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6
|
https://mcjournal.editorialdoso.com
ISSN:
3073
-
1356
144
Articulo
Evaluación técnico
-
económica y diseño conceptual de un
proceso de producción de 2,3
-
butanediol a partir de bagazo
de caña de azúcar en Cuba
Techno
-
economic evaluation and conceptual design of a 2,3
-
butanediol
production process from sugarcane bagasse in Cuba
Lizthalía Jiménez
-
Guerra
1
,
Amaury
Pérez
-
Sánchez
2
,
*
y
Diana Deisy Alcalá
-
Galiano
-
Morel
l
3
1
Facultad de Ciencias Aplicadas
,
Universidad de Camagüey, Cuba, Camagüey
;
https://orcid.org/
0009
-
0004
-
4537
-
2366
,
lizthalia.jimenez@reduc.edu.cu
2
Facultad
de Ciencias Aplicadas
,
Universidad de Camagüey, Cuba, Camagüey
;
https://orcid.org/0000
-
0002
-
0819
-
6760
3
Facultad de Ciencias Aplicadas
,
Universidad de Camagüey, Cuba, Camagüey;
https://orcid.org/0000
-
0002
-
3081
-
8837
,
diana.galiano@reduc.edu.cu
*
Correspondencia:
amaury.perez84@gmail.com
https://doi.org/10.70881/mcj/v4/n1/116
Resumen:
El 2,3
-
butanediol (2,3
-
BDO) tiene un gran potencial para diversas
industrias, incluyendo la química, cosmética, agrícola y farmacéutica. El
presente trabajo tiene como objetivo realizar la evaluación técnico
-
económica
preliminar
y diseño conceptual de una
planta de producción de
2,3
-
BDO a partir de bagazo de caña de azúcar por la ruta fermentativa
mediante el empleo del simulador SuperPro Designer
, con el fin de
determinar los indicadores productivos y de rentabilidad más importantes
bajo las condiciones e
conómicas actuales de Cuba. La planta procesará 400
toneladas métricas (TM) de bagazo por año y producirá anualmente 40 TM
de 2,3
-
BDO. Se necesitan USD $ 26,589 millones para erigir la planta de
producción propuesta, con un costo de operación anual de USD
$ 1,483
millones y unas ganancias netas anuales de USD $ 5,520 millones. Se
obtendrá un valor actual neto, tasa interna de retorno y periodo de
recuperación de la inversión de 14,067 millones, 18,56% y 4,82 años
,
siempre y cuando el precio de venta del 2,3
-
BDO sea de USD $ 220/kg. El
estudio de sensibilidad realizado indica que, para un precio unitario de venta
de 2,3
-
BDO menor de USD $ 150/kg, la propuesta tecnológica comienza a
ser no rentable. El proyecto de planta simulado en este estudio se clasifica
c
omo no competitivo debido a que el precio de venta del 2,3
-
BDO fijado para
obtener indicadores económicos rentables y factibles es muy superior al
rango establecido internacionalmente y en otros estudios para este indicador.
Palabras clave:
2,3
-
butanediol
;
bagazo de caña de azúcar
;
evaluación
técnico
-
económica
;
valor actual neto
;
análisis de sensibilidad
.
Abstract:
2,3
-
Butanediol (2,3
-
BDO) has great potential for various industries,
including chemicals, cosmetics, agriculture, and pharmaceuticals. This work
aims to perform the
preliminary
techno
-
economic evaluation and conceptual
design of a 2,3
-
BDO production plant
from sugarcane bagasse by the
fermentation route using SuperPro Designer
simulator, in order to calculate
the most important productive and profitability indicators under the current
economic conditions in Cuba. The plant will process 400 metric tons (MT)
of
Cita:
Jiménez
-
Guerra, L., Pérez
-
Sánchez, A., & Alcalá
-
Galiano
-
Morell, D. D. (2026). Evaluación
técnico
-
económica y diseño
conceptual de un proceso de
producción de
2,3
-
butanediol a
partir de bagazo de caña de
azúcar en Cuba.
Multidisciplinary
Collaborative Journal
,
4
(1), 144
-
16
5
.
https://doi.org/10.70881/mcj/
v4/n1/116
Recibido:
15
/
07
/20
25
Revisado:
10
/
01
/20
26
Aceptado:
19
/
01/
20
26
Publicado:
22
/
01
/20
26
Copyright:
© 202
6
por los
autores
.
Este artículo es un
artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de la
Licencia
Creative Commons, Atribución
-
NoComercial 4.0 Internacional.
(
CC
BY
-
NC
)
.
(
https://creativecommons.org/lice
nses/by
-
nc/4.0/
)
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bagasse per year and will produce 40 MT of 2,3
-
BDO annually. USD $ 26.589
million are required to erect the proposed production plant, with an annual
operating cost of USD $ 1.483 million and annual net profits of USD $ 5.520
million. A net present val
ue, internal rate of return, and payback period of
USD $ 14.067 million, 18.56%, and 4.82 years will be obtained, provided the
unit selling price of 2,3
-
BDO is USD $ 220/kg. The sensitivity study conducted
indicates that the technological proposal becomes
unprofitable for a unit
selling price of 2,3
-
BDO below USD $150/kg. The plant project simulated in
this study is classified as uncompetitive because the 2,3
-
BDO unit selling
price set to obtain profitable and feasible economic indicators is well higher
tha
n the range established internationally and in other studies for this
indicator.
Keywords:
2,3
-
butanediol; sugarcane bagasse; techno
-
economic
evaluation; net present value; sensitivity analysis.
1. Introducción
El 2,3
-
butanediol (2,3
-
BDO) o
2,3
-
butilénglicol es un isómero del butanediol el cual se
emplea para la fabricación de tintes de impresión, perfumes, fumigantes, agentes
humectantes y suavizantes, explosivos, plastificantes, alimentos y compuestos
farmacéuticos. Además, el 2,3
-
BD
O
puede
ser deshidratado hacia metil
-
etil
-
cetona, un
solvente orgánico excelente para resinas y lacas, y en butadieno para la manufactura
de caucho sintético. Además, el 2,3
-
BDO puede ser deshidrogenado para obtener
acetoína y diacetilo los cuales son agentes sab
orizantes usados en productos lácteos,
margarinas y cosméticos
(Rosales
-
Calderon & Arantes, 2019)
. Es un líquido incoloro e
inodoro que tiene un elevado punto de ebullición (180
-
184 ºC) y un bajo punto de
congelación. Su valor calórico (27 198 J/g) lo convierte en un valio
so aditivo de
combustible comparable favorablemente con otros aditivos líquidos tales como metanol
y etanol
(Garg & Jain, 1995)
.
El 2,3
-
BDO puede ser producido mediante la hidrogenación catalítica de sacáridos con
hidrógeno a elevadas presiones y temperaturas. Au
nque los métodos de síntesis
química están disponibles para la producción de 2,3
-
BDO y sus derivados
(Cho et al.,
2015)
,
la producción de 2,3
-
BDO por la ruta microbiana ha atraído la atención
en los
últimos años
como una tecnología prom
etedora para lograr una
economía
de baj
a
huella
de
carbono y una industria medioambientalmente amigable
(Rosales
-
Calderon &
Arantes, 2019)
, llevando a cabo esfuerzos y progresos considerables en el desarrollo
de la producción de 2,3
-
BDO a partir de biomasa y otros residuos
lignocelulósicos
debido a la reducción de los combustibles fósiles y a la creciente preocupación por el
calentamiento global
(Cho et al., 2015)
. Comparado con la producción de etanol y
butanol, la producción de 2,3
-
BDO puede alcanzar e
levadas concentraciones (hasta 152
g/L) y productividades volumétricas (hasta 4,2 g/L) debido a los bajos efectos inhibitorios
del producto en las cepas productoras de 2,3
-
BDO. Debido a esto, la elevada eficiencia
de fermentación de 2,3
-
BDO sugiere la fact
ibilidad de su implementación industrial
(Zang et al., 2020)
.
