trabajo bioetanol nuevo
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BIOETANOL
ÍNDICE.
TITULO PAGINA
DEFINICION 2
COMPOSICION 3
MATERIAS PRIMAS NECESARIAS
PARA SU OBTENCION
4
PROCESO DE FABRICACION DEL
BIOETANOL
7
BIOETANOL COMO COMBUSTIBLE 17
ORIGEN Y ACTUALIDAD DE LA
PRODUCCION Y USO DEL
BIOETANOL
23
VENTAJAS Y DESVENTAJAS 26
BALANCE ENERGETICO DEL
BIOETANOL
27
MERCADO DEL BIOETANOL 29
PERSPECTIVAS FUTURAS DEL
BIOETANOL
39
OBSTACULOS A SUPERAR PARA UN
MAYOR CONSUMO DEL BIOETANOL
41
ARTICULOS RECIENTES 43
BIBLIOGRAFIA 53
1
BIOETANOL
1. DEFINICION DE BIOETANOL
El "bioetanol" es un alcohol producido a partir de maíz, sorgo, patatas, trigo,
caña de azúcar, e incluso de la biomasa, como los tallos de maíz y residuos
vegetales. En mezclas con gasolina, aumenta el número de octanos mientras que
promueve una mejor combustión, reduciendo las emisiones contaminantes por el
tubo de escape, como monóxido de carbono e hidrocarburos.
2. COMPOSICION DEL BIOETANOL.
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BIOETANOL
El bioetanol es una composición de:
85% de etanol (alcohol líquido compuesto de oxígeno, carbono e hidrógeno).
15% de gasolina.
3. MATERIAS PRIMAS NECESARIAS PARA PRODUCIR
BIOETANOL.
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Las materias primas para producir bioetanol son:
Sustancias con alto contenido en almidon:
- Maíz
- Patatas
-Yuca o mandioca
-Cereales
-Trigo
- Cebada
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Sustancias con alto contenido de celulosas:
-Madera
Residuos agrícolas
Sustancias con alto contenido de sacarosas:
- Caña de Azúcar
-Remolacha
-Melazas
-Sorgo dulce
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4. PROCESO DE PRODUCCION DE BIOETANOL.
El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la
materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado,
con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede
utilizar como combustible.
En la gráfica 1 se puede ver, de forma esquemática, el proceso completo de
obtención del alcohol, a partir de las principales materias primas que se utilizan
para su producción.
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GRAFICO 1: PROCESO DE PRODUCCION DE BIOETANOL.
Principalmente se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol:
Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo.
Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón.
Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y
hemicelulosa.
Los materiales lignocelulósicos son los que ofrecen un mayor potencial para la
producción de bioetanol. Una gran parte de los materiales con alto contenido en
celulosa, susceptibles de ser utilizados para estos fines, se generan como
residuos en los procesos productivos de los sectores agrícola, forestal e industrial.
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BIOETANOL
Los residuos agrícolas proceden de cultivos leñosos y herbáceos y, entre otros,
hay que destacar los producidos en los cultivos de cereal. Por su parte, los
residuos de origen forestal proceden de los tratamientos silvícola y de mejora o
mantenimiento de los montes y masas forestales. También pueden utilizarse
residuos generados en algunas industrias, como la papelera, la hortofrutícola o la
fracción orgánica de residuos sólidos industriales. Muchos de estos residuos no
sólo tienen valor económico en el contexto donde se generan sino que pueden ser
causa de problemas ambientales durante su eliminación.
Los residuos de biomasa contienen mezclas complejas de carbohidratos, llamados
celulosa, hemicelulosa y lignina. Para obtener los azúcares de la biomasa, esta es
tratada con ácidos o enzimas que facilitan su obtención. La celulosa y
hemicelulosa son hidrolizadas por enzimas o diluidas por ácidos para obtener
sacarosa, que es entonces fermentada. Tres son los principales métodos para
extraer estos azúcares: la hidrólisis con ácidos concentrados, la hidrólisis con
ácidos diluidos y la hidrólisis enzimática.
En la gráfica 2 se pueden ver las diferentes formas de procesar las materias
primas, en función de su origen, para la obtención de sus azúcares.
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BIOETANOL
GRAFICA 2: DIFERENCIACION DE PROCESOS DE PRODUCCION DE BIOETANOL.
4.1. Acondicionamiento de las materias primas.
Los cereales son la principal fuente para la producción de bioetanol, destacando
el uso del maíz en EE.UU. y la cebada y el trigo en las plantas instaladas en
España.
En el caso de los cereales, para los procesos de preparación de la materia prima y
la obtención de los azucares que contienen, se utilizan principalmente dos
tecnologías: Wet milling y Dry milling.
Proceso de molido húmedo (Wet Milling Processes)
Esta tecnología se aplica normalmente en plantas con grandes producciones de
alcohol y es utilizada por aproximadamente dos tercios de los productores en
EE.UU. Este sistema es elegido cuando se quieren obtener otros subproductos,
tales como el sirope, fructosa, dextrosa, etc. además de la producción del alcohol.
Es un proceso complejo, dado el elevado número de pasos a seguir en el
pretatamiento del maíz y su separación en sus diferentes componentes.
En este proceso, el maíz es “escaldado” en agua caliente, lo que ayuda a romper
las proteínas, liberar el almidón presente en el maíz y ablandar el grano para el
proceso de molido. El maíz es molido para obtener el germen, la fibra y la fécula.
Con el germen se obtiene aceite y la fécula se centrífuga y sacarifica para
producir una pasta de gluten húmeda. En la gráfica 3 se puede ver la secuencia
sintetizada del proceso.
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GRAFICA 3: PROCESO DE MOLIDO HUMEDO.
El proceso comienza con el secado de los granos, posteriormente se inspeccionan
automáticamente y se limpian de piedras, trozos de caña o paja y cualquier otra
impureza.
El maíz se remoja en grandes tanques en una solución que contiene pequeñas
cantidades de dióxido de azufre y ácido láctico. Estos dos productos químicos, en
agua a una temperatura de unos 50 ºC, ayudan a ablandar los granos, en un
proceso que puede durar entre uno y dos días. Durante este tiempo el maíz se
hincha, luego se ablanda y debido a las condiciones ligeramente ácidas de la
disolución se libera el almidón. La siguiente parte del proceso es pasarlo a través
de un separador que, principalmente, hace que el germen de los granos flote en
la parte superior de la mezcla y sea posible recogerlos fácilmente (debido al
contenido de aceite de estos). A partir de ahí primeramente se obtiene la parte
fibrosa y posteriormente se separa el almidón de las proteínas por un proceso de
centrifugación.
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Proceso de molido en seco (Dry Milling Process)
Este proceso consiste en limpiar y moler los granos de cereal hasta reducirlos a
finas partículas por un sistema mecánico. Se produce una harina con el germen,
la fibra y la fécula del maíz. Para producir una solución ‘azucarada’ la harina es
hidrolizada o convertida en sacarosa usando enzimas o una disolución ácida. La
mezcla es enfriada y se le añade la levadura para que comience a fermentar. En
la gráfica 4 se puede ver el proceso detallado.
GRAFICA 4: PROCESO DE MOLIDO SECO.
De la masa resultante, una vez obtenido el alcohol, se obtiene un subproducto
(DDGS, en inglés Dried Destiller Grains of Solubles, granos secos, solubles, de
destilería, que se distribuyen en forma de pellets) que se puede utilizar como
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alimentación para ganado. Esta tecnología es usada en plantas de pequeño y
medio tamaño.
4.2 Hidrólisis.
Las celulosas no pueden ser fermentadas directamente, es necesario convertirla
en azúcares más sencillos para su conversión en alcohol. La hidrólisis es un
proceso químico que divide la molécula de celulosa por la acción de la molécula
de agua. Las complejas estructuras de la celulosa (celulosa, hemicelulosa y
lignina) son divididas en diferentes procesos para conseguir una solución
azucarada, y eliminar productos de descomposición de los azucares que pueden
inhibir o, al menos, dificultar el proceso de fermentación. Principalmente se
realizan procesos de hidrólisis de ácidos concentrados y bajas temperaturas, de
ácidos diluidos y altas temperaturas y enzimáticos.
Hidrólisis con ácidos concentrados
En este proceso se añade entre 70-77% de ácido sulfúrico a la biomasa, que ha
sido secada previamente hasta obtener una humedad menor del 10%. La
proporción de ácido es de 1:25 por cada parte de biomasa y se mantiene a una
temperatura controlada de 50ºC.
