáticos simples para el ecosistema PM y PTA. La calibración se llevó a cabo usando las curvas de nitrógeno y de demanda química de oxígeno (DQO) en paralelo, con una suma de errores de 22.5% para el PM y de 38.5% para el PTA. Los parámetros obtenidos son comparables a los encontrados en la literatura. Los ecosistemas fueron acoplados a través de sus flujos de DQO y de nitrógeno, y las siguientes funciones objetivo fueron definidas: 1) Maximizar el metano producido 2) Maximizar la energía total producida y 3) Maximizar las ganacias obtenidas gracias al valor del metano y de la biomasa producida. Además, fueron consideradas restricciones medioambientales, tales como la concentración de nitrógeno y la DQO en la salida del sistema. Si lo que se maximiza es el metano, se obtienen 99.96 [mol]. El reactor anaeróbico es el más grande y recibe la alimentación más alta, el CH4 generado corresponde al 72.4% del máximo teórico. En este caso, el arreglo espacial no puede ser presentado como una cadena de etapas porque el diagrama de flujos obtenido es uno circular y por lo tanto el orden entre cada ecosistema es irrelevante para el proceso. Si la ganacia y la energía total producida son maximizadas, se obtuvo 343.6 US$ y 115.53 [kWh], respectivamente. El ecosistema de tratamiento de aguas recibe la alimentación más alta, el cual produce el mayor beneficio económicos y la mayor producción de energía. El metano producido es un 21% del máximo teórico. En ambos casos, el arraglo espacial obtenido son iguales, debido a la presencia de mínimos locales y a la similtud de las funciones objetivo. Además, es posible concluir que el primer paso del proceso debiese ser el ecosistema PTA, luego el DA y finalmente el PM. Así, se pudo cumplir el objetivo general de este trabajo. Finalmente, la metodología usada es capaz de cumplir los objetivos planteados, incluso es posible escalar el problema agregando otros ecosistemas o usarla en otras aplicaciones." "In recent years several environmental problems have come about, two of them are an energy crisis as a result of fossil fuel exhaust and the waste water created with high nitrogen and carbon concentrations. A potential solution of the aforementioned problems is contained in the properties of microalgae, which is a microorganism that can accumulate lipids in its intracellular medium. These lipids can be processed and converted into biofuel by allowing microalgae to consume nitrogen and an organic source from the medium. However, energy production from microalgae is too expensive in comparison with fossil fuel and thus there is a need to optimize this process. The strategy of optimizing by coupling ecosystems will be carried out in this work. The ecosystems that will be coupled are: Microalgae pond (MP), anaerobic digester (AD) and wastewater treatment plant (WWT). The general objective of this research is to find the optimal spatial arrangement among them through mathematical modelling. Simple mathematical models were designed and calibrated to MP and WWT ecosystem. Calibrations were carried out using nitrogen and chemical oxygen demand (COD) curves in parallel with a sum error of 22.5% in MP and 38.5% in WWT. Obtained parameters are similar to ones found in previous literature. Ecosystem were coupled through COD and nitrogen flows and the following objectives functions were defined: 1) Maximize methane produced 2) Maximize total energy produced and 3) Maximize profit due to the value of methane and microalgae biomass produced. Environmental constraints were considered, such as nitrogen and COD because they are in the output. When the methane produced was maximized it reached 99.96 [mol]. The anaerobic reactor has the biggest size, it receives the highest input flow, and CH4 generated is the 72.4% of maximum theoretical methane production. This result determined that the spatial arrangement can not be summarized by a chain of processes since the flowsheet obtained is a circular one and thus the order is irrelevant for the process. When profit and total energy produced are maximized, it was obtained 343.6 US$ and 115.53 [kWh]$ respectively. Waste water ecosystem received the biggest input flow, which produced the majority of amount of revenues and energy. Methane produced is equal to 21% of maximum theoretical. In both cases, the spatial arrangements obtained are equals due to the presence of local minima and the similarity in the objective function. These calculations allow to conclude the best order of the ecosystems: WWT, AD, and finally MP. Finally the methodology is enough to reach the objectives of this work, even it is possible to scale the system adding more than one ecosystem or using this methodology in other fields.