Debido a
los precios volátiles y cambiantes de los azucares de almidón, la investigación
en la producción microbiana de 2,3
-
BDO ha explorado materias primas alternativas tales
como melaza de caña de azúcar
(Afschar et al., 1991)
(Wang et al., 2021)
(Stoklosa et
al., 2022)
; g
ases residuales industriales que contienen monóxido de carbono o gas de
síntesis como única fuente de carbono y energía
(Köpk
e et al., 2011)
; hidrolizados de
yuca
(Lee & Seo, 2019)
; hidrolizados ricos en arabinosa a partir de pellets de pulpa de
azúcar de remolacha
(Narisetty et al., 2022)
; suero de queso
(Roncal et al., 2023)
y
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racimos vacíos de la fruta de la palma aceitera
(Rehman et al., 2021)
. Otros estudios
realizados relacionados con el empleo de sustratos producir 2,3
-
BDO por la ruta
fermentativa reportan el empleo de acetato bajo condiciones aerobias y de gluc
osa bajo
condiciones de oxígeno limitante en un proceso de fermentación de dos etapas
(Radoš
et al., 2015)
, glucosa mediante fermentaciones fed
-
batch
(Lee & Seo, 2019)
; xilosa
derivada de bagazo de caña de azúcar
(Amraoui et al., 2021)
(Narisetty et al., 2021)
;
sacarosa
(Wang et al., 2021)
(Suttikul et al., 2023)
; y arabinosa
(Narisetty et al., 2022)
.
Entre los múltiples microorganismos que han sido estudiados para producir y acumular
2,3
-
BDO se encuentran
Klebsiella pneumoniae
(Garg & Jain, 1995)
(Pahlavanzadeh et
al., 2009)
;
Bacillus polymyxa
(Garg & Jain, 1995)
;
Clostridium autoethanogenum
,
C.
ljungdahlii
, y
C. ragsdalei
(Köpke et al., 2011)
;
Corynebacterium glutamicum
(Radoš et
al., 2015)
;
Klebsiella oxytoca
M1
(Cho et al., 2015)
;
Saccharomyces cerevisiae
poliploide
(Lee & Seo, 2019)
;
Enterobacter ludwigii
(Amraoui et al., 2021)
(Narisetty et al., 2021)
(Narisetty et al., 2022)
;
Bacillus subtilis
CS13
(Wang et al.,
2021)
;
Enterobacter cloacae
SG1
(Hazeena et al., 2022)
;
Bacillus subtilis
GD2,
Bacillus subtilis
GD5,
Bacillus
licheniformis
FSBC 320,
Serratia plymuthica
FSBC 401, y
Lactococcus lactis
FSBC 64
(Suttikul et al., 2023)
;
Lactococcus lactis
(Roncal et
al., 2023)
; Paenibacillus polymyxa
DSM 365
(Okonkwo et al., 2023)
;
Paenibacillus polymyxa
(Stoklosa et al., 2022)
y
Klebsiella pneumoniae
PM2
(Rehman et al., 2021)
.
Según
(Tinôc
o et al., 2020)
, las mejores concentraciones de 2,3
-
BDO se han alcanzado
usando cepas metabólicamente modificadas tales como
S. cerevisiae
(178 g/L),
E.
cloacae
(152 g/L),
and
K. oxytoca
(130 g/L),
and cepas salvajes altamente productivas
tales como
K.
pneumonia
(150 g/L),
and
P. polymyxa
(111 g/L).
A pesar de estas altas
productividades, la implementación a gran escala de estos bioprocesos no se ha
consolidado aún, siendo los principales factores limitantes para efectuar el escalado de
la producción fermentativa de 2,3
-
BDO la seguridad, pureza del is
ómero, costos de las
materias primas y los procesos de recobrado y purificación. El número limitado de
compañías que llevan a cabo la producción industrial de 2,3
-
BDO por la ruta microbiana
en la etapa actual y el dominio de centros de investigación a larg
o plazo demuestran
que esta biotecnología aún está concentrada en
la escala
de laboratorio, dependiendo
de estudios relacionados con el sustrato, microorganismos, métodos de fermentación
eficiente y las etapas de purificación, para que se conviertan en eco
nómicamente viables
a escala industrial
(Tinôco et al., 2020)
.
Son varios los estudios reportados donde se
ha evaluado
,
desde el punto de vista
técnico
-
económico, la factibilidad de producir 2,3
-
BDO a partir de recursos renovables
mediante la aplicación de bioprocesos. En este sentido, y en un estudio pionero,
Koutinas et al. (2016
) presentaron la evaluación técnico
-
económica de la producción de
2,3
-
BDO mediante fermentación empleando glicerol, sacarosa y melaz
a de caña de
azúcar como fuentes de carbono, en donde se consultaron datos experimentales
reportados en la literatura científica para diseñar la etapa de fermentación. También
Zang et al. (2020
) analizaron la factibilidad técnico
-
económica de un proceso de
conversión de biomasa mediante el pretratamiento de solvente eutéctico
profundo de
alta carga de sólidos para la coproducción de 2,3
-
BDO, furfural y lignina técnica,
utilizando para ello el simulador Aspen Plus. Del mismo modo,
Narisetty et al. (2021
)
llevaron a cabo un análisis técnico
-
económico para evaluar la factibilidad del esquema
de destilación
asistido por la extracción de dos fases acuosa para su posible
comercialización, en donde el 2,3
-
BDO se produjo mediante una cepa mutante de
Enterobacter ludwigii
consumiendo hidrolizado de bagazo de caña de azúcar rico en
xilosa. Asimismo,
Mailaram et al. (2022
) efectuaron un estudio de factibilidad técnico
-
económica mediante el simulador Aspen Plus para la producción microbiana de 2,3
-
BDO a partir
de azúcares C
5
y C
6
derivados del afrecho cervecero, aplicando para ello
la tecnología
pinch
. En
Tiwari et al. (2023
) se realizó una evaluación del ciclo de vida
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para la
producción de 2,3
-
BDO a partir de la fermentación de afrecho cervecero
mediante el empleo del simulador Aspen Plus integrado con la tecnología
pinch
, con el
fin de identificar los impactos medioambientales asociados. En
Gadkari et al. (2023)
se
efectuó un análisis técnico
-
económico y de rentabilidad para la producción fermentativa
de
2,3
-
BDO utilizando bagazo de caña de azúcar y mediante el empleo del simulador
SuperPro Designer
. En
Ebrahimian & Mohammadi, 2024
se procedió a realizar un
análisis técnico
-
económico relacionado con la producción de 2,3
-
BDO a partir de la
hidrólisis enzimática y fe
rmentación de residuos de madera, empleando para ello el
simulador SuperPro Designer
. Finalmente,
Sikazwe et al. (2024
) emplearon el
simulador Aspen Plus para sim
ular múltiples escenarios para la producción de 2,3
-
BDO
a partir de melaza A de caña de azúcar en una biorefinería anexa a una fábrica de
azúcar para luego realizar el análisis técnico
-
económico correspondiente.
En la actualidad existen planes tangibles y
concretos de producir 2,3
-
BDO a partir de
bagazo de caña de azúcar (
BCA
)
en Cuba por la ruta fermentativa. Sin embargo, no se
conoce que rentabilidad económica tendrá una planta de este tipo bajo las condiciones
económicas actuales de Cuba. En este contex
to, el presente estudio se llevó a cabo
la
evaluación de
la factibilidad técnico
-
económica preliminar y el diseño conceptual de un
proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de BCA por la ruta fermentativa, con el
objetivo de valorizar este residuo de la in
dustria azucarera cubana y como etapa
determinante para investigar críticamente si este proceso puede conducir a la
producción económica de 2,3
-
BDO, así como también para determinar la rentabilidad
del proceso de producción propuesto.