Entonces se añade agua, para diluir el ácido a un 20-30% de la mezcla,
aumentando su temperatura hasta los 100ºC. El gel producido en este proceso es
prensado para obtener la mezcla de acido y azúcar, que finalmente son
separados. Este es un proceso del que se obtiene rendimientos muy elevados
pero a un coste igualmente muy elevado, por lo que industrialmente no se realiza.
Hidrólisis con ácidos diluidos.
Es uno de los procesos de hidrólisis más antiguos, simples y eficientes para la
producción del alcohol. El primer paso es mezclar una proporción de 0,7% de
ácido sulfúrico con la hemicelulosa presente en la biomasa, para que se hidrolice
a 190ºC. La segunda parte consiste en optimizar el rendimiento de la reacción con
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BIOETANOL
la parte de la celulosa más resistente, para ello se usa un 0,4% de ácido sulfúrico
a 215ºC.
Finalmente los líquidos hidrolizados son neutralizados y recuperados,
normalmente mediante percolación.
Hidrólisis enzimática
Consiste en “romper” (hidrolizar) la celulosa por la adición de determinadas
enzimas.
La celulosa es degradada por las celulasas a azúcares, que pueden ser
fermentados por levaduras o bacterias para producir etanol.
En síntesis, el proceso consiste en descomponer la celulosa y la hemicelulosa del
residuo en azúcares sencillos y transformarlos en etanol por fermentación. En
primer lugar se lleva a cabo un pretratamiento del residuo cuyo objetivo es
alcanzar los mejores resultados en las etapas siguientes (hidrólisis y
fermentación). Desde el punto de vista económico, esta etapa es crítica, puesto
que gran parte del coste total del proceso estaría en esta primera etapa.
Como resultado del pretratamiento se obtiene una disolución de azúcares
provenientes de la ruptura de la hemicelulosa y un residuo sólido (constituido
principalmente por la celulosa del residuo original).
La hidrólisis enzimática presenta ventajas frente a la hidrólisis química, como
menores costes de equipamiento (debido a que se realiza a presión atmosférica y
a temperatura próxima a la ambiental), mayores rendimientos y no necesita
utilizar agentes químicos.
4.3. Fermentación del azúcar.
La última etapa del proceso consiste en la fermentación por levaduras de la
glucosa liberada a partir de la celulosa, así como la de los azúcares procedentes
de la hemicelulosa que se han liberado durante los pretratamientos anteriores.
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BIOETANOL
La levadura contiene una enzima llamada invertasa, que actúa cómo catalizador
ayudando a convertir los azúcares en glucosa y fructosa (ambos C6H12O6).
La reacción química es la siguiente:
La fructosa y la glucosa reaccionan con otra enzima llamada zimasa, que también
está presente en la levadura para producir el etanol y dióxido de carbono.
4.4. Destilación.
El alcohol producido contiene una parte significativa de agua, que debe ser
eliminada para su uso como combustible. Para ello se utiliza un proceso de
destilación. Dado que el etanol tiene un punto de ebullición menor (78,3ºC) que el
agua (100ºC), la mezcla se calienta hasta que el alcohol se evapore y se pueda
separar por condensación de éste.
4.5. Subproductos generados en la producción de bioetanol.
Los subproductos generados en la producción de bioetanol, así como el volumen
de los mismos, dependen en parte de la materia prima utilizada. En general se
pueden agrupar en dos tipos:
- Materiales lignocelulósicos: tallos, bagazo, etc., correspondientes a las
partes estructurales de la planta. En general se utilizan para valorización
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energética en cogeneración, especialmente para cubrir las necesidades
energéticas de la fase de destilación del bioetanol, aunque también se puede
vender el excedente a la red eléctrica (con precio primado).
- Materiales alimenticios: pulpa y granos de destilería de maíz desecados con
solubles (DDGS), que son los restos energéticos de la planta después de la
fermentación y destilación del bioetanol. Tienen interés para el mercado de
piensos animales por su riqueza en proteína y valor energético.
La caña de azúcar es la planta más aprovechable por el bagazo generado para su
combustión y generación energética. La remolacha azucarera genera, por su
parte, unas 0,75 ton de pulpa por tonelada de bioetanol producido.
La producción de bioetanol a partir de trigo o maíz genera en torno a 1,2 ton de
DDGS por tonelada de bioetanol. En general, existen dos filosofías alimenticias en
cuanto al empleo del DGS. Cuando el pienso está en el 15 % o menos de la dieta,
el DDGS sirve como una fuente de proteína suplementaria. Cuando el pienso está
en los niveles más altos (superior al 15 % de la dieta de la materia seca) su papel
primario es como fuente de energía. El DDGS está compuesto de grasa –en un 10-
15 %–, de fibra neutra detergente –en un 40-55 %–, de proteína de crudo (CP) –en
un 30-35 %– y de ceniza en un 5 %.
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5. BIOETANOL COMO COMBUSTIBLE.
5.1. Etanol como combustible único.
Históricamente, el primer vehículo que se diseñó para el uso de etanol fue una
variante del Modelo T de Henry Ford, que estaba pensado para ser utilizado en las
granjas, de forma que sus propios dueños pudieran producir el alcohol a partir de
la fermentación del maíz. Posteriormente se desarrolló el Modelo A, que también
podía usar tanto etanol como gasolina. Actualmente, para que los vehículos de
explosión puedan funcionar con etanol es necesaria una serie de modificaciones,
que incluyen el depósito, las conducciones de combustible, los inyectores, el
sistema informático de gestión del motor y el sistema anti-sifón. En los últimos
años se han desarrollado una serie de vehículos capaces de funcionar tanto con
gasolina como con etanol o una mezcla de ambos. Se denominan Flexible Fuel
Vehicles (FFV).
Estos automóviles disponen de un sensor que detecta la relación etanol/gasolina y
en función de la mezcla ajustan la carburación del motor. La utilización del etanol
modifica la mezcla de aire y combustible tratando de mantener la potencia y el
consumo del automóvil en un valor óptimo.
El etanol, como combustible único, es utilizado principalmente en Brasil y
Argentina.
Su uso con temperaturas inferiores a 15ºC pude dar lugar a problemas de
encendido, para que esto no ocurra el método más común de solucionarlo es
añadirle una pequeña parte de gasolina. La mezcla que se usa más ampliamente
es el E85 que está compuesto de un 85% de etanol y un 15% de gasolina.
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Desafortunadamente el etanol contiene menos energía por litro que las gasolinas,
con lo que su rendimiento es menor, pudiendo llegar hasta un 30% menos,
principalmente en modelos antiguos, cuando se utiliza el E85. Saab [SAAB]
produce el modelo 95 turboalimentado que asegura una mayor economía que los
motores de gasolina, utilizando una mayor relación de compresión, ofreciendo
rendimientos semejantes a sus equivalentes con combustibles convencionales.
El etanol tiene un octanaje mucho mayor que la gasolina –entorno a 110- lo que
hace que no se queme de forma tan eficiente en los motores convencionales. El
uso continuado de combustibles con una alta proporción de etanol, como el E85,
produce corrosiones en el metal y en las piezas de goma.
5.2. Mezcla directa de etanol y gasolina.
Los motores de encendido pueden funcionar con mezclas de hasta el 25% de
alcohol deshidratado sin que sean necesarias modificaciones en el motor. No
obstante su rendimiento varía respecto al combustible convencional. Estas son
algunas de las diferencias:
· Reducción de la potencia y el par motor (aproximadamente un 2% para mezclas
al 15%)
· Aumento del consumo (4% para mezclas del 15%)
· Aumento de la corrosión de las partes metálicas y componentes de caucho.
Sin embargo, si se ajusta el motor aumentando la relación de compresión, y
adaptando la carburación a la nueva relación estequiométrica, se consigue una
mayor potencia y par motor (9% con una mezcla del 20% de alcohol), mejora el
rendimiento térmico y reduce el consumo (7% con respecto a lo que se obtendría
solo con gasolina) y una combustión más perfecta, con menor índice de
carbonización y emisión de gases contaminantes (reducción de CO y HC a medida
que aumenta el porcentaje de alcohol en la mezcla)
Brasil es el país que más ha experimentado con la mezcla de alcohol y gasolina,
aumentado su proporción hasta un valor del 25%, como se ve en la siguiente
progresión:
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Otros países que utilizan estas mezclas son Nicaragua, EEUU, Colombia,
Argentina,
Australia e India, por poner algunos ejemplos.
