Bioethanol production from fruit waste : potential development in Mexico

The growing demand for energy in transportation, heating, and industrial processes sectors, together with the increase of the emission to the environment due to the current linear economy, bad management, and lack of disposals of residues are becoming one of the biggest challenges around the world. Therefore, the interest for reused waste has increased considerably worldwide. The so-called biorefinery of waste is an attractive technology in the countries with a huge amount of organic residues to produce biofuels and value-added chemicals. (Cherubini 2010; Hahn-Hägerdal et al. 2006). Fruit production is an outstanding activity in Mexico. Hence, the aim of this M.Sc. thesis is to analyze the potential of Mexico in the production of bioethanol from fruit waste throughout an economic and technical assessment of a bioethanol plant. The conceptual design of the bioethanol plant is based on the processing of citrus waste (orange, lime, mandarin), banana and mango waste, and the proposed technology is already used at the industrial level. The technologies for the pretreatment stage are Grinding process and Steam Explosion. From the top of the Steam Explosion the vapor is sent to the decantation process to separate the limonene from the water, and from the bottom of the Steam Explosion the liquid part is sent to the Belt filter press to separate the solid content from the liquid. Then, the liquid is sent to the Simultaneous Saccharification and Fermentation process to produce the bioethanol. Finally, the bioethanol is sent to the Bioethanol Purification stage where there are Beer and Rectification Columns, and the Ethanol Dehydration (Molecular Sieves) process to obtain an almost pure bioethanol. To evaluate the feasibility of this Bioethanol plant, 3 scenarios are analysis, Worst-Case, Standard-Case and Best-Case scenarios. The Worst-Case scenario has a recover of the investment in the year 12 and an Internal Rate of Return of 11.7%. For the Standard-Case scenario, the return of the investment is around the year 8 and an Internal Rate of Return of 17.5%. While the Best-Case scenario has a return of the investment in the year 5 and an Internal Rate of Return of 27.1%. The increment of final price and the annual production of the limonene increases the Net Income of the plant. Thus, the final price of the bioethanol can be decreased to be competitive with the market price of the ethanol and MTBE. If all the fruit waste used in the industry in Mexico is processed, there is a potential production of 88,750,000 L/y of Bioethanol and 11,398,000L/y of Limonene based on the Standard-Case scenario.

La crescente domanda di energia nei settori dei trasporti, del riscaldamento e dei processi industriali, insieme all'aumento delle emissioni nell'ambiente che risultano dall'attuale economia lineare, la cattiva gestione e la mancanza di smaltimento dei rifiuti, stanno diventando una delle maggiori sfide in tutto il mondo. Pertanto, l'interesse per il riutilizzo dei rifiuti è aumentato considerevolmente in tutto il mondo. La cosiddetta bioraffinazione dei rifiuti è una tecnologia interessante nei paesi con una grande quantità di rifiuti organici per produrre biocarburanti e prodotti chimici a valore aggiunto. (Cherubini 2010; Hahn-Hägerdal et al. 2006). La produzione di frutta è un'attività importante in Messico. Quindi, l'obiettivo di questa tesi di Laurea Magistrale consiste nell'analizzare le potenzialità del Messico nella produzione di bioetanolo dai residui della frutta, attraverso una valutazione economica e tecnica di un impianto di bioetanolo. Il progetto concettuale dell'impianto a bioetanolo si basa sulla lavorazione dei residui di agrumi (arancia, lime, mandarino), banana e mango; inoltre, la tecnologia proposta è già utilizzata a livello industriale. Le tecnologie per la fase di pretrattamento sono Grinding process e Steam Explosion. L’effluente gassoso della Steam Explosion viene inviato al processo di decantazione per separare il limonene dall'acqua, e l’effluente liquido viene inviato ad un filtro a nastro per separare il contenuto solido.in In seguito, il liquido viene inviato al processo di saccarificazione e fermentazione simultanea per produrre il bioetanolo. Finalmente, il bioetanolo viene inviato alla fase di purificazione dove sono presenti le Beer and Rectification Columns e il processo di disidratazione dell'etanolo (setacci molecolari) per ottenere un bioetanolo quasi puro. Per valutare la fattibilità di questo impianto a Bioetanolo, sono 3 gli scenari di analisi, scenari Worst-Case, Standard-Case e Best-Case. Lo scenario peggiore prevede un recupero dell'investimento nell'anno 12 e un tasso di rendimento interno dell'11,7%. Per lo scenario Standard-Case, il ritorno dell'investimento si raggiunge dopo circa 8 anni e ha un tasso di rendimento interno del 17,5%. Mentre lo scenario Best-Case ha un ritorno dell'investimento a 5 anni e un tasso di rendimento interno del 27,1. L’incremento del prezzo finale e la produzione annuale del limonene aumentano l'utile netto della pianta. Pertanto, il prezzo finale del bioetanolo può essere ridotto per essere competitivo con il prezzo di mercato dell'etanolo e dell'MTBE. Se tutti i rifiuti della frutta utilizzati nell'industria in Messico venissero trattati, si potrebbe avere una produzione potenziale di 88.750.000 L/anno di bioetanolo e 11.398.000 L/anno di limonene in base allo scenario Standard.