2.
Materiales y Métodos
2.1.
Descripción del proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de BCA por la ruta
fermentativa
El proceso de producción que se describe a continuación fue establecido de acuerdo
con lo reportado por
Gadkari et al. 2023
, incluyendo el equipamiento implementado,
parámetros operacionales y orden tecnológico. Este proceso productivo comienza con
la llegada de la materia prima, en este caso el bagazo de caña de azúcar húmedo, cuya
composición q
uímica porcentual aplicada en la simulación se muestra en la Tabla 1,
según lo reportado por
Sánchez et al. 2024
.
Tabla 1
.
Composición química porcentual del bagazo de caña de azúcar (base seca)
Componente
Valor (% m/m)
Ceniza
3,4
Celulosa
48,5
Hemicelulosa
21
Lignina
18
Proteínas
2,78
Solubles
6,32
Este bagazo es alimentado al molino triturador con un flujo de 5 TM/lote. El objetivo de
este paso es triturar el bagazo hasta un determinado tamaño de partícula.
Posteriormente este bagazo molido pasa a un reactor cilíndrico vertical provisto de
agitación al cual se le introduce directamente vapor de agua saturado a 130 °C y 2,7 bar
y ácido sulfúrico al 5 %
(Gadkari et al., 2023)
para que ocurra la hidrólisis ácida con
explosión de vapor. Una vez en el reactor, la hemicelulosa y la celulosa se
desdoblan
en xilosa y glucosa a través de las reacciones que se muestran a continuación
(Sánchez
et al., 2024)
.
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162 Celulosa + 18 Agua→180 Glucosa
(1)
162 Hemicelulosa
+ 18 Agua→180 Ácido acético + 27 Glucosa + 151
Xilosa
(2)
1 Xilosa→1 Furfural + 3 Agua
(3)
El porciento de conversión de celulosa en glucosa se asumió en 70%, mientras que la
conversión de hemicelulosa en glucosa y xilosa se asumió en 80%. Por último, l
a
conversión de xilosa en furfural se asumió en 1%
(Sánchez et al., 2024)
.
La reacción de hidrólisis ácida con explosión de vapor ocurre en un tiempo de 30
minutos. Luego el hidrolizado obtenido, junto con el bagazo agotado, pasa a u
n tanque
flash para reducir su contenido de agua, y posteriormente es enviado a una estación de
lavado donde se extraen los azúcares fermentables por medio del lavado con agua,
obteniéndose una corriente liquida acuosa rica en azúcares fermentables y otra
sólida
con el bagazo húmedo agotado. La corriente solida de bagazo húmedo es transferida
hacia una prensa de tornillo con el objetivo de extraer la mayor cantidad de agua posible
contenida en esta, en donde la corriente líquida es enviada hacia la planta d
e tratamiento
de aguas residuales. El bagazo deshidratado proveniente de la prensa de tornillo es
consumido como combustible en una caldera para producir el vapor de agua saturado
directo que se emplea en el reactor de hidrólisis, mientras que el vapor de
agua sobrante
se utiliza como medio de calentamiento en otras áreas del proceso productivo.
Al líquido generado en la planta de lavado se le agrega hidróxido de calcio [Ca(OH)
2
] en
un tanque cilíndrico vertical (tanque de neutralización) con el fin de neut
ralizar el ácido
sulfúrico y el ácido acético, formándose sulfato de calcio y acetato de calcio a través de
las reacciones químicas que se presentan a continuación:
Ca(OH)
2
+ H
2
SO
4
→CaSO
4
+ 2H
2
O
(4)
2CH
3
CO
2
H+ Ca(OH)
2
→ Ca(CH
3
COO)
2
+ 2H
2
O
(5)
El líquido de salida del tanque de neutralización es bombeado hacia un tanque receptor
(Tanque 1) y luego es esterilizado antes de ser enviado al fermentador. Una vez en el
fermentador ocurren bioreacciones bajo condiciones aerobias donde se forma 2,3
-
BO y
biomasa a través de las reacciones que muestran a continuación
(Gadkari et al., 20
23
;
Sánchez et al., 2024)
..
Reacción de Xilosa a 2,3
-
BDO:
6 C
5
H
10
O
5
+ 2,5 O
2
→
5 C
4
H
10
O
2
+ 10 CO
2
+ 5 H
2
O
(6)
Reacción de Glucosa a 2,3
-
BDO:
C
6
H
12
O
6
+ 0,5 O
2
→
C
4
H
10
O
2
+ 2 CO
2
+ H
2
O
(7)
Reacción de Glucosa a Biomasa:
200 Glucosa + 10
O
2
+ 4 Proteínas→150 Biomasa + 27
CO
2
+ 37
H
2
O
(8)
Reacción de Xilosa a Biomasa:
170 Xilosa + 30
O
2
+ 30 Proteínas→100 Biomasa + 70
CO
2
+ 60
H
2
O
(9)
La fermentación dura alrededor de 20 h y se realiza con una tasa de aireación de 0,5
vv
m, mientras que el microorganismo empleado en la fermentación es
Enterobacter
ludwigii
(Gadkari et al., 2023)
.
Una vez finalizada la fermentación el caldo es enviado hacia el Tanque 2 y luego hacia
una centrífuga de discos donde se separan la biomasa y otros sólidos del sobrenadante.
Este sobrenadante es enviado hacia el Tanque 3 y luego a un extractor diferencial
donde
ocurre la extracción selectiva del 2,3
-
BDO utilizando alcohol oleílico, el cual presenta un
elevado coeficiente de distribución con el 2,3
-
BDO y una baja solubilidad en agua, lo
cual asegura un recobrado máximo de 2,3
-
BDO desde el caldo de fermentaci
ón durante
la extracción. El modelo de extracción obtenido por
Gadkari et al. 2023
mostró que más
del 99% del 2,3
-
BDO puede ser recuperado con el alcohol oleílico en el extractor
diferencial, por tanto las fases orgánicas y acuosas contiene solo una pequeña cantidad
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de agua y alcohol oleílico, respectivamente, en donde los azúcares qu
e no reaccionaron,
los cuales son altamente polares con una elevada solubilidad en agua, se mantuvieron
mayormente en la fase acuosa.
La fase orgánica de salida del extractor diferencial rica en 2,3
-
BDO y alcohol oleílico es
enviada hacia el Tanque 4,
posteriormente precalentada y finalmente es transferida
hacia una columna de destilación continua donde se obtiene por el tope el 2,3
-
BDO con
una pureza del 99 % y un caudal de 502 kg/lote, mientras que por el fondo se obtiene
una corriente rica en alcohol
oleílico, la cual pudiera ser tratada para recuperar el alcohol
oleílico presente en ella y ser de esta manera reutilizada en el proceso productivo. El
2,3
-
BDO obtenido en la columna de destilación es almacenado en el Tanque 5 antes de
procedes a su comer
cialización.
En
Gadkari et al. (2023
) se indica que no se conoce o domina en su
totalidad el impacto
que pudieran tener las grandes cantidades de azúcares que no reaccionaron sobre el
rendimiento del sistema hibrido extracción
-
destilación, por tanto recomiendan que
debería evaluarse como esto pudiera afectar la eficiencia de la extrac
ción y la pureza
del producto final basado en estudios experimentales exhaustivos.
2.2. Consideraciones tomadas en cuenta para simular el proceso de producción de 2,3
-
BDO por la ruta fermentativa en SuperPro Designer
A
continuación,
se muestran las consi
deraciones tomadas en cuenta para simular en
SuperPro Designer
el proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de BCA por la ruta
fermentativa.
El costo unitario de la electricidad aplicado en la simulación fue de USD $ 0,11 kW/h.