Sin embargo, el límite máximo de etanol en Europa está limitado por la
especificación del contenido en oxígeno de 2.7%, que supone limitar el uso del
etanol al 7.8%. No se proporciona ninguna excepción para la mezcla de etanol por
encima del 7.8%. En algunos países europeos se utiliza normalmente una mezcla
del 5% de etanol.
5.3. Mezclas de bioetanol y gasolinas.
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.
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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 e incluso produce la elevación del 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. También se comercializan, en algunos
países (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.
5.4. Bioetanol como aditivo de las gasolinas: ETBE.
Otra alternativa para el uso del bioetanol como combustibles es transformarlo
para su utilización en aditivo de la gasolina, en lugar de cómo su sustituto. Con la
introducción de las gasolinas sin plomo, necesarias por el uso de catalizadores
para la disminución de las emisiones nocivas, se vio afectado el número de
octano de la gasolina. Para recuperar el octanaje y reducir las emisiones
contaminantes se añadieron aditivos oxigenantes tales como el metanol, etanol,
tercbutil alcohol (TBA) o el metil-tercbutil éter (MTBE).
En los últimos años el etil-tercbutil éter (ETBE) se está imponiendo sobre los otros
aditivos por ser sus emisiones de hidrocarburos menos tóxicas, debido a que el
acetaldehído es mucho menos tóxico que el formaldehído, además de poderse
obtener a partir de recursos renovables en lugar del petróleo, como el MTBE.
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Además, el ETBE es mucho menos soluble en agua que el MTEB, lo que disminuye
la posibilidad de contaminar las aguas.
El ETBE presenta dos grandes ventajas sobre el bioetanol, como son su menor
afinidad con el agua y una presión de vapor más adecuada que el alcohol,
además de no requerir modificaciones en los motores actuales. Por estas razones
su uso se está imponiendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla con la
gasolina. En España todo el etanol dedicado a la automoción es convertido a
ETBE.
El ETBE se obtiene por reacción catalítica de isobuteno y etanol, en una
proporción de
1:0,8, resultando un compuesto con unas cualidades superiores al MTBE y los
alcoholes.
A continuación se relacionan algunas de sus ventajas:
Baja solubilidad en el agua, menor que el MTBE.
Menor contenido de oxígeno (15,7%) que el MTBE (18,2%), por lo que no se
necesita modificar el carburador.
Menor RVP (Reid vapor presure) (0,27 bar) que el MTBE (0,54 bar) y el
etanol (1,22 bar).
Reducción en la emisión de monóxido de carbono e hidrocarburos
inquemados.
Menor poder corrosivo que los alcoholes.
Mayor poder calorífico.
Mayor resistencia a la “separación de fase” que el MTBE.
Mayor rendimiento de fabricación que el MTBE, a partir de isobuteno.
El ETBE es un buen sustituto del MTBE, que se puede producir en las plantas
donde actualmente se produce el MTBE. En España se fabrica en cinco refinerías
de las compañías Repsol YPF y Cepsa. En España y en Francia se está usando en
mezclas de hasta un 15% del volumen de gasolina (ETBE15).Además el MTBE es
un producto nocivo y que está comenzando a prohibirse en algunas zonas, como
puede ser el caso del Estado de California, en EE.UU.
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5.5 Aditivo de mejora de la ignición en motores diesel.
La mezcla etanol-diesel, mejor conocido como E-diesel, contiene hasta un 15% de
etanol. Comparado con el diesel normal, el E-Diesel (nombre comercial utilizado
por Abengoa para este producto) reduce perceptiblemente las emisiones de
partículas y otros contaminantes y mejora las características del arranque en frío.
Se encuentra actualmente en la etapa de desarrollo y no se comercializa
actualmente. ABRD (Abengoa Bioenergy R&D) está trabajando para eliminar las
principales barreras técnicas y reguladoras para su comercialización. Estas
barreras incluyen:
Bajo punto de Inflamación y volatilidad en el tanque.
Posible inestabilidad de la micro-emulsión que evite que el etanol y el diesel
se separen a bajas temperaturas.
Carencia de los datos de pruebas reales para obtener la garantía del
fabricante (OEM).
Un proceso costoso y largo para conseguir su registro, de acuerdo con las
normas sobre emisiones y la salud.
El uso de E-diesel amplía aún más el mercado para las aplicaciones del etanol.
6. ORIGEN Y ACTUALIDAD DE LA PRODUCCION Y EL
USO DEL BIOETANOL.
Podría decirse que hoy en día el concepto de bioetanol nos suena a tecnología
complicada, algo teórico aun alejado de la práctica real. Sin duda nos
equivocamos. Hoy en día el etanol se utiliza como aditivo en nuestras gasolinas,
está presente por tanto en todos los sitios, todos los días.
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El origen del etanol como combustible parte de muy lejos, de los orígenes de los
actuales coches y su implantación inicial parte desde los Estados Unidos. Cuando
Henry Ford hizo su primer diseño de su automóvil modelo T en 1908, esperaba
que el combustible de mayor uso fuera el etanol, fabricado a partir de fuentes
renovables.
De 1920 a 1924, la Standard Oil Company comercializó un 25% de etanol en la
gasolina vendida en el área de Baltimore pero los altos precios del maíz,
combinados con dificultades en el almacenamiento y transporte, hicieron concluir
el proyecto. A finales de la década de 1920 y durante los 30 se hicieron
subsecuentes esfuerzos para reavivar un programa de combustible con etanol,
basado en legislación federal y estatal, particularmente en el Cinturón Maicero de
los Estados Unidos, pero sin éxito.
Entonces, Henry Ford y varios expertos unieron fuerzas para promover el uso del
etanol; se construyó una planta de fermentación en Atchison, Kansas, para
fabricar 38.000 litros diarios de etanol, específicamente para combustible de
motores. Durante los 30, más de 2.000 estaciones de servicio en el Medio Oeste
vendieron este etanol hecho de maíz y que llamaron “gasohol”. Los bajos precios
del petróleo llevaron al cierre de la planta de producción de etanol en los 40,
llevándose consigo el negocio de los granjeros americanos; el gasohol fue
reemplazado por el petróleo.
Hoy en día la situación podría decirse que se mantiene. Sin embargo los actuales
problemas ambientales y la sobreexplotación petrolífera, ponen de manifiesto la
necesidad de buscar combustibles más ecológicos y de producción natural. Es
decir, volvemos un poco al principio y de nuevo cobra una gran importancia el
etanol, que junto con el biodiesel son los biocombustibles mas utilizados y
desarrollados. En concreto el etanol es el más ampliamente utilizado hoy en día
en los Estados Unidos. Más de 1.500 millones de galones (5.670 millones de litros
aproximadamente) se agregan anualmente a la gasolina para mejorar el
rendimiento de los vehículos y reducir la polución atmosférica.. Cuando este
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etanol es fabricado a partir de materiales con biomasa celulósica en lugar de los
forrajes tradicionales (cultivos ricos en almidones) tenemos bioetanol.
Se puede decir que el bioetanol es una apuesta fuerte para el futuro de los
combustibles. Sin embargo, se puede ir mucho más lejos con la cuestión para ver
que se puede considerar claramente un tema económico, científico, medio
ambiental y social, es decir, una primera plana en el conocimiento actual:
Económico: La industria petrolera que económicamente resulta una de las
mayores potencias mundiales se ve intimidada por las nuevas opciones
aparentemente viables que ofrece el biocarburantes, aunque no por ello deja de
mirarlo con ojos escépticos. Si la investigación sigue adelante con buenos
resultados, las posibilidades económicas de futuro del bioetanol son enormes.
También pueden ser utilizados para la producción de electricidad, energía térmica
y de frío.
Científico: Es a la ciencia, en concreto a la microbiología, a quien se debe el
avance y estudio de la materia. Las nuevas líneas de investigación nos aportan
nuevos derivados del propio bioetanol o procesos perfeccionados para la
producción del mismo.
Medioambiental: Los automóviles son una de las principales fuentes de
contaminación. Los ecocarburantes podrían dar un respiro de aire limpio a las
ciudades.
Social: La industria de los biocarburantes ofrece salidas a productos agrícolas
que habían quedando estancados, podría favorecer especialmente a países en
vías de desarrollo de la zona ecuatorial, donde el clima favorece especialmente
los cultivos, crear nuevos puestos de trabajo y industrializar zonas
eminentemente agrícolas. Además, con la fabricación del biocarburante se corta
la dependencia con países productores de petróleo que varían el precio del crudo
en función del estado del mercado mundial.
