Biocombustibles

Biotecnologías. Energía. Combustible. Bioetanol. Biomasa. Energías renovables. Energías alternativas

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Biocombustibles

Los biocombustibles se producen orgánicamente y a diferencia de los combustibles fósiles son una fuente de energía renovable.

Los biocombustibles provienen de la biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Para la obtención de los biocombustibles se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos.

Al utilizar estos materiales se reduce el CO2 que es enviado a la atmosfera terrestre ya que estos materiales van absorbiendo el C02 a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los combustibles convencionales en el momento de la combustión.

En Europa, Argentina y Estados Unidos ha surgido diversa normativa que exige a los provedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varian del 5 al 10%

Obtención de biocombustibles

Según la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible deseado, se pueden utilizar diferentes métodos para obtener biocombustibles: procesos mecánicos (astillado, trituración, compactación), termoquímicos (combustión, pirolisis y gasificación), biotecnológicos (micro bacterianos o enzimáticos) y extractivos. Cada uno de estos procesos se inicia con la biomasa vegetal que se forma a partir del proceso de fotosíntesis, con el aporte de la energía solar que captan y transforman estos organismos.

Proceso de obtención de Biocombustibles

Técnicas

Fermentación

Digestión anaerobia

Productos

Etanol, Varios

Biogas, CO2, CH4

Aplicaciones

Transporte, Industria Química

Calefacción, Electricidad

Cada técnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directo mediante combustión, el cual producirá vapor para generar energía eléctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestión anaeróbica que lo convertirá en metano y otros gases, o fermentar para producir alcohol, o convertir en hidrocarburo por reducción química. Si se aplican métodos termoquímicos es posible extraer metanol, aceites, gases, etc. El método de la digestión por el cual se obtiene biogás es el más empleado.

Clasificación de las distintas clases de Biocombustibles
Biogás

Se denomina biogás a aquel gas creado mediante la fermentación bacteriana de la materia orgánica, en ausencia de oxigeno. Puede realizarse tanto en medios naturales como en dispositivos específicos para la creación del gas. El producto obtenido se encuentra conformado principalmente por metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, aunque también se encuentran otros gases en menor proporción.

Para su obtención, se puede utilizar como materia prima la excreta animal, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal.

Son cuatro los tipos de bacterias que intervienen en la fermentación:

  1. Las hidrolíticas, que producen ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos policarbonados.
  2. Las acetogénicas, productoras de hidrógeno.
  3. Las homoacetogénicas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en ácido acético.
  4. Las metanogénicas, productoras del gas metano, principal componente del biogás, con una proporción de 40 a 70 % de metano (CH4).
Consumo

Muchos vehículos utilizan biocombustibles a base de metanol y etanol mezclado con gasolina. Se puede obtener etanol a partir de la caña de azúcar, de la remolacha o el maíz. En algunos países como la India y la China producen biogás a partir de la fermentación natural de desechos orgánicos (excrementos de animales y residuos vegetales).

Biotecnología y Biocombustibles

Se puede considerar al biocombustible como un producto de la biotecnología, debido a que la obtención de este combustible renovable se hace a partir de organismos o de sus derivados. El uso de la biotecnología favoreció a las mejoras de rendimiento y obtención de los biocombustibles, logrando una reducción de los costos de cultivo y aumentando la eficiencia con respecto a su predecesor, el combustible fósil. Así, la competitividad aumenta, favoreciendo al cuidado del medio ambiente. Entre los proyectos en desarrollo se encuentra la obtención de levaduras OGM para la producción de bioetanol a partir de desechos agrícolas. La universidad de Purdue, ubicada en Estados Unidos, genero una levadura que es capaz de producir bioetanol a partir de residuos celulósicos que habitualmente se desechan o se destinan a la alimentación animal. Esto fue un gran aporte desde la biotecnología, hacia los biocombustibles. Esta levadura se denomina OGM, y es capaz de producir un 40% más de bioetanol a partir de residuos de la caña de maíz y paja de trigo. Otro proyecto, contempla la modificación genética de bacterias para optimizar la conversión de la pulpa de la remolacha azucarera, debido que la producción de biocombustibles a base de papa o remolacha azucarera no es aún tan eficiente como se desea. La remolacha azucarera, parece ser una generadora de biomasa más efectiva. Según experimentos de campo realizados por Eckhard Boles, de la Universidad Goethe, de Fráncfort, han arrojado resultados alentadores: todas las partes de dicho vegetal son utilizables.

