Inicio | Bioetanol | Producción a partir de caña de azúcar

Producción a partir de caña de azúcar

Características de la caña de azúcar

La caña de azúcar es una planta proveniente del sureste asiático. Fue traída a México en 1522 y la primera plantación se hizo en el Estado de Veracruz.

El jugo de su tronco es la principal fuente de azúcar. Prácticamente el 70% del azúcar del mundo se produce a partir de la caña.

Su cultivo es propio de zonas tropicales y subtropicales, y necesita de abundante agua y suelos adecuados para crecer bien. Mediante la fotosíntesis puede absorber hasta el 2% de la energía solar que recibe, para convertirla en un 14% a 17% de sacarosa y 14% a 16% de fibra.

El periodo de crecimiento de la caña de azúcar toma entre 11 y 17 meses, dependiendo de la variedad de la caña y la zona de cultivo. La planta retoña varias veces y se puede seguir cortando (a estos cortes se les conoce como zafras). Debe renovarse cada siete a diez años con nuevos retoños porque su riqueza se deteriora con el tiempo.

Composición de la caña de azúcar

Componentes Tallos % Cogollos y hojas %

Materia seca

29.00

26.00

Azúcares

15.43

2.18

Lignocelulosa

12.21

19.80

Materia a bioetanol

27.64

21.98

Cenizas y otros comp.

1.36

4.02

Agua

71.00

74.00

Total:

100.00

100.00

En cada tonelada de caña de azúcar verde o cruda lleva un 25% de cogollos y hojas, por lo que de cada tonelada 750 kilogramos son los aprovechables.

Composición química del bagazo de caña
Análisis Bagazo entero seco %

Celulosa

51.23

Hemicelulosa

24.11

Lignina

20.67

Cenizas y otros compuestos

3.99

Suma:

100.00

Requerimientos agroclimáticos

Requerimientos agroecológicos de la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) bajo condiciones de temporal en México
Variable Alto Medio Bajo

Temperatura mínima media

>10º C

5º-10º C

<5º C

Temperatura máxima media

15º-35º C

10º-15º y 35º-45º C

<10º C

Temperatura media

21º-28º C

18º-21º y 28º-35º C

<18º C

Temperatura media de enero

>17º C

-

<17º C

Precipitación media

1500-3000 mm

>3000 mm

<1500 mm

Precipitación mes de abril

0 - 1600 msnm

-

<60 mm

Pendiente del suelo

<3 %

3-6 %

>6 %

Altitud

10-1550 m

0-10 y 1550-1750 m

>1750 m

Proceso de producción

Usualmente en los ingenios de azúcar, después de la producción del jarabe por concentración del jugo de la caña, se aplican hasta tres cristalizaciones de las que se va retirando el azúcar. Cada proceso de cristalización es seguido por una separación de los cristales de sacarosa del llamado licor madre o miel, mediante centrifugación.

Así, la primera etapa de cristalización y centrifugación permite obtener el azúcar A y la melaza A. Luego esta melaza es sometida a nueva cristalización y centrifugación, resultando el azúcar B y la melaza B. Finalmente, de modo análogo, se produce el azúcar C y la melaza C.

Se puede obtener bioetanol a partir del jugo de caña o de las melazas B y C. En el primer caso, todo el jugo de caña se destina a la producción de bioetanol (sin que se genere azúcar), mientras que en los dos siguientes, se obtienen azúcar y bioetanol.

Esquema general para el proceso de obtención de bioetanol a partir de la caña de azúcar

Rendimientos

El rendimiento de caña por hectárea es de aproximadamente 70 toneladas de caña verde.

Obtención de bioetanol directamente a partir del jugo de caña

  • Producir bioetanol del jugo de caña incrementa la producción de bioetanol, pero reduce los sub-productos, en especial la misma azúcar, de la que no se produce nada.
  • Para el caso de México se estima que una tonelada de caña con un porcentaje de sacarosa entre 13 y 14 % produce de 70 a 80 litros de bioetanol.
  • Aunque la producción de bioetanol directamente del jugo reduce la flexibilidad de la empresa para diversificar sus productos de acuerdo a las condiciones del mercado (vendiendo melazas, azúcar o bioetanol), también reduce el costo de inversión, ya que no se requiere todo el equipo de cocimiento de un ingenio azucarero.

