vÍctor campo fernÁndez rincÓn - javeriana
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CONTRIBUCION, DESDE LA PERSPECTIVA DE LA TERMODINÁMICA
AMBIENTAL, A LA DISCUSIÓN SOBRE RENOVABILIDAD DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES EN LAS REACCIONES DE BALANCE DE GENERACIÓN
Y ABSORCIÓN DE DIOXIDO DE CARBONO, EN LOS PROCESOS DE
FOTOSÍNTESIS Y COMBUSTIÓN.
VÍCTOR CAMPO FERNÁNDEZ RINCÓN
FACULTAD DE ESTUDIOS AMBIENTALES Y RURALES
MAESTRÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL
CARTAGENA, OCTUBRE DE 2013
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CONTRIBUCION, DESDE LA PERSPECTIVA DE LA TERMODINÁMICA
AMBIENTAL, A LA DISCUSIÓN SOBRE RENOVABILIDAD DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES EN LAS REACCIONES DE BALANCE DE GENERACIÓN
Y ABSORCIÓN DE DIOXIDO DE CARBONO, EN LOS PROCESOS DE
FOTOSÍNTESIS Y COMBUSTIÓN.
VÍCTOR CAMPO FERNÁNDEZ RINCÓN
Jorge Augusto Montoya Arango PhD.
Director
Trabajo de grado presentado para optar el título de Magíster en Gestión Ambiental
FACULTAD DE ESTUDIOS AMBIENTALES Y RURALES
MAESTRÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL
CARTAGENA, OCTUBRE DE 2013
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RESUMEN
La idea de tener procesos productivos con balance de carbono cero es un deseo y una
necesidad actual debido a la acumulación creciente de dióxido de carbono en la atmosfera.
La producción y uso de los biocombustibles es un ejemplo que se ha venido promoviendo
con la idea de carbono cero y por lo tanto como un proceso que favorece al bienestar
humano, porque reduce la generación de CO2. Sin embargo, se requiere de la confluencia
de varias situaciones simultáneamente:
Baja Contaminación. Que la producción agrícola de insumos sea hecha de manera que
no deteriore el suelo y no produzca contaminantes.
Balance de Energía. Que el proceso consuma menos energía que la generada,
Balance de Masa. Que la cantidad de CO2 absorbida por la naturaleza sea igual a la
cantidad generada por la producción y el uso de los biocombustibles.
Cinética Química o Velocidad de Reacción. Que la velocidad de absorción del CO2,
sea igual a la velocidad de generación.
Mediante análisis estequiométricos, balances de materiales y análisis de eficiencia y
utilizando la información pública disponible sobre producción y consumo mundial, este
proyecto intenta determinar, si el uso intensivo de los biocombustibles es capaz de alterar el
balance de carbono de la tierra, o sea la relación de CO2 absorbido por fotosíntesis y las
emisiones de oxidación (combustión).
El uso de biocombustibles para la generación de energía trae consigo el riesgo de la
destrucción masiva de la cobertura vegetal de la tierra, debido a que los vegetales utilizados
en la fermentación “se queman” a velocidad mayor de la que la naturaleza es capaz de
reabsorberlos a través de la fotosíntesis. Debido a la creciente demanda generada por el
continuo uso del automóvil, cada año se queman más de 100 Millones de toneladas de
vegetales para la generación de etanol y aceites usados como biodiesel. Estas 100 Millones
de toneladas de carbono orgánico se transforman en carbono inorgánico, siendo una de las
formas, como la tierra se convierte en desierto. La única forma de devolver ese carbono a la
tierra es a través de la fotosíntesis, sin embargo, dada la velocidad como se destruye la capa
vegetal, se infiere, que a la misma velocidad se elimina la fotosintésis. Si la reacción de
oxidación de los biocombustibles supera en velocidad a la síntesis de la fotosíntesis, se
quema biomasa que se transforma en CO2 lo cual agrava el problema del efecto
invernadero. Una evidencia visible es la reducción de la cobertura vegetal, que tiene un
efecto “doble” sobre el problema: Primero, la biomasa se convierte en generadora de CO2 y
segundo, su reducción disminuye la fotosíntesis total de la tierra.
Palabras claves: Fotosíntesis, Balance de carbono, biocombustible, Oxidación, gases
invernadero, cobertura vegetal, cinética química, velocidad de reacción.
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ABSTRACT
The zero carbon balance production processes is a desire reinforced today due to increased
accumulation of carbon dioxide in the atmosphere. The production and use of biofuels is an
example of zero carbon cycle and therefore as a process that even "helps" to human welfare
by reducing CO2 generation. However, it requires the confluence of several scenarios
simultaneously:
Low Contamination. The agricultural production raw materials must be made in a
way to avoid damage to the ground, contamination.
Energy Balance. Energy consumption during the production steps is lower than net
generation energy.
Mass Balance. The amount of CO2 absorbed by nature trough photosynthesis is
equal to the amount generated by the use of biofuels.
Chemical Kinetics or Reaction Rate. The CO2 absorption speed is equal to the
speed of generation.
Using stoichiometric evaluation, materials balances and efficiency analysis and using
public available information on global production, this project attempts to determine if the
intensive use of biofuels can alter the carbon balance of the earth, or the relationship
between the absorption of CO2 emissions and photosynthetic oxidation (combustion).
The use of biofuels for power generation brings with it the risk of massive destruction of
the vegetation of the earth, because the plants used in the fermentation "burns" faster than
nature is able to reabsorb through photosynthesis. Due to the increasing demand generated
by the continued use of the car, every year more than 100 million tons of vegetables are
"burned" for the generation of ethanol and oils as biodiesel. These 100 million tons of
organic carbon (Plant) are transformed into inorganic carbon which is a way how land
becomes desert.
The only way to return the carbon to the soil in plant form is through photosynthesis;
however, given the speed as is destroying topsoil, we conclude that at the same speed you
are reducing the photosynthetic capability of earth.
If biofuels oxidation reaction speed exceeds photosynthesis velocity, we will be burning
biomass and turning it into CO2 which will exacerbate the greenhouse gases problem and
their impact on climate change. Visible evidence is the reduction of the vegetation, which
has a "double" participation on the problem: First, biomass is converted itself to CO2
generator and second, biomass reduction means less photosynthesis.
Keywords: Photosynthesis, carbon balance, biofuel, Oxidation, greenhouse gases,
vegetation cover, Chemical Kinetics, Reaction Rate.
5
Tabla de Contenido
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 10
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................. 13
2. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 25
3. HIPÓTESIS................................................................................................................................ 28
4. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 28
4.1 GENERAL ............................................................................................................................... 28
4.2 ESPECÍFICOS ......................................................................................................................... 28
5. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS .................................................................................. 29
5.1 CAUSAS DEL INCREMENTO DEL CO2 ATMOSFÉRICO .......................................... 29
5.2 ANTECEDENTES GENERALES COMBUSTIBLES-BIOCOMBUSTIBLES. ............. 29
5.3 SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL DE LOS BIOCOMBUSTIBLES ..................... 32
6. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 33
6.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN............................................................................................ 33
6.2 PROCEDIMIENTOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS .......................................... 33
6.2.1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS CON BASE EN DATOS DE
PRODUCCIÓN Y CONSUMO. .............................................................................................. 33
6.2.2 ANÁLISIS DE LA LEGISLACIÓN COLOMBIANA SOBRE USO DE
BIOCOMBUSTIBLES. ............................................................................................................. 34
6.2.3 REVISIÓN DOCUMENTAL DE PERSPECTIVAS SOBRE EL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES. ............................................................................................................. 35
6.2.4 BREVE HISTORIA DE LOS BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA. ............ 36
7. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 37
7.1 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................................. 37
7.2 FOTOSÍNTESIS .................................................................................................................. 38
6
7.3 BALANCE DE CARBONO Y CICLO DEL CARBONO .......................................... 39
7.4 BIOCOMBUSTIBLE .......................................................................................................... 41
7.5 OXIDACIÓN ....................................................................................................................... 43
7.6 GASES INVERNADERO ................................................................................................. 45
7.6.1 FASES DEL “DESCUBRIMIENTO” DEL EFECTO INVERNADERO
(KOLBERT 2006) ...................................................................................................................... 45
7.7 COBERTURA VEGETAL ................................................................................................ 46
7.7.1 EL VALOR DE LA COBERTURA VEGETAL ....................................................... 46
7.8 GESTIÓN AMBIENTAL Y SU RELACIÓN CON EL MANEJO DE
BIOCOMBUSTIBLES .............................................................................................................. 48
7.8.1 CONTEXTO GLOBAL .................................................................................................. 48
7.8.2 CONTEXTO NACIONAL (PROCAÑA, 2013) ........................................................ 49
7.8.2.1 Breve Historia de los Biocombustibles en Colombia ......................................... 49
7.9 USO DE BIOCOMBUSTIBLES Y RECONCEPTUALIZACIÓN DE LA
RENOVABILIDAD ................................................................................................................... 50
7.9.1 REACCIÓN DE BALANCE DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LA
PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES ......................................................................... 51
7.10 AFECTACIONES EN LA FOTOSÍNTESIS POR EL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES .............................................................................................................. 51
7.11 EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO QUÍMICO APLICADO AL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES .............................................................................................................. 54
7.11.1 EQUILIBRIO ................................................................................................................. 54
7.11.2 VELOCIDAD DE REACCION .................................................................................. 54
7.12 RECORRIDO HISTÓRICO DE LAS CONSECUENCIAS AMBIENTALES
DEL DIOXIDO DE CARBONO EN EL EFECTO INVERNADERO (Kolbert, 2006)
....................................................................................................................................................... 55
7.13 RIESGOS DE LA REDUCCIÓN DE LA COBERTURA VEGETAL POR USO
DE LOS BIOCOMBUSTIBLES ............................................................................................. 59
7
8. CÁLCULOS Y RE SULTADOS ............................................................................................... 60
8.1 EVALUACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA FOTOSÍNTESIS ............................ 60
8.2 EVALUACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA OXIDACIÓN ................................ 61
8.3 CÁLCULOS PARA COMPARAR FOTOSÍNTESIS Y OXID ACIÓN .................... 61
9. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................................ 67
10. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 72
11. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 75
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. .................................................................................... 78
8
Indice de Figuras.
Figura 1: Análisis gráfico de la conversión de cobertura en biocombustible y
finalmente en dióxido de carbono.
Figura 2: Los biocombustibles actuando como “motor” de la eliminación de la
cobertura.
Figura 3: Diagrama Fotosíntesis-Oxidación elaborado con software Stella®.
Figura 4: Diagrama Lodka-Volterra para el sistema O2-CO2 en la fotosíntesis y la
oxidación.
Figura 5: Mapas del proceso Fotosíntesis-Oxidación usando software Stella®.
Figura 6: Los tres elementos del análisis
Figura 7: El equilibrio que idealmente se debería mantener
Figura 8: Modelo del cómo ocurre el desequilibrio
Figura 9: Ciclo del carbono (modelo software Stella®)
Figura 10: Ciclo del carbono
Figura 11: Ruta fermentativa Etanol-Butanol-Acetona
Figura 12: La curva de Keeling
Figura 13: Comparación de los consumos de combustible y el promedio general
Figura 14: Alteración del equilibrio debido a la “velocidad de consumo” del bioetanol
respecto de la “velocidad de fotosíntesis”
Figura 15: Alteración del equilibrio debido a la “velocidad de consumo del bioetanol”
respecto de la “velocidad de fotosíntesis” cuando se usa solo el 10% de
bioetanol (90:10)
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Anexos
Anexo 1: Tabla de conversiones energéticas
Anexo 2: Vehicles in the world
Anexo 3 Poder calorífico de diferentes combustibles
Anexo 4: Composición del aire
Anexo 5: Principales actividades aportantes de gases de invernadero en Colombia.
Anexo 6: Consumo de combustible de los principales automóviles usados en
Colombia.
Anexo7: Plantas productoras de etanol en Colombia.
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INTRODUCCIÓN
Hace muchos años fui invitado a hacer parte de un proyecto de producción, que permitiría a
una empresa “saldar su deuda con el medio ambiente” a través de la introducción de
materias primas de origen vegetal, porque según me decían el CO2 que se produce luego se
“absorbe” por las mismas plantas y da lugar a un balance de carbono cero.
Dicho en formulas químicas, el CO2 producido de esta manera:
Cn (H2O)n + O2 ========== CO2 + H2O + Energía
Después es totalmente revertido en:
CO2 + H2O + Sol ========= Cn (H2O)n + O2
La idea me pareció genial, es la base de la producción limpia y el principio del desarrollo
sostenible, sin embargo, me pregunte por las condiciones que se requerían para que esta
maravilla fuera cierta. Como docente de Termodinámica Química me di cuenta que esta
propuesta era cierta solamente si las dos reacciones cumplen las condiciones de un
equilibrio químico y la base del equilibrio químico está en la velocidad de las dos
reacciones, es decir, que la velocidad de las dos reacciones tiene que ser igual.
En el caso de que la velocidad de las reacciones, se presentan varias situaciones:
1. Si la reacción Cn (H2O)n + O2 ===== CO2 + H2O + Energía, (oxidación) es
más rápida, estaremos quemando biomasa y transformándola en CO2 lo cual agrava
el problema del efecto invernadero y sus consecuencias en el cambio climático. Una
evidencia visible es la reducción de la cobertura vegetal.
2. Si la reacción CO2 + H2O + Sol==== Cn (H2O)n + O2, (fotosíntesis), es más
rápida, estaremos frente a una situación favorable y estaremos reduciendo el CO2
atmosférico.
3. Si las dos reacciones deben tener el mismo porcentaje de eficiencia (yield), también
tendremos un balance.
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4. Si las dos reacciones (oxidación y fotosíntesis) tienen la misma velocidad se estará
eliminando el problema de contaminación atmosférica con CO2 y se lograra el
balance de carbono cero.
A partir del incremento del uso de biocombustibles volví a escuchar el planteamiento del
“balance de carbono cero” y decidí emprender esta investigación para saber si los
biocombustibles reducen la generación de CO2 atmosférico, lo aumentan o lo dejan igual.
El desafío metodológico consiste en saber cómo medir las velocidades le los procesos de
fotosíntesis y oxidación, por lo cual la base teórica de esta investigación está en la
termodinámica química y más específicamente en los conceptos de cinética química,
equilibrio químico y velocidad de reacción.
El aporte principal de este proyecto consiste en dar una visión novedosa, desde el punto de
vista termodinámico, sobre la participación de los biocombustibles en la generación de
CO2 y el calentamiento global.
Estudios posteriores podrían refinar los procedimientos de medición de las velocidades de
combustión y de fotosíntesis y llegar a valores numéricos más exactos, a través de uso de
tecnologías avanzadas, que confirmen los resultados de la presente investigación.
Por otra parte, otros estudios pueden hacer uso de modelos de Dinámica de sistemas, por
ejemplo, para dar lugar a predicciones que permitan establecer los límites seguros del uso
de los biocombustibles o de sus mezclas.
