¿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.
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.
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:
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:
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No contiene azufre y, por ende, no genera
emanaciones de este elemento, las cuales son responsables de las lluvias
ácidas.
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Mejor combustión, que reduce el humo visible en
el arranque en un 30%.
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Reduce las emanaciones de CO2, CO, partículas e
hidrocarburos aromáticos.
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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.
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Volcados al medio ambiente se degradan más
rápidamente que los petrocombustibles.
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Su combustión genera menos elementos nocivos que
los combustibles tradicionales.
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Es menos irritante para la piel humana.
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Actúa como lubricante de los motores prolongando
su vida útil.
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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.
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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.
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
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