Para más detalles sobre este proceso, consúltese el documento SENER-BID-GTZ, páginas 241 y ss.

Obtención de bioetanol a partir de melaza B

  • Como la melaza B se obtiene de la segunda cristalización y centrifugación del jugo de caña, y por ello no contiene tanta azúcar, su capacidad de producción de etanol es baja comparada con el jugo directo. Sin embargo, el resultado final son 92 kg. de azúcar (sumando la obtenida de la primera y segunda cristalización) y 17.1 litros de bioetanol.

Para más detalles sobre este proceso, consúltese el documento SENER-BID-GTZ, páginas 237 y ss.

Obtención de bioetanol a partir de melaza C

  • Como esta melaza es obtenida de la tercera etapa de cristalización y centrifugado, tiene una concentración más baja de azúcares, por lo que se producen alrededor de 112 kg de azúcar (sumando la obtenida de la primera, la segunda y la tercera cristalización) y 8.81 litros de etanol.

Para más detalles sobre este proceso, consúltese el documento SENER-BID-GTZ, páginas 236 y 237.

Estos rendimientos para los tres métodos son estimados a partir de observaciones en México y de experiencias en Brasil, pero es importante tener en cuenta que pueden variar sustancialmente dependiendo del grado de optimización de la producción.

Relación insumos – productos

Para tener un panorama más completo de los insumos y productos, véase la siguiente tabla.

Balance de insumos y productos para la producción de bioetanol a partir de distintos insumos derivados de la caña de azúcar
Rubros Bioetanol directo de jugo de caña Bioetanol de melazas B Bioetanol de melazas C
Insumos

Caña de azúcar

1 tonelada

1 tonelada

1 tonelada

Combustible (puede ser remplazado por bagazo)

7.4 kg.

Igual

Igual

Electricidad (podría ser producida a partir del bagazo)

12.5 kWh.

Igual

Igual

Agua tratada

5,600 litros

Igual

Igual

Ácido sulfúrico

0.05 kg.

Igual

0.026 kg.

Urea

0.1 Kg.

Igual

0.052 kg.

Productos y subproductos

Azúcar

0

92 Kg

112 kg.

Etanol anhidro

80 litros

17.1 litros

8.8 litros

Bagazo con 50% de humedad

264 kg.

Igual

Igual

Vinazas

780 a 1,248 litros

171 a 274 litros

88 a 141 litros

Cachaza

30 kg.

Igual

Igual

Levaduras

17.8 kg.

3.9 kg.

1.6 kg.

CO2

60.7 kg

13.3 kg.

6.9 kg.

Como se observa, los insumos son prácticamente los mismos para los tres métodos, mientras que las diferencias están en los productos y subproductos. En tanto que en método directo del jugo de caña las vinazas, la cachaza, las levaduras y el CO2 resultantes son más abundantes, se observa una disminución significativa y progresiva para los dos métodos restantes.

Costos de cultivo y transporte de la caña1

En la producción de bioetanol el principal costo proviene de la compra en puerta de la materia prima. Se estima que este costo puede llegar sobrepasar el 50% del costo final del litro de bioetanol. Es por ello que es importante comprender la composición de costos de la materia prima.

Composición de los costos de producción de caña en una zona de temporal
Componente del costo agrícola Caña planta * Caña soca **

Preparación

7.6%

No aplica

Siembra

9.2%

No aplica

Labores

6.0%

16.8%

Agroinsumos

32.7%

27.0%

Cosecha

31.7%

49.6%

Intereses

12.8%

6.6%

* Por caña planta se entiende a la caña de la primera cosecha.
** Por caña soca se entiende a la caña de las cosechas sucesivas a la primera.

En el ejemplo mostrado en la tabla anterior, se aprecia que los rubros más altos son la cosecha y los agroinsumos. Los inversionistas interesados deberían buscar economías precisamente en esos renglones, a fin de hacer más competitivo el precio promedio frente al mercado mundial. Al momento de la redacción del estudio de SENER-BID-GTZ, el precio más competitivo era el de países como Brasil, Tailandia o Australia: $15 dólares la tonelada puesta en el ingenio, contra un precio de $19 a casi $22 dólares en México, tal y como se aprecia en la siguiente tabla.

