De basura a combustible: Las gráficas de contorno muestran cómo crear etanol óptimo utilizando residuos de piña

La última vez que cortó una piña, lo más probable es que haya tirado la cáscara a la basura. Después de todo, ¿qué otra cosa podría hacer con ella?

Un grupo de investigadores de Malasia descubrió que puede convertirse en biocombustible.

El equipo de científicos utilizó Minitab Statistical Software para estudiar la fermentación de etanol con recortes de cáscara de piña. Sus resultados sugieren que los residuos de piña podrían ser una alternativa a los métodos de producción tradicionales de biocombustible.

El etanol se produce durante el proceso de fermentación cuando la levadura convierte el azúcar en energía. Puede utilizarse como combustible y se encuentra comúnmente en la cerveza, el vino y el pan.

El equipo de investigación trabajó con Pineapple Estate, una plantación de Johor, Malasia, con más de 1.1 millones de acres de tierras sembradas con piñas, para estudiar la producción de etanol usando las cáscaras de piña descartadas por la plantación.

Para ello, los investigadores necesitaban diseñar un experimento que les permitiera evaluar la influencia de diversas variables en la producción de etanol usando el menor número posible de pruebas experimentales.

Allí es donde entra en acción Minitab Statistical Software.

Usando Minitab, el equipo aplicó una técnica estadística llamada metodología de superficie de respuesta (MSR) para evaluar la interacción entre múltiples variables (concentración de cáscaras de piña, nivel de pH, concentración de azúcares, temperatura y tiempo de fermentación) y su impacto en la variable de respuesta: la concentración de etanol.

Los investigadores establecieron valores bajos y altos para crear un rango para cada una de las cinco variables de entrada. Dentro de cada rango, se asignaron cinco niveles diferentes a las variables para su uso en un diseño central compuesto, un diseño experimental utilizado con frecuencia en MSR.

Este experimento diseñado permitió al equipo medir el efecto de cada factor en el nivel de concentración de etanol y examinar las interacciones entre los factores con el menor número de corridas experimentales, ahorrando tiempo, materiales, productos químicos y mano de obra.

Los cálculos que implica la MSR pueden ser complicados, pero Minitab crea gráficas de contorno que permiten visualizar fácilmente la configuración de entrada de múltiples factores de forma simultánea y considerar de qué manera afectan la respuesta.

Por ejemplo, en la gráfica de contorno de abajo, la tercera región verde más oscura muestra dónde pueden establecerse la concentración de azúcar y la temperatura para optimizar la producción de etanol durante la fermentación, dado que la concentración de cáscaras de piña y el nivel de pH se fijen en los niveles más altos de los rangos definidos (14% y 6, respectivamente) y el tiempo de fermentación se fije en 30 minutos, su nivel más bajo.

Gráfica de contorno de etanol

El análisis del equipo de investigación usando el optimizador de respuestas de Minitab reveló que la concentración óptima de etanol de 8.637% se produce cuando la concentración de azúcar es 22° Brix, la temperatura es 26° C, el % de cáscaras es 14%, el pH es 6 y el tiempo de fermentación es 30 horas. Esta configuración, combinada con el contenido naturalmente alto de azúcares fermentables de la cáscara de piña, produjo etanol con un contenido de alcohol de 0.21%, comparado con el etanol producido en condiciones similares con desechos de plátano, que tiene un contenido de alcohol de 0.035%.

Con Minitab Statistical Software, los investigadores pudieron diseñar su experimento, analizar sus datos y entender y visualizar sus resultados con facilidad.

Los resultados de esta investigación sugieren que es beneficioso rescatar más de 550.000 toneladas de cáscaras de fruta producidas en Pineapple Estate y esto podría tener implicaciones en la producción de combustible a partir de otros desechos de frutas.

Esta historia se adaptó a partir de un artículo publicado por World Academy of Science, Engineering and Technologyen diciembre de 2012.  

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