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BIOETANOL
7. VENTAJAS E INCONVENIENTES.
Ventajas
El bioetanol es una fuente de combustible renovable y doméstico.
Reduce dependencia del petróleo del extranjero.
Una fuente más limpia de combustible.
Aumenta el octano del combustible con un coste pequeño.
Virtualmente utilizable en todos los vehículos.
Fácil de producir y almacenar.
Los biocarburantes emiten un 40-80% menos de gases invernaderos que los
combustibles fósiles.
El bioetanol es superior medioambientalmente al resto de los carburantes
más importantes.
Otras ventajas medioambientales incluyen:
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Reducción de la lluvia ácida.
Mejora de la calidad del aire en zonas urbanas.
No contamina el agua.
Reducción de residuos.
Inconvenientes
Para poder utilizar el bioetanol como combustible puro (E100) se necesita llevar a
cabo varias modificaciones dentro del motor, de manera tal no alterar
significativamente el consumo. Estas son:
Aumentar la relación de compresión.
Variar la mezcla de Combustible / aire.
Bujías resistentes a mayores temperaturas y presiones.
Conductos resistentes al ataque de alcoholes.
Se debe agregar un mecanismo que facilite el arranque en frío.
8. BALANCE ENERGETICO DEL BIOETANOL.
Para que el etanol contribuya perceptiblemente a las necesidades de combustible
para el transporte, necesitaría tener un balance energético neto positivo. Para
evaluar la energía neta del etanol hay que considerar cuatro variables: la cantidad
de energía contenida en el producto final del etanol, la cantidad de energía
consumida directamente para hacer el etanol, la calidad del etanol que resultaba
comparado a la calidad de la gasolina refinada y la energía consumida
indirectamente para hacer la planta de proceso de etanol.
Aunque es un asunto que crea discusión, algunas investigaciones que hagan caso
de la calidad de la energía sugieren que el proceso toma tanta o más energía
combustible fósil (en las formas de gas diesel, natural y de carbón) para crear una
cantidad equivalente de energía bajo la forma de etanol. Es decir, la energía
necesitada para funcionar los tractores, para producir el fertilizante, para procesar
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BIOETANOL
el etanol, y la energía asociada al desgaste y al rasgón en todo el equipo usado
en el proceso (conocido como amortización del activo por los economistas) puede
ser mayor que la energía derivada del etanol al quemarse.
Se suelen citar dos defectos de esta argumentación como respuesta:
1.) No se hace caso de la calidad de la energía, cuyos efectos económicos son
importantes. Los efectos económicos principales de la comparación de la calidad
de la energía son los costes de la limpieza de contaminación del suelo que
provienen derrames de gasolina al ambiente y costes médicos de la
contaminación atmosférica resultado de la refinación y de la gasolina quemada.
2.) La inclusión del desarrollo de las plantas del etanol inculca un prejuicio contra
ese producto basado estrictamente sobre la pre-existencia de la capacidad de
refinación de la gasolina. La decisión última se debería fundar sobre
razonamientos económicos y sociales a largo plazo. El primer argumento, sin
embargo, sigue debatiéndose. No tiene sentido quemar 1 litro de etanol si
requiere quemar 2 litros de gasolina (o incluso de etanol) para crear ese litro.
La mayor parte de la discusión científica actual en lo que al etanol se refiere gira
actualmente alrededor de las aplicaciones en las fronteras del sistema. Esto se
refiere a lo completo que pueda ser el esquema de entradas y salidas de energía.
Se discute si se deben incluir temas como la energía requerida para alimentar a la
gente que cuida y procesa el maíz, para levantar y reparar las cercas de la granja,
incluso la cantidad de energía que consume un tractor.
Además, no hay acuerdo en qué clase de valor dar para el resto del maíz, como el
tallo por ejemplo, lo que se conoce comúnmente como coproducto. Algunos
estudios propugnan que es mejor dejarlo en el campo para proteger el suelo
contra la erosión y para agregar materia orgánica. Mientras que otros queman el
coproducto para accionar la planta del etanol, pero no evitan la erosión del suelo
que resulta, lo cual requeriría más energía en forma de fertilizante. Dependiendo
del estudio, la energía neta varía de 0,7 a 1,5 unidades de etanol por unidad de
26
BIOETANOL
energía de combustible fósil consumida. En comparación si el combustible fósil
utilizado para extraer etanol se hubiese utilizado para extraer petróleo y gas se
hubiesen llenado 15 unidades de gasolina, que es un orden de magnitud mayor.
La extracción no es igual que la producción. Cada litro de petróleo extraído es un
litro de petróleo agotado. Para comparar el balance energético de la producción
de la gasolina a la producción de etanol, debe calcularse también la energía
requerida para producir el petróleo de la atmósfera y para meterlo nuevamente
dentro de la tierra, un proceso que haría que la eficiencia de la producción de la
gasolina fuese fraccionaria comparada a la del etanol. Se calcula que se necesita
un balance energético de 200 %, o 2 unidades de etanol por unidad de
combustible fósil invertida, antes de que la producción en masa del etanol llegue
a ser económicamente factible.
9. MERCADO DEL BIOETANOL.
9.1. Mercado mundial.
La tendencia de producción de bioetanol a nivel mundial describe un
comportamiento ascendente, lo cual supone una demanda de mercado
igualmente positiva. Cabe pensar que dicho comportamiento podría atribuirse a la
necesidad internacional de sustituir los combustibles tradicionales debido a las
sucesivas crisis que se experimentan en este campo, aunque del mismo modo, el
consumo mundial de bebidas alcohólicas está en crecimiento. Todo parece indicar
que la demanda de etanol en el mercado mundial tenderá a acrecentarse en los
próximos años. En la tabla 1 se recoge la producción de etanol desde el año 2000.
27
BIOETANOL
TABLA 1: PROYECCION DE LA PRODUCCION MUNDIAL DE ALCOHOL 2000-2005
La tabla 1 revela dos características esenciales de la producción mundial de
etanol. Lo primero y más importante, se puede observar un crecimiento constante
y mantenido durante los últimos 4 años pasando de 31.8 billones de litros en el
2000 a 37,7 billones de litros en el 2005. En segundo lugar, ha de destacarse que
el crecimiento en el uso del etanol es más acelerado como combustible que para
bebidas o usos industriales. La demanda de etanol para combustible pasa de 19
millardos de litros en el 2000 a 23 millardos de litros en el 2005, y la demanda de
etanol industrial pasó de 9.8 millardos de litros en 2000 a 11,2 millardos de litros
en el 2005. Estos datos mundiales parecen indicar que la demanda mundial del
etanol como carburante está en aumento.
En las gráficas 5 y 6 se muestran los principales exportadores e importadores
mundiales de etanol.
28
BIOETANOL
GRAFICA 5: LOS 10 PRIMEROS PAISES IMPORTADORES EN 2004.
GRAFICA 6: LOS 10 PRIMEROS PAISES EXPORTADORES DE ETANOL EN 2004.
De acuerdo a las estadísticas internacionales, Brasil, Estados Unidos e Indonesia,
encabezan respectivamente la lista de principales países productores a nivel
29
BIOETANOL
mundial, acumulando entre ellos un 64.2% de la producción mundial total; la cual
ascendió en el año 2003 a 127,87 millones de litros de etanol, como puede verse
en la tabla 2.
TABLA 2: PRODUCCION MUNDIAL DE ETANOL EN 2003.
(1) Litros
(2) Cifras Jtrade son suministradas en Yenes. Los datos aquí consignados han sido
convertidos a US$ empleando el tipo de cambio promedio anual para el año 2002
de 125¥ (Yenes) = 1US$
(3) Participación en el total de importaciones
(4) Precio promedio del año convertido a dólares según el mismo criterio señalado
en (2)
Tal y como refleja la tabla 2, el líder indiscutible en la producción de etanol a nivel
mundial es Brasil, representante de una de las economías más pujantes y grandes
de América Latina. Para poder lograr disminuir esta dependencia de los
combustibles no renovables, el gobierno brasileño adoptó varias leyes
importantes para promover el uso del etanol como carburante. Del mismo modo,
haciendo un análisis por zonas geográficas, tomando en cuenta la firma de los
tratados de libre comercio en el continente americano, se puede observar en la
30
BIOETANOL
gráfica 7 los tres países del continente americano (Brasil, Estados Unidos y
Argentina) que están produciendo más del 58% del etanol mundial, lo que coloca
a esta zona geográfica en una posición privilegiada en cuanto a experiencia en el
tema.
