1er Congreso Internacional de Biocombustibles Mayo 7 y 8, 2008 Guadalajara, M é xico .

1. Integración de Biotecnologías Avanzadas para Acelerar el Camino a la Comercialización desde Biomasa a la Producción de Etanol Celulósico Marco A. Báez Vásquez, Ph.D., MBA Head of Bioenergy and Biorefineries Initiative Biotechnology Center of Excellence Corporation (BCEC) m.baez@bioenertec.com www.BioAmericas.org 1er Congreso Internacional de Biocombustibles Mayo 7 y 8, 2008Guadalajara, México.

2. AGENDA • Introducción General • Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM) • 3. Ciencia y Plataformas Tecnológicas • 4. Configuración de Procesos • 5. Plan Estratégico para México y Latin América • “Estratégia de Cinco Niveles”

3. El Cambio Climático y su Impacto en el Entorno Ecológico es Irreversible Protocolo de Kyoto naciones indust. reducir 5% emisiones de CO2 para el 2010 A largo plazo 50%< es requerido para estabilizar niveles de CO2 en la Atmosfera Biocombustibles Utilizando Lignocelulosa 85%< Reducciones de GHG’s Mezclas Etanol-Gasolina E10 Reduce 3% GHG E85 reduce 31% GHG Mezclas de Etanol (Maiz) E10 reduce Emisiones GHG 38% E85 reduce emisiones GHG 41%

5. Retos y Oportunidades

7. Drivers Externos y Panorama Global • Precio del Petróleo y Gasolina (Transporte) • Oferta/Abastecimiento y Demanda Global • Instrumentación de los Estándares para Carburantes y Política Energética • Precio y Abasto de Almidón (Maíz) para Prod. Etanol vs otros Rec. Caña, Trigo, Sorgo, Café • Existencia de Estándares para Combustibles Renovables • Marcados para co-productos (DDG’s) del Maíz-Etanol Proc. • Precio y Abasto de la Biomasa Agricola • Cuanto se puede colectar y costo? • Infraestructura necesaria para la colección, almacenamiento y entrega? • Existen otros Mercados Alternativos que Puedan Competir con la Producción de Etanol? • Regulación y Política Ambiental a nivel Nacional • Mitigar Efecto Invernadero, Impuestos en Carbón y otros Instrumentos Disponibles.

8. Necesaria una Transición más Dinámica de la Economía Basada en el Petróleo hacia una Economía Basada en los Recursos Agrícolas “Biomasa Vegetal Renovable” ●Incentiva la Economía Nacional e Impulsa el Desarrollo Económico Regional ● Alta Prioridad: La Producción de Alimentos se Preserva y se Coadyuva “Promover Sinergias Productivas Intersectoriales” ● Nueva Estratégia Nacional contra el Cambio Climático ● Impulso de Energías Alternativas más Eco-Eficientes ● Interconección Estratégica de los Sectores Agrícola, Energético e Industrial ●Preservar en Forma Racional y Sostenible el Entorno Ecológico

9. Transformando Residuos Celulósicos Agrícolas e Industriales en Energía Renovable Lignocelulosa

10. Demanda Global 75bn gallons, para cubrirse via 15bn biodiesel, 20bn etanol cereales, and 40bn residuos y conversión de biomasa

11. Beneficios de la Bioeconomíauna Verdadera Revolución Verde Convencional Petróleo Relleno Sanitario o Incineración Procesos Productos Materias Primas No-Renovables Desecho Tecnología Verde Biomasa (Desensamblaje, recuperacion y reciclado) Bioproductos Bioprocesos Recursos Bióticos Renovables Ciclo Sustentable Sub-productos Reciclado de biorecursos

12. Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Revolución Verde

13. Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Revolución Verde

14. Interfases Tecnológicas Multisectoriales (ITM)

15. Transformando Residuos Cellulósicos Agrícolas e Industriales en Energía Renovable Lignocelulosa

16. Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Energía Verde Medio Ambiente Agrícola Energético Economia Industrial

17. Sincronizando los Sectores Clave de la Nueva Energía Verde Interfaces Tecnológicas Multisectoriales ITM’s Medio Ambiente ITM ITM ITM Agrícola ITM Energético Economia ITM ITM ITM Industrial Data Bridges K. Engineering Intellectual Property P. ITM’s Acelerar Comercialización

18. Sectores Clave Agrícola y Forestal para Impulsar Biorefinerias en la Producción de Energia, Materiales y Prod. Químicos Alternativas para Promover la Bioeconomía Nacional II III Nuevos Recursos de Biomasa (cultivos, forestal, esquilmos) Para la nueva generación de Biocombustibles, Quimicos y Materiales Beneficios Nacionales -Seguridad, Economía, Ambiental, Sustentabilidad Cultivos Extensivos para Primera Generación de Biocom Bustibles, Prod. Quim. y Materials. IV I Nuevas Variedades Agrícolas Mejoradas via Sistemas Moleculares Modernos y Plataformas Tecn. Avanzadas Productos y Cultivos Agricolas, Prod. Forestales para Alimentos, Fibras y otros Usos Industriales Nuevos Cultivos/Biorecursos Enfocandose a Mercados de Valor Agregado Local, Nacional e Internacional

