biogeneracion de combustibles

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INTRODUCCIÓN El encarecimiento de los combustibles fósiles y su inminente agotamiento en este siglo, aunado a la protección del medio ambiente, han puesto el tema de los biocombustibles como una prioridad a nivel internacional. El aprovechamiento de productos naturales o residuos vegetales para generar energía es cada vez más común, en especial cuando escuchamos que el planeta se contamina a causa de los gases que emiten los vehículos. Recientemente ha surgido un gran interés por los biocombustibles, principalmente debido a que gobiernos pretenden disminuir su dependencia de los combustibles fósiles y así lograr mayor seguridad energética. Además, se mencionan diversas ventajas de los biocombustibles con respecto a otras energías, como la menor contaminación ambiental, la sustentabilidad de los mismos y las oportunidades para sectores rurales. Los biocombustibles pueden reemplazar parcialmente a los combustibles fósiles. En comparación con otras energías alternativas, como la proporcionada por el hidrógeno, el reemplazo de los combustibles fósiles por biocombustibles en el sector de transporte carretero puede ser realizado con menores costos, debido a que no requieren grandes cambios en la tecnología

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Page 1: Biogeneracion de Combustibles

INTRODUCCIÓN

El encarecimiento de los combustibles fósiles y su inminente agotamiento en

este siglo, aunado a la protección del medio ambiente, han puesto el tema de

los biocombustibles como una prioridad a nivel internacional. El

aprovechamiento de productos naturales o residuos vegetales para generar

energía es cada vez más común, en especial cuando escuchamos que el

planeta se contamina a causa de los gases que emiten los vehículos.

Recientemente ha surgido un gran interés

por los biocombustibles, principalmente

debido a que gobiernos pretenden disminuir

su dependencia de los combustibles fósiles y

así lograr mayor seguridad energética.

Además, se mencionan diversas ventajas de

los biocombustibles con respecto a otras

energías, como la menor contaminación

ambiental, la sustentabilidad de los mismos

y las oportunidades para sectores rurales.

Los biocombustibles pueden reemplazar

parcialmente a los combustibles fósiles. En

comparación con otras energías

alternativas, como la proporcionada por el

hidrógeno, el reemplazo de los combustibles

fósiles por biocombustibles en el sector de transporte carretero puede ser

realizado con menores costos, debido a que no requieren grandes cambios en

la tecnología actualmente utilizada, ni tampoco en el sistema de distribución.

Utilizar otro tipo de energía, como la obtenida a través del hidrógeno, que se

basa en una tecnología totalmente distinta, requeriría grandes cambios en el

stock de capital. Esto no implica que se deban descartar nuevas fuentes de

energía, sino que los biocombustibles serán los que tendrán más crecimiento

en el corto plazo.

Page 2: Biogeneracion de Combustibles

La producción de biocombustibles ha tenido un crecimiento casi exponencial

en los últimos años a escala mundial. Con el etanol en primer lugar, tanto en

volumen como en lanzamiento, y el biodiésel en segundo lugar, hoy en día

existe la firme consideración de que sean los sustitutos inmediatos de los

combustibles de origen fósil o mineral no renovables.

MARCO TEÓRICO

Se entiende por biocombustible a aquellos combustibles que se obtienen de

biomasa, es decir, de organismos recientemente vivos (como plantas) o sus

desechos metabólicos (como estiércol).

Tanto los combustibles fósiles como

los biocombustibles, tienen origen

biológico. Toda sustancia susceptible

de ser oxidada puede otorgar energía.

Si esta sustancia procede de plantas,

al ser quemada devuelve a la

atmósfera dióxido de carbono que la

planta tomó del aire anteriormente.

Las plantas, mediante la fotosíntesis,

fijan energía solar y dióxido de

carbono en moléculas orgánicas. El petróleo es energía proveniente de

fotosíntesis realizada hace millones de años concentrada. Al provenir de

plantas de hace millones de años, su cantidad es limitada. En realidad toda

sustancia susceptible de ser oxidada produce energía. Si esta sustancia

procede de plantas, entonces al ser quemada (oxidada) devuelve a la

atmósfera el dióxido de carbono que la planta tomó del aire tiempo atrás. Por

tanto, desde el punto de vista ecológico es un sistema que respeta el medio

ambiente, pues no hay un aumento neto de gases de efecto invernadero.

