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Análisis de mercado y de etapas en la producción a escala laboratorio de PLA, por fermentación de melaza.

Resumen

En el presente trabajo se realizó un análisis de etapas en la producción de ácido láctico y PLA por fermentación de melaza, para concluir con un estudio de mercado de PLA en Guatemala. Para ello se realizaron distintos módulos los cuales fueron: a) Estudio técnico para el análisis de efectos variando condiciones de fermentación de melaza utilizando diferentes cultivos productores de ácido láctico. b) Estudio técnico para el análisis de los efectos en variación de condiciones en la fermentación de melaza utilizando Rhizopus oryzae. c) Evaluación del efecto de la trioctilamina en distintos solventes para la extracción líquido-líquido de ácido láctico en una solución acuosa. d) Comparación de pesos moleculares de oligómero de PLA utilizando una reacción alternativa a la utilizada en la fase anterior del megaproyecto. e) Comparación de pesos moleculares de oligómero de PLA utilizando una reacción alternativa a la utilizada en la fase anterior del megaproyecto. f) Estudio cualitativo de mercado del PLA proveniente de la fermentación de melaza en Guatemala. Para evaluar la influencia de parámetros básicos de reacción como la temperatura, velocidad de agitación y concentración en la producción de ácido láctico utilizando Rhizopus oryzae y los cultivos ABY-3 y YC-370, se realizaron fermentaciones a escala laboratorio a las diferentes condiciones de operación a partir de dos distintas melazas caracterizadas previamente y se monitoreó la concentración de ácido láctico durante un proceso de 72 horas con el fin de desarrollar gráficas que permitieran estudiar el comportamiento de las variables mencionadas. Asimismo, se realizó un análisis factorial de dos niveles con una sola réplica para comparar las condiciones evaluadas y respaldar estadísticamente los resultados obtenidos. Se determinó, usando un análisis factorial, que la prueba a escala laboratorio que presentó la máxima producción de ácido láctico con Rhizopus oryzae, se realizó a una temperatura de 35 °C y una velocidad de agitación de 200 rpm, utilizando un mosto de melaza con agua a 20% (m/v) proveniente del ingenio Tululá. Para los cultivos ABY-3 y YC-370, la fermentación que presentó una mayor concentración de ácido láctico producido fue a 43°C y 150 rpm. Además, comparando dos cultivos trabajados, el cultivo denominado como ABY-3 produjo la mayor concentración de ácido láctico a las condiciones mencionadas con anterioridad, siendo esta un valor de 11.03 g/L. El siguiente paso del proceso, consistió en la evaluación del efecto de la trioctilamina en heptano, octanol, dodecanol, para favorecer la selectividad en estos solventes al hacer la extracción líquido-líquido de ácido láctico en una solución acuosa. Después de realizar el estudio, al comparar la curva de distribución de los tres sistemas (Figura 12) se pudo evaluar que la curva con el solvente octanol obtuvo mayor alargamiento hacia el eje de la ordenada (eje Y), lo que permite inferir que la concentración del ácido láctico en éste solvente, por lo consiguiente su selectividad, fue mayor que en los otros dos solventes. El dodecanol no presentó una extracción favorable, una de las razones por las cuales puede que la extracción con 1-dodecanol no haya tenido mayor efectividad con respecto a los otros solventes, pudo deberse a que el dodecanol posee un temperatura de solidificación (22 ºC) que entra entre el rango de temperatura en la que se estaba operando (22-25 ºC). Por otro lado, al adicionar trioctilamina a cada sistema las curvas de distribución mostraron un cambio en el alargamiento hacia la ordenada o bien en el rango de extracción del solvente, por lo que la trioctilamina favorece la selectividad de los solventes o bien el rango de porcentaje en masa en el cual el solvente puede extraer el ácido. El sistema de heptano con trioctilamina tuvo mayor extracción que los otros solventes, pero se favorece menos la concentración de ácido láctico en la fase oleosa. Evaluando las gráficas (Figura 13), al agregar 12% en masa de trioctilamina (en relación al peso total de la mezcla) en la extracción, el solvente con mayor extracción fue el heptano. Para cerrar la fase de producción a escala laboratorio, se sintetizó un oligómero de PLA con una reacción que buscaba sintenizar un oligomero con mayor peso molecular y éste obtenido se comparó contra el reportado en la fase anterior del megaproyecto. Para ello, se realizaron 5 síntesis de oligómero de PLA utilizando la nueva reacción utilizando como variante a la anterior la adición de un catalizador, que en este caso fue ácido sulfúrico. Las condiciones a las cual fue llevada la reacción fueron: una temperatura de 200-210°C y vacío de 0-20 cmH2O. Se compararon los métodos de análisis usando condensados y el método de NMR para el cálculo del peso molecular y el que resultara con mejores pesos moleculares se utilizaría para realizar la comparación contra el oligómero reportado en experimentaciones anteriores. El mayor peso molecular que se obtuvo fue de 2720.28 g/mol, con un tiempo de reacción de 9 horas, a las condiciones antes establecidas. Se comparó el peso molecular obtenido a las 8 horas de reacción contra el reportado en experimentaciones anteriores proporcionando una relación de 3.33 más grande el oligómero sintetizado que el reportado en experimentaciones anteriores. Así mismo, se encontraron expresiones cinéticas para el consumo de sustrato (ácidos carboxílicos) y respecto al peso molecular a lo largo del tiempo. Con respecto al estudio cualitativo de mercado se presentó un estudio del desarrollo de producto, el mercado objetivo, la competencia, las tendencias y motivaciones de por qué se produce este tipo de producto y por qué se consumen enfocado netamente en el entorno guatemalteco. Este estudio profundizó en las características y tendencias del mercado objetivo, el potencial de mercado, las características del producto sustituible y la motivación para que el producto sea adquirido. El producto se comparó con su competencia directa y con un FODA se plantearon estrategias para impulsar el consumo del mismo. Asimismo, se definieron las características mercadológicas como nombre y marca del producto para generar una idea y modelo de negocios realista. Además del estudio externo, también se trabajaron temas de costeo en el proceso que se hizo a nivel laboratorio. Toda la información se extrajo desde fuentes primarias y secundarias; es decir de informes científicos, entrevistas, observaciones y consultas a expertos en el tema. Como conclusión, se presentó un estudio que aporte a la decisión de producir o no PLA en el país, qué productos y hacia qué mercado deben estar enfocados, de la mano con un plan de mercadeo que permita comercializar y haga atractiva la introducción de los productos al mercado de polímeros en Guatemala. Además se resaltó las fortalezas del mercado de materiales biodegradables, un panorama del crecimiento y el futuro de éste.