Construcción y uso de un alambique para etanol© Copyright 1980 J.A. Diaz Publications
Autor: S.W. Mathewson
Este capítulo trata sobre los pasos específicos para procesar distintas materias primas. Si no encuentra aquí el material que quiere procesar puede crear un proceso adecuado a partir de la información sobre materiales parecidos. Las distintas materias primas se diferencian en la cantidad de material fermentable, el contenido de humedad y muchos otros factores. Los datos que se dan aquí son orientativos. Se puede encotrar más información en los servicios de agricultura de cada Estado, o se puede probar el material en un laboratorio agrícola pagando una tarifa barata.
La siguiente información es orientativa.
La cantidad de etanol que se puede producir a partir de una materia prima es aproximadamente la mitad (en peso) de la cantidad de azúcar o almidón que contenga. El etanol pesa 6,6 libras por galón. Una tonelada de uvas, por ejemplo, con un 15% de azúcar, puede producir 150 libras (22,7 galones) de etanol. El maíz, con 66% de almidón, puede producir 660 libras (100 galones). Estos datos son aproximados, la cantidad real depende de muchos factores.
El proceso para fermentar materias primas sacarosas es relativamente sencillo: 1) prensado o machacado; 2) ajuste del pH con ácido; 3) fermentación. Normalmente no es necesario diluir porque el jugo contiene menos de 20% de material fermentable. La excepción son las melazas, de las que se hablará luego, que no requieren prensado pero sí dilución.
Frutas con su contenido de azúcar: uva, 15%; banana, 13,8%; manzana, 12,2%; piña, 11,7%; pera, 10,0%; melocotón, 7,6%; naranja, 5,4%; higo chumbo, 4,2%; sandía, 2,5%; tomate, 2%.
Con una extracción del 75% en las manzanas, por ejemplo, la cantidad total de material fermentable sería del 9% del peso total. Una tonelada de manzanas proporcionaría trece galones de etanol. Suponiendo un 80% de extracción en las uvas, una tonelada proporcionaría diecisiete galones de etanol. Con sandía y 90% de extracción, una tonelada proporcionaría solamente entre 3 y 3,5 galones. Queda claro que unas frutas son mejores que otras.
En todos los casos anteriores el porcentaje de material fermentable del jugo es lo bastante pequeño para que la dilución no sea necesaria ni deseable. para fermentar estos materiales basta con ajustar el pH (entre 4,8 y 5) y añadir la levadura en una proporción de dos libras por cada mil galones de mezcla. Para proporcionar nutrientes a la levadura es deseable reciclar un 20,25% en volumen del residuo de destilación del lote anterior.
Todos estos materiales pueden ser machacados o hechos pulpa en vez de prensados. De esa forma toda el azúcar estaría disponible para la fermentación. Este método es recomendable si se utiliza un alambique por lotes que no requiera el filtrado de la pasta de fermentación.
La melaza de remolacha o de caña es un residuo de la producción de azúcar, y una excelente materia prima para la producción de etanol. Contiene un 50-55% de material fermentable. Una tonelada podría proporcionar entre setenta y ochenta galones de alcohol.
Hay que diluir la melaza si su contenido de azúcar es mayor de 15-20%. La mayoría de las melazas no tiene suficientes nutrientes para la levadura. El reciclado del residuo de destilación es de gran ayuda. Se puede hacer hasta con el 50% (en volúmen) del residuo de destilación. Las melazas son alcalinas, por lo que hay que añadir ácido para conseguir un pH adecuado.
El sorgo es una buena materia prima para producir etanol porque es fácil cultivarlo y contiene un 14% de material fermentable. El mayor inconveniente para usarlo es que la extracción requiere equipamiento potente para tripurar y prensar. Un proceso alternativo es triturar los tallos tanto como sea posible y disolver el azúcar calentando (no hasta la ebullición) con una cantidad mínima de agua. Hay que repetir el proceso muchas veces para extraer la mayor parte del azúcar. En un proceso de este tipo dos extracciones de un galón son mejores que una extracción de dos galones.
Una extracción de 65% proporcionaría trece o catorce galones de etanol por tonelada. Es necesario ajustar el pH con ácido. Se puede reciclar un 25% del residuo de destilación del lote anterior.
La remolacha azucarera es un material excelente para la producción de etanol. Contiene 15% de azúcar, 82% de agua, y sólidos. El jugo se puede extraer en una prensa, o se puede machacar y fermentar como la fruta. Como contiene un poco de almidón se mejora la procucción añadiendo algo de malta (1-2% por peso) o de enzimas. Por supuesto también hay que ajustar el pH, y es recomentable reciclar entre el 20% y el 25% del residuo de destilación. Una tonelada de remolachas puede proporcionar 20-25 galones o más de etanol.