Si el uso de los biocombustibles no reduce el CO2 o resultan no amigables al medio
ambiente, es peligroso promover en la sociedad la idea de inocuidad de los
biocombustibles, los cuales están generando negocios multimillonarios, a expensas del
futuro de la humanidad. Debemos conocer los límites y las restricciones de su uso. Las
áreas de producción máxima deben ser definidas a través de políticas y leyes, los elementos
base de los Sistemas de Gestión Ambiental para la producción de los insumos agrícolas, los
principios de producción limpia, los elementos de desarrollo sostenible deben ser
identificados y promovidos a través de estándares, convenios, normas, leyes y tratados
locales e internacionales, para regular un mercado creciente y mantenerlo dentro de límites
definidos por la propia naturaleza.
Aún existen muchas preguntas que giran en torno al cambio del ciclo del carbono, pues la
atmósfera cada vez contiene más carbono inorgánico (CO2).
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El carbono es el elemento fundamental en los compuestos orgánicos, junto con otros
elementos conforman el cuerpo de un ser vivo y circula entre la materia orgánica y el medio
físico – químico de manera constante.
La unión molecular del carbono con el oxígeno, constituye el dióxido de carbono (CO2), y
su presencia en la atmósfera es fundamental en la regulación de la temperatura del planeta
debido a sus propiedades como gas de invernadero.
El dióxido de carbono es un componente importante de nuestra atmósfera y la cantidad de
este componente en ella debe ser controlada por el ciclo del carbono.
Actualmente se tiene evidencia de la acumulación progresiva del CO2 (curva de Keeling)
como demostración de que el “ciclo” no está funcionando correctamente, por esta razón, es
necesario conocer el ciclo global del carbono y la modificación que tiene, debido a las
actividades antrópicas. Además, necesitamos conocer mejor su componente principal: la
fotosíntesis y la respiración de las plantas, la cual a través de la reacción: CO2 + H2O +
energía (sol) + O2. Libera oxigeno y produce los alimentos (carbohidratos).
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Si la reacción de oxidación de los biocombustibles supera en velocidad a la reacción de
fotosíntesis, estaremos quemando biomasa y transformándola en CO2 lo cual agrava el
problema del efecto invernadero y sus consecuencias en el cambio climático. Una evidencia
visible es la reducción de la cobertura vegetal, que tiene un efecto “doble” sobre el
problema: Por un lado, la biomasa se convierte en generadora de CO2 y por otro lado, su
reducción disminuye la fotosíntesis total de la tierra.
La aceleración en la reducción de la cobertura vegetal y la consecuente pérdida de la
capacidad fotosintética de la tierra, pueden ser impulsadas por el uso intensivo de los
biocombustibles. Esto crea un “Balance negativo de Carbono” en la tierra debido a que la
absorción fotosintética de CO2 se hace a menor velocidad que la de generación de CO2 en
los procesos de combustión (oxidación).
El uso de biocombustibles para la generación de energía, trae consigo la destrucción masiva
de cobertura vegetal de la tierra, debido a que los vegetales utilizados en la fermentación
“se queman” convirtiéndose en dióxido de carbono, agua y energía.
A continuación se muestra un análisis gráfico teórico del como la biomasa se convierte en
generadora de CO2 y como su reducción disminuye la fotosíntesis total:
OxigenoDióxido
de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
Biocombustibles
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Oxigeno
Dióxido de
Carbono
Fotosíntesis
OxidaciónCobertura Vegetal
Biocombustibles
Oxigeno
Dióxido de
Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
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OxigenoDióxido de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
OxigenoDióxido de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
Efecto Invernadero
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OxigenoDióxido de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
Figura 1. Análisis gráfico teórico del como la biomasa se convierte, ella misma, en generadora de
CO2 y como su reducción disminuye la fotosíntesis total.
El actual debate sobre la sostenibilidad de los biocombustibles, está centrado en las
preocupaciones sobre los agro-combustibles y existe evidencia bibliográfica de los
impactos negativos, en tres áreas principales:
Clima: acelera el cambio climático global. (Holzman, 2008).
Ecosistemas: Crea deforestación, perdida de hábitats/ biodiversidad, disminución
de disponibilidad del agua, erosión del suelo, gran uso de químicos. (Cao 1998)
Social y humano: genera pobreza, acaparamiento y conflictos de tierra, abusos en
derechos humanos, abusos laborales, hambre y afecta la seguridad alimentaria.
(Boswell, 2007).
Este estudio introduce una variable adicional y diferente: El desequilibrio cinético
(termodinámico) de la relación oxidación-fotosíntesis, debida al uso intensivo de
biocombustibles en los automóviles, causa una disminución de la capa vegetal de la tierra
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(disminución de la fotosíntesis) y el aumento de la velocidad de producción de carbono
inorgánico (CO2) por la combustión.
Figura 2. Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de
cobertura.
Cobertura
Biocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Cobertura
Dióxido de carbono
Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
Cobertura
Biocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Cobertura
Dióxido de carbono
Cobertura
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Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
Cobertura
Biocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Cobertura
Dióxido de carbono
Cobertura
Cobertura
Biocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Cobertura
Dióxido de carbono
Cobertura
Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
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CoberturaBiocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Dióxido de carbono
Cobertura
Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
CoberturaBiocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Dióxido de carbono
Cobertura
Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
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Cobertura Biocombustible
Fotosíntesis
CombustiónFermentación
Dióxido de carbono
Cobertura
Los biocombustibles actuando como “Motor” de la eliminación de cobertura.
CoberturaBiocombustible
Fotosíntesis= 0
CombustiónFermentación
Dióxido de carbono
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Aplicación de las Ecuaciones Lodka-Volterra (Stewart, 1998) al Sistema Fotosíntesis-
Oxidación
Existe un modelo matemático que puede ser usado para explicar las consecuencias que
tiene para la tierra el aumento del desbalance fotosíntesis oxidación. Si consideramos que
tanto el oxigeno (O2) como el dióxido de carbono (CO2), se comportan como un sistema
depredador-presa, pues están tan vinculados de manera que el cambio en la concentración
de uno afecta inversamente al otro.
Supongamos que O2 (t) representa la cantidad de oxigeno y CO2 (t) representa la cantidad
de Dióxido de carbono en el tiempo.
Sin la formación de CO2. La fotosíntesis y con gran cobertura vegetal apoyarían el
crecimiento exponencial del Oxigeno; es decir:
dO2
------ = k (O2) Donde k es una constante positiva
dt
Sin combustibles, biocombustibles y oxidación en general, la concentración de CO2
declinaría con una rapidez, expresada por
dCO2
------ = - r (CO2) Donde r es una constante positiva
dt
Cuando las dos moléculas O2 y CO2 y los procesos de fotosíntesis y oxidación,
respectivamente, están presentes, la causa principal de la disminución de O2 se debe a que
se ha transformado en CO2 (Disminución de la fotosíntesis) y el aumento del CO2 se debe
principalmente al aumento de la oxidación.
Los dos procesos Fotosíntesis y oxidación se encuentran en razón proporcional, y por lo
tanto, es proporcional al producto O2*CO2 (Fotosíntesis*Oxidación). Un proceso afecta al
otro.
Un sistema de dos ecuaciones que involucra esta hipótesis es:
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dO2
------ = k (O2) - a *[O2]*[CO2]
dt
dCO2
------ = - r (CO2) + b*[O2]*[CO2]
dt
Donde k, r, a y b son constantes positivas.
El término - a *O2*CO2, reduce la tasa natural de generación de oxigeno y el termino + b*
O2*CO2, aumenta la tasa de generación de Dióxido de carbono.
El Modelo matemático Lodca Volterra es el punto de partida para iniciar la modelación
usando aplicaciones de Dinámica de Sistemas para predecir comportamiento futuros del
sistema Fotosíntesis-oxidación, teniendo en cuenta que el incremento de CO2 se involucra
una disminución del O2, a su vez la disminución del CO2 atmosférico por fotosíntesis
genera O2.
Modelo Stella para aplicación de las Ecuaciones Lodka-Volterra (Stewart, 1998) al Sistema
Fotosíntesis-Oxidación.
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Figura 3. Diagrama Fotosíntesis-oxidación elaborado con Stella ® software.
Lodka-VolterraOxidacion-Fotosintesis
Foto
sinte
sis
Oxi
dacio
n
Oxidacion
Fotosintesis
Figura 4. Diagrama Lodka-Volterra para el sistema O2-CO2 en la fotosíntesis y la oxidación
Figura 5. Mapas del Proceso Fotosíntesis–Oxidación usando software Stella®
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Figura 5. Mapas del Proceso Fotosíntesis–Oxidación usando software Stella®
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2. JUSTIFICACIÓN
Es necesario saber si el uso intensivo de los biocombustibles es capaz de acelerar el
desequilibrio de carbono de la tierra, o sea la relación de Carbono orgánico y el inorgánico,
afectado por la absorción fotosintética y las emisiones de respiración y oxidación.
La fotosíntesis es el proceso que mantiene la vida en nuestro planeta. Las plantas y las algas
realizan este proceso de transformación de la materia inorgánica en materia orgánica y al
mismo tiempo convierten la energía solar en energía química.
Los organismos heterótrofos dependen de estas conversiones energéticas y de materia para
su subsistencia. Además, los organismos fotosintéticos proveen oxígeno al ambiente, del
cual también depende, la mayoría de los seres vivos de este planeta.
Este proyecto se hace para analizar, utilizando información disponible sobre producción y
consumo de biocombustibles, mediante análisis estequiométricos, el cómo es afectado el
ciclo del carbono por el uso de los biocombustibles.
Necesitamos un modelo y/o mecanismo para calcular la pérdida de la capacidad de
fotosíntesis de la tierra (debida a la reducción de la cobertura vegetal) causada por los
biocombustibles.
La ecuación química que describe el proceso de los biocombustibles:
Cn (H2O)n CH2-CH2-OH + O2 CO2 + H2O + Energía
Carbohidratos Etanol Gases invernadero
Muestra claramente que la fermentación, a través de la cual se produce el etanol, es
solamente un puente para convertir la biosfera (representada por cualquier carbohidrato
fermentable) en CO2 + H2O + Energía que son los mismos productos de combustión del
petróleo y sus derivados.
Se está promoviendo en la sociedad, la idea de la existencia de un “combustible
alternativo” capaz producir la energía requerida por el hombre y de sustituir al petróleo, sin
las nocivas consecuencias de contaminación, y sin contribución al calentamiento global.
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Para implementar la “agricultura intensiva” requerida para la industria de los
biocombustibles que sustenta el crecimiento automotriz, se están desforestando grandes
extensiones de bosques y la materia orgánica (maíz, yuca, ñame, cereales, etc.) se están
convirtiendo de manera acelerada en gases de invernadero, todo a expensas de la
vegetación, la única capaz de reconvertir el dióxido de carbono generado en O2 y carbono
orgánico, a través de la fotosíntesis.
La utilización de los carbohidratos tiene dos problemas graves para la humanidad: El
primero, es que genera pobreza y hambruna, en el corto plazo y el segundo, es que será
responsable desertización de la tierra, en el largo plazo. El proceso se puede explicar de
manera más simplista, diciendo que el hombre ha inventado una forma de “quemar” la capa
vegetal que cubre la tierra, así:
Capa vegetal Biocombustible Gases de Invernadero y Energía
El “error fatal” lo constituye el hecho de que la capa vegetal es soportada por un ciclo
“frágilmente” balanceado por la relación oxidación/fotosíntesis, de manera que al quemar
intensivamente la cobertura vegetal, cada día en la tierra habrá menos fotosíntesis y más
oxidación, hasta que se rompa el ciclo del carbono.
Según cálculos estequiométricos preliminares, hechos por el investigador, 100 Millones de
Toneladas de Carbohidratos produjeron: 152,6 Millones de Toneladas de CO2. Y 100
Millones de toneladas de vegetales “desaparecieron” de la faz de la tierra, en un año.
La desertización que provocan los biocombustibles se debe a la pérdida de la
sustentabilidad del ciclo de carbono, porque la combustión está incorporando más
rápidamente las plantas (Caña de azúcar, Maíz, yuca, etc.) productoras de azúcares y
carbohidratos a la ecuación:
Cn (H2O)n CH2-CH2-OH + O2 CO2 + H2O + Energía
Carbohidratos Etanol + Oxigeno Gases invernadero
La desertización es controlada por la fotosíntesis, que es un proceso donde las plantas
absorben los gases atmosféricos (gases invernadero) como el dióxido de carbono,
combinándose con el agua y usando la energía del sol formando nuevamente los
carbohidratos (los alimentos) y liberando el oxígeno que respiramos:
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En la fotosíntesis:
CO2 + H2O + Sol Cn (H2O)n + O2
Gases invernadero Carbohidratos + oxigeno
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3. HIPÓTESIS
El concepto de renovabilidad que subyace en la producción y uso de los biocombustibles
está acelerando la generación y acumulación de CO2 a un ritmo mayor de lo esperado,
debido a la creencia de que el proceso cumple con el balance de carbono cero.
Planteamiento, pregunta:
¿Cuál es el efecto de la producción y uso de los biocombustibles en el balance del carbono
y la capacidad de fotosíntesis de la tierra y cuáles son los elementos de gestión ambiental
requeridos para reducir el impacto?
4. OBJETIVOS
4.1 GENERAL
Contribuir, desde la perspectiva de la termodinámica química ambiental, a la discusión
sobre renovabilidad y sostenibilidad de los biocombustibles con base en el análisis del
equilibrio de las reacciones de generación y absorción del dióxido de carbono en los
procesos de fotosíntesis y combustión.
4.2 ESPECÍFICOS
Realizar cálculos estequiométricos y de eficiencia, a partir de datos de producción y
consumo, entre las reacciones de formación y las reacciones de combustión con el
fin de observar las velocidades de reacción de la fotosíntesis y la oxidación.
Hacer una comparación de los resultados, sobre la base de la definición del
equilibrio químico, aplicado a las reacciones de formación y combustión del etanol,
con el fin de aportar al análisis de sostenibilidad y renovabilidad.
29
5. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
5.1 CAUSAS DEL INCREMENTO DEL CO2 ATMOSFÉRICO.
Las causas del incremento de la concentración de gases de carbono en la atmósfera
están bien identificadas. En el caso del CO2 son el uso industrial y doméstico de
combustibles que contienen carbono (petróleo, carbón, gas natural y leña), la
deforestación –que provoca la descomposición de la materia orgánica– y la quema de la
biomasa vegetal. En el caso del metano son la agricultura (cultivo de arroz), el uso de
gas natural, los rellenos sanitarios, el aumento del hato ganadero y la quema de la
biomasa vegetal. Sin embargo, es el uso indiscriminado e ineficiente de los
combustibles fósiles el principal generador de la tendencia actual. (Jaramillo, 2007).
Equilibrio de carbono es la diferencia entre la absorción de carbono por fotosíntesis
menos la pérdida de carbono por la respiración celular.
Balance de carbono es la relación de CO2 entre la absorción fotosintética de las
emisiones y las emisiones de respiración y oxidación.
Balance de Carbono Positivo - Cuando la cantidad de absorción fotosintética de CO2,
es mayor que la cantidad de CO2 liberado por la respiración celular.
Balance de Carbono Negativo - Cuando la cantidad de absorción fotosintética de CO2
es Menor que la cantidad de CO2 liberado por la respiración celular.
5.2 ANTECEDENTES GENERALES COMBUSTIBLES-BIOCOMBUSTIBLES.
Los hitos que condujeron al hombre a la situación actual de uso de combustibles fósiles y
de biocombustibles son los siguientes:
5.2.1 Rudolph Diesel (1900) Crea el Motor de ignición.
5.2.2 Otto y Vivacqua (1939-1945) Investigación sobre diesel de origen vegetal.
5.2.3 (1970) El biodiesel se desarrolló de forma significativa a raíz de la crisis
energética.