GRAFICA 7: PRODUCCION MUNDIAL DE ETANOL EN 2003.
En este sentido vamos a comentar brevemente la política y experiencia de
producción de bioetanol de algunos de estos países líderes.
Brasil
Brasil es pionero, primer productor y exportador mundial de alcohol carburante.
Esta industria genera 2.5 millones de empleos y ha permitido ahorrar al país casi
dos mil millones de dólares destinados a la importación de gasolina.
La experiencia de usar etanol como carburante comenzó en Brasil en los años 30
del siglo XX con una mezcla de 5% en la gasolina. En los años 70, una vez más
por el alza de los precios del petróleo, decidieron aumentar el porcentaje de
mezcla progresivamente, hasta llegar al 20% a principios de los años 80. En la
actualidad, en las calles de Río, Sao Paulo o Bahía, la mayoría de vehículos usan
exclusivamente etanol como carburante.
Asimismo, el gobierno brasileño está profundizando la experiencia de usar el
etanol. A principios de agosto del 2003, el gobierno aprobó una partida de 855
millones de euros cuyo objetivo es crear un stock de 1.000 millones de litros para
31
BIOETANOL
asegurar el suministro de etanol durante todo el año; puesto que la caña de
azúcar es un cultivo estacionario que no se puede cosechar de forma continua.
Además del plan gubernamental, casi tres cuartas partes de los molineros han
firmado un acuerdo comercial con tres sociedades mercantiles internacionales
para acumular un stock de 1000 millones de litros para la exportación durante los
próximos tres años.
Actualmente, en Brasil, el gobierno no está apostando por los vehículos que
utilizan etanol exclusivamente, sino por los de combustión flexible, que les
permiten consumir cualquier proporción de alcohol hidratado, dependiendo de los
precios relativos en las estaciones de servicio. El motor de combustión flexible ha
sido desarrollado por el mayor fabricante de automóviles brasileños.
El gobierno está preparando un paquete de incentivos, instrumentos y medidas
para sostener la producción de alcohol si fuera necesario. Han publicado un
decreto gubernamental que incluye cinco instrumentos, además de la iniciativa
de un stock estratégico: creación de un programa de opciones, aprobación que el
gobierno compre y venda stocks de etanol, pago de una prima sobre las compras
de etanol al por mayor para incrementar ventas cuando sea necesario y
subvenciones para las compras de Pagarés Rurales, una garantía con respaldo
gubernamental para ventas futuras que facilite la acumulación de stocks.
Dentro de la experiencia brasileña, se pueden rescatar varias lecciones
importantes, entre las cuales se puede mencionar la firme voluntad política del
gobierno para promover la producción, comercialización y uso del etanol. Otro
factor importante, es el diseño de estrategias de largo alcance para fomentar el
crecimiento sostenido del consumo del etanol. Además, hay creación de
incentivos claros en todos los eslabones de la cadena para estimular la
producción del etanol.
EE.UU.
La industria del etanol estadounidense continúa estableciendo récords mensuales
de producción, según los datos publicados por la Administración de Información
de la Energía (EIA por sus siglas en Inglés), el récord de junio 2003 fue un 13%
más alto que el anterior récord de junio del 2002, el cual era de 530 millones de
32
BIOETANOL
litros. Las 70 plantas existentes en el 2002 en Estados Unidos tenían una
capacidad de producción superior a los 9.650 millones de litros anuales. En este
país, el etanol se produce fundamental en base al procesamiento de maíz.
El Senado y el Congreso mantienen conversaciones para consensuar una ley
sobre la energía. En un plazo de cuatro años, se prevé la prohibición del MTBE y
se implementará un nivel mínimo de combustibles renovables. Con estos nuevos
instrumentos legales, se espera un fuerte crecimiento de la demanda del etanol.
Las estimaciones de la demanda de etanol en California para sustituir al metil-
tercbutil éter (MTBE) varían entre los 660 y los 950 millones de galones anuales,
es decir entre 2.498 y 3.595 millones de litros, representando un incremento en el
uso de etanol en el estado de California entre cuatro y seis veces.
9.2. Mercado español.
En España existen actualmente cuatro plantas productoras de bioetanol,
Ecocarburantes Españoles (Cartagena), Bioetanol Galicia, Biocarburantes de
Castilla León y Acciona Energía (Castilla La Mancha).
A continuación se detallan brevemente estas plantas junto con los principales
proyectos en desarrollo.
Ecocarburantes Españoles
La planta está situada en el Puerto de Escombreras en la ciudad de Cartagena en
la región de Murcia. Fue construida en 1999, y tiene una capacidad de producción
de 118.000 toneladas anuales de bioetanol con 130.000 toneladas de pienso
animal seco (DDGS). En el año 2000, se ha añadido una planta de destilación de
alcohol vínico con una capacidad anual de 50 millones de litros. La planta de
Ecocarburantes emplea a más de 80 personas en diversas áreas como el
mantenimiento, operaciones, el manejo de material, ingeniería, logística y
marketing y comercialización, también incluye la parte de la administración del
grupo de negocio de Abengoa Bioenergía.
33
BIOETANOL
Bioetanol Galicia
Esta planta está situada al noroeste de España, en Texeira cerca de A Coruña,
Galicia.
Fue construida en 2001, con una capacidad de producción de 139.000 Tm/año de
bioetanol, 96.000 toneladas de pienso animal seco (DDGS). En el año 2003, se
añadió una planta de destilación de alcohol vínico con una capacidad anual de 50
millones de litros. Bioetanol Galicia emplea a 65 personas en diversas áreas como
el mantenimiento, operaciones, el manejo de material, la ingeniería, la logística y
el marketing y comercialización.
Además estas dos plantas tienen una capacidad de producción que permite
exportar a países de la Unión Europea, accediendo a los mercados europeos más
rápidamente y de forma más económica.
Biocarburantes de Castilla y León
Esta planta empezó a producir bioetanol a mediados del año 2006 con una
producción de 200 millones de litros de alcohol al año. Ha sido concebida para
producir etanol usando como materias primas cereal (trigo, cebada, maíz) y paja
de cereal. Cabe destacar que esta instalación industrial no solo utiliza como
materia prima para la producción del etanol el grano de cereal sino que también
utiliza la paja del cereal, aunque es un proceso laborioso. Más adelante se
pretende obtener alcohol carburante de productos aún más baratos: residuos
forestales y desechos de árboles frutales. Por lo tanto, esta planta es pionera en
la utilización de biomasa como materia prima, propiciando paralelamente la
eliminación de residuos forestales y vegetales y mejorando la calidad del entorno.
Esto sitúa aún más a España en la vanguardia en investigación de sustitutos para
los combustibles fósiles. Además, la planta de Biocarburantes de Castilla y León
tiene una capacidad de producción anual de 220.000 Tm de pienso de alto
contenido en proteína para la alimentación animal.
Acciona Energía:
En la Comunidad de Castilla-La Mancha ACCIONA Energía construyó una planta
de bioetanol, con capacidad de producir anualmente 33 millones de litros. La
34
BIOETANOL
planta ubicada en Alcázar de San Juan (Ciudad Real), supuso una inversión de 7
millones de Euros y empezó a ser operativa en Febrero de 2007. La materia prima
utilizada son alcoholes brutos procedentes de la subasta de origen vínico que los
Organismos de la Intervención de la UE realizan con objeto de regular el sector. El
bioetanol se produce previa limpieza y deshidratación de estos alcoholes para
elevar su pureza del 92% al 99%.
Actualmente, los proyectos para construir nuevas plantas se están
incrementando, así junto a estas instalaciones en España existen otras en fase de
ejecución como las que se citan a continuación.
Sniece anunció en Julio de 2005 la construcción de la primera planta de
bioetanol en Torrelavega. El coste total de la inversión se ha situado en
torno a los 62 millones de euros. La futura planta, cuya construcción
empezó a principios de año, previsiblemente se espera que este operativa
dentro de 15 meses. Utilizará como principal fuente de materia prima el
cereal, trigo o cebada y consumirá en torno a las 325.000 toneladas al año,
dando lugar a unos 126 millones de litros.
En Septiembre de 2005 se acordó la construcción en la provincia de
Zamora, en Barcial del Barco, de una planta de bioetanol. Se espera que
dicha planta entre a funcionar en Julio de 2008. La sociedad que construirá
esta planta de bioetanol, se llamará Ecobarcial. La inversión ascenderá a
unos 91 millones de euros y se repartirá entre las entidades participantes
en el proyecto lideradas por Energía de Castilla y León, ENCALSA,
sociedad formada en un 90% por Biovent y en un 10% por el Ente
Regional de la Energía de Castilla y León, EREN. Esta planta tendrá
asociada una central de cogeneración con una potencia de 25 megavatios.
