Evaluación del potencial de la variedad de sorgo dulce [Sorghum bicolor (L.) MOENCH] “ROGER” en la obtención de bioetanol bajo diferentes sistemas de producción

López Sandin, Iosvany (2020) Evaluación del potencial de la variedad de sorgo dulce [Sorghum bicolor (L.) MOENCH] “ROGER” en la obtención de bioetanol bajo diferentes sistemas de producción. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

La continua disminución de las reservas de combustibles fósiles y su impacto sobre el medio ambiente, aceleran la búsqueda de fuentes de energía alterna; en este contexto los biocombustibles proporcionan un sustituto viable, que contribuye a la reducción de las emisiones contaminantes a la atmósfera y a elevar la eficiencia de los combustibles convencionales. Entre las materias primas con potencial energético se destacan las de origen vegetal como el sorgo dulce [Sorghum bicolor (L.) Moench], una planta C4 de ciclo corto con alta capacidad de adaptación a diversas condiciones de producción (clima, propiedades físico-químicas del suelo, escasez de agua, etc.), que puede ser sembrada en áreas marginales y de acumular altas concentraciones de azúcares fermentables en el tallo; además de producir una cantidad significativa de biomasa y grano (panícula). Las características agronómicas del sorgo dulce lo convierten en un cultivo promisorio en la producción de bioetanol. Sin embargo, debe considerarse el componente energético a partir del balance de energía que identifique las labores o equipos agrícolas con alto gasto energético y, por consiguiente, llevar a cabo acciones o un plan de medidas que contribuya a reducir su consumo. En la producción del cultivo se requiere de una fuente externa y gratuita de energía que proviene del sol y otra compuesta de fuentes transformadas, como las obtenidas a partir de hidrocarburos y del trabajo humano. Por lo tanto, es importante disminuir los consumos de energía provenientes de fuentes no renovables y aumentar la productividad del cultivo con el fin de mejorar la eficiencia energética del proceso. Ante la situación energética y ambiental del mundo las ventajas que ofrecen las fuentes de energía renovables, pudieran ser un sólido argumento en la sustitución paulatina de los combustibles de origen fósil. Por consiguiente, en la consolidación de estas fuentes, en específico del bioetanol, son importantes investigaciones que generen información para obtener su máximo potencial; así como, realizar mejoras genéticas del material vegetal y modificaciones en los procesos de producción con la finalidad de incrementar la eficiencia y perfeccionar de las técnicas actuales. Con base en lo anterior y específicamente a la variedad de sorgo dulce ROGER, es escasa información relacionada con rasgos agronómicos asociados con la producción de bioetanol como rendimiento de biomasa, jugo y sus contenidos de azúcares; además de factores que influyen en la eficiencia energética del proceso de producción de la variedad y en la cinética de conversión del jugo a bioetanol. Por lo tanto, el presente trabajo tiene por objetivo evaluar el potencial de la variedad de sorgo dulce [Sorghum bicolor (L.) Moench] ROGER en la obtención de bioetanol de primera generación bajo diferentes sistemas de producción (SP). Los SP fueron evaluados en un diseño de bloques completos al azar con arreglos en parcelas divididas y tres repeticiones; éstos consistieron en la combinación de diferentes métodos de labranza (L) y tipos de fertilizantes (F), donde: L1= labranza mínima (desbroce y rastra); L2= labranza tradicional (desbroce, arado y rastra); L3= arado tradicional con penetración profunda (desbroce, arado de subsuelo, arado y rastra); F1= fertilizante orgánico; F2= fertilizante inorgánico; y F3= sin fertilizante. Para evaluar el efecto del SP en la obtención de bioetanol la investigación se dividió en tres etapas: a) en la primera etapa se determinó el SP de la variedad de sorgo dulce con mayor aportación de energía por hectárea; para lo cual fue realizado el balance de energía del proceso de producción del cultivo, identificando los índices energéticos asociados con su productividad a partir de la entrada de energía al proceso y del poder calorífico de la biomasa seca obtenida (espiga, hoja, tallo); b) en la segunda etapa se realizó un estudio de la dinámica de producción de biomasa y azúcares con el objetivo de definir la etapa fenológica de la planta con mejores rasgos agronómicos asociados a la obtención de bioetanol; c) en la tercera etapa se llevó a cabo la producción de bioetanol a partir del jugo del tallo, considerando el manejo postcosecha y la cinética de fermentación del jugo, con el objetivo de establecer la cinética de producción de bioetanol. Los resultados de la primera etapa indicaron que la variedad puede ser cultivada en zonas semiáridas con altos rendimientos agronómicos, principalmente bajo L3 y F1. La producción de biomasa fresca de la planta (RBF), rendimiento de jugo (RJV) y grados Brix (°Bx) con L3 fueron de 51.66 t·ha-1 , 20,783.12 L·ha-1 y 16.04, respectivamente. El RBF y RJV con F1 fue de 50.77 t·ha-1 y 22,529.59 L·ha-1 , respectivamente. Sin embargo, para °Bx la F1 y la F2 fueron estadísticamente iguales (P>0.05), siendo el mayor valor numérico para F2 (15.29%). Por otra parte, el mayor valor de energía neta se obtuvo en L3 y F1 con valores de 337,239.68 MJ·ha-1 y 347,568.46 MJ·ha-1 , respectivamente. En la segunda etapa los resultados revelaron que la producción de azúcar y biomasa seca dependen de la etapa fenológica de la planta y de las dimensiones del tallo. Así, la mayor concentración de azúcar (527.46 mg·g-1 PS) y el mayor valor de rendimiento de biomasa seca de la planta (19.01 t·ha-1 ) se obtuvieron en la madurez fisiológica del cultivo; aunque, el mayor peso de jugo (119.48 g·planta-1 ) se consiguió en la etapa de llenado del grano. Los resultados de la tercera etapa indican que la obtención de bioetanol está asociada con el SP para lograr el máximo rendimiento, siendo la combinación de L3 con F1 la de mayor valor (2.12 m3 ·ha-1 ); resultado que depende de las pérdidas de jugo y azúcar durante el manejo postcosecha (trasporte, almacenamiento y molienda) así como, de la baja eficiencia del proceso de fermentación.

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