30
5.2.4 (1975) El gobierno brasileño inicio un programa a raíz de la crisis de
petróleo.
5.2.5 1982 Primeras pruebas técnicas con biodiesel.
5.2.6 (1985) Se construyó la primera planta piloto productora de RME. (Rapessed
Methyl Esther) Aceite de semilla de canola o Colza.
5.2.7 80‟s la producción de etanol decae por el diferencial elevado de precios.
5.2.8 90‟s se produjo la apertura del mercado de etanol.
5.2.9 2001. En Colombia se promulgo la ley 693 de 2001, la cual establece que en
septiembre del año 2005, las ciudades con más de 500 mil habitantes, como
Bogotá, Cali, Medellín y Barranquilla, deberán Utilizar gasolina en una
mezcla 10% de Alcohol carburante. (Procaña, 2001).
FFA Chronology of Etanol Industry (FFA, 2009)
5.2.10 1826 Samuel Morey developed an engine that ran on ethanol and turpentine.
5.2.11 1860 German engine inventor Nicholas Otto used ethanol as the fuel in one
of his engines.
5.2.12 1862 The Union Congress put a $2 per gallon excise tax on ethanol to help
pay for the Civil War. Prior to the Civil War, ethanol was play ing a major
role in eliminating oil in the United States. After the tax was imposed, ethan
5.2.13 ol cost too much to be used this way.
5.2.14 1896 Henry Ford built his first automobile capable of running with ethanol:
the quadricycle.
5.2.15 1908 The Model T, first automobile of the Ford Motor Company, was
designed to run on ethanol, fuel or a combination of both.
5.2.16 1905 1905-1925. Brazil did pioneer ethanol tests.
5.2.17 1931 Brazilian government passed a law that asked for a blend of 5%
ethanol with gasoline on imported gasoline.
5.2.18 1938 By decree the use of gasoline with a blend of 5% ethanol to gasoline
produced in Brazil becomes obligatory.
5.2.19 1940 The U.S. Army built the first ethanol plant in the United States in
Omaha, Nebraskag.
5.2.20 1960 Discovery of oil reserves in the Middle East produce a reduction of the
demand for biofuels.
5.2.21 1940 1940's to 70's. Short commerce of ethanol due to low gasoline prices.
5.2.22 1971 Nebraska's legislature created the firs agency in the United States
dedicated to the development of the ethanol industry.
31
5.2.23 1970 Brazil started to increase the percentages of ethanol blended with
gasoline.
5.2.24 1973 The first world oil crisis takes place. This generates more interest in
alternative energy sources.
5.2.25 1975 The National Alcohol Program (Proálcool) started in Brazil. It
promoted the production of ethanol.
5.2.26 1978 As an answer to the energy crisis the Nation Energy Act was aproved
in the United States
5.2.27 1980 Different research projects on the use ethanol in large engines were
done in Brazil.
5.2.28 1988 The use of ethanol in winter to reduce carbon emissions was mandated
in Denver, Colorado.
5.2.29 1990 Ammendments to the Clean Air Acto are done to reduce carbon
emisisons.
5.2.30 1992 The Energy Policy Act was passed to reduce the dependency on oil.
5.2.31 1990 Since the end of the nineties Flex Fuel vehicles that can run with
gasoline with a blend of ethanol are sold in the United States.
5.2.32 2001 Law 693 that promotes the use of ethanol blended with gaoline since
2005 was passed in Colombia.
5.2.33 2003 Flex fule vehicles that can use ethanol efficiently enter in the brazilian
market.
5.2.34 2005 The Energy Policy Act of 2005 was passed and the Renewable Fuels
Standard (RFS) program started.
5.2.35 2005 The incentive known as the Volumetric Ethanol Excise Tax Credit
(VEETC) started in the United States.
5.2.36 2005 In Brazil the company Embraer manufactured an agricultural aircraft
that could use ethanol as fuel: the Ipanema
5.2.37 2005 The majority of the vehicles sold in Brazil have the flex fuel system
that allows the use of ethanol blended with gasoline.
5.2.38 2007 The Energy Independence and Security Act to increase the supply of
alternative sources of fuels was signed in the United States.
5.2.39 2008 2007-2008. In several states if the United States the blend between
ethanol and gasoline, using 10% of ethanol, became a mandate
5.2.40 2010 The Biofuels Trade Law was passed in Peru
5.2.41 2011 Since July 15 the use of gasohol (ethanol and gasoline blend) became
mandate in Lima and in Callao in Peru.
32
5.2.42 2011 By the end of the year the Volumetric Ethanol Excise Tax Credit and
the tariff applied on imported ethanol expired in the United States.
5.2.43 2012 The ethanol production was affected in the United States due to the
drought and in Brazil due to the low gasoline prices.
5.3 SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
La sostenibilidad ambiental de los biocombustibles, está centrada en las preocupaciones
sobre los impactos negativos de los agro-combustibles, en tres áreas principales:
5.2.44 Clima: acelera el cambio climático global.
5.2.45 Ecosistemas: Crea deforestación, perdida de hábitats/ biodiversidad,
disminución de disponibilidad del agua, erosión del suelo, gran uso de
químicos.
5.2.46 Social y humano: generación de pobreza, acaparamiento y conflictos de
tierra, abusos en derechos humanos, abusos laborales, hambre y seguridad
alimenticia. (Boswell, 2007).
Es necesario evaluar, desde el punto de vista bio-geoquímico, si el uso intensivo de los
biocombustibles, es capaz de alterar el balance de carbono de la tierra, o sea la relación de
CO2, entre la absorción fotosintética y las emisiones de respiración y oxidación y cuál será
su efecto en el corto, mediano y largo plazo sobre la disponibilidad de oxigeno en la tierra,
por cuanto la generación masiva de CO2 implica también la “captura masiva de oxigeno”.
33
6. METODOLOGÍA
6.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Investigación descriptiva. Tiene como objetivo establecer los cambios en las relaciones
entre la fotosíntesis y oxidación, causadas por los biocombustibles y está orientada a
verificar la hipótesis de que velocidad de la reacción de oxidación excede a la de
fotosíntesis haciendo que el uso de biocombustibles no sea 100% renovables, lo cual estaría
acelerando la generación de CO2.
6.2 PROCEDIMIENTOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
6.2.1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS CON BASE EN DATOS DE
PRODUCCIÓN Y CONSUMO.
6.2.1.1 Información requerida para el proyecto para evaluar la velocidad de la fotosíntesis:
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2
Dióxido de carbono Azúcar
Tiempo vegetativo para la producción de caña de azúcar
Producción de caña de azúcar por Hectárea
Toneladas de azúcar por Tonelada de caña
Producción de Alcohol por Tonelada de azúcar
Poder calorífico del Etanol
Densidad del Etanol
6.2.1.2 Información requerida para el proyecto para evaluar la velocidad de la Oxidación:
CH2-CH2-OH + O2 C CO2 + H2O + Energía
Etanol Gases invernadero
34
Consumo de combustible por Kilometro recorrido en un automóvil más usado.
Velocidad optima para el consumo de combustible
Kilometraje recorrido promedio por un automóvil.
Poder calorífico de la gasolina.
Densidad de la gasolina
6.2.1.3 Cálculos de comparación:
Consumo promedio de gasolina en 100 Km
Consumo de Gasolina por un automóvil en un año
Teórico del Consumo de etanol por un automóvil en un año
Tiempo necesario para la producción del Etanol usado por un vehículo en un año
Comparación entre tiempo de producción del etanol (fotosíntesis) y tiempo que
gasta un automóvil en consumir la misma cantidad (combustión).
6.2.2 ANÁLISIS DE LA LEGISLACIÓN COLOMBIANA SOBRE USO DE
BIOCOMBUSTIBLES.
Ley 693 de 2001 (Uso de alcoholes carburantes en Colombia)
Las gasolinas que se utilicen en el país, tendrán que contener compuestos Oxigenados tales
como alcoholes carburantes. Decretó que el uso del alcohol carburante recibirá un
tratamiento especial en las Políticas sectoriales de autosuficiencia energética de producción
agropecuaria y de Energética, generación de empleo. A partir de septiembre 2005, las
ciudades de más de 500.000 habitantes deben tener gasolina oxigenada. Alcohol
Carburante.
Ley 788 de 2002 (Reforma Tributaria)
ARTÍCULO 31: Declara exento del IVA al alcohol carburante con destino a la mezcla con
el combustible motor.
ARTÍCULO 88: Exoneró del pago del impuesto global y de la sobretasa al porcentaje de
alcohol carburante que se mezcle con la gasolina motor. Subsidios por US$80 millones para
los productores.
35
DECRETO ZONAS FRANCAS (Decreto 383 de 2007). Establece estímulos para la
implementación de zonas francas para biocombustibles Tasa de proyectos agroindustriales
en materia – renta diferencial y beneficios en materia de exenciones de aranceles en bienes
de capital – proyectos con potencial exportador).
Resolución 447 de 2003, modificada por la resolución 1565 de 2004 (Ministerios del
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y Minas y Energía). Establece los requisitos
técnicos y ambientales de los alcoholes carburantes y los combustibles oxigenados que se
vienen distribuyendo en el país desde el año 2005.
Resolución 18 0222 de 2006 (Ministerio de Minas y Energía). Definió una banda de precios
que toma el mayor valor entre un precio de estabilidad de $4.594 pesos por galón para el
Alcohol Carburante (que es equivalente aproximadamente a US$2.26 dólares por galón),
recientemente definido y un precio que reconoce los costos de oportunidad de las materias
primas que se utilizan en la producción del alcohol (Paridad exportación del azúcar
refinado). Actualmente se viene ajustando el precio gradualmente con el fin de alcanzar el
precio piso.
Resolución 18 0687 de 2003, modificada a través de la resolución 18 de Ministerio de
Minas y Energía). Definió la regulación técnica en relación con la producción, acopio,
distribución y puntos de mezcla de los alcoholes carburantes y su uso en los combustibles
nacionales e importados. Se señalaron las fechas de entrada del programa de oxigenación
de las gasolinas en Colombia.
6.2.3 REVISIÓN DOCUMENTAL DE PERSPECTIVAS SOBRE EL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES.
El Bioetanol ha sido usado en Alemania y Francia desde principios de 1894 por la industria
de la entonces incipiente de motores de combustión interna. Brasil ha utilizado Bioetanol
como un combustible desde 1925. Por este tiempo, la producción de Bioetanol fue 70 veces
mejor que la producción y consumo de gasolina. Con la crisis del petróleo de los 70, el
Bioetanol comenzó a estabilizarse como un combustible alternativo. Muchos países
comenzaron programas para utilizar y desarrollar combustibles de una manera económica
de disponer materias primas. Entonces el interés se desvaneció en cuanto el precio del
petróleo cayó, hasta 1979 cuando tuvimos otra crisis del petróleo. Desde los 80, el
Bioetanol ha sido considerado como una posible alternativa de combustible en muchos
36
países. Países incluyendo Brasil y los Estados Unidos han promovido durante mucho
tiempo la producción de Bioetanol doméstico. Además de la lógica de la energía,
Bioetanol/gasolina mezclados en los Estados Unidos fueron promovidos como un
impulsador ambiental practico, inicialmente como un potenciador de octanaje para sustituir
al plomo.
El Bioetanol tiene un gran número de octanaje (108), amplios límites de inflamabilidad,
mayores velocidades de llama, y los mayores calores de vaporización de la gasolina. Estas
propiedades permiten una mayor relación de compresión, menor tiempo de quema, que
conduce a algunas ventajas de la eficiencia teórica sobre la gasolina en un ICE.
Desventajas del Bioetanol incluyen su menor densidad de energía que la gasolina (pero
alrededor del 35% más grande que el metanol) su corrosividad, luminosidad de la llama
baja, presión de vapor (en frio arranca con dificultad), miscibilidad con el agua, y la
toxicidad para los ecosistemas. El Bioetanol es actualmente agregado a la gasolina, pero
puede ser usado puro. (Balat, 2005)
6.2.4 BREVE HISTORIA DE LOS BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA .
La primera planta de etanol para uso como combustible en Colombia comenzó a producir
en octubre de 2005, con la salida de 300.000 litros al día en Cauca. Hasta marzo de 2006
cinco plantas, todas en el valle del Río Cauca (departamentos de Valle, Cauca y Risaralda),
están operativas, con una capacidad combinada de 1.050.000 litros por día, o de 357
millones de litros por año. En el Valle del Cauca el azúcar se cosecha durante todo el año, y
las destilerías nuevas tienen una disponibilidad muy alta. La inversión total en estas plantas
es de 100 millones de USD. Eventualmente, Colombia espera tener una capacidad de
2.500.000 litros por el día, que es la cantidad necesaria para agregar el 10% de etanol a la
gasolina. El etanol producido se utiliza actualmente en las principales ciudades cerca del
Valle del Cauca, tales como Cali y Pereira, como también en la capital, Bogotá. No hay
suficiente producción para el resto del país (Procaña, 2013).
37
7. MARCO TEÓRICO
7.1 MARCO CONCEPTUAL
Descripción Esquemática de conceptos y su relación con el tema de
investigación.
Biocombustibles
Oxidación
Fotosíntesis
Figura 6. Los tres elementos del análisis.
OxigenoDióxido
de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Figura 7. El equilibrio que idealmente se debería mantener.
38
OxigenoDióxido de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Cobertura Vegetal
Biocombustibles
Efecto Invernadero
Figura 8. Modelo del como ocurre el desequilibrio.
7.2 FOTOSÍNTESIS
Las plantas obtienen el CO2 del aire a través de las estomas de sus hojas. El proceso de
reducción del carbono es cíclico y se conoce con Ciclo de Calvin.
La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las
plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la
transformación en energía química. Prácticamente toda la energía que se consume en la
biosfera Terrestre – la zona del planeta en la cual hay vida – procede de la fotosíntesis.
La fotosíntesis es la transformación de la energía luminosa en energía química. Su
importancia no es de índole menor, pues prácticamente toda la energía consumida por la
vida de la biósfera terrestre procede de la fotosíntesis. La fotosíntesis consta de dos etapas o
fases: la fase inicial o lumínica, y la fase secundaria u oscura.
Primera fase o lumínica: en ella participa la luz solar. La clorofila - que es una sustancia
orgánica - capta la energía solar (luz) y la luz provoca la ruptura de la molécula de agua y
se rompe el enlace químico que une el hidrógeno con el oxígeno. Debido a esto, se libera
oxígeno hacia el medio ambiente. La energía no ocupada se almacena en una molécula
especial llamada ATP. El hidrógeno que se produce al romperse la molécula de agua se
guarda, al igual que el ATP, para ser ocupado en la segunda etapa de la fotosíntesis.
39
Segunda fase u oscura: en esta etapa no se ocupa la luz, a pesar de estar presente, dado que
ocurre en los cloroplastos. El hidrógeno y el ATP, formados en la etapa lumínica, se unen
con el CO2 (Anhídrido Carbónico) y comienza a ocurrir una serie de reacciones químicas,
en las cuales se van formando compuestos hasta llegar a formar la glucosa. La glucosa
participa en una serie de reacciones que llevan a la formación del almidón que también es
un compuesto orgánico.