En Alemania se desperdician casi todos los componentes de la remolacha azucarera que ofrece un enorme potencial para la producción de biocombustibles. El único problema para Boles es que “la biomasa tiene que ser primero cortada en pequeños pedazos y agregarle azúcar para agilizar la fermentación”. Pero la dificultad es mayor. La dura y estable estructura de la celulosa de la remolacha azucarera hace muy difícil partir la planta, y ello a pesar de que está compuesta de moléculas del azúcar. Si bien dicha planta se logra partir con métodos termoquímicos, lo que quedan son diferentes tipos de azúcares indigeribles para las levaduras agregadas durante el proceso de producción de biocombustibles.

Al noroeste de Washington, otra opción que se está observando actualmente, es la producción de microbios trasplantando el código genético completo de una especie de bacterias al cuerpo celular de otro tipo. La biotecnología ayuda a decodificar los microbios hechos a medida con genes artificiales, de modo que sean capaces de convertir la luz del sol en combustible, limpiar desechos industriales o auscultar pacientes en busca de los primeros signos de enfermedades. Los investigadores empalman el ADN fabricado en los genes de organismos existentes y reprograman las bacterias de modo que actúen como fábricas microscópicas para la producción de biocombustibles. La Facultad de Medicina de Harvard George Chruch. cofundó LS9 Inc. en San Carlos, estado de California, empresa que planea usar bacterias E. coli modificadas para convertir materia vegetal en un combustible semejante a la gasolina. Los principales genetistas están particularmente entusiasmados con el potencial de microbios productores de energía que podrían convertirse en refinerías unicelulares para hacer etanol, biodiésel y otros sustitutos del petróleo sin usar cultivos alimenticios como el maíz. En el año 2008 , en Islandia, el Instituto Tecnológico de Tampere ha descubierto en las fuentes termales del país algunos microorganismos que pueden producir hidrógeno y etanol (ambos con aplicaciones como biocombustibles) en condiciones termofílicas. Se estima que, a largo plazo, los avances de la biotecnología podrán ofrecer aún mayores ventajas en los cultivos bioenergéticas que aumentarán la eficiencia de los mismos.

Actividad productiva mundial

Los principales productores de alcohol como combustible son Brasil, Estados Unidos y Canadá. Brasil lo produce a partir de la caña de azúcar y lo emplea como “hidro-alcohol” (95% etanol) o como aditivo de la gasolina (24% de etanol). El etanol derivado de la caña de azúcar proveniente de la región centro—sur de Brasil es el biocombustible más económico, ya que comienza a ser financieramente rentable cuando el precio del petróleo supera los 35 dólares el barril. La Empresa Brasileña de Pesquisa Agropecuaria (Embrapa), es responsable por las tecnologías que han convertido a Brasil en uno de los mayores graneros del mundo y en pionero en sectores como agro energía y biotecnología, ya tiene acuerdos con algunos países de Centroamérica y el Caribe para apoyar sus proyectos de producción de etanol de caña de azúcar. El Programa Nacional de Alcohol establecido en Brasil en la década del 70 estuvo estimulado por la sobrecapacidad de la industria azucarera. Los excedentes en la producción de azúcar y un incremento en la producción de melaza impulsaron el programa de etanol en India.

El segundo mercado más grande de etanol es Estados Unidos y Canadá lo producen a partir de maíz (con un poco de trigo y cebada) y es el biocombustible más utilizado en diferentes formulaciones que van desde el 5% al 85% de etanol. Más de 1.500 millones de galones (5.670 millones de litros aprox.) se agregan anualmente a la gasolina para mejorar el rendimiento de los vehículos y reducir la polución atmosférica. Alemania, un país que se ha incluido recientemente en la búsqueda del reemplazo de los combustibles fósiles por los biocombustibles. El Gobierno de Angela Merkel en asuntos de Medio Ambiente adelantó que las cantidades de biocombustibles producida en Alemania hasta el año 2030 cubrirán difícilmente el 10% del consumo primario de energía. Alemania tendría que importar grandes cantidades de biocombustibles. Productos cuyos cultivos amenazan con causar graves daños ecológicos en los países que los producen, entre ellos varios latinoamericanos.

En la Argentina el desarrollo de un mercado de biodiesel y bioetanol presenta ventajas que hacen que el gobierno esté impulsando proyectos de producción en diferentes regiones del país. Existe un Proyecto de Ley en Senado, presentado en el 2004 destinado a promover el desarrollo de energías alternativas limpias y a ayudar de forma significativa al desarrollo sustentable de los biocombustibles. La producción de biocombustibles en Argentina, se ve sustentado por la gran cantidad de soja, la cual cubre la demanda que se necesita para la producción. Además, existen grandes superficies aptas para el desarrollo de cultivos oleaginosos siendo el producto de estos (aceites) el principal insumo para la producción del biocombustible. Argentina es uno de los líderes mundiales en exportación de aceites vegetales.