La futura planta producirá cerca de 145.000 m3 de bioetanol al año y
35
BIOETANOL
consumirá alrededor de 400.000 toneladas al año de cereal, principalmente
trigo, cebada o maíz.
10. PERSPECTIVAS FUTURAS DEL BIOETANOL.
De acuerdo con Isabel Monreal, directora del Instituto de Ahorro y Diversificación
de Energía (IDAE), los proyectos actualmente en marcha en España indican que el
objetivo fijado por el plan de Fomento puede cumplirse. Este mismo año han
36
BIOETANOL
entrado en funcionamiento otra planta de bioetanol en La Coruña (Curtis),
también de Abengoa, con una capacidad de producción de 80.000 toneladas al
año, y también otra en Babilafuente (Salamanca), que produce 175.000
toneladas al año.
España además reúne condiciones que le permitirían producir buena parte del
etanol que necesitará la UE. La demanda de etanol en la UE será de unos 2,5
millones de toneladas, equivalentes a unos 30 millones de hectolitros, que
pueden ser suministrados por la agricultura, bien eliminando excedentes
derivados de la producción vinícola (2,2 millones de hectolitros de alcohol en la
UE) o produciéndolos a partir de remolacha y cereales.
Obviamente, todo el alcohol de uso industrial no puede ir a la fabricación de
biocarburantes, pero si podemos estimar que la diferencia entre la producción
mínima (551.000 m) y la media (1.187.600 m) puede destinarse a biocarburantes;
es decir 636.600 hectolitros.
Hay que tener en cuenta que del 50% de las melazas de la remolacha se pueden
obtener unos 838.875 hectolitros. Con relación a los cereales, la Política Agraria
Común (PAC) permite que las tierras dedicadas a barbechos tradicionales
(obligatorios y voluntarios) se cultiven para producciones no alimentarias, es
decir, se pueden destinar a la producción de cereales para obtener etanol para
biocarburantes. Así, según los datos las perspectivas para España son muy
alentadoras, pues de los 28 millones de hectolitros que necesita la UE, España
podría proporcionar 15 millones de hectolitros.
37
BIOETANOL
11. OBSTÁCULOS A SUPERAR PARA UN MAYOR
CONSUMO DEL BIOETANOL.
Uno de los obstáculos está ligado al abastecimiento de materias primas. En
cuanto a la agricultura, muchos expertos consideran que la PAC no contempla la
agricultura energética con la suficiente apuesta de futuro.
Aún más relevante es el asunto de los costes de producción de los
biocombustibles, hoy por hoy un 50-80% mayor que el de los carburantes
convencionales. En opinión de muchos expertos la “principal barrera” para el
38
BIOETANOL
despegue de los biocarburantes es su "sobrecoste", por ejemplo un litro de
bioetanol en España cuesta medio euro, de los que 0,34 corresponden a la
materia prima, 0,13 a la transformación y el resto a la distribución. En Estados
Unidos, el precio asciende a 0,34 euros, aunque en España está previsto llegar a
los 0,42 euros por litro de bioetanol. Para que alcanzaran un precio competitivo
en el mercado sería necesario que el precio del barril del petróleo -alrededor de
25 dólares- se elevara hasta los setenta dólares.
Debido a esto, hay que considerar que el desarrollo tecnológico es la clave
para superar esa barrera. El desarrollo tecnológico debe jugar un papel prioritario
y supone un reto para todos los agentes de la cadena de la I+D: universidades,
centros de investigación, empresas, entre otros.
La consecución de los objetivos depende en buena medida de que se alcancen en
las tres áreas involucradas (agricultura, procesos de transformación y motores)
buenos resultados, que hagan competitivos a los carburantes.
Por esta razón, y para promover el desarrollo y uso de estas gasolinas
alternativas, la UE propone reducir la fiscalidad de los biocarburantes, incluso
la exención fiscal total.
Por otro lado, las reticencias de muchas compañías petroleras, que perciben el
desarrollo de los biocarburantes como una amenaza, son un obstáculo añadido a
los ya citados.
Europia, patronal que engloba a las compañías petroleras europeas, cree que la
utilización de biocombustibles no debe ser obligatoria. También opina que los
objetivos propuestos por la Comisión Europea son demasiado altos; y que es
preferible usar la biomasa para la generación energética.
Repsol YPF, que está teniendo una participación activa en los proyectos de
bioetanol desarrollados en España, ve, por el contrario, el desarrollo de los
39
BIOETANOL
biocarburantes como una oportunidad de negocio. Están de acuerdo con Europia
en que no se obligatorio el consumo de biocarburantes, pero creen que hay que
crear un marco fiscal favorable que permita su desarrollo, dejar actuar a las
fuerzas del mercado y promocionar todos los biocombustibles.
Otros aspectos que ralentizan el desarrollo de los biocarburantes están
relacionados con sus características. Por ejemplo, cuando el bioetanol se mezcla
con la gasolina aumenta la volatilidad de ésta, y como tiene gran avidez por el
agua exige circuitos muy secos. Además, resulta incompatible con algunos
materiales. No obstante, el desarrollo tecnológico alcanzando permite resolver
estos problemas. De hecho, haciendo las modificaciones oportunas, en el
automóvil podríamos echar prácticamente cualquier carburante. Ahora bien, de
lo que se trata es de reducir las nocivas emisiones de CO2, y para ello sólo hay
dos caminos: vehículos movidos por hidrógeno y biocarburantes.
12. ARTICULOS SOBRE BIOETANOL.
BIOETANOL, EL COMBUSTIBLE ECOLÓGICO DE LAS PLANTAS.
Sus ventajas le convierten en un sustituto ideal de la gasolina, pero aún debe
superar ciertos inconvenientes. El bioetanol es un alcohol producido a partir de
productos agrícolas como el maíz, sorgo, patatas, trigo, caña de azúcar, e incluso
biomasa. Utilizado como combustible, es una fuente de energía ecológica que va
ganando adeptos cada año en todo el mundo, sobre todo ante el fin cada vez más
cercano del petróleo o el gas natural. Según sus defensores, las ventajas
medioambientales y económicas de este combustible renovable son evidentes,
puesto que reduce la dependencia de los combustibles fósiles; mejora la
combustión del motor, pudiéndose utilizarse teóricamente en todos los vehículos;
es fácil de producir y almacenar; y disminuye la contaminación ambiental. Sin
40
BIOETANOL
embargo, algunos estudios cuestionan estas ventajas, al apuntar que no es viable
por contar con unos gastos de producción más elevados que en el caso de los
carburantes convencionales y por ofrecer un balance energético negativo: la
energía necesaria para producirlo, además de provenir de combustibles fósiles, es
mayor que la energía producida al quemarse. Asimismo, la ausencia de una red
amplia de distribución y estaciones de servicio, provocado en gran medida por
muchas de las compañías petroleras que lo ven como un competidor, frenan
también su desarrollo. A pesar de ello, su uso sigue incrementándose. Brasil es el
mayor productor y consumidor mundial de bioetanol como combustible. Desde los
años 80, ha desarrollado una extensa industria doméstica, produciendo
anualmente unos 15 millones de m³. Por su parte, Estados Unidos también es otro
gran consumidor, hasta el punto de que algunas fuentes apuntan a que se
convertirá en 2006 en el primer productor mundial. El bioetanol de EEUU se
fabrica principalmente con maíz, mientras que el de Brasil se hace con caña de
azúcar. Por su parte, otros países también quieren aumentar la utilización de este
combustible ecológico. Japón quiere que el 40% de sus vehículos funcionen con
bioetanol en 2010, hasta conseguir que en 2030 todos los nuevos vehículos
puedan utilizarlo. China ha anunciado la construcción de fábricas de bioetanol a
base de mandioca (yuca). En Suecia circulan 30.000 coches llamados flexibles,
que mezclan un 85% de bioetanol y un 15% de gasolina. El bioetanol también
puede convertirse en una nueva fuente de ingresos para los agricultores, como
sustituto de cultivos improductivos o como alternativa frente a las restricciones
ejercidas por la política agraria comunitaria. Sin embargo, algunos expertos
subrayan el lado negativo de estas plantaciones. Por ejemplo, el crecimiento de la
producción de maíz en Estados Unidos ha supuesto el derrumbamiento de los
precios, lo que perjudica a los pequeños agricultores que se ven obligados a
alquilar su tierra a las grandes compañías del sector. Asimismo, las críticas
ecologistas por la utilización masiva de pesticidas y fertilizantes nocivos incluyen
también a estas plantaciones.