Se
consideró
que 35
kW/h
por lote son consumidos por equipos no incluidos en el
proceso de producción principal. Los salarios de los operadores y supervisores se fijaron
en USD $ 0,71/h y USD $ 0,83/h, respectivamente. La planta opera 5 meses al año. Se
tomó en cuenta
un tiempo de
construcción de la planta de 20 meses, un período de
puesta en marcha de 4 meses y un tiempo de vida proyectado de 25 años. Además, se
consideró una tasa de interés del 11 % para determinar el indicador Valor Actual Neto
(VAN) del proyecto.
La planta cons
ume los servicios auxiliares electricidad, vapor de agua, agua de
enfriamiento y agua fría, mientras que se asumió que se trata de una planta que
producirá los 5 primeros años al 80% de su capacidad, los 5 años posteriores al 90% y
el resto al 100%. Se
sup
uso
que no se desechará producto final por no cumplir con los
parámetros de calidad establecidos, es decir, todo lo que se produce se vende. Se
realizarán 80 lotes de butanediol por año, en donde l
a capacidad de producción nominal
de 2,3
-
BDO será de 502 kg
/lote y de 40 TM al año. Se escoge
esta
capacidad de
producción anual relativamente baja debido a la poca disponibilidad de bagazo sobrante
en las fábricas de azúcar cubanas, lo cual se debe a que casi todo el bagazo que se
produce en las fábricas de azúca
r cubanas se emplea para la producción de vapor y
energía, quedando muy poco bagazo remanente como sustrato para la producción de
otros productos tales como 2,3
-
BDO. El precio de venta del producto 2,3
-
BDO será
escogido más adelante en dependencia de los r
esultados que se obtengan con respecto
al análisis de sensibilidad.
Aspectos como la posibilidad real de obtener la inversión requerida, el origen o fuente
de esta inversión, la tasa de financiación necesaria y las posibles restricciones o
limitaciones qu
e puedan existir durante el proceso
inversionista
no fueron incluidos en
este trabajo.
La Tabla 2 muestra los valores de los diferentes multiplicadores (denominados “
Factores
Lang
”) aplicados al costo de adquisición total del equipamiento para calcular el
costo de
las diferentes partidas incluidas en la estimación del capital fijo directo, los cuales fueron
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seleccionados según recomendaciones reportadas por
Harrison et al., (2015) y Peters
et al., (2003)
.
Tabla 2
Valores estimados de los multiplicadores para las partidas incluidas en el capital fijo
directo.
Partida de costo
Multiplicador
promedio
Costos directos del proceso total (CD)
Costo de adquisición total del equipamiento (CAE)
Tuberías del
proceso
0,35 x CAE
Instrumentación
0,20 x CAE
Aislamiento
0,15 x CAE
Instalaciones eléctricas
0,15 x CAE
Edificaciones
0,60 x CAE
Mejoras del terreno
0,15 x CAE
Instalaciones auxiliares
0,40 x CAE
Costo de adquisición del equipamiento no
listado
0,45 x CAE
Costos indirectos del proceso total (CI)
Ingeniería
0,40 x CD
Construcción
0,70 x CD
Costo total del proceso (CT = CD + CI)
Otros costos (OC)
Pagos al contratista
0,05 x CT
Contingencias
0,15 x CT
Capital fijo directo (CFD = CD
+ CI + OC)
Por último, no se tomaron en cuenta los costos relacionados con la investigación y
desarrollo y aquellos concernientes a la publicidad y ventas, mientras que se
consideraron tanto el mantenimiento como la depreciación en la
estimación de la partida
relacionada con los costos dependientes de la instalación.
2.3.
Costo unitario de materias primas
Las principales materias primas empleadas en el proceso de producción propuesto de
2,3
-
BDO son BCA, ácido sulfúrico, hidróxido de cal
cio, alcohol oleílico y agua. El bagazo
es la materia prima principal la cual se va a hidrolizar ácida y térmicamente para obtener
los azucares fermentables, el ácido sulfúrico es utilizado en la hidrólisis ácida para
desdoblar la celulosa y hemicelulosa e
n glucosa y xilosa fundamentalmente, el hidróxido
de calcio es la materia prima empleada para neutralizar el ácido sulfúrico aún remanente
de la hidrólisis ácida, así como también el ácido acético formado durante esta etapa, el
alcohol oleílico es empleado
para extraer selectivamente el 2,3
-
BDO contenido en el
sobrenadante obtenido en la centrifugación, y el agua se emplea para diluir el ácido
sulfúrico hasta la concentración deseada y como medio de lavado y dilución en la
estación de lavado, entre otros ob
jetivos. La Tabla 3 expone los costos unitarios
empleados en la simulación para cada una de estas materias primas.
Tabla 3
Costo unitario de cada una de las materias primas empleadas en la simulación.
Materia prima
Precio (USD $)
unidad
Fuente
Alcohol oleílico
0,982
kg
(
Gadkari
et al., 20
23)
Bagazo de caña
20
t
---
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Hidróxido de calcio
213,33
t
---
Agua
0,83
m
3
---
Ácido sulfúrico
0,07
kg
(
Gadkari
et al., 20
23)
2.4.
Costo de adquisición del equipamiento principal
La Tabla 4 presenta los costos de adquisición del equipamiento principal empleado en
el proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de BCA, los cuales fueron tomados
mediante valores reportados por
Brown, (2006); Couper et al., (2012); Peters et al.,
(2003) y Sinnott & Towler, (2020)
. Estos costos fueron actualizados al mes de marzo del
2025 utilizando el índ
ice de costo de la revista
Chemical Engineering
(Jenkins
, 2025)
mediante la siguiente ecuación:
(10)
Dónde:
–
Costo del equipamiento en el año 2025 (USD $).
–
C
osto del equipamiento en el año X (USD $)
–
Índice de costo
para equipamiento
de la Revista
Chemical Engineering
para el
mes de marzo del 2025 = 987,6
(Jenkins, 2025)
.
–
Í
ndice de costo de la revista
Chemical Engineering
para el año X que se obtuvo el
costo del equipo
.
Tabla 4
Costo de adquisiciones del equipamiento principal.
Equipamiento
Precio (USD $)
Característica
Molino
triturador
100 000
10 TM/h
Reactor
62 500
45 m
3
Tanque flash
45 000
25 m
3
Caldera
400 000
5 TM/h
Prensa de tornillo
60 000
50 TM/h
Estación de lavado
1 250
70 TM/h
Tanque neutralización
31 250
20 m
3
Tanque 1
35 000
20 m
3
Esterilizador
35 000
40 m
3
Fermentador
250 000
25 m
3
Compresor
125 000
200 kW
Tanque 2
17 000
20 m
3
Centrífuga de discos
50 000
30 m
3
Tanque 3
17 000
50 m
3
Extractor diferencial
42 000
15 m
3
Tanque 4
65 000
32 m
3
Intercambiador de calor 1
36 000
40 m
2
Columna
destilación
59 000
16 m
Intercambiador de calor 2
6 250
20 m
2
Tanque 5
7 000
2 m
3
2.5.
Estudio de sensibilidad
El simulador SuperPro Designer
®
puede ser empleado para efectuar un análisis de
sensibilidad con respecto a variables claves de diseño después que se haya
desarrollado el modelo. Además, el cambio del valor de una variable para determinar su
influencia en un parámetro económico global e
s importante con el fin de analizar la
fluctuación técnico
-
económica o descubrir una oportunidad para optimizar el proyecto
(Nugroho et al., 2019)
.
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En este estudio se procedió a realizar un análisis de sensibilidad, para evaluar cómo
influye una reducción del precio unitario de venta del butanediol sobre los parámetros
VAN, TIR y PRI para así determinar a partir de qué valor de este parámetro la plant
a de
producción de butanediol comienza a no ser factible y rentable desde el punto de vista
económico, es decir, se comienza a obtener un valor de VAN negativo. En este sentido,
el precio unitario de venta del butanediol se varío entre USD
$ 50
-
$ 250/kg,
manteniendo constante a su vez todos los demás parámetros técnicos
-
económicos.
