ABENGOA

Innovative technology solutions for sustainability

Master de Microbiología

Sevilla, Mayo 2016

¿Cómo se producen los biocombustibles?

Introducción a Abengoa / Abengoa Research 1

ABENGOA aplica soluciones tecnológica innovadoras para el

desarrollo sostenible en los sectores de energía y medioambiente, generando electricidad a partir de recursos renovables, transformando biomasa en biocombustibles o produciendo agua potable a partir de agua de mar.

2

Ingeniería y construcción

70 años de experiencia en infraestructuras para energía

Know-how propio

Liderazgo internacional de contratación en transmisión, plantas termosolares e infraestructuras eléctricas (“energía”)

1

Infraestructuras de tipo concesional

Electricidad (solar, cogeneración, otras), líneas de transmisión, desalación

Activos sin riesgo de demanda

Promedio de duración de contratos: 25 años

2

Producción industrial

Biocombustibles

Mercados de elevado crecimiento

Posición de liderazgo

3

Abengoa articula su negocio en torno a tres actividades

Energía Medioambiente

Desarrollamos estas tres actividades en dos sectores de

alto crecimiento

Introducción a Abengoa Áreas clave

3

Tecnología e innovación son las bases de nuestra ventaja competitiva

Ingeniería y construcción Tecnología e innovación Concesiones

Capacidades únicas en ingeniería

Desarrollo tecnológico Operación de activos

propios

…nos permiten construir… La I+D genera soluciones innovadoras y

nuevos productos que…

…y la operación de los activos retro-alimenta la innovación.

ABENGOA

RESEARCH

Abeinsa new horizons

Introducción a Abengoa Modelo de negocio

ABEINSA

4

Innovative Technology Solutions for Sustainability

Copyright © Abengoa S.A. 2014. All rights reserved

Biocombustibles 2

5 5

Bioetanol 1G

Petratamiento Fermentación Destilación y

deshidratación Hidrólisis

enzimática Grano

Etanol 1G

Bioetanol

1.0 USD de maíz 1.8 USD de ingresos

Aceite de maíz

DDGS CO2

Cada $1.0 invertido en la materia prima para producir etanol, rinde $1.8 en sus productos finales,

esto es bioetanol, aceite de maíz, CO2 y DDGS.

