Sugarcane molasses-based biorefinery: Organic acids and ethanol production

Abstract

Sugarcane molasses are the largest produced waste in sugar mills; in the last harvesting cycle 2,178,131 tons were obtained and only 2.46% were used for transformation processes. Molasses has great potential to be the main feedstock in a biorefinery concept. Its composition rich in fermentable sugars and its availability are interesting features considered in this study. Through the Aspen Plus © software a multi-product biorefinery scenario was design and analyzed, technically and economically. The three main products considered were ethanol, lactic acid and succinic acid. The overall process consists of an initial stage of hydrolysis or inversion of the sucrose present in the molasses to reducing sugars followed by a specific dilution for fermentation of each of the products considered, as well as subsequent separation and purification operations. Plant efficiencies conversions were 3.24 kg of molasses/L of ethanol, 3.08 kg of molasses/kg of lactic acid and 9.25 kg of molasses/kg of succinic acid. The economic assessment was positive for organic acids production. Ethanol production had a slightly worst economic performance compared to the other processes, but the proposed scenario managed to obtain a profitability index of 1.02. The expense recovery ratio of the whole biorefinery was 1.35 which means a surplus of 35% after the project investment has paid for itself. The biorefinery’s robustness in the economic aspect comes from organic acids production; meanwhile, the social and environmental impacts are from ethanol production.Las melazas de caña de azúcar son el mayor residuo producido en los ingenios azucareros; en el último ciclo de zafra se obtuvieron 2,178,131 toneladas y sólo el 2,46 % se destinó a procesos de transformación. La melaza tiene un gran potencial para ser la principal materia prima en un concepto de biorrefinería. Su composición rica en azúcares fermentables y su disponibilidad son características interesantes consideradas en este estudio. Mediante el software Aspen Plus© se diseñó y analizó técnica y económicamente un escenario de biorrefinería multiproducto. Los tres productos principales considerados fueron etanol, ácido láctico y ácido succínico. El proceso global consiste en una etapa inicial de hidrólisis o inversión de la sacarosa presente en la melaza a azúcares reductores, seguida de una dilución específica para la fermentación de cada uno de los productos considerados, así como de operaciones posteriores de separación y purificación. Las eficiencias de conversión de la planta fueron de 3,24 kg de melaza/L de etanol, 3,08 kg de melaza/kg de ácido láctico y 9,25 kg de melaza/kg de ácido succínico. La evaluación económica fue positiva para la producción de ácidos orgánicos. La producción de etanol tuvo un rendimiento económico ligeramente peor en comparación con los demás procesos, pero el escenario propuesto consiguió obtener un índice de rentabilidad de 1,02. El índice de recuperación de gastos de toda la biorrefinería fue de 1,35, lo que supone un superávit del 35 % una vez amortizada la inversión del proyecto. La solidez de la biorrefinería en el aspecto económico proviene de la producción de ácidos orgánicos; mientras que los impactos sociales y ambientales provienen de la producción de etanol.