La energía que consumimos en ese acto de quemar procede en última

instancia de la luz del sol. Las plantas, gracias a la fotosíntesis fijan energía y

Page 3: Biogeneracion de Combustibles

dióxido de carbono en moléculas orgánicas ricas en carbono e hidrógeno. Es

pues una forma de energía solar indirecta.

Lamentablemente la fotosíntesis dista mucho de ser muy eficiente y sólo un

1% de la energía que la planta recibe es aprovechada. Hay que restar que las

rutas metabólicas de la planta nos son totalmente eficientes y además durante

su vida consume parte de la energía almacenada. Por tanto al final nosotros

podemos aprovechar menos de ese 1%.

Sabemos la energía que consumimos ahora mismo y sabemos toda la energía

del sol que recibimos. Es fácil hacer el cálculo de cuántas hectáreas

necesitaríamos para cubrir el gasto energético actual de un país occidental y

veremos que la superficie de cultivo que necesitaríamos sería comparable al

área del propio país.

No obstante, es posible utilizar este tipo de combustible como complemento o

para aprovechar ciertos recursos que sería de todos modos desperdiciados.

Aunque cubra un pequeño porcentaje de la producción de energía total

aportaría su contribución de todos modos.

Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiésel.

El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de

maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como

trigo o cebada.

El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya

usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja o

jatrofa, los cuales son cultivados para este propósito.

BIOETANOL

Page 4: Biogeneracion de Combustibles

El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) se perfila como

un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas

medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los

combustibles fósiles. Se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en

cosechas de maíz y caña de azúcar, por ejemplo. Sin embargo, los actuales

métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de

energía comparada al valor de la energía del combustible producido. Por esta

razón, no es factible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles

fósiles por bio-etanol.

Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de

azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación.

Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran

escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

Sustancias con alto contenido de sacarosa:

o caña de azúcar

o remolacha

o melazas

o sorgo dulce

Sustancias con alto contenido de almidón:

o maíz

o patata

o yuca

Sustancias con alto contenido de celulosa:

o madera

o residuos agrícolas

El proceso a partir de almidón es más complejo

que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser

Page 5: Biogeneracion de Combustibles

hidrolizado previamente para convertirlo en azúcares. Para ello se mezcla el

vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido), y se

calienta la papilla obtenida a 120 - 150ºC. Posteriormente se cuela la masa, en

un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.

A partir de celulosa es aun más complejo, ya que primero hay que pre-tratar la

materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas

hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de

trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los

factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña

de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.

La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos

(levaduras o bacterias) y produce etanol, así como grandes cantidades de CO2.

Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como elmetanol,

alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere

unas 48 horas.

Purificación.

El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple,

pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un

azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la

destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente

metanol, formado en reacciones secundarias. Aún hoy, éste es el único método

admitido para obtener etanol para el consumo humano.

Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay

que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%. El valor

exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación

entre las fases agua e hidrocarburos.

Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación aceotrópica en una

mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas

más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua,

Page 6: Biogeneracion de Combustibles

mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy

utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares.

A escala de laboratorio, también se pueden utilizar desecantes como el

magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de

magnesio.

PRODUCTOS OBTENIDOS A PARTIR DEL BIOETANOL

EL Bioetanol ofrece diversas posibilidades de mezclas para la obtención de

biocombustibles con los siguientes nombres y propiedades:

E5: El Biocombustible E5 significa una

mezcla del 5% de Bioetanol y el 95% de

Gasolina normal. Esta es la mezcla habitual

y mezcla máxima autorizada en la

actualidad por la regulación europea, sin

embargo, es previsible una modificación de

la normativa europea que aumentará este

limite al 10% (E10) ya que diferentes

estudios constatan que los vehículos

actuales toleran sin problemas mezclas

hasta el 10% de Bioetanol y los beneficios

para el medioambiente son significativos.

E10: El Biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de Bioetanol y

el 90% de Gasolina normal. Esta mezcla es la más utilizada en EEUU ya que

hasta esta proporción de mezcla los motores de los

vehículos no requieren ninguna modificación y e

incluso produce la elevación del un octano en la

gasolina mejorando su resultado y obteniendo una

notable reducción en la emisión de gases

contaminantes.

Page 7: Biogeneracion de Combustibles

E85: Mezcla de 85% de Bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada en

vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más conocidas ofrecen

vehículos adaptados a estas mezclas. Tambien se comercializan, en algunos

paises (EEUU, Brasil, Suecia,...) los llamados vehículos FFV (Flexible Fuel

Vehicles) o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que

permiten una variedad de mezclas.