La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por
varios motivos:
La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente
mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas
tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. Produce la
transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los
seres vivos En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia
como oxidante. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera
primitiva, que era anaerobia y reductora.
De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como
carbón, petróleo y gas natural. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos
no sería posible sin la fotosíntesis. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente
en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis. FCA (2013).
7.3 BALANCE DE CARBONO Y CICLO DEL CARBONO
El ciclo del carbono es un ciclo bio-geoquímico por el cual el carbono se intercambia entre
la biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera de la Tierra.
40
Ciclo del Carbono
Figura 9. Ciclo del Carbono (modelo Stella® software).
Figura 10. Ciclo del Carbono. fuente: www.ciclodelcarbono.com
41
7.4 BIOCOMBUSTIBLE
El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de
los azúcares que se encuentran en productos vegetales como: cereales, remolacha, caña de
azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares están combinados en forma de sacarosa, almidón,
hemicelulosa y celulosa.
En la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas se
obtiene un alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser
deshidratado se puede utilizar como combustible y se denomina bioetanol. Éste, mezclado
con la gasolina, produce un biocombustible de alto poder energético con características
muy similares a la gasolina, pero con una importante reducción de las emisiones
contaminantes en los motores tradicionales de combustión. El etanol se usa en mezclas con
la gasolina en concentraciones del 5% (E5) o de 10% (E10) y no se requieren
modificaciones en los motores actuales.
La fermentación etanólica es el proceso microbiano más explotado; y aunque son varios los
posibles microorganismos responsables, es sin duda la levadura Saccharomyces cerevisiae
la de mayor importancia industrial. Sin embargo, se ha visto que la bacteria Zymomonas
mobilis es el otro microorganismo productor de etanol a través de la fermentación homo-
etanólica. La reacción química de este proceso es:
C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP
Dentro de los subproductos obtenidos de la fermentación están: CO2, bajas concentraciones
de metanol, glicerol y agua.
La fermentación por medio de levadura de los jarabes de la glucosa a etanol se ha mejorado
mucho en estos últimos años. La sensibilidad al inhibidor y la tolerancia al producto se han
reducido considerablemente; por lo que la producción de etanol y la productividad
específica de éste se han mejorado hasta un 20%. (Valverde y Olalde 2009)
Desde 1922 Kressmann proponía que el uso de granos o melazas podría mejor la relación
costo beneficio en la producción de alcohol (van Maris, 2006).
42
Figura 11. Ruta fermentativa Etanol-Butanol-Acetona ( Lee et al., 2008).
Debido a la escala tan alta de producción que se quiere implementar, se ha fijado como
objetivo la creación de monocultivo industrial de maíz y soja, generando grandes
consecuencias en nuestro medio ambiente, ya que la producción de maíz conduce a una
erosión del suelo mucho mayor que la producida por cualquier otra clase de cultivo. En
todo el Oeste los granjeros han abandonado la rotación de cultivos para plantar maíz y soja
exclusivamente, incrementando de esta forma el promedio de erosión del suelo, de 2.7
toneladas anuales por acre a 19.7 toneladas. La falta de rotación de cultivos también
aumentó la vulnerabilidad a las pestes, por ende necesitando una mayor incorporación de
pesticidas que otros cultivos (en EEUU, alrededor del 41% de los herbicidas y el 17% de
los insecticidas son aplicados al maíz- (Pimentel y Lehman 1993).
43
7.5 OXIDACIÓN
Las actividades humanas más importantes, incluso la respiración, generan dióxido de
carbono, a partir de un proceso de oxidación, descrito por:
Cn(H2O)n + O2 CO2 + H2O + Energía
Carbohidratos Oxigeno Gases invernadero
Hidrocarburos
Las emisiones comenzaron a incrementarse de forma espectacular en el decenio de 1800
debido a la Revolución Industrial y a los cambios en la utilización de la tierra.
Muchas de las actividades asociadas con la emisión de gases son ahora esenciales para la
economía mundial y forman una parte fundamental de la vida moderna.
El dióxido de carbono resultante de la combustión de combustibles fósiles es la principal
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero generadas por la actividad humana.
El suministro y utilización de combustibles fósiles contribuye en aproximadamente un 80%
a las emisiones producidas por el hombre de dióxido de carbono (CO2) y una significante
cantidad de metano (CH4) y óxido nitroso (N2O). También, genera óxidos nitrosos (NOx),
hidrocarburos y monóxido de carbono (CO), que aunque no sean gases de invernadero
influyen en los ciclos químicos en la atmósfera que crean o destruyen otros gases de efecto
invernadero como el ozono troposférico. Mientras tanto, las emisiones de aerosoles de
sulfato relacionadas con combustibles enmascaran de forma temporal parte del efecto de
calentamiento producido por los gases de invernadero.
La mayoría de las emisiones asociadas con la utilización de energía se producen cuando se
queman combustibles fósiles.
El petróleo, el gas natural y el carbón (los cuales emiten la mayor cantidad de carbono por
unidad de energía suministrada) proporcionan la mayoría de la energía utilizada para
producir electricidad, hacer funcionar automóviles, calefacción en hogares, y dar energía a
las fábricas. Si la combustión es completa., el único subproducto que contiene carbono sería
el dióxido de carbono, pero como la combustión a menudo es incompleta, se generan
también monóxido de carbono y otros hidrocarburos.
44
La extracción, procesamiento, transporte y distribución de los combustibles fósiles también
libera gases de efecto invernadero.
Estas emisiones pueden ser deliberadas cuando se quema o libera gas natural de los pozos
petroleros, lo que emite dióxido de carbono y metano respectivamente. También se pueden
producir debido a accidentes, al mantenimiento deficiente y a pequeñas fugas en las
cabezas de pozos, las instalaciones de tuberías y los oleoductos. El metano producido en
forma natural en los yacimientos de carbón como burbujas de gas o que está “disuelto” en
el mismo carbón, se libera cuando se lo extrae o pulveriza. Los hidrocarburos ingresan en la
atmósfera a raíz de los vertimientos producidos por los buques petroleros o debido a
pequeñas pérdidas durante la recarga de combustible en los vehículos automotores.
La deforestación es la segunda fuente principal de dióxido de carbono.
Cuando se talan bosques para la agricultura o la urbanización, la mayor parte del carbono
presente en los árboles que se queman o descomponen se escapa a la atmósfera. Sin
embargo, cuando se plantan nuevos bosques, los árboles en crecimiento absorben el dióxido
de carbono y lo retiran de la atmósfera. El gran volumen neto de deforestación más reciente
ha tenido lugar principalmente en los trópicos, pero existe una gran incertidumbre científica
acerca de las emisiones resultantes de la deforestación y otros cambios en la utilización de
la tierra.
La producción de cal (óxido de calcio) para la fabricación de cemento representa una parte
importante de las emisiones mundiales de CO2 provenientes de fuentes industriales.
Como el CO2 emitido por los combustibles fósiles, el dióxido de carbono liberado durante
la fabricación de cemento se genera en la piedra caliza y por consiguiente es de origen fósil,
como sucede principalmente con las conchas marinas y otra biomasa enterradas en los
antiguos sedimentos oceánicos.
Los animales domesticados emiten metano. El segundo gas invernadero más importante
después del dióxido de carbono es el metano producido por el ganado bovino, vacas
lecheras, búfalos, cabras, ovejas, camellos, cerdos y caballos. La mayoría de las emisiones
de metano relacionadas con la ganadería se generan por la fermentación intestinal de los
alimentos causada por bacterias y otros microbios en los tractos digestivos de los animales;
otra de las fuentes resulta de la descomposición del estiércol de los animales. (UNFCCC
2000).
45
7.6 GASES INVERNADERO
7.6.1 FASES DEL “DESCUBRIMIENTO” DEL EFECTO INVERNADERO
(KOLBERT 2006)
El calentamiento global como motivo de alarma podría decirse que es una idea de la década
de 1970; sin embargo, como asunto científico se remonta a mucho antes. A finales de la
década de 1850, un físico británico llamado John Tyndall empezó a estudiar las
propiedades de absorción de distintos gases. Sus descubrimientos lo llevaron a proponer la
primera descripción detallada del funcionamiento de la atmósfera.
7.6.1.1 1850 John Tyndall estudia las propiedades de absorción de los gases. Primera
propuesta detallada del funcionamiento de la atmosfera.
7.6.1. 2 1859 Tyndall crea el espectrofotómetro de ratios que permitió comparar el modo en
que los diferentes gases absorben y transmiten la radiación.
7.6.1.3 «efecto invernadero natural». Nitrógeno, Oxigeno e Hidrogeno: Transparentes. CO2,
Agua: opacos en infrarrojo. Tyndall dio cuenta de las implicaciones de este descubrimiento:
Declaró que los gases selectivamente transparentes eran los principales responsables del
clima del planeta.
7.6.1.4 1895. Svante Arrhenius decidió calcular realmente cuánto afectaría a la temperatura
de la Tierra la modificación de los niveles de C02.
7.6.1.5 Arrhenius dijo que la industrialización y el cambio climático estaban íntimamente
relacionados, y que el consumo de combustibles fósiles acabaría llevando, con el tiempo, al
calentamiento.
7.6.1.6 1950, Keeling inicia las mediciones de CO2 en la atmosfera en el observatorio de
Mauna Loa, Hawái
7.6.1.7 1959. Primer registro de CO2 de un año entero: 316 ppm.
7.6.1.8 1970. CO2 es de 325 ppm.
7.6.1.9 500 ppm representan un adelanto de 2850 años respecto de las predicciones de
Arrenius.
46
La Tierra recibe el calor del Sol. Algunos gases de la atmósfera la retienen y evitan que
parte de este calor se escape de retorno al espacio, creando una temperatura en nuestro
planeta perfecta para la vida.
Los gases cuya presencia en la atmósfera contribuye al efecto invernadero están presentes
en la atmósfera de manera natural, aunque su concentración puede verse modificada por la
actividad humana.
También entran en este concepto algunos gases generados “artificialmente” como
consecuencia de la actividad industrial, como por ejemplo, los que aparecen en la tabla del
Anexo5. “Principales Actividades aportantes de gases con efecto invernadero en
Colombia”.
La industrialización y la quema de los combustibles (fósiles y biocombustibles) en el
transporte, entre otros, ha incrementado las emisiones de CO2 a la atmósfera.
7.7 COBERTURA VEGETAL
7.7.1 EL VALOR DE LA COBERTURA VEGETAL
El mayor número de estudios sobre el valor de la cobertura vegetal, ha sido hecho sobre los
bosques. Para el propósito de este trabajo, es muy útil, por cuanto son ellos los principales
“desplazados” por la agricultura intensiva de precursores de los biocombustibles y permiten
visualizar, las pérdidas o los daños en los servicios eco-sistémicos, como la fotosíntesis,
que puede ocasionar el cambio en la cobertura vegetal causado por el proceso productivo de
los biocombustibles.
Un amplio porcentaje del valor de los bosques tropicales se deriva de los denominados
servicios de regulación, como el almacenamiento de carbono, la prevención de la erosión,
el control de la contaminación y la depuración del agua. En muchos estudios de valoración,
estos servicios de regulación representan alrededor de dos tercios del valor económico total.
En comparación, el suministro de alimentos, madera, materiales genéticos y de otro tipo
suele suponer una porción relativamente pequeña del valor forestal, aunque estos son los
beneficios sobre los que a menudo se basan las percepciones de la importancia económica
de los bosques.
47
El informe TEEB analizó la investigación sobre los costos y beneficios de designar los
bosques como zonas protegidas. Los valores precisos varían según el contexto y las
condiciones locales. No obstante, estos estudios sugieren que los beneficios de proteger los
ecosistemas de los bosques tropicales suelen ser mayores que los costos. (TEEB, 2010).
Lescuyer (2007) valora los servicios de aprovisionamiento de los bosques de Camerún en
560 dólares EE. UU. Para la madera, 61 dólares EE. UU. Para la madera como combustible
y entre 41 y 70 dólares EE. UU. Para los productos forestales no madereros (todos los
valores son anuales por hectárea).
Lescuyer (2007) valora la regulación climática de los bosques tropicales de Camerún entre
842 y 2265 dólares EE. UU. Anuales por hectárea.
Yaron (2001) valora la protección frente a inundaciones que ofrecen los bosques Tropicales
de Camerún en 24 dólares EE. UU. Anuales por hectárea.
Van Beukering et al. (2003) calculan el valor del suministro de agua del ecosistema de
Leuser (que incluye aproximadamente 25.000 km2 de bosques tropicales) en 2420 millones
de dólares EE. UU.
Kaiser and Roumasset (2002) valoran los beneficios indirectos de las 40.000 hectáreas de la
cuenca del Ko‟olau en Hawái entre 1420 y 2630 millones de dólares EE. UU.
Priess et al. (2007) valoran los servicios de polinización que proporcionan los bosques de
Sulawesi en Indonesia en 46 euros por hectárea. Se prevé que durante los próximos veinte
años la continua conversión forestal reducirá los servicios de polinización y, por tanto, las
cosechas de café en hasta un 18% y los ingresos netos por hectárea en hasta un 14%.
Horton et al. (2003) utilizan una valoración de contingencia para calcular si los hogares del
Reino Unido e Italia estarían dispuestos a pagar 46 dólares EE. UU. anuales por hectárea
para proteger zonas de la selva amazónica brasileña.
Mallawaarachchi et al. (2001) utilizan el modelado de opciones para valorar los bosques
naturales de la cuenca del Herbert, en el distrito de North Queensland en 18 dólares
australianos anuales por hectárea.
48
7.8 GESTIÓN AMBIENTAL Y SU RELACIÓN CON EL MANEJO DE
BIOCOMBUSTIBLES
7.8.1 CONTEXTO GLOBAL
En todo el mundo los gobiernos están estableciendo metas para la producción o el consumo
de biocombustibles. Muchas de estas metas son vinculantes, creando una obligación legal
para las empresas de combustibles de sustituir por biocombustibles un cierto volumen o
porcentaje de la gasolina o el diesel que venden.
La Comisión Europea ha propuesto que para el año 2020 todos los países miembros
deberán cubrir al menos el 10 por ciento de sus necesidades de energía para el transporte
mediante „fuentes renovables‟ – en la práctica esto significa biocombustibles – como parte
de sus obligaciones bajo la directiva europea relativa al fomento del uso de energía
procedente de fuentes renovables.4 Mientras, en EEUU el nivel de combustibles renovables
establecido bajo la ley relativa a la política energética (2005) y enmendado en la ley
relativa a la independencia y seguridad energéticas (2007) exige el uso anual de 36.000
millones de galones de combustibles procedentes de fuentes renovables, principalmente
etanol, para el año 2022.
En Canadá, el proyecto de ley relativa a los combustibles procedentes de fuentes
renovables, actualmente debatido por el parlamento, requeriría mezclas del 5 por ciento de
etanol en la gasolina para el año 2010 y 2 por ciento de biodiesel en el diesel para el año
2012. (Bailey 2008).
Todas estas medidas se defienden como necesarias para reducir el cambio climático y
mejorar la seguridad energética. Los países que han introducido o están en proceso de
introducir niveles mandatorios son, entre otros: Australia, Argentina, Brasil, Canadá, China,
Colombia, la Unión Europea, la India, Japón, Malasia, Indonesia, Filipinas, Tailandia, y
EEUU. (Worldwatch 2007).