Ruta bioquímica

Biocarburantes de Castilla y León, Salamanca

Tecnología de bioetanol en 1era y 2da generación de materia prima

6

Plantas de Abengoa Bioenergy

USA

Brasil

Europa

Capacidad biocombustible = 1440 MLY

Capacidad materia prima = 980 KTY Capacidad biocombustible = 1495 MLY

Capacidad alimentación = 885 KTY Cogeneración = 119 MW

Coruña, Sp

Capacidad biocombustible = 220 MLY Capacidad azúcar = 570 KTY

Cogeneración = 140 MW

São Luiz, SP SAP, SP São João, SP

Gran base de activos

Acceso a varias geografías

Apalancamiento / arbitrajes logísticos

Alternativas para la materia prima

Equipo con experiencia

Plataforma de gestión de riesgos

Ventajas competitivas

Global

Biocombustible (MLY):3155

Azúcar (KTY): 570

Materia prima (KTY): 1,865

Electricidad (MW): 259

Desde 1995 Desde 2002

Desde 2008

San Roque, Sp Biodiesel, 60 MGY

Coruña, Sp Etanol, 52 MGY

Cartagena, Sp Etanol, 39 MGY

Rotterdam, NE Etanol, 125 MGY

Lacq, Fr Etanol, 65 MGY

Salamanca, Sp Etanol, 53 MGY

Evansville,IN Etanol, 90 MGY

Colwich, KS Etanol, 25 MGY

York, NE Etanol, 55 MGY

Granite city, IL Etanol, 90 MGY

Portales, NM Etanol, 25 MGY

Ravenna, NE Etanol, 88 MGY

7

8

Preparación de la materia prima

Transformación en azúcares Fermentación Destilación

Fermentación por levaduras C6

Dest

ilaci

ón

Caña azúcar

EtOH

CO

2

Recolección, molienda y filtrado

Sacarificación y fermentación por

levaduras C6 simultánea

Dest

ilaci

ón

Cocinado y licuefacción

EtOH

CO

2

DDGS

Proteína y fibra

Limpieza y molienda

Enzimas

Cereal

Dest

ilaci

ón

Pretratamiento Biomasa

EtOH

DDB

Electricidad, calor y otros productos

Limpieza y molienda

Hidrólisis enzimática

Sacarificación y fermentación por levaduras C5, C6

simultánea

CO

2

Enzimas

Enzimas

1G

2G

Abengoa Bioenergy Netherlands

Abengoa Bioenergy Biomass of Kansas

Tecnología de bioetanol para 1era y 2da generación de materia prima

8

Gasolina 349 BGY

Jet 94 BGY

Biodiesel 484 BGY

Biocombustibles

1995-2016

2001-2016

1G

2

G

Producción de bioetanol

sostenible y barato

PMMA 739 BGY

Poliéster/Xilano/Estireno 27BGY

Goma, Lubricantes y Aditivos 8 BGY Surfactantes

Químicos

Los azúcares serán el nuevo petróleo…

Etanol como mezcla…

Cere

al

Cañ

a

Bio

masa

Bagazo

Residuos

Leñoso

Paja de maíz

Maíz

Caña de azúcar

ABENGOA

Cebada

Arroz

Otros

Butanol

Aceite vegetal

Otros

Más allá de etanol…

9

Abengoa Research Grupo de Biotecnología

Fuertes capacidades internas en I+D+i

• Expertos en bioquímica e ingeniería microbiana.

• Laboratorio completamente automatizado.

• Logros: desarrollo de microorganismos que producen enzimas que trabajan a bajas dosis y optimización del perfil de la actividad enzimática.

• Capacidad de fermentación hasta 30 L (instalando hasta 1m3)

• Gran equipamiento DSP

• Experiencia en desarrollo de procesos

• Logros: proceso de producción robusto, maximizando la productividad del microorganismo a un coste rentable

Desarrollo de cepas Sevilla

Desarrollo de procesos Salamanca

CTFS CPA

Bioquímica

Ingeniería genética

Biología Molecular

Gran capacidad de análisis multimuestra

Capacidades

Optimización fermentación

Desarrollo DSP

Escalado

Benchmarking

Capacidades

10

11

Representación esquemática de los efectos del pretratamiento sobre la biomasa lignocelulósica (Hsu et al, 1980)

El pretratamiento engloba la alteración de la biomasa por lo que la hidrólisis (enzimática) de la celulosa y la hemicelulosa se alcanza más rápidamente.

El pretratamiento persigue la modificación de las propiedades físico-químicas de la biomasa: rompe la protección de la lignina y disminuye el grado de cristalinidad de la celulosa.

Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima

Preparación de la materia prima

Transformación en azúcares Fermentación Destilación

Dest

ilaci

ón

Pretratamiento Biomasa

EtOH

DDB

Electricidad, calor y otros productos

Limpieza y molienda

Hidrólisis enzimática

Sacarificación y fermentación por levaduras C5, C6

simultánea

CO

2

Enzimas

2G

11

Pretratamiento

1. Pretratamiento físico

Barakat et al. / Applied Energy 113 (2014) 97–105 Schuth, Dumesic, ACS Catal, 2013 Rinaldi, Chemsuschem, 2012

Pretratamiento quimico-mecánico en seco de la biomasa lignocelulósica

2. Fraccionamiento con disolventes

Esquema del proceso organosolv para el fraccionamiento de la biomasa

Lignin Production by Organosolv Fractionation of Lignocellulosic Biomass, ECN Netherlands

3. Pretratamiento químico

Esquema del proceso AFEX

4. Pretratamiento biológico

Pretratamiento microbiano de la madera. Oak Ridge National Lab

Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima

12

Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima

Bagazo Residuos Leñoso Paja maíz

C5-C6 Azúcares

Xilosa Arabinosa

Xilano Celulosa

Endoxilanasas (EX)

Beta-xilosidasa (bxl) Celobiosa

Glucosa

Endoglucanasas (eg2) +

Celobiohidrolasas (cbh)

Celobiohidrolasas (cbh)

Beta-glucosidasa

1. Pretratamiento

2. Hidrólisis enzimática

3. Fermentación

4. Destilación y evaporación

Etanol

Químicos, Materia prima o energía Lignina

Hidrólisis Enzimática

Cereal Paja maíz Bagazo Madera Residuos

USD/gal

Coste de contribución de las “enzimas“ por materia prima ($/gal)

13

3. Fermentación

Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima

Fermentación C5/C6

La Xilosa es el segundo carbohidrato más abundante en la biomasa lignocelulósica hidrolizada. La fermentación de la xilosa es esencial para la bioconversión de las lignocelulosas a combustibles y químicos.