Los tallos del maíz dulce contienen 7-15% de azúcar y sirven para producir alcohol. Hay que triturarlos y extraer el jugo como con la caña de azúcar o los tallos de sorgo. Un proceso relativamente eficiente debería proporcionar ocho y dieciocho galones de etanol por tonelada. Es necesario ajustar el pH y reciclar entre el 20% y el 25% del residuo de destilación.
Las materias primas amiláceas se muelen, se cuecen y se someten a un proceso de descomposición del almidón antes de fermentarlas. Hay excepciones como la patata y el boniato, que no se muelen, y otras como la alcachofa, en las que no hace falta descomponer el almidón. La gran producción de etanol compensa el esfuerzo extra, y la mayoría de los materiales amiláceos son buenas materias primas.
Los cereales hay que molerlos, diluirlos, cocerlos y descomponerles el almidón antes de fermentarlos. Sin embargo contienen gran cantidad de material fermentable. El contenido medio de almidón y azúcar es: cebada, 50%; maíz, 66%; avena, 50%; centeno, 59%; grano del sorgo, 67%; trigo, 65%. La producción de etanol por tonelada depende de la descomposición del almidón, pero suele ser de entre setenta y cien galones.
Después de molerlo hay que diluirlo. La dilución media es de 56-64 galones de agua por cada cien libras de grano, dependiendo del contenido de humedad y de almidón. El método de cocer con la mínima cantidad de agua, añadiendo más antes de la descomposición del almidón, como se explicó antes, tiene la ventaja de ahorrar energía en la cocción y acelerar el enfriamiento. Es recomentable premaltear.
La cocción se hace calentando la mezcla diluida y premalteada para hervirla lentamente durante 30-60 minutos. Normalmente ya está lista cuando el grano se ha reblandecido. Después se enfría hasta 145-150º F y se añade la disolución de malta, que consiste en 2-1/2 libras de malta seca o verde por galón de agua como se explica en el apartado del malteado.
El maíz y el trigo requieren 8-10 libras de malta por cada cien libras de grano. El centeno requiere 10-12 libras de malta por cada cien libras de grano. Para otros cereales la cantidad es parecida. La malta se agita continuamente durante la descomposición del almidón. Para el trigo tarda entre cinco y quince minutos. Maíz, treinta minutos. El centeno 30-60 minutos. El tiempo real y la cantidad mínima de malta se pueden determinar haciendo pruebas como se describe en el apartado del malteado.
Después de la descomposición la mezcla se enfría hasta 70-75º F y se añade la levadura. Con la mayor parte de los cereales no hace falta ajustar el pH. No se debe reciclar más del 20% ó 25% del residuo de destilación.
A continuación se explica el procedimiento general para el maíz con las enzimas de Miles Laboratories. Con otras enzimas y materiales puede ser un poco distinto, hay que seguir las recomendaciones del fabricante.
Después de moler se diluye parcialmente con treinta y cinco galones de agua por cada cien libras de grano. Se ajusta el pH a más de 5,5, preferiblemente a 6-6,5. Se hace el premalteado o licuefacción con 0,3 onzas de la enzima Taka-Therm.
Después de un hervor suave de entre veinte y treinta minutos se añaden otros treinta y tres galones de agua para completar la dilución y completar la mezcla.
Con la mezcla a 135-140º F se ajusta el pH a 4,2 con ácido y se añaden cuatro onzas de la enzima L-100 por cada cien libras de grano. Esta enzima completa la descomposición en treinta minutos, y después de enfriar hasta 70-80º F se fermenta de la manera habitual.
La pataca merece una atención especial porque contienen 16-18% de material fermentable. Además se puede descomponer su almidón sin malta ni enzimas si se cuece durante suficiente tiempo. Una tonelada debería proporcionar veinticinco galones de etanol. Se prepara para la fermentación machacandola y cociendola durante dos o tres horas. Si la prueba del almidón (capítulo siete) indica que aún queda almidón por descomponer, puede ser necesaria la descomposición con un poco de malta o enzimas. Con más malta o enzimas se puede acortar el tiempo de cocción. Por ejemplo, sería suficiente una cocción de treinta minutos seguida por una descomposición con 3-6% de malta o la cantidad equivalente de enzima. No es necesario diluir porque contiene un 79-80% de agua. Después de la cocción hay que ajustar el pH. La fermentación se hace de la manera habitual.
Las patatas contienen 15-18% de material fermentable y son una fuente tradicional de alcohol. De media una tonelada de patatas proporciona 22-25 galones de etanol. Las patatas podridas o germinadas también sirven, y el uso de patatas germinadas reduce la cantidad de malta o enzima necesaria.