49
7.8.2 CONTEXTO NACIONAL (PROCAÑA, 2013)
7.8.2.1 Breve Historia de los Biocombustibles en Colombia
En 1540 la caña de azúcar fue traída a Cali por Sebastián de Balcázar y se disemina desde
allí en toda la cuenca del rio Cauca (Cenicaña, 2011). El valle geográfico del rio cauca esta
bien adaptado para la producción de caña de azúcar debido a la alta radiación solar y las
condiciones favorables de lluvia. En la actualidad son cultivadas 216.768 hectáreas, de las
cuales 24% pertenecen a ingenios azucareros y 76% a 2700 agricultores individuales de
caña de azúcar (Asocaña, 2011).
La primera planta de etanol para uso como combustible en Colombia comenzó a producir
en octubre de 2005, con la salida de 300.000 litros al día en Cauca. Hasta marzo de 2006
cinco plantas, todas en el valle del Río Cauca (departamentos de Valle, Cauca y Risaralda),
están operativas, con una capacidad combinada de 1.050.000 litros por día, o de 357
millones de litros por año. En el Valle del Cauca el azúcar se cosecha durante todo el año, y
las destilerías nuevas tienen una disponibilidad muy alta. La inversión total en estas plantas
es de 100 millones de USD. Eventualmente, Colombia espera tener una capacidad de
2.500.000 litros por el día, que es la cantidad necesaria para agregar el 10% de etanol a la
gasolina. El etanol producido se utiliza actualmente en las principales ciudades cerca del
Valle del Cauca, tales como Cali y Pereira, como también en la capital, Bogotá. No hay
suficiente producción para el resto del país (Procaña, 2013).
7.8.2.2 Lineamientos de política para promover la producción sostenible de
biocombustibles en Colombia.
El documento CONPES 3510 de 2008, establece los “Lineamientos de política para
promover la producción sostenible de biocombustibles en Colombia”, el cual tiene por
objeto “Aprovechar las oportunidades de desarrollo económico y social que ofrecen los
mercados emergentes de biocombustibles, de manera competitiva y sostenible”.
Con el fin de garantizar un desempeño ambientalmente sostenible de los biocombustibles el
CONPES propone las siguientes 5 estrategias principales:
50
Promover la generación de conocimiento en temas ambientales para desarrollar,
actualizar y adoptar instrumentos de planeación y gestión ambiental en la cadena
productiva de biocombustibles.
Incentivar esquemas de certificación que destaquen los biocombustibles
colombianos en el mercado nacional e internacional.
Incorporar en la zonificación integral de áreas para el establecimiento de cultivos
para la obtención de combustibles, instrumentos de planificación territorial,
ambiental y elementos de eco-eficiencia.
Promover opciones de reducción y mitigación de emisiones de gases efecto
invernadero (GEI) en el marco del Protocolo de Kioto y de los mercados voluntarios
de carbono.
Asegurar el cumplimiento de la normatividad ambiental y fortalecer el ejercicio de
autoridad ambiental. El MAVDT con el fin de garantizar el desempeño ambiental y
competitivo de los biocombustibles diseñará un programa de fortalecimiento
institucional dirigido a las autoridades ambientales competentes y responsables
sectoriales. Así mismo, se impulsará la evaluación y revisión de los instrumentos de
comando y control ambiental con el propósito de aumentar su efectividad y
eficiencia. (Conpes 3510, 2008)
7.9 USO DE BIOCOMBUSTIBLES Y RECONCEPTUALIZACIÓN DE LA
RENOVABILIDAD
Por supuesto, los biocombustibles no son neutros como Gases Efecto Invernadero (GEI).
La realidad es que producen emisiones durante todas las fases de su ciclo de vida, sobre
todo en el caso de cultivos intensivos que utilicen fertilizantes nitrogenados y maquinaria o
si el proceso de refinado requiere grandes insumos de energía fósil. (Bailey 2008).
Los resultados de investigaciones científicas recientemente publicados por Paul Crutzen
(Premio Nobel de Química en 1995) han puesto en entredicho el supuesto ahorro en GEI de
los biocombustibles. Crutzen y sus coautores han estudiado las emisiones de óxido nitroso,
un GEI 296 veces más potente que el dióxido de carbono, liberado en la descomposición de
los fertilizantes nitrogenados, de uso común en la producción de etanol de maíz en EEUU y
en la producción de biodiesel de aceite de colza en la UE. Han descubierto que las tasas de
emisión de este gas son entre tres y cinco veces más altas de lo que se había supuesto en
ACV previos. Los resultados indican que el uso de biocombustibles producidos a partir de
51
maíz y aceite de colza podría estar aumentando el nivel de emisiones y empeorando el
calentamiento global. (Crutzen et al, 2008)
7.9.1 REACCIÓN DE BALANCE DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LA
PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
REACCIONES QUIMICAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES.
La Reacción Química de Fotosíntesis:
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2 (1)
La Reacción Química de Fermentación:
C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4 CO2 (2)
Reacción de Combustión:
4C2H5OH + 3O2 8 CO2 + 12H2O (3)
7.10 AFECTACIONES EN LA FOTOSÍNTESIS POR EL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES
El carbono entra en los ecosistemas terrestres a través de un único proceso, la fotosíntesis,
pero se devuelve a través de una variedad de procesos, denominados colectivamente como
la respiración/oxidación.
Funcionalmente, la respiración se divide en CO2 liberado por las hojas de las plantas, los
tallos y las raíces (respiración autótrofa), y el CO2 liberado durante la descomposición de la
materia orgánica no viviente (respiración heterotrófica).
Mecanismos episódicos de pérdida de carbono como los ocurridos por fuego, puede ser tan
importantes como la descomposición en la devolución de carbono a la atmósfera,
especialmente en los ecosistemas en los que la descomposición es limitada por la sequía o
frío (Schimel et al, 1997; Harden et al, 2000).
52
Las pérdidas por medio de la lixiviación del carbono disuelto, el carbono orgánico o el
carbono inorgánico, o por la erosión, aunque importante para escalas de tiempo en siglos o
milenios, son demasiado pequeñas para ser los principales contribuyentes de carbono en el
sistema.
La situación neta de la superficie de la tierra como fuente o sumidero de carbono depende
del equilibrio de la fotosíntesis y la respiración más las pérdidas episódicas. Los cambios en
la vegetación necesarios para la producción agrícola intensiva de materiales primas
utilizable como biomasa para producción de biocombustibles, está alterando el equilibrio
fotosíntesis y respiración en amplias zonas de la tierra. A nivel mundial, la fotosíntesis y la
respiración terrestre (más fuego) representan enormes flujos de carbono (Schimel, 1995).
A grandes rasgos, una sexta parte del CO2 atmosférico pasa a través de los ecosistemas
cada año (Prentice et al, 2001), los pequeños desequilibrios en la fotosíntesis y la
respiración puede conducir a la variación significativa en la atmósfera [CO2]. Estos
cambios se han relacionado con variaciones del clima a gran escala, que actúan sobre los
ecosistemas terrestres, por ejemplo, los cambios en la respiración después de la erupción
volcánica o el aumento de los incendios forestales.
Los desequilibrios en la proporción de CO2: O2 intercambiado entre la atmósfera y la
biosfera complican los esfuerzos para devolver la fuerza relativa de la biosfera contra las
fuentes del océano y los sumideros de carbono en las últimas décadas.
Un problema importante es que lo que podemos medir a nivel de ecosistema (flujos de
CO2) se integra completamente diferentes procesos de la función microbiana y vegetal.
Espacialmente, la respiración del ecosistema se divide en el suelo (respiración de cobertura)
y bajo el suelo (la respiración del suelo). Sobre el suelo, la respiración puede suponerse que
es en gran medida autótrofa, pero la respiración del suelo combina respiración de las raíces
de la planta (autótrofa) con la respiración heterotrófica de sustratos que van desde la basura
de la planta fresca a carbono heredado de rocas madre, y se integra la producción de la
superficie hasta una profundidad de varios metros.
La llamada respiración en la 'rizosfera', en el que las raíces se usan como fuentes de energía
por hongos simbióticos (micorrizas) y otros organismos, aunque por definición
'heterotrófica' - se combina a menudo conceptualmente con la respiración autótrofa. El CO2
producido por la macro-fauna del suelo se combina de manera similar con la respiración
heterotrófica. Medidas tales como el flujo total de CO2 emitido por los suelos y
53
ecosistemas, por lo tanto, integran una gran cantidad de actividad biológica compleja, y no
es de extrañar que las relaciones empíricas simples entre los flujos de CO2 y las variables
de conducción no se adapten bien a través del espacio y el tiempo. Las plantas y los
microbios responden a las condiciones ambientales que no pueden ser simplemente
relacionados con una única medida estándar tal como aire o la temperatura del suelo a una
profundidad prescrita. Además, factores como la historia de la ocupación del suelo, la
mineralogía del suelo, la disponibilidad de nutrientes, la calidad de la cobertura, o la clase
de plantas varían de un sitio a otro, y éstos influirán en la partición de la respiración de los
componentes autótrofos y heterótrofos de todo paisaje. Las mediciones del flujo por sí solos
no pueden distinguir CO2 producidas por autótrofos o heterótrofos. Por lo tanto, la mayoría
de los estudios de la respiración hasta la fecha se han desarrollado ecuaciones empíricas
que relacionan los flujos de CO2, de Temperatura y variaciones de humedad dentro de un
sitio. (Goulden et al, 1996.).
Las mediciones de respiración del suelo muestran que las tasas anuales de emisión de CO2
se correlacionan con factores como la temperatura anual media en la escala global (Raich y
Potter, 1995).
Las estimaciones de los cambios futuros en la atmósfera [CO2] y [O2] dependerán en gran
medida de las evaluaciones de los ecosistemas terrestres al cambio climático, en particular,
el equilibrio de la absorción de carbono y la pérdida de los ecosistemas en un mundo más
cálido. Otros factores, como el enriquecimiento de CO2, el aumento de la deposición de
Nitrógeno y los cambios en la tipo de vegetación (provocada por los monocultivos de los
biocombustibles), darán lugar a cambios en los patrones de flujo de carbono a través de los
ecosistemas y afectarán a la cantidad y el tiempo de residencia de carbono en la tierra, así
como el estado de oxidación de la biosfera terrestre en su conjunto (Anderson et al., 2005).
Mejorar nuestra comprensión de los procesos por los cuales los ecosistemas regresan
carbono a la atmósfera, y el tiempo requerido para la carbono a los ecosistemas de tránsito,
es de importancia fundamental para informar a la acción internacional para estabilizar los
niveles de CO2 en la atmósfera.
Si bien todavía no está plenamente incorporado en los esfuerzos para restringir los modelos
de suelo o la respiración del ecosistema, estos avances destacan las oportunidades para el
diseño de experimentos para probar hipótesis acerca de los controles más importantes sobre
la respiración del ecosistema. Dos temas generales surgen de estos estudios y los de la
literatura reciente: (1) la importancia de comprender la asignación de la planta carbono,
54
incluida la función de suministro de sustrato como control del componente autótrofa de los
flujos de respiración del suelo, y (2) la evidencia de los vínculos entre los procesos a corto
y largo plazo que determinan lo que queda de carbono respirado heterotróficamente vs
almacenado en los ecosistemas. (Tumbore 2006).
7.11 EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO QUÍMICO APLICADO AL USO DE
BIOCOMBUSTIBLES
7.11.1 EQUILIBRIO
La mayoría de las reacciones químicas no se producen en forma completa. Es decir, cuando
los reactivos se mezclan en cantidades estequiométricos, no se transforman completamente
en productos. Las reacciones que no se completan del todo y que pueden producirse en
ambas direcciones se denominan reacciones reversibles. Una reacción reversible puede
representarse de la siguiente forma:
aA + bB ======= cC + dD
Donde las letras mayúsculas representan las fórmulas y las minúsculas los coeficientes
estequiométricos.
La doble flecha indica que la reacción es reversible y que pueden producirse
simultáneamente las reacciones directas (de izquierda a derecha) e inversa (de derecha a
izquierda). Cuando A y B reaccionan para formar C y D con la misma velocidad con la que
C y D reaccionan para formar A y B, el sistema está en equilibrio.
El equilibrio químico se logra cuando dos reacciones opuestas ocurren
simultáneamente con la misma velocidad. Estos equilibrios son dinámicos ya que las
moléculas individuales están reaccionando continuamente aunque la composición global de
la mezcla de reacción no cambie. En un sistema en equilibrio, este se desplaza hacia la
izquierda si hay mas C y D que A y B, y hacia la derecha cuando hay mas A y B que C y D.
(Quilez, 1996).
7.11.2 VELOCIDAD DE REACCION
55
La velocidad de una reacción química es la cantidad de producto formada, o reaccionante
consumido, por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción cambia con la concentración o grado de avance de las reacciones.
Cuando la concentración de reaccionantes es mayor, crece la probabilidad de choques entre
sus moléculas, y la velocidad de reacción aumenta. Al avanzar la reacción va disminuyendo
la concentración de los reaccionantes y baja la probabilidad de contacto molecular y la
velocidad de reacción disminuye.
La velocidad de reacción se determina midiendo de la concentración del reaccionante o
producto de interés en función del tiempo y se expresa como concentración/tiempo,
ejemplos: Kg/minuto, Toneladas/año, moles/segundo, etc.
Para el caso de la presente investigación son importantes las velocidades de las dos
reacciones siguientes:
La Reacción Química de Fotosíntesis:
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2
La Reacción Química de Oxidación:
4C2H5OH + 3O2 8 CO2 + 12H2O
7.12 RECORRIDO HISTÓRICO DE LAS CONSECUENCIAS AMBIENTALES
DEL DIOXIDO DE CARBONO EN EL EFECTO INVERNADERO (Kolbert,
2006)
El calentamiento global como motivo de alarma es una idea de la década de 1970; sin
embargo, como asunto científico se remonta a mucho antes. A finales de la década de 1850,
un físico británico llamado John Tyndall empezó a estudiar las propiedades de absorción de
distintos gases. Sus descubrimientos lo llevaron a proponer la primera descripción detallada
del funcionamiento de la atmósfera.
En 1859, Tyndall fabricó el primer espectrofotómetro de ratios, que le permitió comparar el
modo en que los diferentes gases absorben y transmiten la radiación. Cuando Tyndall hizo
pruebas con los gases más frecuentes en el aire el nitrógeno y el oxígeno descubrió que eran
transparentes tanto a la radiación visible como a la infrarroja. (A ésta la denominó
56
radicación «ultrarroja».) Sin embargo, otros gases, tales como el dióxido de carbono, el
metano y el vapor de agua, no lo eran. El CO2 y el vapor de agua eran transparentes en la
parte visible del espectro, pero parcialmente opacos en el infrarrojo. Tyndall pronto se dio
cuenta de las implicaciones de este descubrimiento: declaró que los gases selectivamente
transparentes eran los principales responsables del clima del planeta. El fenómeno
identificado por Tyndall se conoce ahora como «efecto invernadero natural».