Ventajas e inconvenientes de su empleo
Ventajas

El uso de biomasa vegetal en la elaboración de combustibles podría beneficiar la realidad energética mundial con una significativa repercusión en el medio ambiente y en la sociedad, como se detalla a continuación:

  • El uso de biocombustibles como fuente de energía renovable puede contribuir a reducir el consumo de combustibles fósiles, responsables de la generación de emisiones de gases efecto invernadero.
  • Son una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas y el petróleo, donde ya se observa incremento en sus precios.
  • Se producen a partir de cultivos agrícolas, que son fuentes renovables de energía.
  • Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una región, permitiendo la producción local del biocombustible.
  • Permiten disponer de combustible independientemente de las políticas de importación y fluctuaciones en el precio del petróleo.
  • Producen mucho menos emisiones nocivas para los seres vivos, el agua y el aire.
  • Debido a que no contiene azufre, no genera emanaciones de este elemento, las cuales son causantes de las lluvias ácidas.
  • Se produce una mejor combustión, que tiene como resultado la reducción del humo visible en el arranque de un 30% aproximadamente.
  • Reduce las emanaciones de CO2, CO, partículas e hidrocarburos aromáticos.
  • Resultan menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los combustibles fósiles en caso de producirse algún vertido en mares o ríos.
  • Degradación más rápida que los pre combustibles.
  • Genera menos elementos nocivos en el momento de la combustión que los combustibles tradicionales
  • Menor irritabilidad para la piel humana.
  • Prolonga la vida útil de los motores actuando como lubricante.
  • Su transporte y almacenamiento es más seguro que el de los derivados del petróleo.
Inconvenientes

El termino biocombustibles ha sido cuestionado, proponiéndose como más correcto el uso del térmico agrocombustibles,1 el prefijo "bio-" se utiliza en toda la UE para referirse a los productos agrícolas en cuya producción no intervienen productos de síntesis. La palabra biocombustible, por lo tanto, se presta a confusión, dotándolo de unas características que este tipo de agro combustibles no tienen.

Los mayores inconvenientes de estos productos es la utilización de cultivos de vegetales comestibles (sirva como ejemplo el maíz o la caña de azúcar); o el cambio de uso de tierras dedicadas a la alimentación a el cultivo de vegetales destinados a producir biocombustibles, provocando en otras ocasiones la deforestasción o desecación de terrenos vírgenes o selváticos, ya que al subir los precios se financia la tala de bosques nativos.

En todos estos procesos hay que analizar algunas características a la hora de enjuiciar si el combustible obtenido puede considerarse una fuente renovable de energía:

Emisiones de CO2 (dióxido de carbono). En general, el uso de biomasa o de sus derivados puede considerarse neutro en términos de emisiones netas, en el caso de los usos tradicionales (uso de los restos de poda como leña, cocinas de bosta, etc.) si no se supera la capacidad de carga del territorio. Sin embargo, en los procesos industriales, puesto que resulta inevitable el uso de otras fuentes de energía (para la maquinaria agrícola y de transformación,el transporte de materiales y productos, el suo de fitosanitarios y fertilizantes de síntesis...), las emisiones producidas por esas fuentes deben sumarse a las emisiones netas.

Es necesario además tener en cuenta en la contabilidad de los inputs indirectos de energía, tal es el caso de la energía incorporada en el agua dulce empleada. La importancia de estos inputs depende de cada proceso, en el caso del biodiesel, por ejemplo, se estima un consumo de 20 kilogramos de agua por cada kilogramo de combustible: dependiendo del contexto industrial la energía incorporada en el agua podría ser superior a la del combustible obtenido.(Estevan, 2008: Cuadro 1).

Tanto en el balance de emisiones como en el balance de energía útil si la materia prima empleada procede de residuos, estos combustibles colaboran al reciclaje. Pero es necesario considerar si la producción de combustibles es el mejor uso posible para un residuo concreto. Si la materia prima empleada procede de cultivos, hay que considerar si éste es el mejor uso posible del suelo frente a otras alternativas (cultivos alimentarios, reforestación, etc). Esta consideración depende sobre manera de las circunstancias concretas de cada territorio.