La tecnología del etanol 1G permite a la levadura crecer durante la fermentación Como hay inhibidores presentes en la tecnología 2G, se requiere una mayor eficiencia en la propagación 2G El paso de la propagación por tanto es una etapa mucho más crítica que en la tecnología 1G

Azúcares C5-C6

Xilosa Arabinosa Glucosa

4. Destilación y Eváporación

Etanol

Levadura

25% 2%

72% 95%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Lignocellulosa Cereal% d

el t

ota

l de a

zúca

res

Otros

Glucosa (C6)

Xilosa (C5)

14

Tecnología de bioetanol de 2da generación de materia prima

Valorización de Lignina

15

Vinaza

Usos a Granel Regeneración orgánica del

suelo

Alimentación animal

Torta

Sirope

Microbiología Butanol

Etanol

Alcanos

Procesos de extracción

y purificación

Lignina extraída

Resinas

Fibra carbono

Carbón negro

Aglutinantes

Antioxidantes

15

Tecnología 2G I+D+i

Planta Piloto 2G York (NE, USA)

Planta demo 2G Salamanca (SP)

Planta comercial 2G

Hugoton (USA)

Biomasa a bioetanol

Planta comercial Hugoton Planta de

demostración Salamanca Planta

piloto York

Abengoa: Tecnológo de Biocombustibles 2G

2G Biocombustibles y Bioproductos

Hemos demostrado nuestra capacidad para escalar el proceso

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Localización: US (2014)

95 Ml/año a partir de residuo agrícola

Localización: Holanda (2010)

480 M/año 360.000 t DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles)

Planta de biocombustible más grande de Europa

Localización : España (2008)

200.000 t biodiesel

Nuestros proyectos de referencia Biocombustibles

2nd generación de bioetanol de biomasa Otros ejemplos

Una capacidad de producción global de más de 2.500 Ml/año de bioetanol

Localización: Uruguay (2015)

70 Ml/año, 49.000 t DDGS

Localización : US (2010)

333 Ml/año, 230.000 t DDGS

17

Principales actores en el bioetanol celulósico

Likely to have

commercial plant

near term

CompanyCapacity (MGY)

Process Technology

EnzymeTechnology

Expected start of

commerical operations

* Abengoa Bioenergy 25 Abengoa Abengoa 2014* POET-DSM 20 DSM DSM 2014* DuPont 30 DuPont DuPont 2014* Project Alpha (Beta R.) 20 Chemtex Novozymes 2014

Fiberight 6 Chemtex NovozymesCanergy 25 Chemtex NovozymesGreenfield 10 Enerkem, W2BNovozymes

* Mascoma 20 AB Enzymes Delayed* Clariant - - No plans* Inbicon 20 DSM 2016* Lignol 20 Novozymes Unknown* GranBio 22 Chemtex Novozymes 2014* Raizen 11 Chemtex Novozymes 2014

TMO 2.6 TMO RenewablesColbiocel 22 Chemtex NovozymesOAI Unknown Unknown

* Beta Renewables 20 Chemtex Novozymes OperationalMaabjerg 25 UnknownMYBiomass 16 UnknownSabah Unknown UnknownCofco/Sinopec 17 Unknown NovozymesLonglive 17 Shandong Longlive Bio-TechnologyZTE 8 UnknownJilin Fuel 8 UnknownDacheng Unknown NovozymesSQ Unknown UnknownDatang Unknown DupontStategrid Unknown UnknownHNTG Unknown UnknownAverage 17Total 364

USA

BR

EU

Asia

Bioetanol

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Biocombustibles 2 2.1 Madera

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Composición química de la madera

La madera es,

Una fuente renovable No es un alimento, es un material orgánico que, como materia prima, no compite con el interés agrícola de cultivar cultivos para la alimentación Puede reducir el riesgo de fuego incontrolado cuando se elimina del campo o del terreno baldío. Cuando se quema para producir energía emite una cantidad de dióxido carbono que es comparable a la cantidad de CO2 liberada por la madera durante su degradación natural. Ya que los árboles fijan CO2 durante la fotosíntesis, utilizar madera para producir energía se considera como “neutral en carbono”

Ventajas – Madera

Madera

Celulosa

Hemicelulosa

Resina

Lignina

Biomasa leñosa

20

Clasificación Efectos Observaciones

Furfural y HMF

• Reducción del ratio de crecimiento específico • Reducción de la volumetría de etanol y productividad

específica • Reducción de la producción de biomasa • Producción de daños en la membrana plasmática celular • Inhibición de la acción de las enzimas

El efecto inhibidor producido por el HMF y furfural es el mismo, pero el furfural es más

intensivo.