<p>U ovom radu je prezentirana metodologija razvoja modela optimizacije<br />podsticaja proizvodnje električne i toplotne energije u<br />kogenerativnim postrojenjima koja koriste drvnu biomasu kao gorivo.<br />Model optimizacije je razvijen koristeći matematičku metodu<br />linearnog programiranja u kome je maksimizirana ukupna ekonomska<br />korist za raspoloživi iznos sredstava za podsticaje. Model<br />optimizacije je primijenjen na kogenerativna postrojenja u drvo-<br />prerađivačkoj industriji u Bosni i Hercegovini i pokazano da se<br />primjenom modela optimizacije, kroz iterativni proces, mogu odrediti<br />optimalne vrijednosti podsticaja za proizvedenu električnu i<br />toplotnu energiju koji rezultuju u maksimalnoj ukupnoj ekonomskoj<br />koristi za društvo u cjelini.</p> / <p>This thesis presents a methodology for the development of a mathematical<br />model for optimization of the level of subsidies for generating electricity and<br />heat in co-generating plants that use woody biomass as fuel. The optimization<br />model is developed using the mathematical method of linear programming to<br />maximize the total economic benefits for a defined amount of available funds<br />for subsidies. This model is applied to co-generating plants in the woodprocessing<br />industry in Bosnia and Herzegovina and shows that the application<br />of this optimization model can, through an iterative process, determine the<br />optimal levels of incentives for electricity and heat that result in the maximum<br />economic benefits for the society as a whole.</p>

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal / Quillaja saponaria (quillay), es un árbol endémico de la zona central de Chile. Esta zona tiene un clima mediterráneo que se caracteriza por presentar una marcada estacionalidad de las precipitaciones, que se concentran principalmente en invierno, ocasionando veranos secos con un alto déficit de humedad ambiental. Debido a esto, las plantas se enfrentan a un ambiente desfavorable para su crecimiento, obligándolas a desarrollar mecanismos que les permitan afrontar este período restrictivo de la mejor forma posible. El objetivo de este estudio es evaluar la respuesta hídrica y de crecimiento en plantas de quillay, de un año de edad, sometidas a tres niveles de restricción hídrica, en forma controlada en la Región Metropolitana. Las plantas se colocaron en macetas de nueve litros, el control de la condición hídrica se realizó mediante el contenido hídrico de la maceta (CHM%). Se mantuvieron 65 individuos en riego permanente (TC con CHM superior a 70%), 85 individuos con restricción hídrica moderada (TM con CHM% de 30 – 45%) y 124 individuos con restricción hídrica severa (TS con CHM% inferior a 30%). Para conocer la condición hídrica de los individuos, en cada tratamiento, se midió el potencial hídrico (Ψa) y el contenido hídrico relativo (CHRa), al alba. Además, mediante las curvas presión/volumen (P/V), se determinó el potencial de presión a 100% turgor (Ψpt), el potencial osmótico a 100% turgor (π100) y a cero turgor (π0), el contenido hídrico relativo a cero turgor (CHR0) y el módulo de elasticidad (). También, se midió mensualmente el incremento en longitud del ápice (L) y el incremento del diámetro a la altura del cuello (DAC). Conjuntamente, se evaluó la biomasa total, por componente, la relación parte aérea/parte subterránea (PA/PS) y el comportamiento del área foliar al inicio, al final del período de restricción hídrica y al final del período de rehidratación.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal / Una de las fuentes energéticas más importantes en el desarrollo de tecnologías para la obtención de energía son los recursos naturales renovables, específicamente los materiales lignocelulósicos. Existen diferentes tipos de energías obtenibles a partir de éstos materiales, bien sea en forma de calor, de electricidad o bien para su uso en el transporte. De entre ellos, los cultivos energéticos, y en concreto, la obtención de biocombustibles constituye un medio eficaz para ayudar a superar un problema energético (el del transporte en este caso) y otro ambiental (el del dióxido de carbono) en un mismo paso. Los materiales lignocelulósicos presentan una estructura compleja, compuesta de varias fracciones que deben ser procesadas por separado para asegurar una conversión eficiente de estos materiales a etanol. La fracción mayoritaria de la biomasa es la celulosa, compuesta por largas cadenas de glucosa unidas por enlaces β (1-4) que, a su vez, se agrupan en estructuras superiores de gran cristalinidad, la lignina. Esta estructura cristalina es la que dificulta la hidrólisis de la celulosa para la obtención de azúcares fermentables y etanol.