19. Ciencia y Plataformas Tecnológicas

20. Acelerar el Desarrollo y Conocimiento Sistemático para Beneficio de la Humanidad

21. Integración de Tecnologías de Punta para Acelerar la Producción Costo-Eficiente y Comercialización de los Biocombustibles Microbiología Ferment. a Larga Escala Genómica Biología Sintética Ingeniería Metabólica Proteómica Optim. de Líneas Celulares

22. Integración de Tecnologías de Punta para Acelerar la Producción Costo-Eficiente y Comercialización de los Biocombustibles Integracion de Tecnologias Avanzadas Para Acelerar La Prod. Costo-Effectiva de Biocombustibles Celulosicos

23. Producción de Bioetanol Utilizando Material Lignocelulósico Enzimas: Cellulasas, Hemicelulasas Materias Primas Etanol Glucosa, xylosa Pretratamiento Sacarificación Fermentación

24. MEDIO ACIDO CELULOSA (+) AGUA HIDROLISIS ENZIMATICA “Sacarificacion” PRETRATAMIENTO TERMOMECANICO TERMOQUIMICO GLUCOSA GLUCOSA MEDIO ACIDO HEMICELULOSE (+) AGUA ( + ) PENTOSAS FERMENTACION LEVADURA 1 CERVEZA BIOXIDODE CARBONO MOSTO GLUCOSADO + ( + ) BIOXIDO DE CARBON CERVEZA + MOSTO DE ALTA PENTOSA LEVADURA 2 DESTILACION ETANOL (+) SUBPROD. PROCESO FISICO CERVEZA Introducción al Proceso de Hidrólisis Enzimática Etapas para la Producción de Bioetanol apartir de Materiales Lignocelulósicos FIBRAS SUSCEPTIBLES A HIDROLISIS ENZIMATICA

25. Coproductos del Bioetanol Biomasa Celular Enzimas (Proteinas, Peptidos) Hidrolizados Cellulose (Glucose) Hidrolizados Hemicelulose (Xylose) Residuos Líquidos del Process Pretratamiento e Hidrólisis de la Hemicellulosa 1o Hidrólisis Enzimática de la Celulosa 2o Hidrólisis Enzimática & Fermentatión Recuperación del Etanol & Purificación Pretratamiento e Hidrólisis de la Hemicellulosa 1o Hidrólisis Enzimática de la Celulosa 2o Hidrólisis Enzimática & Fermentatión Recuperación del Etanol & Purificación EtOH Biomass Lignina Soluble (Prod. Fenólicos de Bajo MW) Residuos Sólidos Del Proceso Residuos Solidos del Process Lignina Insoluble (Prod. Fenólicos de Alto MW)

26. Fuentes Renovables de Biomasa Lignocelulósica Bagazo de Caña Fibra de Maíz

27. Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica Celulosa Lignina Región Amorfa Pretratamiento Región Cristalina Hemicelulosa o Almidón

28. Mecanismo de Hidrólisis Celulolítica Incrementando Eficiencía Catalítica A nivel Comercial es Necesaria una Combinación Óptima de Celulasas y Hemicelulasas Producidas en el Mismo Sistema de Expresión

29. Tejidos Vasculares Recalcitrantes Tinsión Clorito-Sulfito Biodegradación Celulosa 39%-43% Hemicelulosa 20% Lignina 22% Ref. D.E.Akin, 2006

30. Tinsión con Floroglucinol Biodegradación Ref. D.E.Akin, 2006 Tejidos Recalcitrantes no-degradables = Epidermis, Anillos del Esclerenquima y ring, Zonas Vasculares

31. Configuración de Procesos

32. Estratégias para la Reducción de los Costos de Proceso Integración de Proceso Manufactura y Economias de Escala Regulación & Expresión Inducción, De-represión Genómica Incrementar Eficiencia Catalítica Enzimas Organismo Etanologénico

33. Etanol Celulósico: Ruta hacia la Comercialización BIOMASA PRODUCTION DE ENZIMA HYDROLISIS DE CELULOSA RECUPERACION DEL ETANOL FERMENTACION DE GLUCOSA PRETRATAMIENTO FRACCIONACION HIDROLISIS DE HEMICELLULOSA FERMENTACION DE PENTOSAS BIOREFINERIAS PROD. QUIMICOS EN BASE A CARBOHIDRATOS UTILIZACION DE LIGNINA

34. Pretratamiento • Facilita la Conversion de la Hemicelulosa a Xilosas y Arabinosas Monomericas • Incrementa la Susceptibilidad de las Fibras de Celulosa a la Hidrólisis Enzimática

35. Efecto del Nivel de Sólidos en la Prehidrólisis de la Biomasa Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Concentración de Sólidos en Reactor

36. Descubrimiento de Nueva Generación de Enzimas Especificas Multiples Substratos Bagazo de Caña Residuos Agric. Paja de Maíz DDG’s Paja de Trigo Pretratamientos Alternativos Nueva Generación de Enzimas y Microbios (Ing. Metabólica) Altos Rendimientos de Azúcares Fermentables C5’s and C6’s High Yield of Fermentable C5’s and C6’s