E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de Bioetanol son utilizados

en algunos paises como Brasil con motores especiales.

E-DIESEL: El Bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un

aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy

buenas características en cuanto a combustión y reducción de contaminación

ofreciendo así otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehículos

Diesel. El E-Diesel ya se comercializa con éxito en EEUU y Brasil y pronto hará

su aparición en España y Europa.

ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se utiliza

como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil ter-butil eter) se obtiene por

síntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilación del

petróleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la

gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en

proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para aumentar el

índice de octano de la gasolina, evitando la adición de sales de plomo.

BIODIESEL

El biodiésel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de

lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados,

mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se

aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o

gasóleo obtenido del petróleo.

Page 8: Biogeneracion de Combustibles

El biodiésel puede mezclarse con gasóleo

procedente del refino de petróleo en diferentes

cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas

según el porcentaje por volumen de biodiésel en

la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel,

u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50,

donde la numeración indica el porcentaje por

volumen de biodiésel en la mezcla.

A principios del siglo XXI, en el contexto de

búsqueda de nuevas fuentes de energía y la

creciente preocupación por el calentamiento global del planeta, se impulsó su

desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a

los derivados del petróleo.

El proceso de transesterificación consiste en combinar, el aceite (normalmente

aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como

residuo de valor añadido propanotriol (glicerina) que puede ser aprovechada

por la industria cosmética, entre otras.

Procesos industriales.

En la actualidad existen diversos

procesos industriales mediante los

cuales se pueden obtener biodiésel.

Los más importantes son los siguientes:

1. Proceso base-base: Mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido.

Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (sosa cáustica) o hidróxido de

potasio (potasa cáustica).

2. Proceso ácido-base: Este proceso consiste en hacer primero una

esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa

generalmente para aceites con alto índice de acidez.

Page 9: Biogeneracion de Combustibles

3. Procesos supercríticos: En este proceso ya no es necesario la presencia de

catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y

el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo como el

hidróxido actúe en la reacción.

4. Procesos enzimáticos: En la actualidad se están investigando algunas

enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol.

Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide

que se produzca biodiésel en grandes cantidades.

5. Método de reacción Ultrasónica: En el método reacción ultrasonica, las

ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas

constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el

calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así,

utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiésel, se reduce

drásticamente el tiempo, temperatura y energía necesaria para la reacción. Y

no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación.1 De ahí que el

proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento

método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasonicos de escala

industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día.

Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba

significamente a causa de sus ventajas económicas.

APLICACIONES:

Casi cualquier sustancia orgánica líquida o gasificable

puede ser utilizada en un motor de explosión interna

con la apropiada mecánica. Utilizar otros combustibles

alternativos en nuestros actuales motores sería más

sencillo que la utilización de hidrógeno que se basa en

una tecnología totalmente distinta.

Page 10: Biogeneracion de Combustibles

Los motores que llevan nuestros autos son de dos tipos: de ciclo de Otto y de

ciclo Diesel. En el primero normalmente quemamos generalmente gasolina y

en el segundo gas-oil. Pero vamos a ver que pueden ser capaces de quemar

otro tipo de combustibles como alcohol en el primero y ésteres grasos o incluso

aceites vegetales en el segundo. Con los precios del barril del petróleo por las

nubes se está mirando con otros ojos este tipo de biocombustibles,

apareciendo muy atractivos a los ojos de gobiernos e inversores.

Para el primer caso del ciclo Otto siempre se puede utilizar alcohol etílico

procedente de la fermentación del azúcar. De hecho en un pequeño porcentaje

(15%) puede ser añadido directamente a la gasolina corriente sin necesidad de

modificar el motor. Si se desea utilizarlo a altas concentraciones (hasta el 85%)

hay que introducir modificaciones en el motor, cambiando el sistema de

carburación o regulando el sistema de inyección. En algunos modelos

japoneses de motores un sensor detecta qué porcentaje de alcohol y gasolina

hay en la mezcla y ajusta en tiempo real la cantidad a inyectar. De este modo

se puede utilizar cualquier proporción alcohol-gasolina que se desee. Y si no

encontramos un surtidor de un tipo podemos utilizar el otro sin importar lo que

pase en el depósito.

Los primeros prototipos de motores tipo Otto funcionaban con alcohol así que

no es una idea realmente nueva. Naturalmente, la quema de alcohol produce

muchos menos contaminantes que la gasolina.