Costos de producción de caña de azúcar en dos regiones de México
Componente del costo Caña de temporal en
Huastecas y Veracruz Centro (pesos/t)
Caña de riego en Huastecas
y Balsas (pesos/t)

Costo agrícola (cultivo)

$103.47

$92.39

Cosecha y transporte

$133.00

$118.35

Costo total

$236.47
($21.71 dólares)

$210.74
($19.35 dólares)

Esta tabla deja ver otra oportunidad de mejora: el costo de la cosecha y el transporte es más alto que el costo agrícola del cultivo. Se recomienda buscar economías en el transporte de la caña, ubicando los cultivos cerca del ingenio o mejorando las vías de tránsito hacia y dentro de la plantación.

Así, es evidente que uno de los retos más importantes es elevar la productividad en el cultivo de la caña y optimizar sus distintos procesos, para reducir su precio a las puertas del ingenio.

Costos de operación y mantenimiento por litro de bioetanol

Para el cálculo de los costos de operación, se consideró que la energía eléctrica y calorífica que requiere la producción se obtendrá del uso del bagazo de caña.

Se estimó, además. que los costos de mano de obra y costos administrativos corresponden respectivamente al 8.5% y 1.2% de los costos con materia prima. Para los costos asociados a los insumos de producción y costos de mantenimiento y conservación, se adoptó 3% de las inversiones para ambos casos (párrafos adelante se presenta más información sobre la inversión). Como se puede ver, en su conjunto esos costos representan generalmente menos de 15% del costo total del etanol, mayormente formado por la materia prima y la inversión.

Composición de los costos de producción de etanol a partir de caña de azúcar (en centavos de dólar por litro) (SENER-IDB-GTZ)
Caso Bioetanol de jugo de caña directo Bioetanol de melazas B Bioetanol de melazas C

Materia prima

$0.27

$0.21

$0.26

Inversiones

$0.10

$0.09

$0.09

Energía

$0.00

$0.00

$0.00

Otros

$0.06

$0.21

$0.06

Total

$0.43

$0.52

$0.40

Considerando el precio internacional promedio del litro de bioetanol2, valuado en 0.509, el precio calculado para México sería competitivo para el bioetanol obtenido del jugo directo de caña y de la melaza C. En especial para el bioetanol que se obtiene de melaza C, el margen de ganancia sería de 20%.

Precio de indiferencia para el productor de bioetanol en México

El precio de indiferencia es la medida mediante la cual el inversionista puede definir qué le conveniente más producir a partir del jugo de caña: azúcar o bioetanol. Para poder definirlo, antes es necesario establecer cuánta materia prima se necesita para producir un kilo de azúcar o melaza por una parte, o un litro de bioetanol por la otra.

Las equivalencias son las siguientes:

  • Cada litro de bioetanol equivale a 1.67 kilos de azúcar

(porque ambos fueron creados con la misma cantidad de sacarosa).

  • Cada litro de etanol equivale a 2.98 kilos de melaza
    (de nuevo, porque ambos fueron creados con la misma cantidad de sacarosa).

Conveniencia de producir azúcar en lugar de bioetanol

  • El precio promedio del kilo de azúcar en México es de $10.54 pesos y su equivalencia para 1.67 kilos es de $17.61 pesos, mientras que el precio internacional por litro de bioetanol es de $5.53 pesos por litro. Por lo tanto, para el industrial de la caña de azúcar que desea vender en el mercado nacional producir azúcar es más atractivo que producir bioetanol.

(El precio en México es el promedio para el azúcar estándar para agosto de 2010 en la Central de Abastos de Iztapalapa, según http://www.economia-sniim.gob.mx. Abre en una nueva ventana

El precio internacional es del futuro del azúcar a diciembre de 2010, tomado de http://www.infoaserca.gob.mx/futuros/azc_5fl.asp.Abre en una nueva ventana

El precio internacional promedio del litro de etanol a futuro para septiembre fue tomado del reporte de la última semana de agosto, según http://cmegroup.barchart.com/ethanol/archive/1283173215CME-Weekly-Ethanol-30-Aug-2010.pdf. Abre en una nueva ventana

El valor de dólar empleado fue de $12.825 pesos según el Banco de México para el 15 de septiembre de 2010).

