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Biocombustibles

Área: Medio Ambiente — Octubre 9, 2005

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¿Qué es un biocombustible? Según la etimología de la palabra sería un combustible de origen biológico. Así tal cual incluso el petróleo lo sería, pues procede de restos fósiles de seres que vivieron hace millones de años. Pero se tiende a definir como biocombustible a un combustible de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos.
Esta fue la primera fuente de energía que conoció la humanidad. La madera o incluso los excrementos secos son biocombustibles. Si se administra bien la madera de los bosques puede ser un recurso renovable (mal administrado es un desastre ecológico). De este modo se propuso la “biomasa” como fuente de energía. Una de estas biomasas sería virutas de madera producto de la limpieza de bosques o incluso de su explotación racional.
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 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.
En este reportaje nos centraremos en los biocombustibles líquidos susceptibles de ser utilizados en automoción. La utilización de virutas o aserrín directamente como combustible en nuestros automóviles es más o menos absurda. Necesitamos por tanto transformar de algún modo nuestra biomasa en biocombustible líquido.
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.
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.
La ley de 2005 sobre política energética de los EEUU propone la producción de 30.000 millones de litros de etanol y biodiesel para 2012, que representaría un 5,75% de las necesidades totales de combustible para el transporte del país.

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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. De hecho, en los EEUU se añade regularmente alcohol de maíz como aditivo a las gasolinas corrientes para reducir la contaminación producida en su combustión.

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El alcohol puede proceder del maíz como en los EEUU o de la caña de azúcar como en Brasil. En este último país se ha venido utilizando el alcohol como combustible de automoción desde hace ya muchos años aunque ha caído un poco en desuso porque Brasil también cuenta con reservar de petróleo en su subsuelo.
La caña de azúcar, la remolacha o el maíz no son la única fuente de azúcar. Sería interesante obtener azúcar de la misma celulosa. Al fin y al cabo la celulosa no es más que una larga cadena formada por “eslabones” de glucosa. De este modo, casi todo residuo vegetal será susceptible de ser transformado en azúcar y luego gracias a la fermentación por levaduras obtener el alcohol destilando el producto obtenido. Se calcula que se producen miles de millones de toneladas de estos productos cada año. Según el National Resources Defense Council (NRDC) esta vía de obtención de combustible produciría un 30% de las necesidades de combustible de automoción para 2050.

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Transformar la celulosa en azúcar no es fácil, hace falta un sistema para romper la larga cadena de carbohidratos en sus eslabones de monómeros que la constituyen. De hecho, la celulosa es la que da rigidez a las plantas, son como “ladrillos” para ellas.
Para romper la cadena se pueden utilizar enzimas especiales, que se pueden obtener industrialmente, pero hasta ahora tenían un precio muy alto.
El pasado Enero dos compañías californianas (Novozymes y Genencore) anunciaron una drástica reducción en el precio de estas enzimas (celulasas), gracias al uso de técnicas de ingeniería genética. Así, el precio de las celulasas empleadas para producir un litro de alcohol sale sólo por 5 céntimos de dólar cuando en 2005 salía por 1,30 dólares.
Se espera reducir aun más el coste del proceso si en lugar de utilizar dos pasos (ruptura de la celulosa en un ambiente rico de oxígeno en presencia de la enzima y posterior fermentación con levaduras) se emplea un solo paso con microorganismos genéticamente manipulados que puedan obtener directamente la energía de la celulosa y producir así etanol.

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En la producción de etanol a través de celulosa se necesita tratar previamente la materia vegetal, y ahora ya se han descubierto procesos que rebajan a la mitad el costo usando amoniaco líquido.
El proceso de destilación es energéticamente costoso y se investiga (George Huber de University of Wisconsin–Madison) la producción directa de biodiesel basado en derivados del azúcar a partir de celulosa. Este proceso utiliza un reactor catalítico de cuatro fases que produce alcanos líquidos que, como los aceites, se separan espontáneamente del agua por flotación. Se investiga además en cómo reducir la complejidad del proceso de todo el proceso.
Restos vegetales de todo tipo sería útiles para la obtención de celulosa: aserrín, paja, césped, virutas de madera, papel, hojas de árbol, etc.

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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.
Hace tiempo este tipo de “materia prima” se podía obtener gratuitamente porque para estas empresas suponía un gasto deshacerse del producto legalmente, pero ahora lo venden.
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.

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Pero el sistema más habitual es la transformación de estos aceites a través de un proceso de esterificación. De este modo, a partir de alcohol metílico, hidróxido sódico y aceite vegetal se obtiene un éster que se puede utilizar directamente en un motor diesel sin modificar, obteniéndose glicerina como subproducto. La glicerina puede utilizarse para otras aplicaciones.
Este tipo de transformación se empezó a realizar por particulares mediante rudimentarios medios caseros, e incluso hay algún que otro diseño casero de producción más o menos continua de biodiesel. Ahora ya hay empresas que se encargan de reciclar aceites usados para su transformación en biodiesel. Luego lo venden como aditivo a las empresas petroleras. Así que si usted conduce un diesel seguro que ya consume biodiesel en su auto en una pequeña proporción.
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.
Este tipo de combustibles se podrían utilizar en Europa debido al gran parque automovilístico de motores Diesel.