3.
Resultados
y discusión
El estimado realizado en este estudio se clasifica como
grass
-
root
de acuerdo con la
definición de
Green & Southard, (2019)
donde se incluyen los estimados de cost
o de la
instalación completa, comenzando con la preparación del sitio, edificaciones,
estructuras, equipamiento de procesamiento, servicios auxiliares, instalaciones de
almacenamiento, carreteras, etc. Asimismo, el estimado del capital fijo se realiza
medi
ante el estimado clasificado como factorizado o de estudio, el cual requiere
conocimiento de los balances de masa y energía preliminares, así como detalles del
equipamiento principal. Su exactitud probable es de
-
25 hasta +30%.
La Figura 1 muestra el diag
rama de flujo del proceso de producción de 2,3
-
BDO
obtenido mediante el simulador SuperPro Designer
.
Figura 1
Diagrama de flujo del proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de bagazo de caña
de azúcar obtenido a partir de su simulación en SuperPro Design
er
.
Fuente:
Elaboracion propia.
3.1.
Capital fijo directo
La Tabla 5 presenta el desglose de las partidas de costo involucradas en la
determinación del capital fijo directo para la planta de producción de 2,3
-
BDO propuesta
en este estudio.
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Tabla 5
Partidas de costo involucradas en la determinación del capital fijo directo.
Partida
Valor (USD $)
Costo Total Directo de la Planta (CTDP)
Costo de adquisición del equipamiento
2 740 000
Instalación
1 613 000
Tuberías de proceso
959 000
Instrumentación
548 000
Aislamiento
411 000
Instalaciones eléctricas
411 000
Edificaciones
1 644 000
Mejoras del terreno
411 000
Instalaciones auxiliares
1 096 000
CTDP
9 835 000
Costo Total Indirecto de la Planta (CTIP)
Ingeniería
3 934 000
Construcción
6 884 000
CTIP
10 818 000
Costo Total de la Planta (CTP = CTDP + CTIP)
20 653 000
Pago al contratista
1 033 000
Contingencia
3 098 000
Capital fijo directo
24 783 000
Para la planta de 2,3
-
BDO diseñada en este estudio, el costo total del equipamiento tuvo
un valor de USD $ 2 740 000, mientras que los costos de instalación (que involucra
mano de obra, cimentación, soportes, plataformas, gastos de construcción y otros
fac
tores directamente relacionados con el levantamiento del equipamiento), tubería de
proceso (abarca el costo de recubrimiento de tuberías, mano de obra, válvulas,
accesorios, aditamentos, soportes y otros complementos involucrados en la erección de
todas la
s tuberías usadas directamente en el proceso para trasegar materias primas,
productos intermedios y finales, vapor de agua, agua, aire, residuales, entre otros) e
instrumentación (incluye manómetros, sensores de temperatura, flujómetros, etc.) se
proyectar
on en USD
$
1 613 000
,
USD $
959 000
y USD $
548 000
, r
espectivamente.
Otros costos importantes fueron por aislamiento, electricidad (involucra cableado de
electricidad, iluminación, transformación y servicio, y cableado de instrumentación y
control) y edi
ficaciones (comprende los gastos de mano de obra, materiales y
suministros involucrados en la erección de todas las edificaciones conectadas con la
panta, incluyendo plomería, calentamiento, enfriamiento, iluminación, ventilación y
servicios de edificacion
es similares) por un monto de USD $ 411 000, USD $ 411 000 y
USD $ 1 644 000, respectivamente. Por último, los costos de mejoras de terreno
(contiene los costos de cercado, caminos y carreteras, aceras, desviaderos, decoración,
etc.) e instalaciones auxili
ares (implica los sistemas para suministrar vapor de agua,
agua, electricidad, aire comprimido y combustible) ascendieron a USD $
411 000
y
USD
$ 1 096 000, respectivamente.
El costo total directo de la planta (CTDP) fue de USD $ 9 835 000; mientras que el costo
total indirecto de la planta (CTIP) fue de USD $ 10 818 000, que incluía USD $ 3 934
000 para gastos de ingeniería (abarca el uso de software certificados, dibujos y
e
squemas realizados por computadora, ingeniería de costo, construcción, contabilidad,
viajes, comunicaciones y gastos de oficina más gastos fijos) y USD $ 6 884 000 para
construcción (involucra instalaciones temporales, herramientas de construcción,
alquile
res, personal de oficina ubicado en el sitio de construcción, nómina de la
construcción, impuestos y aseguramiento, viajes y estancia, y otros gastos fijos de
construcción).
El costo total de la planta (CTP) (suma de CTDP y CTIP) alcanzó un valor de USD $
20
653 000. La suma de los pagos al contratista de USD $ 1 033 000 y contingencia (gastos
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para prever la ocurrencia de eventos inesperados tales como tormentas, inundaciones,
accidentes, huelgas, cambios de precios, errores de estimación, cambios en el di
seño y
otros gastos no previstos) de USD $ 3 098 000 fue de USD $ 4 131 000. Finalmente, el
capital fijo directo para la planta de producción de 2,3
-
BDO propuesta fue de USD $ 24
783 000.
Los costos de instalación (58,87%), edificaciones (60,00%), e ingeni
ería (15,87%) se
encuentran fuera del rango porcentual reportado por
Peters et al., (2003)
para estas
partidas, los cuales son de 25
-
55% del costo de adquisición del equipamiento, 47% del
costo de adquisición del equipamiento y 8% del capital fijo directo, respectivamente. Por
su parte, las partidas
de costo relacionadas con tuberías (58,87%), instrumentación
(20%), instalaciones eléctricas (15%), mejoras del terreno (15%) e instalaciones
auxiliares (40%) se encuentran dentro de los rangos reportados por
(Peters et al., 2003)
para estas partidas, las cuales son de 20
-
80%, 8
-
50%, 15
-
30%, 10
-
20% y
30
-
80% del
costo de adquisición del equipamiento respectivamente. Por su parte, los costos
relativos al pago al contratista (4,17%) y contingencia (12,50%) estuvieron dentro de los
rangos sugeridos por
Peters et al., (2003)
, los cuales son de 1,5
-
6,0% y 5,0
-
15,0% del
capital fijo directo, respectiva
mente.
3.2.
Costos de operación
El costo de operación de una planta biotecnológica es la suma de todos los gastos en
curso incluyendo materias primas, mano de obra, material gastable, servicios auxiliares,
vertimiento de residuales y gastos de la instalac
ión. La Figura 2 presenta la contribución
porcentual de cada una de las partidas incluidas en los costos de operación del proceso
de producción de 2,3
-
BDO, los cuales se obtuvieron mediante el simulador SuperPro
Designer
.
Figura 2
Desglose de las
partidas involucradas en el costo de operación del proceso de
producción del 2,3
-
BDO a partir de bagazo de caña de azúcar.
Fuente:
Elaboracion propia.
Como bien se puede observar en la Figura 2, los costos de las materias primas abarcan
el 81,49% de los costos de operación de la planta de producción de 2,3
-
BDO, lo cual
está en concordancia con lo reportado por
Harrison et al. (2015
) con respecto a la
influencia de
la partida de materias primas sobre los costos de operación de una planta
biotecnológica, la cual oscila entre 10
-
85%. Esto se debe a la cantidad relativamente
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elevada de materias primas consumidas en el proceso productivo por año, gastándose
USD $ 1,208
millones anuales por este concepto.