Conveniencia de producir bioetanol a partir de melaza C

  • El precio internacional del kilo de melaza es de $1.28 pesos y su equivalencia para 2.98 kilos es de $3.1 pesos, mientras que el del litro de bioetanol es de $5.53 pesos. Esto quiere decir que al industrial de la caña de azúcar le conviene emplear la melaza más pobre para producir bioetanol, en especial considerando que, como vimos, al hacerlo así se obtienen 112 kg. de azúcar y 8.81 litros de etanol por tonelada de caña.

(El precio internacional de la melaza fue tomado del estudio SENER-BID-GTZ, página 254).

En términos generales, puede decirse que la producción simultánea de azúcar y etanol le da flexibilidad a la agroindustria cañera para manejar sus flujos de sacarosa para maximizar sus ganancias.

Inversión

La siguiente tabla presenta las características principales e inversión para los módulos industriales de procesamiento de caña de azúcar. Fueron concebidos con base en la experiencia brasileña y guatemalteca.

Proceso Módulo industrial

Jugo directo

Inversión de 50 millones de dólares para crear una destilería autónoma* con capacidad 450 m3 al día, operando 210 días al año al 86% de su capacidad de producción, procesando por zafra un millón de toneladas de caña y produciendo 80 mil m3 de bioetanol. Genera electricidad y vapor a partir de 250 mil toneladas de bagazo producido por la zafra, sin necesitar aportes energéticos externos.

Caña, melaza B

Inversión de 15 millones de dólares para crear una destilería anexa** con capacidad 150 m3 al día, operando 210 días al año al 86% de su capacidad de producción, utilizando melaza B (propia o comprada) resultante del procesamiento de 1.58 millones de toneladas de caña y produciendo 27,090 m3 de bioetanol. Dispone de servicios auxiliares (electricidad y vapor generados a partir de bagazo en el ingenio asociado).

Caña, melaza C

Inversión de 15 millones de dólares para crear una destilería anexa** con capacidad 150 m3 al día, operando 210 días al año al 86% de su capacidad de producción, utilizando melaza C (propia o comprada) resultante del procesamiento de 3.08 millones de toneladas de caña y produciendo 27,090 m3 de bioetanol. Dispone de servicios auxiliares (electricidad y vapor generados a partir de bagazo en el ingenio asociado).

* Por destilería autónoma se entiende al módulo industrial específicamente diseñado para producir bioetanol.
** Por destilería anexa se entiende al módulo industrial que puede producir tanto azúcar como bioetanol.

A continuación se presenta una tabla con el valor de la inversión para establecer una planta de bioetanol a partir de caña de azúcar. La inversión se estimó considerando un vida económica de 10 años y una tasa de descuento del 12%. Se incluyeron los costos de mano de obra y administración, insumos de producción, mantenimiento y conservación, todos ellos estimados a partir de casos reales. No se consideró al capital necesario para adquirir la tierra, ni la compra de energía eléctrica, puesto que ésta última se puede generar a partir de bagazo.

Inversión en plantas productoras de etanol a partir de caña de azúcar
Materia prima y tecnología Inversión.
Miles de USD
Capacidad.
m3/día
Inversión unitaria.
USD/litro/día

Jugo directo

$50,000

450

$111

Caña, melaza B

$15,000

150

$100

Caña, melaza C

$15,000

150

$100

La inversión fluctúa de 15 a 50 millones de dólares, equivaliendo a una inversión unitaria de 100 a 111 dólares por litro por día.

_________________________
1 Los costos se calcularon con base en estudios para el 2005 y 2006. El valor del dólar es para esos mismos años, a un tipo de cambio que va de $10.70 a $10.89 pesos por dólar.

2 Precio a futuro para septiembre de 2010 tomado del reporte de la última semana de agosto, según http://cmegroup.barchart.com/ethanol/archive/1283173215CME-Weekly-Ethanol-30-Aug-2010.pdf.Abre en una nueva ventana

Última actualización el Lunes, 13 de Junio de 2011 00:43
 

- Comentarios sobre este sitio de internet comentarios

 

- © - -