N4 Experto e investigación · Lección 7 de 8 · 38 min

Etanol de segunda generación: pretratamiento, hidrólisis y economía

Conversión bioquímica

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Calcular el etanol teórico de una biomasa a partir de su glucano y su xilano (aplicar).
Analizar por qué el pretratamiento domina la economía del etanol 2G (analizar).
Evaluar críticamente la brecha entre el diseño de referencia y las plantas comerciales (evaluar).

Conviene saber antes

Lección «Fermentación alcohólica y compostaje».
Curso 2: composición lignocelulósica.

La biomasa lignocelulósica (bagazo, paja, rastrojo, raquis) tiene celulosa y hemicelulosa, pero envueltas en lignina. Antes de fermentar hay que pretratar (abrir la estructura) e hidrolizar (romper los polisacáridos en azúcares con enzimas). Mosier et al. (2005) revisaron los pretratamientos con más futuro: ácido diluido, explosión con vapor, agua caliente líquida, amoníaco (AFEX) y cal.

El diseño de referencia de NREL (Humbird et al., 2011) procesa 2.205 t cortas secas/día (≈2.000 t métricas) de rastrojo de maíz con ácido diluido e hidrólisis enzimática, alcanza el 76 % del rendimiento teórico (79 gal/t seca) y estima un precio mínimo de venta del etanol de USD 2,15/gal (dólares de 2007).

E_{\mathrm{teo}}=x_{G}\,\frac{M_{\mathrm{glu}}}{M_{\mathrm{glucano}}}\,Y_{\mathrm{glu}}+x_{X}\,\frac{M_{\mathrm{xil}}}{M_{\mathrm{xilano}}}\,Y_{\mathrm{xil}}

Etanol teórico por kilo de biomasa seca a partir de sus fracciones de glucano y xilano (hidrólisis y fermentación completas).

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$x_G,\,x_X$	fracciones másicas de glucano y xilano (bs)	kg kg⁻¹
$\tfrac{M_{\mathrm{glu}}}{M_{\mathrm{glucano}}}$	factor de hidratación del glucano, 180,16/162,14 = 1,111	adimensional
$\tfrac{M_{\mathrm{xil}}}{M_{\mathrm{xilano}}}$	factor de hidratación del xilano, 150,13/132,12 = 1,136	adimensional
$Y_{\mathrm{glu}},\,Y_{\mathrm{xil}}$	rendimientos estequiométricos: 0,511 y 0,511	g etanol g⁻¹ azúcar

Ejemplo resuelto 1

Etanol teórico de un bagazo

Un bagazo tiene 40 % de glucano y 22 % de xilano en base seca (composición supuesta para el ejemplo). ¿Cuánto etanol teórico da por tonelada seca?

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$x_G$	0,4	kg kg⁻¹	supuesto
$x_X$	0,22	kg kg⁻¹	supuesto

Aporte del glucano:
$0{,}40\times1{,}111\times0{,}511=0{,}2273$
Aporte del xilano:
$0{,}22\times1{,}136\times0{,}511=0{,}1279$
Total por tonelada seca y en litros (0,789 kg/L):
$E=355\ \mathrm{kg}=450\ \mathrm{L}$

Resultado

E_{\mathrm{teo}}\approx450\ \mathrm{L\,t^{-1}\,seca}

Interpretación: Un tercio del etanol teórico viene de la xilosa, que la levadura convencional no fermenta: sin una cepa capaz de usar pentosas se pierde ese tercio.

Ejemplo resuelto 2

El rendimiento del diseño de NREL, en litros

Convierte el rendimiento de diseño de Humbird et al. (2011) a L/t seca y calcula el máximo teórico implícito.

