biogeneracion de combustibles
TRANSCRIPT
INTRODUCCIÓN
El encarecimiento de los combustibles fósiles y su inminente agotamiento en
este siglo, aunado a la protección del medio ambiente, han puesto el tema de
los biocombustibles como una prioridad a nivel internacional. El
aprovechamiento de productos naturales o residuos vegetales para generar
energía es cada vez más común, en especial cuando escuchamos que el
planeta se contamina a causa de los gases que emiten los vehículos.
Recientemente ha surgido un gran interés
por los biocombustibles, principalmente
debido a que gobiernos pretenden disminuir
su dependencia de los combustibles fósiles y
así lograr mayor seguridad energética.
Además, se mencionan diversas ventajas de
los biocombustibles con respecto a otras
energías, como la menor contaminación
ambiental, la sustentabilidad de los mismos
y las oportunidades para sectores rurales.
Los biocombustibles pueden reemplazar
parcialmente a los combustibles fósiles. En
comparación con otras energías
alternativas, como la proporcionada por el
hidrógeno, el reemplazo de los combustibles
fósiles por biocombustibles en el sector de transporte carretero puede ser
realizado con menores costos, debido a que no requieren grandes cambios en
la tecnología actualmente utilizada, ni tampoco en el sistema de distribución.
Utilizar otro tipo de energía, como la obtenida a través del hidrógeno, que se
basa en una tecnología totalmente distinta, requeriría grandes cambios en el
stock de capital. Esto no implica que se deban descartar nuevas fuentes de
energía, sino que los biocombustibles serán los que tendrán más crecimiento
en el corto plazo.
La producción de biocombustibles ha tenido un crecimiento casi exponencial
en los últimos años a escala mundial. Con el etanol en primer lugar, tanto en
volumen como en lanzamiento, y el biodiésel en segundo lugar, hoy en día
existe la firme consideración de que sean los sustitutos inmediatos de los
combustibles de origen fósil o mineral no renovables.
MARCO TEÓRICO
Se entiende por biocombustible a aquellos combustibles que se obtienen de
biomasa, es decir, de organismos recientemente vivos (como plantas) o sus
desechos metabólicos (como estiércol).
Tanto los combustibles fósiles como
los biocombustibles, tienen origen
biológico. Toda sustancia susceptible
de ser oxidada puede otorgar energía.
Si esta sustancia procede de plantas,
al ser quemada devuelve a la
atmósfera dióxido de carbono que la
planta tomó del aire anteriormente.
Las plantas, mediante la fotosíntesis,
fijan energía solar y dióxido de
carbono en moléculas orgánicas. El petróleo es energía proveniente de
fotosíntesis realizada hace millones de años concentrada. Al provenir de
plantas de hace millones de años, su cantidad es limitada. En realidad toda
sustancia susceptible de ser oxidada produce energía. Si esta sustancia
procede de plantas, entonces al ser quemada (oxidada) devuelve a la
atmósfera el dióxido de carbono que la planta tomó del aire tiempo atrás. Por
tanto, desde el punto de vista ecológico es un sistema que respeta el medio
ambiente, pues no hay un aumento neto de gases de efecto invernadero.
La energía que consumimos en ese acto de quemar procede en última
instancia de la luz del sol. Las plantas, gracias a la fotosíntesis fijan energía y
dióxido de carbono en moléculas orgánicas ricas en carbono e hidrógeno. Es
pues una forma de energía solar indirecta.
Lamentablemente la fotosíntesis dista mucho de ser muy eficiente y sólo un
1% de la energía que la planta recibe es aprovechada. Hay que restar que las
rutas metabólicas de la planta nos son totalmente eficientes y además durante
su vida consume parte de la energía almacenada. Por tanto al final nosotros
podemos aprovechar menos de ese 1%.
Sabemos la energía que consumimos ahora mismo y sabemos toda la energía
del sol que recibimos. Es fácil hacer el cálculo de cuántas hectáreas
necesitaríamos para cubrir el gasto energético actual de un país occidental y
veremos que la superficie de cultivo que necesitaríamos sería comparable al
área del propio país.