Comercialmente se cuecen con vapor y presión. Este es un método alternativo: Se trituran las patatas o se cortan y se ponen en la olla con tan poca agua como sea posible. Se tapa la olla y se cuecen hasta que queden hechas papilla. Es recomendable premaltear para reducir la viscosidad. Después se enfría hasta la temperatura de descomposición. Normalmente hacen falta 3-4 libras de malta por cada cien libras de patata. Hay que agitar continuamente durante la descomposición, que tarda entre quince y veinte minutos.
Como los tiempos de cocción y descomposición pueden cambiar, dependiendo de la cantidad de almidón, es recomendable hacer varios intentos y la prueba del almidón. Después se ajusta el pH y se hace la fermentación de la manera habitual.
Para procedimientos específicos de enzimas con patatas consultar al fabricante de las enzimas. Debería ser suficiente la mitad de las cantidades indicadas para el maíz.
El boniato contiene 22% de almidón y 5-6% de azúcar, que es en total un 27-28% de material fermentable. Una tonelada debería proporcionar cuarenta galones de alcohol. Los boniatos se cuecen y descomponen más o menos como las patatas, con la excepción de que contienen solamente un 66% de agua y hay que diluir.
La siguiente “receta” para la descomposición de la celulosa está basada en dos enzimas de Novo Laboratories. La enzima “Celluclast” se produce a partir del hongo Trichoderma viride. Rompe la celulosa en celobiasa y glucosa. La primera no es fermentable, por lo que es necesaria la enzima “Celulasa” para romperla. Las dos enzimas juntas pueden descomponer la celulosa casi con un 100% de eficiencia.
Sin embargo para que actuen tienen que llegar hasta la celulosa. Los materiales celulósicos hay que triturarlos, picarlos, o romperlos de alguna otra manera para conseguir unas partículas tan pequeñas como sea posible.
Después de triturarlo se mezcla con un poco de agua para formar una pasta. Se ajusta el pH entre 4,5 y 6 , y se añaden las enzimas.
Es imposible determinar la cantidad exacta de celulosa “accesible”, y hay que hacer una estimación de la cantidad de enzimas. Normalmente los materiales celulósicos secos como la madera, la paja, las mazorcas de maíz, etc. tienen los menores rendimientos. Esto es así porque la celulosa está rodeada de lignina, y la cantidad accesible depende del tamaño de las partículas. Materiales como los recortes de hierba, y todos los materiales celulósicos verdes y húmedos, tienen los mejores rendimientos. Esto es así en parte porque tienen menos lignina y en parte porque tienen algo de glucosa. Los mayores rendimientos se consiguen con materiales como el papel y el algodón que son casi celulosa pura.
Una cantidad aproximada de enzima para todos los materiales mencionados podría ser de 2% de Celluclast y 0,2% de Celulasa en peso respecto a la cantidad de celulosa. Si las astillas de madera tienen 5% de celulosa disponible, habrá que poner 0,1% de la primera enzima y 0,01% de la segunda. Serían 32 onzas de Celluclast y 3,2 onzas de Celulasa por cada tonelada de madera. Los periódicos podrían tener 50-80% de celulosa disponible y haría falta más enzima.
La temperatura óptima para las enzimas es de 140º F. La mezcla debe estar a dicha temperatura durante dieciseis horas. Después se enfría hasta 80-90º F y se fermenta de la manera habitual. Antes de añadir la levadura hay que ajustar el pH.
Se recomienda hacer pruebas de descomposición y fermentación para determinar la mínima cantidad necesaria de enzima para el máximo rendimiento.
Una sencilla receta para la celulosa verde es triturar y fermentar. Como se dijo antes, Las plantas producen primero glucosa (que es fermentable) y después la transforman en celulosa. Los rendimientos están basados en la cantidad de glucosa, porque con este método la celulosa no se fermenta.
Todos los materiales empleados para la producción de etanol tienen algo de celulosa. Por lo tanto podría merecer la pena experimentar con pequeñas cantidades de enzimas para celulosa junto con los otros pasos del proceso. Los materiales sacarosos podrían beneficiarse de un paso de descomposición de celulosa. Los materiales amiláceos podrían tener enzimas para celulosa junto con las enzimas para almidón durante la descomposición. Dependiendo de la cantidad de celulosa disponible, este procedimiento podría mejorar mucho el rendimiento.
© El copyright de toda la información original de este sitio web es propiedad de Keith Addison, a no ser que se indique, y solamente puede ser copiada y distribuida con fines educativos no comerciales, si se indica la fuente y se incluye una referencia a la dirección web de Journey to Forever (http://journeytoforever.org/). Toda la información se suministra sin garantías de ninguna clase, ni implícitas ni explícitas.