37. Configuración de Proceso: La Hidrólisis Enzimática Independiente de la Fermentación (SHF) Producción de Enzimas Procesamiento De Solidos Residuales Homogenización Pretratamiento Ácid Diluido Hidrólisis Enzimática de la Celulosa Fermentación Hidrolizados de Hemicelulosa Hidrolizados de Celulosa Recuperación del Etanol

38. Configuración del Proceso Enzimático en la Sacarificación y Cofermentación Simultáneas Procesamiento de Solidos Residuales Homogenización Pretratamiento Ácido Diluido Producción de Enzimas Hidrolizados de Hemicelulosa Sacarificacion y Co-fermentación Simultaneas Recuperación Del Etanol NREL, Desarrollo de el Proceso de Etanol

39. Integración de Etapas para Consolidar un Bioproceso Económico y Eficiente Biomasa Agr. Pretratada Sacarificación & Fermentación Simultanea Proceso Comercial FACTORES CLAVE Sacarificación Inicial Recuperación y Destilación de Producto

40. Proceso de Sacarificación y Fermentación Variaciones del Tiempo de Residencia en la Fermentación y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Periodo de Fermentación (días)

41. Proceso de Sacarificación y Fermentación Niveles de Conversión (%) Hidrólisis de Celulosa - Fermentación de Glucanos y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) % Conversion Sacarificación y Fermentación de Glucanos

42. Proceso de Sacarificación y Fermentación Niveles de Conversión (%) Diferentes Azucares Fermentables de Biomasa Lignocelulosica y su Impacto en los Costos del Proceso Mínimo Precio de Venta Etanol ($USD/Gal) Glucosa 95% + Otros Azύcares Fermentables 80%< + Xilosa 80%< + Arabinosa 80%<

43. Estratégias para la Reducción de Costos • Reducción del Costo de Capital • Expansión de la Planta Existente • Cerca de una Planta de Cogeneración de Energia (carbon) • Ubicarla entre el Ingenio y la Planta de Energia • Excelente Sinergia con el Sistema Actual: Mismo lugar, mismo producto • Reducir el Costo de Capital Mediante Fuentes Alternativas de Financiamiento • Prestamos de Garantia • Deducciones y Beneficios de Impuestos Municipal/Estatal/Federal

44. Plan Estratégico para México y Latin América Estratégia de Cinco Niveles

45. REFINERIAS DEL FUTURO Plataforma Carbohidratos Hidrólisis Enzimática Derivados de Lignina Productos Intermedios Azúcares y Lignina Biomasa Residuos Agric. Cultivos Energeticos Productos Combustibles Químicos Calor y Potencia Biorefinerias Plataforma Termoquímica Pirólisis Gasificación Productos Intermedios Gaseosos y Líquidos

46. REFINERIAS DEL FUTURO…….HOY! Recursos Renovables para la Producción De Combustibles y Productos Químicos ● Alimentos y Fibras ● Ingredientes ● Combustibles ● Química Fina ● Polímeros ● Solventes ● Plásticos ● Textiles ● Adhesivos ● Pigmentos ● Lubricantes, etc… Procesos de Conversión

47. Estratégia de Cinco Niveles ● Estratégia de Interfases Tecnológicas Multisectoriales ITM por regiones. ● Conectando Interfases a través de “Puentes de Información” para generar mas “know-how” sostenible via un “Mapa Tecnológico” ● Crear un Mapa Tecnológico por Regiones y Fortalecer Protección de la Propiedad Intelectual en el sector Bioenergético ● Mejora en Reforma Interna Regulatoria para evitar inhibir el desarrollo de Sectores industriales emergentes, inversiones y comercialización de los Biocombustibles. ● Mayor Inversiones en I&D e Incentivar la colaboración internacional

48. Industria Agricultura Energίa Integrando Sinergias Sectoriales para Potenciar sus Beneficios Tecnológicos y Económicos a Nivel Regional y Nacional

49. Múltiples Beneficios de las Bioenergías Renovables ● Económico • Reducir costos y mejorar calidad en productos y derivados • Nuevos Productos & Oportunidades de Mercado • Independencia Energetica (Recursos Alternativos) & Mejora la Competitividad y la Balanza de Negocios Nacional e Internacional en Todas las Áreas Productivas Asociadas ● Ambiental • Previene la Contaminación, Reducción de las Emisiones de Gases (GHG) y otros Tóxicos • Biocombustibles ‘verdes’, Productos Químicos y materiales • Productos Reciclables y Biodegradables ● Social • Crecimiento y Diversificación de la Economia Rural • Las Economías Emergentes pueden accesar la Bioeconomía • Mejoramiento en la Calidad de la Vida y Salud Humana a traves de un Medio Ambient mas Límpio

50. Fortalecimiento de la Economía Basada en los Recursos Renovables, Potenciando la Agricultura, El Sector Energético y la Industria, Preservando el Medio Ambiente Biomass Based Economy Petroleum Based Economy