La segunda partida de mayor influencia es la dependiente de la instalación, con 10,09%
(USD $ 150 000/año), la cual incluye la depreciación de la inversión de capital fijo y los
costos por mantenimiento. Esta partida de
costo se encuentra dentro del rango
reportado por
Harrison et al. (2015
) de 10
-
70%, y presenta ese valor debido al elevado
mantenimiento que debe realizarse para mantener operativa la instalación productiva,
así como también debido a la intensa depreciación a la qu
e está sometida dicha planta
de producción.
Por último, los servicios auxiliares constituyen la tercera partida que más influye en los
costos de operación, con 7,57% (USD $ 112 000/año), valor que se encuentra dentro
del rango de 1
-
30% reportado por
Harrison et al. (2
015
). Esto se debe a la cantidad
relativamente elevada de servicios auxiliares que consume dicha planta,
fundamentalmente agua fría (tanque de neutralización, fermentador, centrifuga de
discos, e intercambiador de calor 2), agua de enfriamiento (compres
or y condensador
de la columna de destilación) y vapor de agua (intercambiador de calor 1, rehervidor de
la columna de destilación). Por último vale destacar el bajo valor del porcentaje
relacionado con la mano de obra (0,68%), muy por debajo del rango de
10
-
50% sugerido
por
Harrison et al. (2015
) lo cual se debe fundamentalmente a los bajos salarios que
existen actualmente en Cuba en sentido general.
En
Gadkari et al. (2023
) se estudió la producción fermentativa de 2,3
-
BDO a partir de
bagazo de caña de azúcar considerando cinco escenarios de proceso diferentes. El
primer escenario (llamado caso base) asume que el bagazo se obtiene sin costo, que la
planta de producción de 2,
3
-
BDO se encuentra anexa a una fábrica de azúcar, y que
todos los servicios auxiliares requeridos por el proceso se generan en la misma
instalación combinada. El segundo escenario asume que el bagazo tiene un costo de
USD $ 50/TM, manteniendo constantes el
resto de los factores implementados en el
escenario 1. El tercer escenario asume que la planta de producción de 2,3
-
BDO no está
anexa a una fábrica de
azúcar,
sino que es una instalación autosostenible. El cuarto
escenario es una combinación del segundo y
tercer escenario, donde se incluyen los
costos de tanto el bagazo (USD $ 50/TM) como los servicios auxiliares, y se refiere a
una instalación autosostenible. El quinto escenario se construye sobre el cuarto
escenario, representando una planta de producció
n autosostenible donde la fracción de
celulosa, la cual se utilizaba previamente para la generación de vapor/electricidad, se
emplea aquí para la producción de 2,3
-
BDO, requiriendo por tanto una etapa adicional
de hidrólisis enzimática para convertir la fr
acción de celulosa en glucosa antes de que
sea usada para la producción de 2,3
-
BDO.
En este estudio, la depreciación, mantenimiento y gastos de la fábrica fueron las partidas
de mayor contribución en el costo de operación para el escenario 1, con 31, 21 y
19%
respectivamente, en donde las materias primas tuvieron una contribución de solo 13%,
debido fundamentalmente a que el bagazo no presenta costo. En el escenario 2, las
materias primas fue la partida que más contribuyó en los costos de operación con 42%,
debido a que el bagazo tiene costo, mientras que la depreciación (21%), mantenimiento
(14%) y gastos de la fábrica (12%) fueron las otras partidas de mayor influencia. Para el
caso del escenario 3, el costo de los servicios auxiliares se convirtió en la p
artida de
mayor influencia en el costo de operación anual con casi 38%, seguido de la
depreciación (19,8%), mantenimiento (13,9%) y gastos de la fábrica (10,9%).
Analizando el escenario 4, las materias primas (30%) y servicios auxiliares (29%) son
las part
idas de mayor influencia, debido fundamentalmente a que el bagazo tiene costo.
Finalmente, el caso 5 tuvo como a las materias primas (30%) y servicios auxiliares (30%)
como los mayores contribuyentes en el costo de operación, seguido de la depreciación
(14
%), siendo el escenario con el mayor valor de costo de operación con USD $ 9 050
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000 debido fundamentalmente al costo de las enzimas para convertir la celulosa en
glucosa.
En
Sánchez et al. (2024
), las partidas que más influyeron en lo
s costos anuales de
operación fueron los dependientes de la instalación (53%), servicios auxiliares (24%) y
materias primas (13%), para una planta de producción de 2,3
-
BDO con una capacidad
de producción anual de 20 000 TM de 2,3
-
BDO procesando 17,6 TM de
BCA por hora.
3.3.
Costos de materias primas
La Tabla 6 exhibe el desglose del costo por consumo de materias primas, junto con su
demanda anual y el porcentaje de contribución.
Tabla 6
Demanda anual, costo, y contribución porcentual de las materias primas
.
Materia prima
Demanda anual
Costo anual (USD $)
%
Alcohol oleílico
1 120 000 kg
1 099 940
91,03
Bagazo
441 t
8 818
0,73
Hidróxido de calcio
71 t
15 050
1,25
Agua
524 m3
435
0,04
Ácido sulfúrico
1 200 000 kg
84 000
6,95
TOTAL
-
1 208 144
100,00
Como bien se puede observar en la Tabla 6, el alcohol oleílico presenta la mayor
contribución en el costo de las materias primas con 91,03%, lo cual se debe a su elevada
demanda anual (1 120 000 kg), y ser la materia prima con el mayor costo unitar
io (USD
$ 0,98/kg) de todas. En segundo
lugar,
se encuentra el ácido sulfúrico con 6,95%, debido
fundamentalmente a su elevada demanda anual (1 200 000 kg).
3.4.
Análisis de sensibilidad
El consumo anual de BCA seleccionado en nuestro estudio será de 400
TM, el cual es
muy inferior a lo reportado por
(Sánchez et al., 2024)
de 17,6 TM/h, y lo reportado por
(Gadkari et al., 2023)
de 96 TM/d. Se escogió esta pequeña tasa de consumo de BCA
debido a que, según varios directivos de diferentes industrias azucareras de la provincia
de Camagüey, Cuba, en las fábricas de az
úcar cubanas queda muy poco bagazo
sobrante
debido a
que casi todo el que se genera se emplea como combustible para la
producción de electricidad y vapor, lo cual influye en que casi no quede bagazo sobrante
como materia prima principal para la producción
de compuestos químicos derivados
tales como etanol, xilitol, 2,3
-
BDO, ácido cítrico, enzimas, etc., por la ruta fermentativa.
A todo esto se le suma que, en el caso específico de Cuba, el total de caña de azúcar
molida ha ido decreciendo en los últimos año
s, siendo de 17,1 MMt en la zafra del
2018/19; 13,9 MMt en la zafra 2019/20 y 10,2 MMt en la zafra del 2020/21
(ONEI, 2025)
.
En este estudio se realizó un análisis de sensibilidad para determinar a partir de qué
valor del precio de venta del 2,3
-
BDO el proyecto comienza a ser no factible y rentable,
es decir, se comienza a obtener un valor de VAN negativo. Para ello se varió el
precio
de venta del producto 2,3
-
BDO entre USD
$ 50
-
$ 250/kg, y se graficó la influencia de
este rango sobre los indicadores VAN, Tasa Interna de Retorno (TIR) y Período de
Recuperación de la Inversión (PRI). La Figura 3 presenta los gráficos obtenidos e
n
MATLAB relacionados con el estudio de sensibilidad para los tres indicadores
analizados.
Figura 3
Resultados del análisis de sensibilidad con respecto a:
a)
Valor Actual Neto (VAN).
b)
Tasa Interna de Retorno (TIR).
c)
Período de Recuperación de la
Inversión (PRI).
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a)
b)
c)
Fuente:
Elaboración propia.
