¿Qué son
los biocombustibles?
A diferencia de los combustibles fósiles que
provienen de la energía almacenada durante largos períodos en los restos
fósiles, los biocombustibles provienen de la biomasa, o materia orgánica
que constituye todos los seres vivos del planeta. La biomasa es una fuente de
energía renovable, pues su producción es mucho más rápida que la formación de
los combustibles fósiles.
Entre los cultivos posibles de utilizar para la
elaboración de biocombustibles, están los de alto tenor de carbohidratos (caña
de azúcar, maíz, mandioca), las oleaginosas (soja, girasol, palmas) y las
esencias forestales (eucalipto, pinos).
En gran parte del mundo, la leña (o carbón
vegetal) que se obtiene a partir de la madera sigue siendo el principal
biocombustible empleado para la cocina, la calefacción y la luz. Esta fuente de
energía es un recurso renovable si se obtiene a partir de bosques
convenientemente reforestados. Asimismo, 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).
La 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. En la siguiente tabla se presenta una
síntesis de estos principales procesos de transformación y de los
biocombustibles derivados, así como las aplicaciones más frecuentes en cada uno
de ellos. 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.
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.
Biocombustibles,
producción y beneficios
1. El bioetanol
Ya en el año 1908, cuando Henry Ford diseño su
primer automóvil, él mismo promovía el empleo de etanol combustible, fabricado
a partir de fuentes renovables. De hecho, en la década de 1920 se comercializó
en Estados Unidos un 25% de etanol en la gasolina pero los altos precios del
maíz, combinados con dificultades en el almacenamiento y transporte, hicieron
concluir el proyecto. En la década de 1930 Henry Ford y varios expertos unieron
fuerzas y se construyó una planta de fermentación para fabricar etanol a partir
de maíz para combustible de motores, al que llamaron "gasohol". Pero
en la década de 1940, los bajos precios del petróleo llevaron al cierre de la
planta de producción de etanol, y el gasohol fue reemplazado por el petróleo.
En la actualidad, el reemplazo del petróleo por
fuentes de energía renovables y más limpias vuelve a cobrar impulso, y el
bioetanol se presenta como una alternativa atractiva.
El bioetanol es un alcohol y su mayor parte se
fabrica siguiendo un procedimiento similar al de la cerveza, en el que los
almidones son convertidos en azúcares, los azúcares se convierten por
fermentación en etanol, el que luego es destilado en su forma final.
Se produce principalmente a partir de caña de
azúcar o maíz (en algunos casos el maíz es mezclado con un poco de trigo o
cebada), cuyos hidratos de carbono son fermentados a etanol por las levaduras
del género Saccharomyces.
La caña de azúcar es la fuente más atractiva para
la producción de etanol, ya que los azúcares que contiene son simples y
fermentables directamente por las levaduras. El mayor inconveniente es que
resulta cara como materia prima. Los cultivos como el maíz son ricos en
almidón, un hidrato de carbono complejo que necesita ser primero transformado
en azúcares simples. Este proceso se denomina sacarificación, e introduce un
paso más en la producción, con el consecuente aumento en los costos.
La producción podría realizarse a partir de
desechos agrícolas, forestales, industriales o municipales. Las materias primas
ricas en celulosa, como los desechos agrícolas y forestales son las más
abundantes y baratas, sin embargo la conversión de la celulosa en azúcares fermentables
es un proceso complejo y costoso que hace que la obtención de etanol a partir
de desechos no sea rentable, al menos por ahora.
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 “hidroalcohol” (95% etanol) o como aditivo
de la gasolina (24% de etanol). 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.
2. El Biodiesel
Cuando Rudolf Diesel diseño su prototipo de motor
diesel cien años atrás, lo hizo funcionar con aceite de maní. El vislumbraba
que los motores diesel operarían a base de una variedad de aceites vegetales.
Pero cuando el combustible diesel proveniente del petróleo irrumpió en el
mercado, se convirtió en el combustible elegido ya que era barato,
razonablemente eficiente y fácilmente disponible. A mediados de los 70, la
escasez de combustible en los Estados Unidos estimuló el interés en
diversificar sus fuentes y con ello el interés en desarrollar biodiesel como
una alternativa al fabricado con petróleo. En la actualidad, las preocupaciones
crecientes sobre la posibilidad de un cambio global del clima están agregando
más ímpetu al desarrollo de biodiesel como una alternativa al diésel de
petróleo.
El biodiesel es un éster que puede producirse a
partir de diferentes tipos de aceites vegetales, como los de soja, colza,
girasol, y a partir de grasas animales.
El proceso de elaboración del biodiesel está basado en la llamada
transesterificación de los glicéridos, utilizando catalizadores. Desde el punto
de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir tres
cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el glicerol.