La tesis busca diseñar, fabricar y probar un dispositivo que permita calentar agua con leña, para satisfacer las necesidades de pobladores ubicados en las zonas más frías de nuestro territorio. Disponer de este dispositivo permitirá disminuir la falta de higiene de estos pobladores, atacará el problema de salud que se origina por la inhalación de gases de combustión que se desprenden al usar la leña como elemento portador de energía. En este trabajo de tesis se explica la metodología de diseño conceptual, el diseño cumple con una lista de exigencias y deseos que sirven como parámetros en busca del prototipo ideal, se analiza la estructura de funcionamiento y se descompone en sus elementos esenciales, los cuales a través de una matriz morfológica encuentran de forma rápida y creativa soluciones a sus problemas. La tesis cuenta con instrucciones de fabricación que permiten construirla de forma sencilla, tiene una breve descripción de las partes del calentador de agua, también cuenta con parámetros de soldadura, prueba hidrostática y evaluación económica. La máquina es un calentador de agua de forma cilíndrica, que por medio de la transferencia de calor que se produce entre el agua, las paredes del cilindro y la cámara de combustión donde se quema la leña, el agua eleva su temperatura. El calentador es versátil sirve también para calentar bañeras, piscinas o jacuzzis pues al elevar la temperatura del agua, esta circula por el calentador por medio del efecto físico que se produce al cambiar su densidad. (Efecto Termosifón) El dispositivo es seguro, tiene una eficiencia del 33.74% la cual es muy alta para este tipo de máquinas. El tiro de la chimenea minimiza la emisión de gases de combustión al ambiente, contribuyendo a disminuir las enfermedades que se originan por aspiración de gases contaminantes. En la actualidad no se disponen comercialmente de este tipo de máquinas en nuestro país, mucho menos hechas con materiales reciclados, este diseño logrará un impacto positivo al despertar la curiosidad por la inventiva en las personas demandantes de tecnología, al ver que en su mayoría el calentador esta hecho de materiales de segundo uso y que puede ser desarrollado por ellos. / Tesis

Evalúa la influencia de los aerosoles producidos por la quema de biomasa en los Andes Centrales peruanos durante el periodo de julio a octubre del año 2017, se usó el modelo regional de predicción del tiempo atmosférico Weather Research and Forecasting with Chemical (WRF-Chem) versión 3.7 instalado en el clúster HPC-LINUX-CLUSTER que pertenece al Instituto Geofísico del Perú. Se usó un dominio de 18 km de resolución espacial horizontal y 32 niveles verticales, con datos meteorológicos de frontera que corresponden al NCEP-FNL y que ingresaron al modelo cada 6 horas. Se usaron esquemas de parametrización física tanto para la radiación de onda corta como para la de onda larga (RRTMG). El resto de las parametrizaciones empleadas fueron Monin-Obukhov para la capa superficial, ACM2 para la capa límite planetaria, Grell-Freitas para los cúmulos y Lin para la microfísica; en tanto que para la parte química se usó el esquema de parametrización RADM2 para la fase gaseosa, MADE-SORGAM para los aerosoles y Fast-J para el proceso de fotólisis. Se usaron datos de campo de espesor óptico de aerosoles (EOA) que fueron tomados con el fotómetro solar que pertence a la red de monitoreo de la NASA del proyecto AERONET. Finalmente, los principales resultados muestran un incremento en las concentraciones de PM10 en correspondencia con el incremento del número de focos de incendios y el EOA en el periodo de estudio, de julio a agosto de 2017. En tanto se obtuvo una leve disminución de los niveles de dicho contaminante para el mes de octubre del mismo año. También se ha observado que las condiciones meteorológicas desfavorecen la ocurrencia de incendios en la región del río Mantaro durante todo el periodo; mientras que el incremento de la precipitación hacia el mes de octubre contribuye a la reducción de las concentraciones de aerosoles. / Tesis

Práce se zabývá problematikou využití biomasy pro výrobu tepelné energie v podmínkách České republiky. Vzhledem k potenciálu jednotlivých obnovitelných zdrojů v ČR je biomasa vymezena jako nejperspektivnější z nich. Vzhledem k aktuálnímu stavu technologií určených pro výrobu energie z biomasy je jako nejperspektivnější vyhodnoceno používání biomasy pouze pro výrobu tepla, a to zvláště v lokálních technologiích o jmenovitém výkonu do 50 kW. V rámci jednotlivých typů biomasy je za ekonomicky nejzajímavější vyhodnoceno energetické obilí, jehož potenciál pro energetickou situaci ČR je v této práci detailněji analyzován.