No obstante, sus defensores apuntan al aprovechamiento de los tallos, así como
de elementos reciclados de la paja, de las mazorcas y de productos sobrantes de
las granjas. De hecho, EEUU podría conseguir todo el etanol que necesita usando
41
BIOETANOL
una mezcla de la planta y los tallos del maíz, sin necesidad de roturar más tierras.
El desarrollo de la tecnología también es un factor importante en la extensión del
bioetanol, puesto que podría contribuir a mejorar en poco tiempo el balance
energético. Algunos científicos relacionan a este combustible con el hidrógeno
como una fuente energética para un futuro cercano. Otros investigadores hablan
de peculiares sistemas como el del premio nobel Steven Chu, que planea imitar el
eficiente modo en que las termitas convierten la celulosa en etanol. Bioetanol en
España es el primer productor de bioetanol en la Unión Europea y el tercero en
consumo, por detrás de Suecia y Alemania. De hecho, los coches españoles llevan
ya una pequeña cantidad de bioetanol (4-5% de la mezcla). El Plan
gubernamental de Energías Renovables (PER) ha dejado exentos de fiscalidad a
los biocarburantes desde el pasado agosto hasta 2010, lo que está suponiendo un
impulso para este sector. La empresa Sevillana Abengoa se encuentra presente
en 38 países y es la primera productora de bioetanol en Europa, mientras que en
Estados Unidos cuenta con cuatro plantas productoras. Repsol YPF ha visto en el
bioetanol, al contrario que la mayor parte de las compañías del sector petrolero,
una oportunidad de negocio, por lo que está participando de manera activa en
diversos proyectos en España. Por su parte, la Comunidad Autónoma Vasca y el
Ayuntamiento de Madrid participan junto a otras ciudades y regiones europeas en
el proyecto Best, para potenciar el empleo de estos carburantes.
DESAFÍOS EN LA TECNOLOGÍA MICROBIANA PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOCOMBUSTIBLES
Factores económicos y geopolíticos (elevados precios de crudo, preocupación por
el medioambiente, inestabilidad de abastecimientos) han motivado a los
gobiernos a hacer hincapié en las fuentes de energías renovables. Se puede decir
con optimismo justificado que el potencial total de producir biocombustibles a
partir de biomasa celulósica se conseguirá en 10-15 años.
42
BIOETANOL
La idea de convertir azúcares derivados de biomasa en biocombustibles se
propuso por primera vez en los años 70 y estos factores arriba mencionados han
jugado un papel importante en que el interés en los recursos renovables
resurgiera. Se están formando nuevos enfoques de biología a través de la
revolución genómica; habilidad sin precedentes para transferir genes, modular
expresiones génicas y modificar proteínas. También hay progresos en la
ingeniería metabólica.
El proceso B2B, después de la cosecha, reduce el volumen de la biomasa y le dan
un tratamiento para que desate los enredos de fibra de lignina-celulosa. Eso
puede tardar desde unos minutos hasta varias horas. Se han usado varios
métodos para conseguirlo, por ejemplo el tratamiento de biomasa con vapor
saturado a 200 ºC, explosión con amoniaco y cocción con ácido diluido caliente.
Los pretratamientos de ácido diluido son rápidos, mientras que los tratamientos
de vapor pueden tardar un día.
Después del pretratamiento, la suspensión sólida se expone a enzimas
celulósicas. Estas digieren los componentes celulósicos y hemicelulósicos de la
biomasa. El tipo del pretratamiento define la mezcla óptima de las enzimas a usar
y la composición de los productos de hidrólisis, los cuales se fermentan por
microorganismos productores de etanol, como levaduras genéticamente
modificadas; Zymomonas mobilis (Figura 2), Escherichia coli y Pichia stipitis.
Actualmente la hidrólisis y la fermentación de celulosa son un solo proceso,
llamado sacarificación-fermentación simultánea (SSF).
El fundamento de combinar sacarificación (romper carbohidratos complejos en
monosacáridos) y fermentación (la conversión del carbohidrato en CO2 y en
alcohol) era prevenir la cohibición de las enzimas hidrolíticas por los productos
agentes.
La fase SSF generalmente tarda entre 3 y 6 días, porque la hidrólisis retrasa el
proceso. El producto final de la SSF es un chorro de etanol bastante diluido (4-
4.5%) del que se separa el etanol a través de destilación. El pretratamiento y la
hidrólisis de biomasa son áreas que necesitan un desarrollo drástico. A pesar de la
considerable reducción en los gastos de las enzimas, la extracción de azúcar de la
biomasa sigue siendo un paso lento y costoso, tal vez es lo más crítico en el
43
BIOETANOL
proceso entero. Con investigación intensiva se ha reducido el coste de etanol
producido a 5.3 céntimos por litro, pero necesitará más reducción, porque hoy por
hoy ya se produce etanol del tallo de maíz por 1 céntimo.
En la desarrollada ingeniería de microorganismos para la producción de
biocombustibles, se debería realizar búsquedas combinatorias para genes
prometedores y otros experimentos de laboratorio por medios sintéticos. En
cuanto a los genes o las células fenotipos, los resultados obtenidos a través del
medio más conveniente (por ejemplo extracto de levadura) normalmente no se
adaptan tan bien a las condiciones industriales como los medios sintéticos.
Los métodos hidrolíticos no-enzimáticos y fisicoquímicos (tales como los
pretratamientos a alta temperatura y la hidrólisis de ácido caliente) son mucho
más rápidos que los procesos enzimáticos. Probablemente este problema se
pueda solucionar con nuevos diseños de biorreactores, operando con un óptimo
tiempo de contacto y así minimizando el índice de las reacciones que degradan el
azúcar sin perjudicar la hidrólisis de la biomasa.
La presencia de lignina (que se acumula eficazmente en la fracción de sólidos
mientras que los carbohidratos se hidrolizan) puede impedir mecánicamente el
proceso de la hidrólisis con operaciones de filtración y de reciclaje y dificultar los
esfuerzos para optimizar la realización del proceso. Métodos avanzados del
manejo de material y nuevos
aparatos de filtración desarrollados especialmente por la peculiaridad de la
consistencia de la lignina, o el orden inverso (donde el retiro de la lignina precede
la hidrólisis) son algunas posibilidades que pueden aprovechar la rapidez de la
hidrólisis fisicoquímica mientras minimiza las reacciones secundarias adversas.
Por último, el uso de nuevos tipos de solventes tales como los derivados de
líquidos iónicos, ofrecen alternativas.
La competitividad en costes de un proceso como el expuesto en la figura 1
depende del título del producto, del rendimiento y de la productividad. El título del
producto final es un factor importante en la reducción de costes, no sólo porque
afecta los gastos posteriores de la purificación sino porque define el tamaño de la
planta procesadora. El título bajo del producto lo causan varios factores,
incluyendo la cantidad total de los sólidos sustratos de la fermentación, la
44
BIOETANOL
presencia de compuestos inhibidores como los subproductos de la hidrólisis de
biomasa (fenólicos, aromáticos, derivados de furano y furfurano) y desde luego la
toxicidad del producto final en sí.
Si podemos aumentar la cantidad de sólidos cargados en la unidad SSF, entonces
podríamos ser capaces de aumentar considerablemente la concentración final de
etanol. Eso significa que la ingeniería de bacterias etanol-tolerantes, que pueden
soportar el ambiente adverso en el que el proceso se ejecuta, sea de extrema
importancia. No se ha hecho mucho progreso en este campo, tal vez por la idea
preconcebida de que un fenotipo complejo como la tolerancia al etanol debería
ser modulado por un solo gen o como máximo un puñado de genes. Hay cada vez
más pruebas de que los genes no individuales pueden proveer tolerancia contra el
etanol y otros componentes tóxicos, a los microbios. Al contrario, la tolerancia es
una característica multigenética que debe de ser examinada con métodos
completamente diferentes, como por ejemplo el proceso gTME (global
Transcription Machinery Engineering). Este método y sus futuras ampliaciones
deberían identificar sistemáticamente los factores mutantes de trascripción, los
cuáles pueden aumentar la tolerancia de las bacterias industriales contra el
producto final de combustible y contra otros componentes tóxicos relevantes.