No obstante, es posible utilizar este tipo de combustible como complemento o
para aprovechar ciertos recursos que sería de todos modos desperdiciados.
Aunque cubra un pequeño porcentaje de la producción de energía total
aportaría su contribución de todos modos.
Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiésel.
El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de
maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como
trigo o cebada.
El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya
usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja o
jatrofa, los cuales son cultivados para este propósito.
BIOETANOL
El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) se perfila como
un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas
medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los
combustibles fósiles. Se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en
cosechas de maíz y caña de azúcar, por ejemplo. Sin embargo, los actuales
métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de
energía comparada al valor de la energía del combustible producido. Por esta
razón, no es factible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles
fósiles por bio-etanol.
Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de
azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación.
Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran
escala de etanol de origen biológico (bioetanol):
Sustancias con alto contenido de sacarosa:
o caña de azúcar
o remolacha
o melazas
o sorgo dulce
Sustancias con alto contenido de almidón:
o maíz
o patata
o yuca
Sustancias con alto contenido de celulosa:
o madera
o residuos agrícolas
El proceso a partir de almidón es más complejo
que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser
hidrolizado previamente para convertirlo en azúcares. Para ello se mezcla el
vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido), y se
calienta la papilla obtenida a 120 - 150ºC. Posteriormente se cuela la masa, en
un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.
A partir de celulosa es aun más complejo, ya que primero hay que pre-tratar la
materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas
hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de
trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los
factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña
de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.
La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos
(levaduras o bacterias) y produce etanol, así como grandes cantidades de CO2.
Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como elmetanol,
alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere
unas 48 horas.
Purificación.
El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple,
pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un
azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la
destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente
metanol, formado en reacciones secundarias. Aún hoy, éste es el único método
admitido para obtener etanol para el consumo humano.
Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay
que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%. El valor
exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación
entre las fases agua e hidrocarburos.
Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación aceotrópica en una
mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas
más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua,
mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy
utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares.
A escala de laboratorio, también se pueden utilizar desecantes como el
magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de
magnesio.
PRODUCTOS OBTENIDOS A PARTIR DEL BIOETANOL
EL Bioetanol ofrece diversas posibilidades de mezclas para la obtención de
biocombustibles con los siguientes nombres y propiedades:
E5: El Biocombustible E5 significa una
mezcla del 5% de Bioetanol y el 95% de
Gasolina normal. Esta es la mezcla habitual
y mezcla máxima autorizada en la
actualidad por la regulación europea, sin
embargo, es previsible una modificación de
la normativa europea que aumentará este
limite al 10% (E10) ya que diferentes
estudios constatan que los vehículos
actuales toleran sin problemas mezclas
hasta el 10% de Bioetanol y los beneficios
para el medioambiente son significativos.
E10: El Biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de Bioetanol y
el 90% de Gasolina normal. Esta mezcla es la más utilizada en EEUU ya que
hasta esta proporción de mezcla los motores de los
vehículos no requieren ninguna modificación y e
incluso produce la elevación del un octano en la
gasolina mejorando su resultado y obteniendo una
notable reducción en la emisión de gases
contaminantes.
E85: Mezcla de 85% de Bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada en
vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más conocidas ofrecen
vehículos adaptados a estas mezclas. Tambien se comercializan, en algunos
paises (EEUU, Brasil, Suecia,...) los llamados vehículos FFV (Flexible Fuel
Vehicles) o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que
permiten una variedad de mezclas.
E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de Bioetanol son utilizados
en algunos paises como Brasil con motores especiales.
E-DIESEL: El Bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un
aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy
buenas características en cuanto a combustión y reducción de contaminación
ofreciendo así otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehículos
Diesel. El E-Diesel ya se comercializa con éxito en EEUU y Brasil y pronto hará
su aparición en España y Europa.
ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se utiliza
como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil ter-butil eter) se obtiene por
síntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilación del
petróleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la
gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en
proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para aumentar el
índice de octano de la gasolina, evitando la adición de sales de plomo.