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$Y$	79	gal t⁻¹ seca (t corta)	Humbird et al. (2011)
$f$	0,76	del teórico	Humbird et al. (2011)
$1 gal$	3,785	L	galón estadounidense
$1 t corta$	0,9072	t métrica	conversión

Por tonelada métrica seca:
$\frac{79\times3{,}785}{0{,}9072}=330\ \mathrm{L\,t^{-1}}$
Máximo teórico implícito:
$\frac{330}{0{,}76}=434\ \mathrm{L\,t^{-1}}$

Resultado

Y\approx330\ \mathrm{L\,t^{-1}\ seca}\ (76\ \%\ \text{de}\ 434)

Interpretación: El 24 % que se pierde se reparte entre azúcares no liberados, degradación en el pretratamiento y fermentación incompleta: cada etapa cobra su parte.

Figura 1Etanol por tonelada seca: teórico frente a diseño de referencia (L/t)

Incluso el diseño de referencia, optimizado en papel, deja una cuarta parte del azúcar sin convertir.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Etanol por tonelada seca: teórico frente a diseño de referencia (L/t)
Caso	Litros
Teórico implícito, rastrojo de maíz (NREL)	434
Diseño NREL: 76 % del teórico	330

Fuente: Derivado de Humbird et al. (2011), NREL/TP-5100-47764 (79 gal/t corta seca al 76 % del teórico).

Caso real

Raízen Bonfim: la planta 2G más grande del mundo (2024)

En 2024, Raízen inauguró en el complejo Bonfim (Guariba, São Paulo) una planta de etanol de segunda generación de 82 millones de litros por año a partir de bagazo y paja de caña (la fuente es una nota de Bloomberg Línea con información de la empresa, no un informe técnico). El caso muestra la ventaja del bagazo: ya está recolectado, molido y en la puerta del ingenio, que además aporta vapor y electricidad. Esa integración resuelve la logística, que en otras biomasas es la barrera principal (ver el curso 6).

Fuentes: Bloomberg Línea. (2024, 31 de mayo). Raízen opens the world's largest second-generation ethanol plant [Nota con información de la empresa]. Bloomberg Línea.

Hipótesis contrastadas

¿Por qué el etanol 2G tardó más de una década en pasar del diseño de referencia a plantas comerciales?

H1 el cuello de botella fue tecnológico (enzimas caras y pretratamiento).
Evidencia a favor
- El diseño de NREL supone un 76 % del rendimiento teórico; cada punto perdido en el pretratamiento o la hidrólisis encarece el litro (Humbird et al., 2011).
- Mosier et al. (2005) muestran que cada pretratamiento implica un compromiso entre liberar azúcares y formar inhibidores.
Evidencia en contra
- La tecnología existía antes de las plantas comerciales: el diseño de referencia es de 2011 y el proceso era técnicamente viable.
Fuentes: Humbird, D., Davis, R., Tao, L., Kinchin, C., Hsu, D., Aden, A., Schoen, P., Lukas, J., Olthof, B., Worley, M., Sexton, D., & Dudgeon, D. (2011). Process design and economics for biochemical conversion of lignocellulosic biomass to ethanol: Dilute-acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover (NREL/TP-5100-47764). National Renewable Energy Laboratory.; Mosier, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee, Y. Y., Holtzapple, M., & Ladisch, M. (2005). Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 96(6), 673–686.
H2 el cuello de botella fue logístico e industrial, y se resolvió integrando la planta a un ingenio.
Evidencia a favor
- La planta más grande del mundo (Raízen, 82 ML/año) está dentro de un complejo de caña que ya acopia el bagazo y aporta energía (Bloomberg Línea, 2024).
- El diseño de NREL necesita 2.205 t cortas secas/día (≈2.000 t métricas) de una biomasa dispersa en el campo (Humbird et al., 2011).
Evidencia en contra
- La integración no elimina el costo de las enzimas ni la necesidad de fermentar pentosas.
- Sesgo de supervivencia: plantas que también usaban residuos concentrados fracasaron. GranBio Bioflex (São Miguel dos Campos, Alagoas), con bagazo y paja de caña, sufrió problemas tecnológicos («la tecnología importada de Italia no funcionó como se prometió») y en 2025 se rediseñó por completo como biorrefinería de otros productos (Marques, 2018; Souza Ramos, 2025).
- POET-DSM pausó en noviembre de 2019 la producción comercial de Project LIBERTY (Emmetsburg, Iowa), con rastrojo de maíz, y volvió a I+D para mejorar la confiabilidad mecánica; la empresa lo atribuyó a la aplicación del RFS por la EPA (Bioenergy International, 2019).
Fuentes: Bloomberg Línea. (2024, 31 de mayo). Raízen opens the world's largest second-generation ethanol plant [Nota con información de la empresa]. Bloomberg Línea.; Humbird, D., Davis, R., Tao, L., Kinchin, C., Hsu, D., Aden, A., Schoen, P., Lukas, J., Olthof, B., Worley, M., Sexton, D., & Dudgeon, D. (2011). Process design and economics for biochemical conversion of lignocellulosic biomass to ethanol: Dilute-acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover (NREL/TP-5100-47764). National Renewable Energy Laboratory.; Marques, F. (2018, junio). Obstacles in the way. Revista Pesquisa FAPESP, (268).; Souza Ramos, C. (2025, 28 de enero). After setbacks, GranBio redesigns project in Alagoas. Valor International.; Bioenergy International. (2019, 21 de noviembre). POET-DSM to pause ethanol production and revert to R&D at Project LIBERTY. Bioenergy International.