En la reacción de transesterificación, una molécula de un triglicérido
reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de
monoésteres y una de glicerol. Estos ésteres metílicos o etílicos (biodiesel)
se mezclan con el combustible diesel convencional en cualquier proporción o se
utilizan como combustible puro (biodiesel 100%) en cualquier motor diesel. El
glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción.
El biodiesel tiene una cantidad de energía similar al diesel de petróleo pero
es un combustible más limpio que el diesel regular y puede ser utilizado por
cualquier tipo de vehículo diesel (vehículos de transporte, en embarcaciones,
naves turísticas y lanchas), solo o en solución como aditivos para mejorar la
lubricidad del motor. Actualmente el biodiesel se usa en varios países en
mezclas con porcentajes diversos.
Existe interés en utilizar biodiesel donde los trabajadores son expuestos a
gases de escape de diesel, en aeronaves, para controlar la polución en el área
de los aeropuertos y en locomotoras que enfrentan restricciones en su uso
debido a sus emisiones.
El uso de biodiesel presenta ciertas ventajas:
•
|
No contiene azufre y, por ende, no genera
emanaciones de este elemento, las cuales son responsables de las lluvias
ácidas.
|
•
|
Mejor combustión, que reduce el humo visible en
el arranque en un 30%.
|
•
|
Reduce las emanaciones de CO2, CO, partículas e
hidrocarburos aromáticos.
|
•
|
Los derrames de este combustible en las aguas de
ríos y mares resultan menos contaminantes y letales para la flora y fauna
marina que los combustibles fósiles.
|
•
|
Volcados al medio ambiente se degradan más
rápidamente que los petrocombustibles.
|
•
|
Su combustión genera menos elementos nocivos que
los combustibles tradicionales.
|
•
|
Es menos irritante para la piel humana.
|
•
|
Actúa como lubricante de los motores prolongando
su vida útil.
|
•
|
Su transporte y almacenamiento resulta más seguro
que el de los petroderivados ya que posee un punto de ignición más elevado.
El biodiesel puro posee un punto de ignición de 148°C contra los escasos 51°C
del gasoil.
|
3. El Biogás
Casi tres mil millones de personas en el mundo emplean todavía la leña como
fuente de energía para calentar agua y cocinar, lo que provoca, entre otros
efectos, la pérdida de millones de hectáreas de bosques tropicales y zonas
arboladas.
En respuesta a esta situación surgen otras alternativas para obtener energía,
entre ellas, la producción de biogás a partir de la fermentación de la materia
orgánica. Para la obtención de biogás 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. Esta técnica permite resolver parcialmente la demanda de
energía en zonas rurales, reduce la deforestación debida a la tala de árboles
para leña, permite reciclar los desechos de la actividad agropecuaria y, es un
recurso energético “limpio” y renovable.
El biogás que se desprende de los tanques o digestores es rico en metano que
puede ser empleado para generar energía eléctrica o mecánica mediante su
combustión, sea en plantas industriales o para uso doméstico.
El biogás se obtiene al descomponerse la materia orgánica debido
a la acción de cuatro tipos de bacterias, en ausencia de oxígeno:
a. las hidrolíticas, que producen ácido
acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos
policarbonados;
b. las acetogénicas, productoras de
hidrógeno;
c. las homoacetogénicas, que pueden
convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en ácido acético;
d. las metanogénicas, productoras del gas
metano, principal componente del biogás, con una proporción de 40 a 70 % de
metano (CH4).
Algunas ventajas del empleo de biogás:
1. Permite disminuir la tala de los
bosques al no ser necesario el uso de la leña para cocinar.
2. Presenta diversidad de usos: alumbrado,
cocción de alimentos, producción de energía eléctrica, transporte automotor y
otros.
3. Produce biofertilizante rico en
nitrógeno, fósforo y potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos,
que son más caros y dañan el medio ambiente.
4. Elimina los desechos orgánicos, por
ejemplo, la excreta animal, contaminante del medio ambiente y fuente de
enfermedades para el hombre y los animales.
Beneficios de los biocombustibles
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:
a. 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.
b. 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.
c. Se producen a partir de cultivos
agrícolas, que son fuentes renovables de energía.
d. Pueden obtenerse a partir de cultivos
propios de una región, permitiendo la producción local del biocombustible.
e. Permiten disponer de combustible
independientemente de las políticas de importación y fluctuaciones en el precio
del petróleo.
f. Producen mucho menos emisiones nocivas
para los seres vivos, el agua y el aire.
Juan Manuel Muñoz Loera
Crear un diario
personal o auto-repositorio de conocimientos.