Como bien se puede observar en la Figura 3,
evidentemente
el incremento del precio
de venta del producto 2,3
-
BDO aumenta el valor del VAN y TIR, y reduce el valor del
PRI, mientras que se comienza a obtener un valor de VAN negativo a partir de un precio
unitario de venta del 2,3
-
BDO menor de USD $ 150/kg. Este p
recio unitario de venta
mínimo de USD $ 150/kg aún se encuentra muy por encima de los precios de venta
reportados por
(Gadkari et al., 2023)
de USD $ 1,860/kg
–
3,990/kg, y por
(Sánchez et
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al., 2024)
de USD $ 3,5/kg para plantas de producción de 2,3
-
BDO a partir de BCA por
la ruta fermentativa simuladas en SuperPr
o Designer
.
Considerando que un proyecto de planta química comienza a ser atractivo si dispone de
un valor de VAN positivo
(Lam et al., 2014)
, una TIR entre 15
-
30% y un PRI menor de 5
años
(Lee et al., 2018)
, los autores de este trabajo procedimos a seleccionar un precio
unitario de venta del 2,3
-
BDO de USD $ 220/kg debido a que bajo este valor se
comienza a obtenerse un VAN positivo (USD $ 14 067 000), una TIR superior a 15%
(18,56 %) y un PRI inferior a los
5 años (4,82 años), como bien se podrá verificar en el
siguiente acápite.
3.5.
Indicadores de rentabilidad
La estimación de la inversión de capital, el costo de operación y las ganancias de un
proyecto suministran la información necesaria para evaluar su
rentabilidad, factibilidad
y atractivo desde el punto de vista inversionista. El análisis económico realizado en este
estudio suministra información valiosa que permite decidir si el proyecto de planta de
producción de 2,3
-
BDO es factible o no de implemen
tar bajo las condiciones
económicas actuales de Cuba.
La Tabla 7 desglosa los principales indicadores de rentabilidad calculados por el
simulador SuperPro Designer
para el proceso de producción de 2,3
-
BDO a partir de
bagazo por la ruta fermentativa, consi
derando un precio de venta del 2,3
-
BDO de USD
$ 220/kg.
Tabla 7
Principales indicadores de rentabilidad del proceso productivo para un precio
unitario
de
venta del 2,3
-
BDO de USD $ 220/kg.
Indicador
Valor
Inversión total de capital (USD $)
26 589 000
Capital fijo directo (USD $)
24 783 000
Costo de operación (USD $/año)
1 483 000
Ganancias (USD $/año)
8 843 000
Tamaño del lote (kg 2,3
-
BDO/lote)
502,43
Capacidad de la planta (TM 2,3
-
BDO/año)
40,194
Costo unitario de producción (USD $/kg)
36,89
Capital de trabajo (USD $)
71 000
Costo de arrancada (USD $)
1 735 000
Impuestos (25%) (USD $/año)
1 840 000
Ganancia neta (USD $/año)
5 520 000
Margen bruto (%)
83,23
Retorno de la inversión (%)
20,76
Período de recuperación de la
inversión (años)
4,82
Tasa Interna de Retorno (%)
18,56
Valor Actual Neto (para 11% de interés) (USD $)
14 067 000
Los resultados de la Tabla 7 indican que, para una planta que produce alrededor de 502
kg y 40 TM de 2,3
-
BDO por lote y por año respectivamente, se necesita una inversión
total de capital de 26,589 millones para construir la planta propuesta, con un capita
l fijo
directo de USD $ 24,783 millones. Los costos de operación tuvieron un valor de USD $
1,483 millones, con unas ganancias anuales de USD $ 8,843 millones.
El capital de trabajo (referido a fondos requeridos para operar el negocio, que involucra
la in
versión de materias primas, gastables, salario, etc.) tuvo un valor de USD $ 71 000,
con un costo de arrancada (comprende gastos únicos de pre
-
arrancada incurridos para
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preparar una nueva planta para su operación comercial) de USD $ 1,735 millones,
impuest
os de USD $ 1,840 millones y una ganancia neta de USD $ 5,520 millones.
El margen bruto, el cual se calcula dividiendo la ganancia bruta entre los ingresos, fue
de 83,23%, el cual puede considerarse elevado. El retorno de la inversión, que se
calcula divi
diendo la ganancia neta anual entre la inversión total, tuvo un valor de
20,76%, mientras que el período de recuperación de la inversión, el cual es el tiempo
requerido para recuperar el costo de la inversión, y es calculado dividiendo la inversión
total e
ntre la ganancia neta anual, presentó un valor de 4,82 años.
Por último, la TIR, definida como la tasa de retorno bajo la cual el proyecto presenta un
valor de VAN igual a cero, y representa la rentabilidad intrínseca promedio de un
proyecto, tuvo un valo
r de 18,56%, la cual puede considerarse de aceptable, mientras
que el valor de VAN positivo obtenido (USD $ 14 067 millones), el cual se define como
el valor total de los f
lujos de efectivo neto futuros
extendidos sobre el tiempo de vida del
proyecto, indi
ca que el proyecto de planta de producción de 2,3
-
BDO puede
considerarse factible y rentable, siempre y cuando se considere un valor del precio
unitario de venta del 2,3
-
BDO de USD $ 220/kg.
En
Gadkari et al. (2023)
, la inversión total de capital osciló entre USD $ 22,401 millones
para el escenario 1 y USD $ 30,597 millones para el e
scenario 5, con unos costos de
operación anuales que oscilaron entre USD $ 3,056 millones y USD $ 9,050 millones
para el escenario 1 y 5, respectivamente. El retorno de la inversión fluctuó entre 5,33
% para el escenario 4 y 29,99% para el escenario 5, mi
entras que el período de
recuperación de la inversión osciló entre 3,33 años para el escenario 5 y 18,70 años
para el escenario 4. Por último, se obtuvieron valores de VAN que oscilaron entre USD
$
–
14,156 millones y USD $ 71,914 millones para el escenari
o 4 y 5 respectivamente.
La capacidad de producción anual de la planta simulada en este estudio fue de 29 952
TM de 2,3
-
BDO, procesando 96 TM de BCA por día con 312 días de operación.
En
Sánchez et al. (2024)
la inversión total de capi
tal tuvo un valor de USD $ 132,075
millones, con un costo anual de operación de USD $ 37,472 millones. Por su parte, el
retorno de la inversión fue de 25,26%, el PRI fue de 3,95 años, la TIR fue de 19,90% y
el VAN fue de USD $ 310,5 millones, para una plan
ta con una capacidad de producción
de 20,000 TM de 2,3
-
BDO por año, capaz de procesar 17,6 TM de bagazo por hora.
3.6.
Costo unitario de producción y precio
unitario
de venta del 2,3
-
BDO
De acuerdo con la Tabla 7, el costo unitario de producción del 2,3
-
BDO tuvo un valor de
USD $ 36,89/kg, el cual es 19,59 veces superior al costo unitario de producción
reportado por
Sánchez et al. (2024)
de USD $ 1,88/kg, y entre 32,64
y 16,18 veces
superior al costo unitario de producción reportado por
Gadkari et al
. (2023)
, el cual tuvo
un valor mínimo de USD $ 1,130/kg para el escenario 1, y un valor máximo de USD $
2,280/kg para el escenario 4. Esto se debe fundamentalmente a la inferior capacidad de
producción de 2,3
-
BDO que presenta la planta de nuestro estud
io (40 TM/año) en
comparación con las elevadas capacidades de producción reportadas por
Sánchez et
al. (2024)
de 20 000 TM/año y por
Gadkari et al. (2023)
de 29 952 TM/año.
Debido a que el costo unitario de producción se calcula dividiendo el costo de operación
anual entre la tasa de producción anual
(Harrison et al., 2015)
, mientras mayor sea la
tasa o capacidad de producción anual de la planta, más bajo será este costo unitario de
producción i.e. mientras más cantidad se produzca del producto principal más bajo será
el valor del costo unitario de producción y más barato s
e podrá vender el producto. Estos
autores también indican que el costo unitario y el precio de venta de bioproductos son
inversamente proporcionales al tamaño del mercado
(Harrison et al., 2015)
. Para
Cheali
et al. (2015)
, el incremento de la capacidad de la
planta decrece el costo unitario de
producción.