Y no está ni remotamente controvertido; por el contrario, se lo reconoce como la condición
esencial para la vida en el planeta. Para entender cómo funciona, resulta de gran ayuda
imaginar cómo sería el mundo sin él. En tal circunstancia, la Tierra recibiría de manera
permanente energía solar y, al mismo tiempo, la irradiaría al espacio. Todos los cuerpos
calientes irradian en función de su temperatura. (La relación exacta se expresa mediante
una fórmula conocida como ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la radiación emitida por
un objeto es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia: P/A =
σT4*1). Para que la Tierra esté equilibrada, la cantidad de energía que irradia al espacio
debe ser igual a la cantidad de radiación que recibe.
Cuando este equilibrio, por la razón que sea, se altera, el planeta se calentará o se enfriará
hasta que la temperatura vuelva a ser la adecuada para que ambas corrientes de energía se
equilibren.
Si no hubiera gases invernadero en la atmósfera, la energía irradiada desde la superficie de
la Tierra se escaparía sin impedimentos. En ese caso, sería relativamente fácil calcular lo
caliente que tendría que estar el planeta para lanzar al espacio la misma cantidad de energía
que recibiera del sol. (Esta cantidad varía mucho según el lugar y la época del año;
promediando todas las latitudes y las épocas del año, se acerca a los 235 vatios por metro
cuadrado, apenas equivalente a la potencia de cuatro bombillas domésticas.) El resultado de
esa compensación nos da la congeladora cifra de cero grados. En el lenguaje Victoriano de
Tyndall, si elimináramos de la atmósfera terrestre los gases que retienen el calor, «el calor
de nuestros campos y jardines se perdería en el espacio, y el sol saldría sobre una isla que
muy pronto quedaría atrapada por el puño de hierro de la congelación».
Los gases invernadero modifican la situación gracias a sus propiedades selectivamente
absorbentes. Estas permiten que la radiación del sol, que llega sobre todo en forma de luz
visible, pase libremente. Pero la radiación de la Tierra, que se emite en la parte infrarroja
del espectro, queda parcialmente bloqueada. Los gases invernadero absorben la radiación
infrarroja y luego la re-emiten, parte hacia el espacio y parte hacia la Tierra. Este proceso
* P representa la potencia en vatios; A equivale a área en metros cuadrados; T representa la temperatura en grados Kelvin, σ es la
constante de Stefan-Boltzmann, 5,67 X 10-8 W/m2K4.
57
de absorción y re-emisión tiene el efecto de limitar el flujo de energía hacia fuera, como
resultado, la superficie terrestre y su atmósfera más baja necesitan esa cantidad extra de
energía antes de que el planeta pueda irradiar los 235 vatios necesarios por metro cuadrado.
La presencia de los gases invernadero contribuye mucho a que la temperatura media global,
en lugar de ser cero, sea en realidad la mucho más agradable de quince grados centígrados.
El químico sueco Svante Arrhenius reanudó las investigaciones donde Tyndall las había
dejado. En 1903, recibiría el premio Nobel por un trabajo conocido como la teoría de la
disociación electrolítica. No está claro el porqué exacto del interés de Arrhenius por los
efectos del C02 en las temperaturas globales; sobre todo, parece que quería comprobar si la
caída de los niveles de dióxido de carbono pudo ser la causa de las glaciaciones.
Arrhenius decidió calcular realmente cuánto afectaría a la temperatura de la Tierra la
modificación de los niveles de C02, en diciembre de 1895, estaba preparado para presentar
sus conclusiones a la Academia sueca, se preguntó qué le pasaría al clima de la Tierra si se
rebajasen a la mitad los niveles de C02 y también si se duplicasen. En este último caso,
determinó que las temperaturas medias globales se elevarían entre cinco y siete grados
centígrados, lo cual aproxima sus resultados a los cálculos de los modelos climáticos más
elaborados con los que se opera actualmente.
Arrhenius también es el responsable de un anuncio conceptual clave: Dijo que la
industrialización y el cambio climático estaban íntimamente relacionados, y que el consu-
mo de combustibles fósiles acabaría llevando, con el tiempo, al calentamiento.
Pensaba que la acumulación de dióxido de carbono en el aire sería sumamente lenta en un
momento dado, calculó que habría que quemar carbón durante tres mil años para duplicar
sus niveles atmosféricos, en gran parte porque consideraba que los océanos actuarían como
una enorme esponja, absorbiendo el exceso de CO2.
Tras la muerte de Arrhenius, en 1927, se enfrió el interés por el cambio climático. La
mayoría de los científicos siguió creyendo que si los niveles de dióxido de carbono
realmente estaban aumentando, lo hacían con gran lentitud. Entonces, a mediados de la
década de 1950, por ninguna razón en especial, Un joven químico llamado Charles David
Keeling, decidió trabajar en una nueva manera, más precisa de medir el CO2 atmosférico
(más tarde, explicaría su decisión diciendo “lo había pasado muy bien intentando reunir el
equipamiento necesario.) En 1958, Keeling convenció a la oficina del agua de Estados
Unidos para que empezase a usar esa técnica para el control de CO2 en su nuevo
observatorio, situado a 3300 metros sobre el nivel del mar, en la ladera de Manua Loa, en la
isla de Hawái. Estas mismas mediciones se han llevado a cabo ininterrumpidamente desde
entonces en el mismo observatorio. Los resultados, conocidos como “La Curva de Keeling”
58
deben ser el mayor conjunto de datos de ciencias naturales que se haya recogido jamás, y el
más reproducido.
Presentada en forma de gráfico, la Curva de Keeling parece el filo de una cierra inclinada.
Cada diente corresponde a un año concreto. Los niveles de CO2 caen mínimamente en
verano, cuando los arboles del hemisferio norte consumen dióxido de carbono con la
fotosíntesis y alcanza su máximo en el invierno, cuando los arboles permanecen en estado
vegetativo; (en el hemisferio sur hay menos bosques). Por su parte la inclinación se
corresponde con el aumento medio anual.
En el primer registro de los niveles de CO2 de un año entero (1959) realizado en el Mauna
Loa, esa media era de 316 partes por millón. Al año siguiente, había alcanzado las 317
partes, lo cual llevo a Keeling a observar que la suposición vigente acerca de la absorción
del CO2 por parte de los océanos estaba, probablemente, equivocada.
En 1970, en el nivel había alcanzado las 325 ppm (partes por millón) y en 1990, estaba en
354 partes por millón. En el verano de 2005, el nivel de CO2 llego a 378 partes por millón y
en la actualidad, ya está en las 400 ppm. (Kolbert, 2006).
Figura 12. La Curva de Keeling.
59
A este ritmo, alcanzará las 500 partes por millón (casi el doble de los niveles
preindustriales) a mediados del presente siglo, lo que representa, grosso modo, un adelanto
de 2850 años con respecto a las predicciones de Arrhenius.
7.13 RIESGOS DE LA REDUCCIÓN DE LA COBERTURA VEGETAL POR
USO DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
El cultivo de biocombustibles ha generado un proceso de deforestación. Se estima que ha
provocado 18% de la emisión de gases de efecto invernadero. La FAO responsabiliza a la
ganadería de ser el principal responsable de la deforestación en toda Sudamérica. La
extensión de superficies destinadas a biocombustibles emplea las mismas áreas de
pastizales que bosques. El empleo de la palma para biocombustibles ha depredado en
Malasia 20 millones de hectáreas (has), y sigue su avance en África y Sudamérica.
Para satisfacer su consumo energético, Brasil requeriría de 30% de su superficie agrícola,
Estados Unidos andaría también es este rango, y Europa requeriría emplear 72% de la
superficie en área agrícola. En México no hay tierras agrícolas disponibles para este uso en
forma suficiente, además de la escasez de agua. (Salinas 2009).
60
8. CÁLCULOS Y RE SULTADOS
8.1 EVALUACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA FOTOSÍNTESIS
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2
Dióxido de carbono Azúcar
Tiempo vegetativo para la producción de caña de azúcar
“Periodo vegetativo entre 13 y 15 meses”. (Procaña, 2013)
Producción de caña de azúcar por Hectárea:
• “The average is 80Mg per ha. (Braunbeck, 1999)
• En Colombia se producen en promedio, cerca de 9,3 toneladas de azúcar y 2
toneladas de Etanol por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (BID, 2012)
• Colombia tiene un alto rendimiento promedio de 14,6 toneladas de azúcar
por hectárea por año; la productividad promedio anual está alrededor de 120
ton caña/ha en el norte del Valle Geográfico del Río Cauca, 127 ton caña/ha
en el centro y 105 ton caña/ha en el sur (Asocaña 2011).
Toneladas de azúcar por Tonelada de caña
Rendimiento del 11.6%.(Procaña, 2013)
Producción de Alcohol por Tonelada de azúcar
1 ha of sugarcane harvested will result on 6,4 m3
of etanol (Dias, 2005)
2 toneladas de Etanol por cada 100 toneladas de caña de azúcar. (BID, 2012)
Poder calorífico del Etanol
27.17 kJ/Kg
Densidad del Etanol
0,81 Kg/Lt.
61
8.2 EVALUACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA OXIDACIÓN
CH2-CH2-OH + O2 CO2 + H2O + Energía
Etanol Gases Invernadero
Consumo de combustible por Kilometro recorrido en un automóvil más usado.
Velocidad optima para el consumo de combustible
Kilometraje recorrido promedio por un automóvil.
Poder calorífico de la gasolina.
43.47 kJ/Kg
Densidad de la gasolina
0,85 Kg/Lt
8.3 CÁLCULOS PARA COMPARAR FOTOSÍNTESIS Y OXIDACIÓN
Los cálculos de la oxidación se basan en los consumos de combustibles por los
automóviles:
Consumo promedio de gasolina en 100 Km.
Figura 13. Comparación de los consumos de combustible y el promedio general.
Chery Spark Spark GT Rwingo Hiunday i10 Picanto Palio Logan
Lt/100 Km 4,4 5,1 6,3 6,0 5,0 5,0 4,9 7,0 6,9
Promedio 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Litr
os/
10
0 K
m
Consumos de Combustible
62
Basados en los consumos de gasolina, se pueden calcular los consumos teóricos de etanol,
haciendo la corrección con base en la diferencia de los poderes caloríficos:
Teórico del Consumo de etanol por un automóvil en un año, considerando el poder
calorífico de la gasolina (43.47 kJ/Kg)) y del etanol(27.17 kJ/Kg):
Como el poder calorífico de la gasolina es mayor que el etanol, se necesitará más etanol
para el mismo recorrido. La diferencia se calcula como el consumo de un automóvil 5.6
Litros/Km multiplicando por 43.47 kJ/Kg y dividiendo por 27.17kJ/Kg.
Tiempo necesario para la producción del Etanol usado por un vehículo en un año:
Se considera el recorrido “normal” de un vehículo en Colombia por año: 15000 Km.
Consumo
Gasolina
Consumo
EtOH
Lt/100Km Lt/100 Km
5.6 9.0
15000 Km X
100 5.6 Litros año
X= 267857 Litros/año GasolinaBasados en la diferencia de poder calorifico (27.17/43.47) el Etanol equivalente es:
428552 Litros/año Etanol
Cálculo de Gasolina consumido por los vehículos
colombianos en un año
63
Producción del etanol (fotosíntesis) de una hectárea de suelo, a partir de la caña de
azúcar y posterior fermentación del azúcar:
Se producen 80 Toneladas de caña de azúcar por Hectárea. (Braunbeck, 1999)
80 Toneladas de Caña de Azúcar producen 14,6 Toneladas de Azúcar. (Asocaña
2011).
14,6 Toneladas de Azúcar producen 6.400 Litros de alcohol. (Dias, 2005)
Comparación entre tiempo de producción del etanol (fotosíntesis) y tiempo que
gasta un automóvil en consumir la misma cantidad (combustión).
La naturaleza necesita 13 meses en producir 6400 litros de Etanol por año, por hectárea.
Un automóvil es capaz de “quemar” 428552 Litros de Etanol en un año, si el combustible
es el 100% alcohol.
La naturaleza produce: 6400 litros en un año.
Un vehículo necesita 428.552 en el mismo año.
La relación se determina dividiendo los dos valores en 6400:
6400/6400 = 1 428552/6400 = 66.96 = 67
De lo cual se puede deducir que la “velocidad” de la reacción de Oxidación:
CH2-CH2-OH + O2 CO2 + H2O + Energía
Producto Ton/Ha
Azucar
Ton/Ha EtOH/Ton EtOH/Ha
Litros Litros
CAÑA 80 14.6 80 6400
64
Es 67 veces más rápida que la reacción de Fotosíntesis:
12CO2 + 11H2O C2H5OH + O2
Dióxido de carbono Etanol
Y, el equilibrio químico solamente se logra cuando dos reacciones opuestas ocurren
simultáneamente con la misma velocidad, por lo tanto, la naturaleza no está reabsorbiendo
el CO2 a la misma velocidad que lo producen los automóviles.
Gráficamente está ocurriendo lo siguiente:
OxigenoDióxido
de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Figura14. Alteración del equilibrio debido a la “velocidad de consumo” del bioetanol respecto de la
“velocidad de fotosíntesis”.
Si el bio-combustible es mezclado al 10% que es la expectativa en Colombia:
La naturaleza produce: 6400 litros en un año.
Un vehículo necesitara 428.552/10 en el mismo año o sea, 42885,2 Litros
La relación se determina dividiendo los dos valores en 6400:
6400/6400 = 1 42855,2/6400 = 6,696 = 6,7
67
1
65
e lo cual se puede deducir que la “velocidad” de la reacción de Oxidación:
CH2-CH2-OH + O2 CO2 + H2O + Energía
Es 6,7 veces más rápida que la reacción de Fotosíntesis:
12CO2 + 11H2O C2H5OH + O2
Dióxido de carbono Etanol
Y, el equilibrio químico solamente se logra cuando dos reacciones opuestas ocurren
simultáneamente con la misma velocidad, por lo tanto, ni usando solamente el 10% de
etanol en la gasolina, la naturaleza tiene tiempo de re-absorber el CO2 de la combustión en
el uso vehicular.
OxigenoDióxido
de Carbono
Fotosíntesis
Oxidación
Figura15. Alteración del equilibrio debido a la “velocidad de consumo” del bio-etanol respecto de la
“velocidad de fotosíntesis” cuando se usa solamente el 10% de bio-etanol.
Colombia espera tener una capacidad de 2´500.000 litros por día, que es la cantidad actual,
calculada para agregar el 10% de etanol a la gasolina (90:10). El etanol producido se
utiliza actualmente en las principales ciudades cerca del Valle del Cauca, tales como Cali y
Pereira, como también en la capital, Bogotá. No hay suficiente producción para el resto del
país (Procaña, 2013).
6,7
1
66
Si la capacidad de producción es 6400 litros por hectárea por año.
Serán necesarias X Hectáreas por día:
6400 Litros ------------------------------------ 1 Hectárea
2´500.000 Litros ------------------------- X
Serían necesarias 390625 Ha de cultivadas para satisfacer las necesidades de un día.
67
9. ANALISIS DE RESULTADOS
La velocidad de la reacción de combustión es mayor que la reacción de Fotosíntesis, por lo
que desde el punto de vista de la cinética química la reacción no pueda ser considerada una
reacción en equilibrio y aunque teóricamente sea reversible, la naturaleza no logra
balancearla y por lo tanto, la producción y uso de biocombustible etanol no es
ambientalmente sostenible.
El uso de los biocombustibles está acelerando la generación de CO2 y por lo tanto
acelerando el calentamiento global.