Certeza baja

Conclusión: Ambos factores pesan, y ninguno basta solo. La integración con una agroindustria que ya concentra el residuo parece necesaria, pero no suficiente: GranBio y POET-DSM también tenían el residuo concentrado y fallaron por la madurez del pretratamiento y la confiabilidad mecánica, y por la política de precios (el valor del RIN celulósico del RFS). La certeza es baja porque la evidencia son pocas plantas, con información en gran parte de las propias empresas. Para el Ecuador, la lección es doble: buscar la integración con un ingenio y exigir antes una tecnología probada a escala y un ingreso que no dependa de un incentivo revocable.

Figura 2Micrografía estilizada de la pared celular vegetal antes y después del pretratamiento.

Lo que no es evidente. El etanol 2G no compite principalmente con el 1G por tecnología, sino por logística: en el diseño de NREL la planta necesita más de 2.000 t secas cada día, un volumen que solo una agroindustria concentrada puede entregar sin que el flete se coma el margen. Por eso las plantas comerciales están dentro de ingenios.

Ejercicios

Cálculo●●○
Una paja tiene 35 % de glucano y 20 % de xilano (bs). Calcula el etanol teórico en L/t seca y el que se obtiene si solo se fermenta la glucosa al 90 %.
Ver la solución
Teórico: (0,35 × 1,111 × 0,511 + 0,20 × 1,136 × 0,511) × 1.000 ÷ 0,789 = 399 L/t. Solo glucosa al 90 %: 0,35 × 1,111 × 0,511 × 0,9 × 1.000 ÷ 0,789 = 227 L/t.
Criterio●●○
¿Por qué un pretratamiento muy severo puede bajar el rendimiento total aunque libere más azúcar?
Ver la solución
Porque degrada parte de los azúcares a furfural e hidroximetilfurfural, que además inhiben a la levadura. Mosier et al. (2005) muestran que todo pretratamiento es un compromiso entre accesibilidad y formación de inhibidores.
Caso●●●
Un inversionista propone una planta 2G con raquis de palma recolectado de 40 extractoras. ¿Qué pregunta harías primero?
Ver la solución
Cuál es el costo puesto en planta por tonelada seca, incluido el flete del raquis húmedo (57,2 % de humedad en la referencia de Malasia, Phyllis2 #2932), y cuántos días al año se garantiza el abastecimiento. La lección de NREL y Raízen es que la escala exige volumen concentrado y continuo.