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Por otro lado, el costo unitario de producción calculado en nuestro estudio se encuentra
dentro del rango reportado por
Harrison et al. (2015)
de USD $ 5 hasta USD 100/kg para
compuestos químicos obtenidos por la rut
a fermentativa utilizados como suplementos
alimenticios (vitaminas), agentes saborizantes, alcoholes, ácidos orgánicos, azúcares,
etc.
En
Mailaram et
al. (2022)
el costo unitario de producción de 2,3
-
BDO fue de USD $ 1,74
-
1,84/kg para una capacidad de procesamiento de 100 TM de afrecho cervecero por día,
y de USD $ 1,07/kg para una capacidad de procesamiento de 2 000 TM de afrecho
cervecero por día.
Según
Gadkari et al. (2023)
, el precio actual de 2,3
-
BDO en el mercado es de
USD $
2,8
-
3,5/kg, el cual es entre 78,5 y 62,8 veces inferior al precio de venta fijado en nuestro
estudio de USD $ 220/kg, el cual fue establecido en este valor para que la planta
propuesta simulada en SuperPro Designer
entregara resultados económicos
rentables
y factibles. También, el precio de venta fijado en nuestro estudio es 62,8 veces superior
que el precio de venta fijado en
(Sánchez et al., 2024)
de USD $ 3,5/kg, mientras que
es entre 55,1 y 118,3 veces superior que el prec
io de venta fijado en
Gadkari et al. (2023)
de USD $ 1,86/kg y 3,99/kg para los
escenarios 5 y 4 respectivamente.
Entre las opciones que sugiere
Lahiri, (2020)
para maximizar las ganancias
de una
planta de producción química, y con ellos reducir el costo de producción, se tienen:
•
Maximizar la tasa de producción de cada producto o la tasa de producción total:
Se basa en que la planta opere a la más alta capacidad posible o reducir los
cuello
s de botella para que produzca más.
•
Maximizar el valor de las ventas de la unidad: La producción de un producto de
calidad superior y el establecimiento de una imagen de la marca inteligente o
reputación sólida puede conducir a mayores ventas. Un buen enfo
que en el
consumidor y un servicio
postventa
genuino puede influenciar en esto.
•
Maximizar la tasa de producción del producto suministra un alto margen de
ganancia: No todos los productos ganan el mismo margen de ganancia. Algunos
productos tienen
margen de ganancia más elevados comparados con otros. La
maximización de la tasa de producción del producto para buscar un mayor
margen de ganancia puede ser obtenida mediante el sacrificio del producto de
bajo margen.
•
Minimizar la tasa de consumo de mater
ia prima: En la industria de procesos el
consumo de materias primas puede llegar a ser la mayor porción del costo del
costo de producción. De esta manera, la reducción del consumo de materias
primas mientras se mantiene el mismo objetivo de producción tend
rá un elevado
impacto en la rentabilidad. El consumo específico de las materias primas puede
ser reducido mediante el incremento de la selectividad del catalizador,
incremento del rendimiento del proceso, reducción de los residuales,
incrementando la efici
encia del proceso, incrementando la pureza de la materia
prima, etc.
•
Minimizar el costo unitario de la materia prima: Esto se basa en la selección de
un buen suministro de los vendedores a un precio barato, estableciendo un
contrato a largo plazo con el ve
ndedor para la negociación del precio, explorando
el mapa del mundo para la buscar fuentes de materias primas, reducir los costos
de transportación de las materias primas, efectuar la mezcla de materias primas
baratas, etc.
•
Minimizar el consumo de servicio
s auxiliares: Esto se logra mediante la
realización de una auditoria energética detallada con el fin de identificar áreas
donde se pierde energía o servicios auxiliares; incrementar la eficiencia de
energía en equipos de proceso energéticamente intensivos,
e incrementar la
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transferencia de calor proceso
-
proceso siempre que sea posible, mediante
estudios
pinch
de la red de intercambiadores de calor y columnas de destilación.
•
Minimizar el costo de servicios auxiliares: Significa identificar una fuente barata
de energía y poner inversión de capital para reducir el costo por unidad de
servicio auxiliar.
Tomando en cuenta el elevado costo unitario de producción obtenido, se puede
establecer que el proceso de producción propuesto en este estudio no es competitivo
con respecto a los precios internacionales establecidos para el 2,3
-
BDO, lo cual se debe
fundamentalmente a la baja capacidad de producción de la planta evaluada, la cual es
casi 749 veces menor que la capacidad de producción reportada por
Gadkari et al.
(2023)
y 500 veces menor que la capacidad de producción reportada por
Sánchez et al.
(2024)
. Esta baja capacidad de producción influye en que se obtenga un elevado costo
unitario de producción según lo indicado por
Harrison et al. (2015)
y, con ello, un elevado
precio de venta del producto 2,3
-
BDO para que la planta sea ren
table y viable desde el
punto de vista económico, el cual no resulta competitivo comparado con otros estudios
y con el precio del 2,3
-
BDO en el mercado internacional.
4
.
Conclusiones
En el presente trabajo se simuló y diseño conceptualmente un
proceso de producción
de 2,3
-
BDO a partir de BCA por la ruta microbiana, en donde se determinaron varios
indicadores económicos y de rentabilidad por medio del uso del simulador SuperPro
Designer
en el contexto económico actual de Cuba.
Para un precio uni
tario de venta
del 2,3
-
BDO de USD $ 220/kg se obtiene un VAN positivo (USD $ 14,067 millones), una
TIR entre 15
-
30% (18,56%) y un periodo de recuperación de la inversión menor de 5
años (4,82 años), lo cual clasifica el proyecto de rentable y factible siem
pre y cuando se
fije este precio unitario de venta.
El proceso tecnológico propuesto en este estudio no logra ser competitivo y atractivo,
debido a que el precio unitario de venta del 2,3
-
BDO seleccionado (USD $ 220/kg) es
muy superior a los valores de est
e parámetro establecidos tanto a escala internacional
(USD $ 2,8
-
3,5/kg). Esto se debe fundamentalmente a la baja capacidad de producción
de 2,3
-
BDO establecida para la planta propuesta en este estudio en comparación con
la de otros trabajos, lo cual es oc
asionado por la poca disponibilidad de BCA sobrante
por parte de las fábricas de azúcar cubanas.
Se recomienda efectuar una evaluación técnico
-
económica del proceso de 2,3
-
BDO
sugerido en este estudio por medio de la simulación en SuperPro
Designer
, pero
incrementando la capacidad de procesamiento del BCA de la propuesta tecnológica,
con el fin de producir una mayor cantidad de 2,3
-
BDO que permita determinar si el
proyecto será competitivo a escala internacional bajo las condiciones económi
cas
actuales de Cuba.
Contribución de los autores:
Conceptualización,
LJ
-
G
.; metodología, AP
-
S. y
LJ
-
G
.;
software, AP
-
S.; validación, DDA
-
G
-
M.; análisis formal, AP
-
S. y
LJ
-
G
.; investigación,
LJ
-
G
.
,
AP
-
S., DDA
-
G
-
M.; recursos,
LJ
-
G
.; redacción del borrador o
riginal,
AP
-
S., DDA
-
G
-
M.; redacción, revisión y edición,
LJ
-
G
.; visualización,
LJ
-
G
.
y
DDA
-
G
-
M.; supervisión,
LJ
-
G
.
Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito
Financiamiento:
Esta investigación no ha recibido financiación ex
terna
.
Agradecimientos:
A
la Fábrica de azúcar Siboney de Camagüey, Cuba, por la ayuda
desinteresada brindada.
Conflicto de interés:
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses
.
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