El concepto renovable puede verse en la explotación del caucho natural, en la donación de
sangre y aun en procesos de recolección de frutas como el mango. Se observa que la
cantidad de producto que se recolecta es estacional y que el tiempo definido por la
“estación” es el periodo que necesita la naturaleza para “regenerar” el material que le ha
sido extraído. En estos ejemplos sencillos se ve que si extraemos mas caucho del debido, si
donamos más sangre que la recomendada o si la frecuencia de la extracción o donación es
muy alta, se arriesga la vida del donador. Esta es la base del concepto de renovabilidad.
No debe confundirse renovabilidad con reproducibilidad. Reproducible es un proceso que
podemos repetir varias veces. El proceso de fabricación y consumo del etanol es un proceso
reproducible, no un proceso renovable debido a que la velocidad con que consumimos el
etanol como biocombustible es 67 veces mayor que la velocidad requerida por la naturaleza
para “regenerar” la materia prima desde la cual se obtiene.
Análisis publicados en la revista Science indican que se tardarán 167 años en compensar las
emisiones de carbono provocadas por el cambio de uso de la tierra a nivel global como
resultado del programa de los Estados Unidos para la producción de etanol a partir del
maíz.
El consumo de petróleo es tan elevado que para que los biocombustibles fueran una
alternativa relevante serían necesarias cantidades inmensas de producción agrícola. Aunque
toda la cosecha de maíz de los Estados Unidos fuera desviada hacia la producción de
etanol, sólo se podría sustituir uno de cada seis galones de gasolina vendidos en los Estados
Unidos. Si todo el suministro mundial de hidratos de carbono (almidón y cultivos de
azúcar) se transformara en etanol, sólo se llegaría a reemplazar, como máximo, el 40 por
ciento del consumo mundial de gasolina. Y si toda la producción mundial de oleaginosas se
68
destinase a biodiesel, no sería capaz de alcanzar siquiera un 10 por ciento del consumo de
diesel. (Bailey 2008).
La idea de la existencia de un “combustible alternativo” capaz producir la energía requerida
sin las consecuencias de contaminación y sin que contribuya al calentamiento global, puede
deberse a las reacciones químicas, que “balancean” el dióxido de carbono en las reacciones
de formación, fermentación y oxidación (quema) de los biocombustibles:
Balance CO2 (Reacciones Químicas y Reacción de Combustión)
Reacciones Químicas de Formación:
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2 (1)
C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4 CO2 (2)
Reacción de Combustión
4C2H5OH + 3O2 8 CO2 + 12H2O (3)
Con las tres ecuaciones, se tiene que el balance de CO2 es “teóricamente” neutro.
Capturándose 12 moléculas de CO2 y liberando primero 4 moléculas de CO2 en la
fermentación y luego 8 moléculas de CO2 en la combustión, lo cual da lugar a un
BALANCE “TEORICO” DE CARBONO CERO.
Sin embargo, si la velocidad del la reacción (3) es 67 veces mayor que la velocidad de la
reacción (1), lo que está ocurriendo es que simplemente estamos acelerando el proceso de
generación de dióxido de carbono y el calentamiento global, debido a que las plantas y el
área de la tierra que anteriormente se utilizaba para hacer la captura de CO2 (fotosíntesis)
proveniente de la quema de hidrocarburos hoy “la estamos quemando”.
Para implementar la “agricultura intensiva” requerida para la industria de los
biocombustibles que sustenta el crecimiento automotriz, se están desforestando grandes
extensiones de bosques y la materia orgánica (maíz, yuca, ñame, cereales, etc.) se está
convirtiendo de manera irreversible en gases de invernadero, todo a expensas de la
vegetación, misma que sería la única capaz de reconvertir el dióxido de carbono generado a
través de la fotosíntesis.
69
La desertización es controlada por la fotosíntesis, que es un proceso donde las plantas
absorben los gases atmosféricos (gases invernadero) como el dióxido de carbono,
combinándose con el agua y usando la energía del sol formando nuevamente los
carbohidratos (los alimentos) y liberando el oxígeno que respiramos.
En la fotosíntesis:
CO2 + H2O + Sol Cn (H2O)n + O2
Gases invernadero Carbohidratos + oxigeno
La combinación de factores: Crecimiento poblacional, la ganadería, el número de
automóviles y la industrialización, con el uso de biocombustibles y la consecuente
reducción de la capa vegetal, harán que cada día sea mayor la reacción de combustión que
la de fotosíntesis, hasta que un día, no habrá cobertura verde suficiente y el proceso se hará
irreversible (Se romperá el ciclo del carbono), marcando el final de la vida aerobia en el
planeta o por lo menos se reducirá la disponibilidad de oxigeno por debajo del 21.8
necesario para sustentar la forma de vida como hoy la conocemos.
El equilibrio químico solo se logra cuando dos reacciones opuestas ocurren
simultáneamente con la misma velocidad. Para el caso de la producción de etanol
(fotosíntesis) y el consumo como biocombustible (oxidación) analizado en este proyecto se
evidencia que los motores de los vehículos generadores de CO2 que actúan a tal velocidad
que no permiten que la tierra se reponga o absorba los gases generados. En términos
económicos la demanda excede 67 veces a la oferta.
El primero y más importante elemento de gestión ambiental de los biocombustibles consiste
en aceptar que producen un impacto negativo y lograr un cambio en la mentalidad en la
sociedad, de manera que sin satanizar el uso de los biocombustibles, se elimine la visión
actual de que son “absolutamente inocuos” e inclusive que son “benéficos” para el control
de la contaminación atmosférica y para la reducción de los gases invernadero y el control
del calentamiento global. Son una alternativa para los combustibles fósiles, pero presentan
sus propios problemas, requieren de regulación legal y del establecimiento de reglas y
limites para su uso.
Con el objeto de disminuir los impactos ambientales, el manejo de los biocombustibles
requiere de la implementación de un sistema de gestión ambiental, que tenga los elementos
universalmente aceptados, por ejemplo en ISO 14000, para la producción de insumos
70
agrícolas y para los procesos de fermentación y operacionales en general requeridos para la
obtención del biocombustible. Estos elementos de gestión son:
PLANEAR: Aspectos ambientales, Requisitos legales, Objetivos y metas,
Programa de Gestión Ambiental.
IMPLEMENTAR: Estructura, responsabilidad, Capacitación, Comunicaciones,
Documentación del Sistema de Gestión Ambiental, Control de documentos, Control
operacional, Preparación a emergencias.
VERIFICAR: Supervisión/medición, Monitoreo, Acción correctiva/preventiva,
Registros Auditorías.
ACTUAR/MEJORAR: Revisión Gerencial
Debe aplicarse a través de los gremios existentes, los elementos de producción limpia para
biocombustibles, de manera que se agrupen y se compartan las mejores prácticas agrícolas
e industriales tendientes a disminuir o eliminar los impactos ambientales adversos. Estos
elementos se encuentran definidos en los objetivos primordiales de la Guía Ambiental para
el subsector de Caña de Azúcar (GADCAÑA-7, 2005):
1. Presentar una descripción de los procesos involucrados en la actividad azucarera.
2. Conocer los aspectos e impactos ambientales para cada parte del proceso
productivo, tanto el agrícola para producción de insumos, como el industrial para la
fermentación y destilación.
3. Presentar medidas típicas para control y prevención de los impactos ambientales
generados por la actividad.
4. Unificar criterios para la gestión ambiental del subsector.
5. Difundir la legislación ambiental entre los productores para facilitar su
cumplimiento.
6. Proponer opciones tecnológicas orientadas hacia la producción más limpia.
7. Facilitar la gestión de las autoridades ambientales.
Deben mantenerse los esfuerzos en investigación y desarrollo para que se logren cada día
mejores resultados en el balance de carbono en la utilización de biocombustibles.
71
Los gobiernos nacionales y locales deben establecer límites de mezcla o de contenidos
máximos de biocombustibles en gasolinas y diesel, los cuales determinaran a su vez límites
geográficos (áreas cultivables) y de cantidades máximas a producir con base en necesidades
y reducción de los impactos ambientales.
72
10. CONCLUSIONES
La velocidad de la reacción de combustión es mayor que la reacción de Fotosíntesis y
desde el punto de vista de la cinética química la reacción no puede ser considerada una
reacción en equilibrio aunque teóricamente sea reversible, la naturaleza no logra
balancearla y por lo tanto, la producción y uso de biocombustible etanol no es
ambientalmente sostenible. El uso de los biocombustibles está acelerando la generación de
CO2 y por lo tanto acelerando el calentamiento global.
La velocidad de la reacción del etanol usado como biocombustible, o reacción de
combustión es 67 veces más rápida que la reacción de Fotosíntesis, medido como la
capacidad de la caña de azúcar de reabsorber el CO2.
Las Reacciones Químicas de Formación y la Reacción de Combustión:
Reacciones Químicas de Formación:
12CO2 + 11H2O C12H22O11 + 12 O2 (1)
C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4 CO2 (2)
Reacción de Combustión
4C2H5OH + 3O2 8 CO2 + 12H2O (3)
Representan un balance estequiométrico, pero no un balance cinético. El balance de
carbono cero ha tenido en cuenta la estequiometria, pero no la cinética de las reacciones.
Para que los biocombustibles sean renovables se necesita que la velocidad de formación (1)
sea igual a la velocidad de combustión (3).
El proceso de fabricación y consumo del etanol es un proceso reproducible, no un proceso
renovable, debido a que la velocidad de consumo de etanol como biocombustible es 67
veces mayor que la velocidad requerida por la naturaleza para “renovar” la materia prima
desde la cual se obtiene.
73
El equilibrio químico está basado tanto en el balance estequiométrico como, desde el punto
de vista de la cinética, en la velocidad de las reacciones. Actualmente, se considera
solamente el balance estequiométrico de las reacciones de oxidación y fotosíntesis de los
biocombustibles para considerar el concepto de balance de carbono cero, sin embargo, si la
velocidad con que ocurre la reacción de combustión de los biocombustibles es mayor que la
que necesita la naturaleza para reabsorber el CO2 generado, estamos frente a un error al
considerar que la producción y uso de biocombustibles representan un ejemplo de sistemas
con balance de carbono cero si se considera que la naturaleza necesita 67 veces más tiempo
para re-absorber el CO2 generado. En términos económicos para la naturaleza la oferta de
CO2 supera su capacidad de consumo.
De acuerdo con los cálculos estequiométricos y de producción y las necesidades declaradas
por las organizaciones colombianas (Procaña, Asocaña) de 2´500.000 litros por día, el área
total requerida cultivada en caña de azúcar usará una gran parte del territorio cultivable
colombiano, para satisfacer el 10% de etanol en mezcla con gasolina usada como
combustible para automóviles. “El área de tierra necesaria para cultivar cantidades
suficientes de la materia prima, se debe minimizar”. (Groom, 2008).
Debe mantenerse la búsqueda de opciones de reducción y conservación de la energía, la
promoción del uso del transporte colectivo, el desestimulo del uso del automóvil particular,
la promoción del uso de la bicicleta, el rediseño de las ciudades para disminuir la movilidad
de sus habitantes creando ciudades satélites dentro de las grandes ciudades que tengan
todos los elementos requeridos para “disminuir“ la necesidad de traslados largos, la
utilización de combustibles alternativos, que no generen CO2.
El ciclo de vida completo de la producción de biocombustibles requiere de la aplicación de
“agricultura ecológica” que garantice un mínimo impacto al medio ambiente en la
obtención de la materia prima básica: caña de azúcar, maíz, etc. y la eliminación de los
impactos debidos a la producción de intermediarios como el bagazo, los licores intermedios
y la fermentación requerida para la obtención. El logro de estos requerimientos son
mandatorios para poder hablar de sostenibilidad de los biocombustibles. Todas las
“perdidas” en esta fase afectan el rendimiento total del proceso “oxidativo” de producción y
uso de biocombustibles y requiere ser compensado por un aumento en la capacidad de
fotosíntesis de la naturaleza, cuando esto no ocurre, entonces se considera que el proceso no
es reversible, no logra el balance de carbono cero y no es ambientalmente sostenible.
74
El más importante elemento de gestión Ambiental de los biocombustibles es aceptar que
producen un impacto ambiental y trabajar para lograr cambiar la opinión pública para
eliminar la visión de que son inocuos o benéficos para el control de la contaminación
atmosférica y para la reducción de los gases invernadero y control del calentamiento global
que ellos mismos generan.
Los elementos de Gestión Ambiental que en Colombia, pueden ayudan a minimizar los
efectos del uso de los biocombustibles pueden lograr on la implementación completa de la
Guía Ambiental para el subsector de Caña de Azúcar (GADCAÑA-7, 2005) y los
Lineamientos de política para promover la producción sostenible de biocombustibles en
Colombia (Conpes 3510, 2008) que incluyen desde el punto de vista legal las obligaciones
a las que están sometidos los productores de insumos agrícolas, los ingenios, las plantas de
fermentación, las destilerías, las empresas productoras y distribuidoras de combustibles
(encargadas de las mezclas) y los usuarios finales, para garantizar la disminución, control y
remediación de los impactos ambientales generados en todo el ciclo de producción agrícola,
procesamiento, distribución y uso de los biocombustibles y las estrategias para garantizar
un desempeño ambientalmente sostenible de los biocombustibles.
75
11. RECOMENDACIONES
Cambiar la percepción general de que los biocombustibles no son generadores de gases de
invernadero, si bien representan una alternativa para las necesidades energéticas, deben
estar sometidos a control regulatorio ambiental y su cadena productiva debe aplicar
rigurosamente las mejores prácticas agrícolas y de producción para disminuir su impacto.
Desarrollar, para el uso de los biocombustibles, sistemas de certificación y acreditación que
utilicen los principios de desarrollo sostenible y producción limpia. Los procesos de
certificación y acreditación implican la participación de terceras partes u organismos de
certificación o acreditación, sobre el proceso de gestión, los procedimientos de trabajo en
todo el ciclo de vida desde la cosecha, la fermentación y el uso.
Desde el punto de vista agrícola se deben establecer las mejores prácticas con base en
modelos como el “Common Agricultural Policy” de los Estados Unidos o su equivalente
europeo para garantizar el mínimo daño ambiental durante el proceso de obtención de
insumos.
Los organismos Internacionales como la ONU, por ejemplo, deben regular la producción y
uso de la biomasa a través de un estándar modelo global, ya que el calentamiento global y
la generación de dióxido de carbono afectan a todos los habitantes de la tierra.
Usar el etanol como biocombustible, en mezcla con gasolinas, en niveles del 10% o
inferiores o en las cantidades recomendadas técnicamente para eliminar el uso del MIBK o
el peligrosos tetra-etil plomo, usados históricamente como antidetonantes en la gasolina.
Continuar las investigaciones para la búsqueda, promoción y uso de combustibles
alternativos no generadores de CO2.
Deben definirse principios especiales para el desarrollo y uso de los biocombustibles. Es
esencial por ejemplo que las materias primas para biocombustibles deban ser cultivadas con
prácticas agrícolas ambientalmente seguras y amigables con los ecosistemas. La
sostenibilidad de cualquier materia prima para biocombustibles depende de las buenas
prácticas de agrícolas y de prácticas ambientales sanas en todo el ciclo de vida. Además, la
huella ecológica los biocombustibles, debe tener en cuenta el área de tierra necesaria para
cultivar las materias primas calculadas para la adición de l10% a los combustibles fósiles.