BIODIESEL
El biodiésel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de
lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados,
mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se
aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o
gasóleo obtenido del petróleo.
El biodiésel puede mezclarse con gasóleo
procedente del refino de petróleo en diferentes
cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas
según el porcentaje por volumen de biodiésel en
la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel,
u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50,
donde la numeración indica el porcentaje por
volumen de biodiésel en la mezcla.
A principios del siglo XXI, en el contexto de
búsqueda de nuevas fuentes de energía y la
creciente preocupación por el calentamiento global del planeta, se impulsó su
desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a
los derivados del petróleo.
El proceso de transesterificación consiste en combinar, el aceite (normalmente
aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como
residuo de valor añadido propanotriol (glicerina) que puede ser aprovechada
por la industria cosmética, entre otras.
Procesos industriales.
En la actualidad existen diversos
procesos industriales mediante los
cuales se pueden obtener biodiésel.
Los más importantes son los siguientes:
1. Proceso base-base: Mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido.
Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (sosa cáustica) o hidróxido de
potasio (potasa cáustica).
2. Proceso ácido-base: Este proceso consiste en hacer primero una
esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa
generalmente para aceites con alto índice de acidez.
3. Procesos supercríticos: En este proceso ya no es necesario la presencia de
catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y
el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo como el
hidróxido actúe en la reacción.
4. Procesos enzimáticos: En la actualidad se están investigando algunas
enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol.
Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide
que se produzca biodiésel en grandes cantidades.
5. Método de reacción Ultrasónica: En el método reacción ultrasonica, las
ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas
constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el
calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así,
utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiésel, se reduce
drásticamente el tiempo, temperatura y energía necesaria para la reacción. Y
no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación.1 De ahí que el
proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento
método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasonicos de escala
industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día.
Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba
significamente a causa de sus ventajas económicas.
APLICACIONES:
Casi cualquier sustancia orgánica líquida o gasificable
puede ser utilizada en un motor de explosión interna
con la apropiada mecánica. Utilizar otros combustibles
alternativos en nuestros actuales motores sería más
sencillo que la utilización de hidrógeno que se basa en
una tecnología totalmente distinta.
Los motores que llevan nuestros autos son de dos tipos: de ciclo de Otto y de
ciclo Diesel. En el primero normalmente quemamos generalmente gasolina y
en el segundo gas-oil. Pero vamos a ver que pueden ser capaces de quemar
otro tipo de combustibles como alcohol en el primero y ésteres grasos o incluso
aceites vegetales en el segundo. Con los precios del barril del petróleo por las
nubes se está mirando con otros ojos este tipo de biocombustibles,
apareciendo muy atractivos a los ojos de gobiernos e inversores.
Para el primer caso del ciclo Otto siempre se puede utilizar alcohol etílico
procedente de la fermentación del azúcar. De hecho en un pequeño porcentaje
(15%) puede ser añadido directamente a la gasolina corriente sin necesidad de
modificar el motor. Si se desea utilizarlo a altas concentraciones (hasta el 85%)
hay que introducir modificaciones en el motor, cambiando el sistema de
carburación o regulando el sistema de inyección. En algunos modelos
japoneses de motores un sensor detecta qué porcentaje de alcohol y gasolina
hay en la mezcla y ajusta en tiempo real la cantidad a inyectar. De este modo
se puede utilizar cualquier proporción alcohol-gasolina que se desee. Y si no
encontramos un surtidor de un tipo podemos utilizar el otro sin importar lo que
pase en el depósito.
Los primeros prototipos de motores tipo Otto funcionaban con alcohol así que
no es una idea realmente nueva. Naturalmente, la quema de alcohol produce
muchos menos contaminantes que la gasolina.
Fijémonos ahora en el sistema Diesel. Además del biodiesel mencionado arriba
hace ya algún tiempo se viene fabricando biodiesel a partir de aceites
vegetales para ser utilizados en este tipo motores.
