Estudio de las Propiedades de Control de un Proceso Sustentable para la Obtención de Biobutanol

Abstract

Durante las últimas décadas ha existido un creciente interés por fuentes de energía renovables debido a problemas asociados al calentamiento global, el cambio climático y la volatilidad en los precios del petróleo. Actualmente, existen distintos biocombustibles producidos a partir de biomasa, como lo son el etanol y butanol que son proyectados como alternativas verdes al uso de combustibles provenientes de fuentes fósiles. De manera general, el butanol es utilizado como solvente, fluido hidráulico, en la producción de detergentes y antibióticos, etc.; además, también puede ser utilizado como combustible. El desarrollo tecnológico aplicado a la purificación de biobutanol debe tener el potencial para proporcionar un proceso factible, y que pueda competir económicamente con la vía petroquímica para la producción de butanol. Considerando que dentro del proceso completo para la producción de biobutanol los principales retos a enfrentar son referentes tanto a la fermentación de materia prima, como a la sección de separación/purificación, este proyecto enfocó sus esfuerzos a la búsqueda de nuevas alternativas para la purificación de un efluente proveniente de la fermentación. Además este proyecto pretende estimar de forma conjunta la evaluación de varias funciones objetivo mediante la realización de una optimización global multi-objetivo que evalúe simultáneamente el costo total anual, el impacto ambiental y el desempeño dinámico del proceso. La motivación para la realización de este proyecto fue conocer y evaluar nuevas alternativas que permitan mejorar la capacidad competitiva del biobutanol respecto a su síntesis mediante derivados petroquímicos, utilizando para ello diagramas de Pareto que permiten observar el comportamiento conjunto de funciones objetivo, económicas, ambientales y de controlabilidad de proceso, así como el rol que juegan algunas variables de diseño en dichas funciones objetivo. El proyecto comenzó con algunos diseños de separación previamente reportados, obteniendo en primera instancia mejores resultados para diseños híbridos formados por extracción líquido-líquido y columnas de destilación convencionales. Conforme se observó cierta tendencia en los resultados mostrados por los diseños híbridos, dichos diseños fueron mejorados mediante técnicas robustas de diseño y optimización. El modelado del proceso se realizó en Aspen Plus y la optimización se realizó utilizando el método de optimización multi-objetivo Evolución Diferencial con Lista Tabú. La implementación de este algoritmo de optimización se realizó por medio de una plataforma hibrida que contempla la participación de tres paquetes computacionales, Microsoft Excel®, Aspen Plus® y Matlab®. Como resultado se obtuvo que los diseños intensificados mostraron los mejores indicadores económicos, ambientales y de controlabilidad. En otras palabras, conforme los diseños se volvían relativamente más complejos, se pudieron obtener mejores resultados económicos, ambientales y de controlabilidad.