Fijémonos ahora en el sistema Diesel. Además del biodiesel mencionado arriba

hace ya algún tiempo se viene fabricando biodiesel a partir de aceites

vegetales para ser utilizados en este tipo motores.

Como aceite de partida se puede utilizar cualquier tipo de aceite o grasa, ya

sea usado o sin usar. Es típico utilizar aceites de fritura usados en los

McDonalds u otros tipos de restaurantes de comida rápida. Como en esos sitios

siguen un protocolo estricto de uso sobre estas sustancias, el material

resultante suele ser muy homogéneo y por tanto más susceptible de ser

transformado en biodiesel de una manera sencilla.

Page 11: Biogeneracion de Combustibles

Naturalmente también se puede utilizar aceite obtenido directamente de

ciertas plantas como la soja, el girasol, etc. Si no se destina a consumo

alimentario los requerimientos son menores y el producto sale más barato.

La utilización directa de un aceite vegetal en un motor diesel es posible,

aunque hay que introducir modificaciones en el motor. Uno de los

inconvenientes es que estos aceites se congelan a temperaturas

moderadamente bajas. Aun así hay algunas personas que los utilizan de este

modo.

Entre las ventajas de este combustible es que produce menos contaminación

ambiental que el diesel normal por la baja emisión de compuestos de azufre.

Se ha llegado a proponer otro tipo de combustibles biodiesel (este tipo de

motores pueden quemar casi cualquier cosa orgánica en forma de líquido),

entre ellos uno producido a partir de restos orgánicos incluidos gatos muertos

encontrados aplastados en la carretera (para gran preocupación de las

protectoras de animales) o estiércol. Se plantea incluso obtener biodiesel de

las aguas residuales.

CONCLUSIÓN

No obstante de las ventajas, hay voces en contra de la utilización de

biocombustibles. Según David Pimentel de Cornell University la producción de

etanol, al menos en el caso del producido a partir de maíz, aumentan el

consume de petróleo consumiendo un 29% más de energía de la que produce

como combustible.

En los campos de cultivo se utilizan fertilizantes que se obtienen directa o

indirectamente de la energía del petróleo y la maquinaria agrícola también

consume petróleo. Según este y otros investigadores las cuentas no salen.

Según otros si el proceso de obtención se optimiza el etanol produce un 67%

más de energía que la consumida en su producción.

Page 12: Biogeneracion de Combustibles

El uso de pesticidas, fertilizantes y

otros tipos de técnicas de cultivo

agresivas, con los problemas de

contaminación y desertificación que

conllevan pueden también dar al

traste con estos combustibles verdes.

Pero no podemos negar que este tipo

de combustibles tienen atractivo

entre mucha gente alternativa.

REFERENCIAS:

1. CERÓN, Ricardo. “Biocombustibles ¿una alternativa?”. En Diario El

Universal, El Universal Miércoles 09 de mayo de 2007/cultura/ pp. 3.

2. Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Fondo de Naciones

Unidas para la Agricultura y la Alimentación (2007); “Oportunidades y

Riesgos del Uso de la Bioenergía para la Seguridad Alimentaria en

América Latina y el Caribe”.

3. Greenpeace, “Bionenergía: oportunidades y riesgos. ¿Qué debe hacer

Argentina en materia de biocombustibles?” Greenpeace Argentina. Mayo

2007.

4. OECD, “Agricultural market impacts of future growth in the production of

biofuel”, Committee for Agriculture, 2006. Disponible en: www.oecd.org

Page 13: Biogeneracion de Combustibles

5. PERALTA, Leonardo. “Con la basura hasta el cuello”. En quo, la revista

para mentes inquietas, México, Grupo expansión, febrero 2009,Num.136

pp. 30-39

6. RIBEIRO, Silvia. “Biocombustibles y transgénicos”. En Diario La Jornada,

jueves 23 de noviembre de 2006, p22. México.

7. http://agro.uncor.edu/~aaea2007/TrabajosInvestigacion/Romanelli.pdf

“Biocombustibles vs Alimentos”

8. http://es.wikipedia.org/wiki/Biocombustible

9. http://www.ar.terra.com/terramagazine/interna/0,,EI8865-

OI3338855,00.html “El futuro de los biocomustibles”

10.http://www.energiaslimpias.org/ Por un futuro energético limpio,

sustentable y democrático.

11.www.biodisel.org

12.www.energia.gob.mx