Debido a que los gastos de combustible derivado de biomasa dependen mucho
del rendimiento de la conversión de azúcares en producto final, se ha prestado
mucha atención a la modificación de bacterias que sirven para extraer el azúcar
de la hidrólisis de la biomasa, especialmente los azúcares pentanos que son
productos de la hidrólisis hemicelulósica.
Para la productividad del proceso, el coste capital es un factor principal. Para el
etanol celulósico el coste capital esta estimado en 1 dólar por litro,
aproximadamente, contribuyendo 20-25 % para los gastos de fabricación de
etanol. Pero éstos son gastos preliminares, se necesita más análisis y experiencia.
El coste capital tiene que reducirse a la mitad para poder conseguir un proceso
económico (entre otros la reducción de gastos de las materias primas y las
enzimas celulósicas), con énfasis en la hidrólisis de la biomasa. Después de eso
hay que desarrollar la productividad volumétrica de la fermentación (actualmente
se produce 1,5-2,0 gramos de etanol/hora/fermentación). El etanol no es el único
45
BIOETANOL
u óptimo combustible producido a partir de biomasa celulósica. Actualmente el
butanol recibe atención por sus posibles características superiores con respecto a
la corrosividad, volatilidad, densidad energética y la facilidad de separación.
Aparte del butanol, otros alcoholes, alcanos y varios tipos de aceites son posibles
biocombustibles derivados bioquímicamente. Todavía no está claro cual será el
biocombustible ideal y la respuesta a esta pregunta depende mucho de factores
adicionales; como el tipo de biomasa disponible, condiciones climáticas, etc. ...Sin
embargo, es importante desarrollar tecnologías para la separación y síntesis de
estos combustibles alternativos, porque todavía no está claro qué requisito
adicional de estas tecnologías va a resultar en el diseño de un proceso robusto y
rentable.
Valorando el potencial del actual “B2B” y también sus tecnologías proyectadas
para desarrollarlo, es importante tener en cuenta que el estado actual ha sido
logrado con mínima inversión directa en la investigación sobre biocombustibles.
Fuente: Challenges in Engineering Microbes for Biofuel Production (Gregory
Stephanopoulos)
http://www.sciencemag.org/
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October, 2007, 11:45
EL CONSUMO DE MAIZ CRECE RAPIDAMENTE.
¿Habrá suficiente maíz para satisfacer la demanda de la industria de bioetanol y
alimento? Según el estudio de Herat Policy Institute (EPI) las plantas de etanol
podrán consumir la mitad de la cosecha de maíz del próximo año en los Estados
Unidos. Docenas de nuevas plantas de etanol se están construyendo en los
Estados Unidos, es como la “Fiebre de Oro”, motivado por la administración de
Presidente Bush para poner freno a la dependencia del petróleo. El estudio dice
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BIOETANOL
que el Departamento de Agricultura y la Asociación de Combustibles Renovables
(RFA), el mayor grupo de presión de la industria de etanol, anunciaron con un
25% menos plantas operativas en el futuro cercano de las que realmente se
pondrán en marcha. Según el Earth Policy Institute hay 79 plantas en
construcción, eso significa doblar la capacidad productiva de etanol; 41.8 billones
de litros en 2008. El mes pasado el RFA dijo que había 62 plantas. Este número
inferior ha causado problemas, por ejemplo así estimaron mucho menos cultivos
necesarios para la producción de etanol y embrollaron el debate sobre las
prioridades de destinar el maíz para alimentos y combustibles. – dijo Lester R.
Brown, presidente de EPI.Bob Dineeen, el presidente de la Asociación de
Combustibles Renovables dice que no era su intención restar importancia a
propósito sobre el número de las plantas. “No estamos tirando la piedra y
escondiendo la mano!
Estamos intentando mantenernos a paso de una dinámica y emergente industria
según nuestras habilidades”. – dijo Dineen. RFA también restó importancia de los
asuntos en el debate sobre el combustible contra alimento, diciendo que habrá
maíz más que suficiente para los dos empleos. “Podemos conseguir eso sin
impactos dañinos en los precios para los consumidores” – añadió. La Asociación
Nacional de Cultivadores de Maíz emitió un comunicado en que dice que todas las
demandas - alimento, pienso, combustibles, exportación – han sido satisfechas y
que en 2006 los cultivadores han logrado la tercera cosecha más grande de todos
los tiempos. El mes pasado el precio “spot” del maíz se disparó batiendo record,
hasta $4. Los granjeros esperan poder cultivar 34 millones de hectáreas más este
año, eso significa un aumento de 8% en comparación de 2006. Desde 1985 esta
será la cosecha más grande del país. El etanol ha aumentado los ingresos de los
granjeros y ha impulsado el desarrollo de la economía rural. Pero la dependencia
del maíz para producir etanol ha llamado la atención de unos economistas del
país que dudan si el empuje hacía el combustible basada en maíz no hará subir
los precios de ganado y los precios de venta al público de carne, productos de
corral y lácteos. Lester R. Brown es uno de estos economistas que creen que la
industria de etanol crece demasiado rápido.
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BIOETANOL
“Necesitamos un descanso, para tomar un respiro y decidir cuanto maíz podemos
usar sin hacer subir los precios del alimento” – dijo. Como muchos economistas, el
también opina que hay que cambiar al etanol que se produce de residuos y
cultivos energéticos, que no son comestibles. Sin embargo, por ahora, en la
espera de gran rentabilidad construyen muchas plantas de etanol producido a
partir de maíz. A parte de las 116 plantas operativas y las 79 bajo construcción,
hay como mínimo 200 más en planificación. De todas formas, el ritmo de la
construcción debería ir más despacio. Keith Collins, el economista principal del
Departamento de Agricultura no quiso comentar lo que sucedió. Una razón por el
pronóstico del departamento de solo 60 millones de toneladas de maíz es que lo
estimaron en febrero, antes de que el interés de los inversores aumento en las
plantas de etanol, debido a los precios elevados del petróleo. El departamento va
a publicar su nuevo pronóstico en el mes que viene. Algunas ciudades exigen
análisis medioambiental sobre los impactos que tienen estas plantas en el
suministro de agua y calidad de agua subterránea.
Katalin KeriFuente: New York Times
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October, 2007, 11:46
LEVADURAS MODIFICADAS PARA UNA PRODUCCION MÁS EFICIENTE.
Científicos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) han obtenido una
levadura genéticamente modificada, que puede mejorar la producción de
bioetanol. Hay impedimentos significativos en la fabricación de etanol; el etanol
es tóxico para la levadura misma, así impide la fermentación. Modificando el
genoma de levadura, los investigadores han obtenido un nuevo tipo de levadura
que puede soportar mayor concentración de etanol y glucosa, mientras produce
etanol más rápidamente. La clave de la estrategia del MIT es manipular los genes
codificando las proteínas responsables de la regularización de la trascripción de
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BIOETANOL
genes y, no obstante, controlando el repertorio de los genes actuados en las
células. Una importante novedad de esa modificación es que las alteraciones
genéticas se han realizado en genes reguladores de la trascripción de otros
genes, en lugar de en cada uno de los genes individuales responsables de la
expresión fenotípica, algo que sería muy complejo en procesos influenciados por
un número elevado de genes, como en este caso. La manera tradicional de
modificar los rasgos de los genes es manipular la expresión fenotípica. En este
caso MIT ha actuado sobre dos factores de trascripción. Uno de ellos conocido
como TATA-binding protein, alterado convenientemente causa la sobreexpresión
de al menos una docena de genes relacionados con la tolerancia al etanol. Esta
tolerancia hace que se produzca un 50% más de alcohol en 21 horas de
fermentación. Eso puede tener un gran impacto en la producción de bioetanol
industrial, porque en este proceso la levadura tiene un papel muy importante. Por
ejemplo, en la fermentación del almidón las levaduras producen alcohol. O la
levadura fermenta la glucosa en etanol y en dióxido carbono. La investigación ha
sido financiada por la Alianza de DuPont-MIT, Alianza de Singapore-MIT,
Departamento de Energía de EE.UU. y el Instituto Nacional de Salud.
COMENTARIOS: TATA-binding protein = proteína TBP; proteína ligante,
fundamental para que se pueda expresar cualquier gen.
(http://web.mit.edu/newsoffice/2006/biofuels.html)
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13. BIBLIOGRAFIA.
www.aries.com.es
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www.biocarburantesmagazine.com/bioetanol.html
www.madrimasd.org
Informe de vigilancia tecnológica: biocarburantes líquidos: Biodiesel y Bioetanol
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