Como aceite de partida se puede utilizar cualquier tipo de aceite o grasa, ya
sea usado o sin usar. Es típico utilizar aceites de fritura usados en los
McDonalds u otros tipos de restaurantes de comida rápida. Como en esos sitios
siguen un protocolo estricto de uso sobre estas sustancias, el material
resultante suele ser muy homogéneo y por tanto más susceptible de ser
transformado en biodiesel de una manera sencilla.
Naturalmente también se puede utilizar aceite obtenido directamente de
ciertas plantas como la soja, el girasol, etc. Si no se destina a consumo
alimentario los requerimientos son menores y el producto sale más barato.
La utilización directa de un aceite vegetal en un motor diesel es posible,
aunque hay que introducir modificaciones en el motor. Uno de los
inconvenientes es que estos aceites se congelan a temperaturas
moderadamente bajas. Aun así hay algunas personas que los utilizan de este
modo.
Entre las ventajas de este combustible es que produce menos contaminación
ambiental que el diesel normal por la baja emisión de compuestos de azufre.
Se ha llegado a proponer otro tipo de combustibles biodiesel (este tipo de
motores pueden quemar casi cualquier cosa orgánica en forma de líquido),
entre ellos uno producido a partir de restos orgánicos incluidos gatos muertos
encontrados aplastados en la carretera (para gran preocupación de las
protectoras de animales) o estiércol. Se plantea incluso obtener biodiesel de
las aguas residuales.
CONCLUSIÓN
No obstante de las ventajas, hay voces en contra de la utilización de
biocombustibles. Según David Pimentel de Cornell University la producción de
etanol, al menos en el caso del producido a partir de maíz, aumentan el
consume de petróleo consumiendo un 29% más de energía de la que produce
como combustible.
En los campos de cultivo se utilizan fertilizantes que se obtienen directa o
indirectamente de la energía del petróleo y la maquinaria agrícola también
consume petróleo. Según este y otros investigadores las cuentas no salen.
Según otros si el proceso de obtención se optimiza el etanol produce un 67%
más de energía que la consumida en su producción.
El uso de pesticidas, fertilizantes y
otros tipos de técnicas de cultivo
agresivas, con los problemas de
contaminación y desertificación que
conllevan pueden también dar al
traste con estos combustibles verdes.
Pero no podemos negar que este tipo
de combustibles tienen atractivo
entre mucha gente alternativa.
REFERENCIAS:
1. CERÓN, Ricardo. “Biocombustibles ¿una alternativa?”. En Diario El
Universal, El Universal Miércoles 09 de mayo de 2007/cultura/ pp. 3.
2. Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Fondo de Naciones
Unidas para la Agricultura y la Alimentación (2007); “Oportunidades y
Riesgos del Uso de la Bioenergía para la Seguridad Alimentaria en
América Latina y el Caribe”.
3. Greenpeace, “Bionenergía: oportunidades y riesgos. ¿Qué debe hacer
Argentina en materia de biocombustibles?” Greenpeace Argentina. Mayo
2007.
4. OECD, “Agricultural market impacts of future growth in the production of
biofuel”, Committee for Agriculture, 2006. Disponible en: www.oecd.org
5. PERALTA, Leonardo. “Con la basura hasta el cuello”. En quo, la revista
para mentes inquietas, México, Grupo expansión, febrero 2009,Num.136
pp. 30-39
6. RIBEIRO, Silvia. “Biocombustibles y transgénicos”. En Diario La Jornada,
jueves 23 de noviembre de 2006, p22. México.
7. http://agro.uncor.edu/~aaea2007/TrabajosInvestigacion/Romanelli.pdf
“Biocombustibles vs Alimentos”
8. http://es.wikipedia.org/wiki/Biocombustible
9. http://www.ar.terra.com/terramagazine/interna/0,,EI8865-
OI3338855,00.html “El futuro de los biocomustibles”
10.http://www.energiaslimpias.org/ Por un futuro energético limpio,
sustentable y democrático.
11.www.biodisel.org
12.www.energia.gob.mx