No obstante 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.
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.

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73 Comentarios

  1. ana azpeitia avila:

    Bueno sólo quiero que sepan que me ayudaron mucho, pues mi tarea trataba de la biomasa, etanol y varias cosas más que aquí encontré. Es un buen articulo, agradezco a quien(es) lo elaboraron, ya que por esto mi tarea fue la mejor. En serio mil gracias.
    Besitos. Sigan ayudando mucho como a mí, ¿ok?
    Atte: ana_azpe @. ya saben lo demás

  2. Christian Olivo P.:

    Gracias por la información. Soy estudiante de ingeniería y desearía que existiera un poco mas de información de la obtención de biocombustible a partir del estiércol de vaca, específicamente del proceso de obtención y análisis químico, para ver si se puede implementar en mi país.

  3. José Colomer:

    La obtención de biocombustibles es importante, pero al mismo tiempo puede provocar un encarecimiento de ciertos alimentos y a la vez deforestar zonas del planeta.
    La solución debería estar en utilizar motores eléctricos y de hidrógeno.

  4. Administrator:

    ¿Y con que energía obtendría el hidrógeno?

  5. s.d.sincenco:

    La pregunta del administrador deriba a una posible e interesante respuesta por parte del estudiante.

  6. Aralí Acosta Patricio:

    Soy estudiante de 8° semestre de la lic. en estadística y me gustaría más información acerca de la producción de caña de azúcar y el etanol como biocombustible aquí en México.

  7. jose miguel:

    Junto con saludarles me dirijo a Uds. con la siguiente inquietud, si bien es cierto para la utilización de E85 tenemos que modificar el tiempo de inyección, al ser este más abrasivo, ¿hay que modificar las piezas móviles del sistema? Además, ¿cuanto se aumenta el tiempo de inyección?
    Mi otra duda es el costo que este cambio tiene, créanme que lo he buscado por todos lados y no he encontrado información, es la única traba que tengo para terminar mi proyecto de titulo.

    Atte. Jose Miguel

  8. liliana:

    Me pareció muy buena la explicación de los biocombustibles. Espero que sigan así.
    Suerte con su trabajo.

  9. DANIEL BENOIT:

    Los felicito por la claridad del artículo y espero que en un futuro cercano los aceites usados por las familias sean sistematicamente recogidos para la generación de biodiesel.

  10. eve:

    Yo necesitaría más preguntas y respuestas acerca de biocombustibles, pero me sirvió de algo.

  11. albert:

    Hola estoy haciendo un trabajo sobre los biocombustibles y me interesaría saber qué tipo de modificaciones se tienen que hacer para adaptar los motores a dichos combustibles. Me he documentado un poco y, por ejemplo, he leído que se tiene que cambiar el sistema de inyección, por ejemplo, y me gustaría saber qué es lo que se tiene que cambiar concretamente. Su ayuda me puede ser muy útil, gracias.
    Estoy estudiando tecnología industrial.

  12. Ser:

    ¡Hola! Estoy estudiando Ingeniería Química y me gustaría saber cómo producir biocombustibles en casa, ¡gracias!

  13. Claudia Acosta:

    Hola, me parece muy interesante el artículo. Estoy interesada en saber si exite maestría en Biocombustibles.
    Gracias.

  14. nacho:

    Hola, gracias por el biocombustible.

  15. JOHANA:

    Hola, este articulo es muy interesante ya que mencionan productos de los cuales se pueden producir biocombustibles.
    Me gustaría tener información sobre el proceso de obtención del biocombustible.
    Gracias.

  16. tomás:

    Felicito al Sr. administrador por su educada y adecuada respuesta nº 50. Respecto a su pregunta nº 54 la rrepuesta es: fisión.

  17. Administrator:

    Por desgracia la energía nuclear tiene muy mala prensa y la gente prefiere seguir quemando combustibles fósiles que utilizarla. La ciudadanía está en general mal informada y se guía por irracionalidades, instintos o modas.
    Por otro lado la fusión nuclear está aún muy lejana.

  18. Gerardo:

    Hola, opté por biodisel hace 13 años. Jatropha, y las necesidades para cosecha, tiempo de comenzar la cosecha (5años) y áreas de cultivo hoy en día son el mayor problema, pero logramos conseguir unas bacterias y ahora estoy en etanol con celulosa y bacterias. Me gustaría documentarte de todo lo negativo para resolverlo. Me podrías dar tu punto de vista.

  19. Fernando Duque:

    Me gustaría conocer links o más información para obtener biodiésel a partir del aceite de coco.

    Gracias

  20. Administrator:

    El proceso para la obtención de biodiésel no depende del aceite vegetal utilizado. Hay enlaces en el texto del artículo.

  21. ana:

    Quiero saber cual es el impacto del uso de los biocombustibles en la sociedad. Gracias.

  22. maria quintana:

    Me gustaría saber cómo puedo obtener oxigeno a base de basura orgánica, tengo un proyecto escolar y me gustaría que me ayudaran con esto, u otro proyecto que pueda hacer. Gracias.

  23. Administrator:

    La única manera sería usar la basura orgánica como abono para plantas, y éstas a partir de la luz solar producirían oxígeno.

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