Autoevaluación

¿Qué rendimiento del teórico supone el diseño de referencia de NREL (2011)?
1. 50 %
2. 76 %
3. 95 %
4. 100 %
Ver la respuesta
Respuesta: B. 76 %, equivalente a 79 gal por tonelada corta seca de rastrojo de maíz.
¿Por qué hay que fermentar la xilosa en un proceso 2G?
1. Porque da sabor
2. Porque representa una fracción grande del etanol teórico
3. Porque es obligatoria por norma
4. No hace falta
Ver la respuesta
Respuesta: B. En el ejemplo del bagazo, un tercio del etanol teórico viene de la xilosa.
¿Qué tienen en común las plantas 2G comerciales más grandes?
1. Usan residuos dispersos
2. Están integradas a una agroindustria que ya concentra la biomasa
3. Usan solo enzimas importadas
4. Son pequeñas
Ver la respuesta
Respuesta: B. La integración resuelve el acopio y aporta energía; ver el caso de Raízen.

Referencias

Humbird, D., Davis, R., Tao, L., Kinchin, C., Hsu, D., Aden, A., Schoen, P., Lukas, J., Olthof, B., Worley, M., Sexton, D., & Dudgeon, D. (2011). Process design and economics for biochemical conversion of lignocellulosic biomass to ethanol: Dilute-acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover (NREL/TP-5100-47764). National Renewable Energy Laboratory. https://doi.org/10.2172/1013269
Mosier, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee, Y. Y., Holtzapple, M., & Ladisch, M. (2005). Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 96(6), 673–686. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2004.06.025
Bloomberg Línea. (2024, 31 de mayo). Raízen opens the world's largest second-generation ethanol plant [Nota con información de la empresa]. Bloomberg Línea. https://www.bloomberglinea.com/2024/05/31/raizen-opens-the-worlds-largest-second-generation-ethanol-plant/
Marques, F. (2018, junio). Obstacles in the way. Revista Pesquisa FAPESP, (268). https://revistapesquisa.fapesp.br/en/obstacles-in-the-way/
Souza Ramos, C. (2025, 28 de enero). After setbacks, GranBio redesigns project in Alagoas. Valor International. https://valorinternational.globo.com/agribusiness/news/2025/01/28/after-setbacks-granbio-redesigns-project-in-alagoas.ghtml
Bioenergy International. (2019, 21 de noviembre). POET-DSM to pause ethanol production and revert to R&D at Project LIBERTY. Bioenergy International. https://bioenergyinternational.com/poet-dsm-pause-ethanol-production-and-revert-to-rd-at-project-liberty/
International Energy Agency. (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth. IEA. https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth

Para profundizar

Humbird, D., Davis, R., Tao, L., Kinchin, C., Hsu, D., Aden, A., Schoen, P., Lukas, J., Olthof, B., Worley, M., Sexton, D., & Dudgeon, D. (2011). Process design and economics for biochemical conversion of lignocellulosic biomass to ethanol: Dilute-acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover (NREL/TP-5100-47764). National Renewable Energy Laboratory. — El diseño de referencia más citado; cada sección detalla supuestos de rendimiento y costo que hoy se usan como línea base.
Mosier, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee, Y. Y., Holtzapple, M., & Ladisch, M. (2005). Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 96(6), 673–686. — Comparación clásica de pretratamientos: efecto en la estructura, inhibidores y rendimiento.
Moraes, B. S., Zaiat, M., & Bonomi, A. (2015). Anaerobic digestion of vinasse from sugarcane ethanol production in Brazil: Challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 44, 888–903. — La vinaza, el gran efluente del etanol de caña, como sustrato de digestión: retos y perspectivas en Brasil.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Etanol de segunda generación: pretratamiento, hidrólisis y economía (Versión 2026-10) [Lección del curso «Conversión bioquímica»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/conversion-bioquimica/etanol-de-segunda-generacion/

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