Las mejores alternativas parecen ser los combustibles del futuro, especialmente
combustibles derivados de micro-algas. Se les debe dar alta prioridad a los biocombustibles
76
que pueden aislar carbono o que tienen un balance de carbono negativo o igual a cero,
cuando son vistos a través de todo el ciclo de vida de la producción. Groom, M; Gray, E;
Twonsend, P. (2008).
Prácticas recomendadas para disminuir el impacto ambiental de biocombustibles:
Evaluar todo el ciclo de vida de la producción de biocombustibles, el uso y la
eliminación de residuos y calcular la huella ecológica de todos los biocombustibles.
Exigir evaluación de la sostenibilidad de la producción de materias primas para
biocombustibles, y promover sólo los biocombustibles que se pueden producir de
manera sostenible.
Seleccionar especies con altas eficiencias de conversión para minimizar la
superficie de tierra necesaria para producir biocombustibles. Esta iniciativa debe
incluir uso de ligno-celulósica, algas y residuos orgánicos para la producción de
biocombustibles de última generación.
Fomentar la restauración o recuperación de áreas degradadas con cultivo de
biocombustibles.
Definir el área total del país a ser utilizadas para biocombustibles y controlar el uso
de los espacios naturales y de lugares protegidos para aumentar la superficie de
cultivo.
Asegurar que la producción de materia prima no afecta negativamente los servicios
ambientales de los ecosistemas y hábitats sensibles.
Investigar e implementar de cultivos con bajos insumos de agua, fertilizantes,
plaguicidas y de energía.
Promover el policultivo para reducir el agotamiento de suelos.
Desarrollar modelos de agricultura sostenible (Agricultura más Limpia).
De acuerdo con lo mencionado en el documento Conpes 3510, se recomienda al Ministerio
de Ambiente implementar, de la mano con el sector privado, un esquema de certificación
ambiental en la producción de biocombustibles en Colombia, y que desarrolle las
herramientas necesarias para cumplir con los estándares ambientales y de calidad
requeridos por los merca dos internacionales. Se promoverán en esta dirección programas
de autogestión empresarial que incluyan temas de producción limpia y responsabilidad
integral social y ambiental.
77
De manera complementaria se identificarán mecanismos de protección y/o compensación
Ambiental para mitigar o compensar los impactos negativos por la siembra de cultivos para
Bio-combustibles. (Conpes 3510,2008).
De manera general la difusión y aplicación del documento de Lineamientos de política para
promover la producción sostenible de biocombustibles en Colombia (Conpes 3510, 2008) y
la guía ambiental para el subsector de caña de azúcar creado por el ministerio de medio
ambiente Asocaña y SAC (GADCAÑA-7, 2005) contienen las mejores prácticas
ambientalmente recomendadas a ser aplicadas en todo el proceso de producción de bio-
combustibles.
78
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84
ANEXOS
ANEXO 1
Tabla de Conversiones Energéticas.
FUENTE DENSIDAD
PODER CALORIFICO INFERIOR
PODER CALORIFICO SUPERIOR FACTOR DE CONVERSION A kep (sobre PCI)
Kg/lt kcal/lt kcal/kg kcal/lt kcal/kg lt a kep kg a kep kWh a kep Carbón Mineral (nacional) (*)
- - 5.900 - 6.200 - 0,590
Carbón Mineral (importado)
- - 7.200 - 7.500 - 0,720
Coque - - 6.800 - 7.500 - 0,680 Petróleo Crudo 0,885 8.850 10.000 9.293 10.500 - 1,000 Aeronaftas 0,709 7.374 10.400 8.012 11.300 0,7374 1,040 Naftas 0,735 7.607 10.350 8.232 11.200 0,7607 1,035 Kerosene y Comb. Jets 0,808 8.322 10.300 8.945 11.070 0,8322 1,030 Gas Oil 0,845 8.619 10.200 9.211 10.900 0,8619 1,020 Diesel Oil 0,880 8.800 10.000 9.416 10.700 0,8800 1,000 Fuel Oil 0,945 9.261 9.800 9.923 10.500 0,9261 0,980 Mezcla 70-30 0,910 8.995 9.885 9.638 10.591 0,8995 0,988 Carbón Residual 1,000 - 7.600 - 7.900 - 0,760 Coque de Carbón Residual
- - 7.200 - 7.800 - 0,720
Gas Residual de Petróleo - 8.500/m3 - 9.000/m3 - 0,8500 de m3
Gas Natural - 8.300/m3 - 9.300/m3 - 0,8300 de m3
Propano 0,508 5.588 11.000 6.102 12.013 - 1,100 Butano 0,567 6.180 10.900 6.735 11.878 - 1,090 Gas Licuado 0,537 - 10.950 6.418 11.951 - 1,095 Leña Blanda - - 1.840 - 2.940 - 0,184 Leña Dura - - 2.300 - 3.500 - 0,230 Carbón de Leña - - 6.500 - 7.500 - 0,650 Marlo de Maíz - - 2.300 - 3.000 - 0,230 Cáscara de Arroz - - 2.300 - 3.000 - 0,230 Bagazo - - 1.500 - 2.000 - 0,150 Aserrín - - 1.800 - 1.995 - 0,180 Otros Residuos Vegetales - - 1.760 - 2.310 - 0,176 Papeles - - 1.620 - 1.796 - 0,162
85
Alcohol de Quemar 0,789 6.080 - 6.400 - 0,6080 Gas de Alto Horno de C. de Leña
- 950/m3 - 1.055/m3 - 0,095 de m3
Gas de Alto Horno de C. de Coque
- 800/m3 - 905/m3 - 0,080 de m3
Etano 1,270 14.413/m3
11.350 15.746 12.399 1,4413 1,135
Metanol 0,800 3.818 4.773 4.345 5.431 0,3818 0,477 Etanol 0,794 5.082 6.400 5.633 7.092 0,5082 0,640 Electricidad - - 860 kcal/kWh - - - - 0,0860 Licor Negro - - 3.600 - - - 0,360 Corteza/chips de leña - - 4.600 - - - 0,460
(*) Sobre base húmeda
1 kep = kilo equivalente de petróleo = 10.000 kcal
ANEXO 2 Vehicles in the world
The International Organization of Motor Vehicle Manufacturers 2012 Statistics
Country Cars Commercial
Vehicles Total % Change
Argentina 497,376 267,119 764,495 -7.80%
Australia 178,480 31,250 209,730 -6.50%
Austria 124,000 19,060 143,060 -6.20%
Belgium 507,204 34,670 541,874 -8.90%
Brazil 2,623,704 718,913 3,342,617 -1.90%
Canada 1,040,298 1,423,434 2,463,732 15.40%
China 15,523,658 3,748,150 19,271,808 4.60%
Czech Rep. 1,171,774 7,164 1,178,938 -1.70%
Egypt 36,880 19,600 56,480 -30.90%
Finland 2,900 2,900 14.20%
France 1,682,814 284,951 1,967,765 -12.30%
Germany 5,388,456 260,813 5,649,269 -8.10%
Hungary 215,440 2,400 217,840 2.00%
India 3,285,496 859,698 4,145,194 5.50%
Indonesia 743,501 322,056 1,065,557 27.10%
Iran 848,000 141,110 989,110 -40.00%
Italy 396,817 274,951 671,768 -15.00%
Japan 8,554,219 1,388,492 9,942,711 18.40%
Malaysia 510,400 61,750 572,150 7.20%
86
Mexico 1,810,007 1,191,967 3,001,974 12.00%
Netherlands 28,000 29,462 57,462 -21.40%
Poland 540,000 107,803 647,803 -22.70%
Portugal 115,735 47,826 163,561 -14.90%
Romania 326,556 11,209 337,765 0.80%
Russia 1,968,789 262,948 2,231,737 12.10%
Serbia 10,227 796 11,023 0.00%
Slovakia 900,000 0 900,000 40.70%
Slovenia 126,836 4,113 130,949 -24.80%
South Africa 274,873 264,551 539,424 1.30%
South Korea 4,167,089 390,649 4,557,738 -2.10%
Spain 1,539,680 439,499 1,979,179 -16.60%
Sweden 162,814 N.A. 162,814 -13.80%
Taiwan 278,043 60,995 339,038 -1.20%
Thailand 957,623 1,525,420 2,483,043 70.30%
Turkey 576,660 495,679 1,072,339 -9.80%
Ukraine 69,687 6,594 76,281 -27.10%
UK 1,464,906 112,039 1,576,945 7.70%
USA 4,105,853 6,223,031 10,328,884 19.30%
Uzbekistan 144,980 19,200 164,180 -8.60%
Others 422,776 131,392 554,168 26.60%
Total 63,069,541 21,071,668 84,141,209 5.30%
La industria del automóvil, por primera vez en su historia, logró en el 2011 un nuevo récord, al fabricar más de 80 millones de
automóviles.
87
ANEXO 3
Poder calorífico de diferentes combustibles.
Combustible
Poder
calorífico
(kJ/kg)
1 kg de combustible
alumbrará una bombilla de
100 W durante...
Usos
Madera (según)
composición) 10.450-16.700 1 h 39 min - 2 h 39 min Calefacción
Carbón (según)
composición) 16.700-37.600 2 h 39 min - 5 h 58 min Calefacción
Alcohol 27.170 4 h 19 min Transporte terrestre
Gasóleo 43.160 6 h 51 min Transporte terrestre y
marítimo, calefacción
Gasolina 95 43.470 6 h 54 min Transporte terrestre
Gasolina 98 44.100 7 h 00 min Transporte terrestre
Butano 45.560 7 h 14 min Calefacción
Petróleo 46.000 7 h 18 min Preparación de
combustibles
GLP (gas licuado
de petróleo) 46.000 7 h 18 min Transporte
Gas natural
(metano) 48.100 7 h 38 min Calefacción, transporte
Hidrógeno 120.000 19 h 04 min Cohetes
88
ANEXO 4
Composición del aire (seco y limpio) A nivel del Mar
Fórmula % en Volumen ppm
N2 78.09 780 900
O2 20.94 209 400
Ar 0.93 9 300
CO2 0.0318 318
Ne 0.0018 18
He 0.00052 5.2
CH4 0.00015 1.5
Kr 0.0001 1
H2 0.00005 0.5
N2O 0.000025 0.25
CO 0.00001 0.1
Xe 0.000008 0.08
O3 0.000002 0.02
NH3 0.000001 0.01
NO2 0.0000001 0.001
SO2 0.00000002 0.0002
Fuente: Sielberberg (1993) Gases que retienen energía calórica o gases de invernadero
89
ANEXO 5.
7.10 Principales Actividades aportantes de gases con efecto invernadero en
Colombia.
Fuente: adaptado IDEAM 2010
90
ANEXO 6
Consumo de combustibles de los Principales automóviles
Utilizados en Colombia
Fuente: Eltiempo.com/carroya
91
ANEXO 7
Fuente: Informe Anual Asocaña y revista Procaña. Fecha de actualización Marzo de 2013
92
ANEXO 8
93
ANEXO 9
Producción de Etanol Combustible
Base: 1000 gph de EtOH Anhídro
Base: EtOH Anhidro gal/h 1000
EtOH gal/a 365000
EtOH Anhídro L/h 3785
EtOH Anhídro L/a 1381525
densidad ETOH lb/ft3 49.78
GE EtOH Anhídro 0.798
EtOH Anhídro kg/h 3019.5
EtOH Anhidro lb/h 6650.9
Concentración Azeótropo 0.95
EtOH Azeotrop lb/h 7000.9
Concentración Fermentador lb/h 0.0637
Licor Fermentador lb/h 107143
Calor Columnas destilación
Columna deshidratadora btu/h 4610000
Columna Azeotrópica btu/h 13300000
Columna concentradora btu/h 26000000
Calor Proceso Destilación btu/h 43910000
Potencia Molienda HP 1200
Calor Molienda btu/h 3052800
Potencia Térmica Neta btu/h 46962800
Eficiencia Térmica 0.8
Potencia Térmica bruta btu/h 58703500
Poder calorífico EtOH btu/lb 11530
94
Poder calorífico EtOH btu/h 76684862
Poder calorífico EtOH btu/gal 76685
Energía Producción btu/gal 58703.5
Beneficio Energético directo btu/gal 17981
Conversión Fermentador - Insumo de Caña - Producción de Bagazo
lb ETOH/lb Azucar Teórico 0.538
lb ETOH/lb Azucar Actual 0.385
Eficiencia Fermentador 0.72
ETOH Fermentador lb/h 6825.0
Azucar Requerido lb/h 17727
Azucar/Caña 0.135 0.135
Caña Requerida lb/h 131313
Caña Requerida TON/h 59.69
Bagazo producido lb/h 17071
Poder Calorífico Bagazo btu/lb 8200
Calor Combustión Bagazo btu/h 1.4E+08
Emisión de CO2
Requerimnto Térmico Proceso btu/h 58703500
Bagazo a quemar lb/h 7159.0
Superávit Bagazo lb/h 9911.7
%Bagazo usado 41.9
Contenido Carbono/Bagazo 0.48
CO2 generado por Combustión lb/h 12599.8
95
CO2 generado en Fermentación 6528.3
CO2 Total Emitido lb/h 19128.0
CO2 Total Emitido lb/gal EtOH 19.1
LHV ETOH btu/lb 11530
lb ETOH/gal 6.65
LHV EtOH btu/gal 76684.9
Peso Molecular EtOH 46.07
CO2 lb/lb EtOH 1.91
CO2 lb/gal EtOH 12.70
CO2 comb EtOH lb/Mbtu 165.7
EMISION CO2 TOTAL lb/gal EtOH 31.83
EMISION CO2 TOTAL lb/Mbtu 415.1
Gasolina (como Octano)
PM 114
CO2 emitido lb/lb 3.09
LHV btu/lb 19260
densidad lb/ft3 44.2
LHV lb/gal 5.91
CO2 emitido lb/gal 18.25
LHV btu/gal 113809.0
CO2 emitido lb/Mbtu 160.3
Emisión Total CO2 EtOH/C8 2.59
Requerimiento de Caña y Tierra de Cultivo
Caña Requerida lb/h 131313
96
Caña Requerida TON/h 59.7
Caña Requerida TON/a 522865
Productividad Cultivo TON/Ha. a 70
Área Cultivo Ha 7469.5
Corte diario Ha/d 20.5
Corte diario TON/d 1440
97
ANEXO 10
Producción Mundial de Alcohol combustible
Millones de Galones
Country
2007 2008 2009 2010 2011
2012
USA 6498.6 9000.0 10,600.00 13,720.99 14,401.34 13,768
Brazil 5019.2 6472.2 6577.89 6,921.54 5,573.24 5,577
European
Union
570.3 733.6 1039.52 1,208.58 1,167.64 1,139
China 486.0 501.9 541.55 541.55 554.76 555
Canadá 211.3 237.7 290.59 356.63 462.30 4,490
Thailand 79.2 89.8 435.20 66.04
Colombia 74.9 79.29 83.21 43.59
India 52.8 66.0 91.67
Australia 26.4 26.4 56.80 66.04 87.20 71
Turkey 15.8
Pakistán 9.2
Perú 7.9
Argentina 5.2
África 43.59 38.31 42
Asia 785.91 889.70 952
Oceanía 66.04
Otros 128.4 247.27 5800
Source: RFA, F.O. Lichts 2008