Ácidos alifáticos

• Caída del rendimiento a etanol • Reducción de la producción de biomasa • Reducción del ratio de crecimiento específico • Muerte celular

El mecanismo de inhibición aún no está claro

Compuestos fenólicos

• Producción de daños en la membrana plasmática celular • Reducción del rendimiento a etanol • Reducción de la producción de biomasa • Reducción del ratio de crecimiento específico • Muerte celular

Los componentes más tóxicos. Enmascaran la accesibilidad de la enzima a los

carbohidratos y la hidrólisis

Efectos combinados

Furfural y ácido acético • Reducción del ratio de crecimiento • Disminución del rendimiento de la biomasa • Caída del rendimiento a etanol Efectos sinérgicos, ya que la combinación de

estos compuestos tiene efectos inhibidores más altos que el ocasionado individualmente Furfural, ácido acético y

compuestos derivados de la lignina

• Reducción del rendimiento a etanol • Reducción del ratio de crecimiento • Disminución del rendimiento de la biomasa

Los productos derivados de la lignina presentan unos efectos inhibidores 10 veces mayor que los que existen en los productos derivados del azúcar

4-hydroxybezoic acid Vanillin Catechol Syringaldehyde Coniferyl aldehyde 4-hydroxybenzaldehyde

Efectos inhibidores

Madera

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Biocombustibles 2 2.1 Madera

2.2 Biocombustibles a partir de residuos

22

Ventajas Sólo el 25% de residuos se envían a vertedero

Recuperación de más del 75% de materiales reciclables

Tecnología fácilmente adaptable a distintas geografías

Ingresos por canon, venta de reciclables Reducción de emisiones a la atmósfera

Residuos a Biocombustibles representa una solución integral para la gestión de RSU basada en la recuperación de los materiales reciclables y la valorización de las fracciones convertibles, como los carbohidratos. El enfoque novedoso está en la producción de combustibles renovables al mismo tiempo que se minimizan las sub-fracciones cuyo último destino es el vertedero y promoviendo el reciclado de componentes que inherentemente están presentes en los RSU

Jerarquía de tratamiento de Residuos

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Combustible del rechazo sólido

Bioresiduo

Separación

MSW

W2B Visión general

Sirope de azúcar Bioetanol

Materiales reciclables

Torta

31%

26%

26%

17%

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Biocombustibles 2 2.1 Madera

2.2 Biocombustibles a partir de residuos

2.3 Isobutanol y n-butanol

25

Hay dos principales rutas alternativas para producir butanol a través de la fermentación de azucares:

Fermentación Iso-biobutanol: fermentación innovadora para producir directamente iso-butanol (Gevo, Butamax).

Fermentación ABE: proceso tradicional, que produce una mezcla de etanol / n- biobutanol / acetona (Green Biologics, Abengoa).

Visión general del biobutanol – bioprocesos

Producción azúcar

Fermentación Iso-Butanol

FermentaciónABE

Producción azúcar

Fermentación

Deshidratación

Fermentación ABE

Separación compleja

iso-butanol acetona etanol n-butanol

Principal uso: Fuel Building block > fuel Principal uso:

26

Alto contenido energético, cercano al de la gasolina

Permite mezclas mayores – puede ser mezclado con gasolina al 16%, ayudando a los productores superar el límite de mezcla

No hidroscópico (pj, atrayendo la humedad) o corrosivo

Verdadero combustible de sustitución – no se requieren modificaciones en los vehículos o infraestructuras

Compatible con los motores actuales e infraestructuras de almacenamiento

Baja presión de vapor – la mezcla de combustibles puede cumplir con las restricciones gubernamentales en la presión de vapor sin la necesidad de usar mezclas especiales (RBOB)

Puede ser mezclado en las refinerías

Transportable en las líneas existentes para el petróleo

Adaptable a materias primas futuras – incluida la celulósica

Ventajas del Butanol como Combustible

Propiedad física iso-butanol n-butanol Etanol

Densidad a 20°C (g/cm³)0.794 0.810 0.802 ‏

Punto de ebullición a 1 atm (⁰C)78 118 108 ‏

Solubilidad en agua at 20⁰C (g/100mL)7.7 8.0 ‏ Miscible

Calor neto de combustión (BTU/gal)80,000 93,000 95,000 ‏

R+M/2 103.5 87 112

Mezcla RVP (psi at 100⁰F) 1 5.0 4.3 18-22 27

En el futuro, gracias a nuestras fuertes capacidades actuales de biología sintética, biotecnología y bioprocesado, ofreceremos nuevos productos producidos por fermentación de los azúcares que producimos en nuestros activos

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ABENGOA

RESEARCH

Grupo de Biotecnología

“Bio-Making it Tech-feasible”

Muchas gracias por su atención