Monografias | Biocarburantes: Algunas Consideraciones

Índice
1. Introducción
2. Biocarburantes: origen y clases
3. Biocarburantes Actuales;Ventajas e inconvenientes
4. Resumen y conclusiones
5. Referencias

1. Introducción

Energía y medioambiente; en la encrucijada
En la actual coyuntura de la sociedad, donde es imperativo el desarrollo deamplias capas de la población, hasta el momento parecen contraponerse la,experimentada relación entre bienestar material y consumo energético, con lasensación, cada vez mas generalizada, de que tal desarrollo ha de hacerse deforma sostenible; sostenibilidad ensombrecida por dos circunstancias: Primero elinevitable agotamiento de los recursos energéticos fósiles, hasta el momentoalimento del desarrollo; y en segundo lugar la resistencia del medioambiente talcomo lo ha conocido la humanidad en tiempos históricos, muy afectadaprecisamente por el consumo, muchas veces incontrolado, de los recursos energéticos.
Esta percepción de crisis energética y medioambiental ha situado el problemaentre los más importantes a resolver en el plazo inmediato. Las energíasdenominadas renovables – junto con la fusión nuclear, cuyo control al día dehoy presenta incierto futuro - se han presentado como prácticamente la únicaque puede garantizar la sostenibilidad. Pero, en opinión de los autores de estetrabajo se debe huir de un exceso de confianza en que la solución estégarantizada; las energías renovables presentan una serie de problemasobjetivos: dispersión, baja eficiencia, variabilidad en el tiempo, y por queocultarlos, económicos que hacen muy complicado prescindir de los recursos fósiles.Sobre este particular , la FIGURA I muestra los resultados de la prospectivarealizada por la prestigiosa Universidad de Delf (Holanda), situada en uno delos países más preocupados por la contaminación en general, y en particular(con razón) por los efectos de los gases de efecto invernadero

Figura I

A parecidas conclusiones llega la Agencia Internacional de la Energía en susprevisiones sobre el futuro energético. Terminamos este apartado con lasreflexiones sobre esta misma figura realizadas en un reciente artículo
Previsiblemente, todas las personas que hayan leído este trabajo estaránjubiladas en el año 2050, momento en que según este estudio, las energíasrenovables suministrarán aproximadamente el 15% de la demanda. Con estaperspectiva, parece prudente que, aún intensificando las investigaciones parasustituir las fuentes de suministro tradicionales – que no debe olvidarse,objetivamente presentan muchas propiedades favorables, quizá clave en sudesarrollo – la sociedad tenga presente que "El ahorro energéticocontinuará siendo, por mucho tiempo, la mejor energíaalternativa"

La biomasa como recurso energético
En la siguiente TABLA 1 se relacionan los consumos de energía por áreas geográficas,junto a la participación de las energías renovables; una primera aproximacióna la participación relativa de las diferentes tecnologías permite comprobarque cuantitativamente solamente dos tienen cierta importancia..

Tabla 1
Situación mundial de las energías renovables. Año 2002

En una primera lectura, sin duda alguna ofrece material para reflexiones másrigurosas, la TABLA 1 es quizá más ilustrativa desde un punto de vistasociopolítico que energético. Resulta paradójico que en el presente, la altaparticipación de las energías renovables en el suministro energético primariosea una característica de los países con menor nivel de desarrollo; en cambio,en los países donde la población tiene una mayor "renta per cápita"es un objetivo – al parecer muy difícil de alcanzar – conseguir una mayoraportación de esta clase de recursos.

Es de suponer que el 15 % de participación predicho para el año 2050 seconsiga tanto elevando la contribución de los países de la OCDE acompañada deuna drástica reducción en el consumo de bosta animal o leña, generalmenteincontrolado, que ahora constituyen el principal recurso en amplias zonas delplaneta.
Como ejemplo de actuación en este terreno, la Unión Europea publicó a finalesde 1997 el "Libro Blanco sobe Energías Renovables", que constituye eldocumento de referencia sobre política comunitaria. La finalidad del mismo secifra en duplicar la participación de las energías renovables en el suministroenergético, pasando del 6% (año 1998) al 12 % en el año 2010. Desde entonces,los países miembros que se encuentran por debajo del objetivo han adecuado suspolíticas energéticas a fin de conseguir la meta propuesta.
Como muestra de actuación, la FIGURA II presenta la situación española,pasado y las metas propuestas.

Figura II
A la luz de los datos de la FIGURA II se agudiza la conveniencia de ser prudenteen las previsiones. En España, país de características medias, cerca del 90 %de las energías renovable están representadas por las más tradicionales (Hidráulicay biomasa )
Centrando nuestra atención sobre la biomasa como recurso energético, el"DICCIONARIO DE LA LENGUA ESPAÑOLA. Vigésima segunda edición"proporciona la siguiente definición:

• biomasa.

1. f. Biol. Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen.
2. f. Biol. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Donde de forma clara se relaciona a este término con la posibilidad deutilización con fines energéticos.
No deja de resultar curioso que la biomasa fue, con gran diferencia, la fuenteenergética predominante hasta bien avanzada la primera revolución industrial,y ahora, en plena tercera revolución, de nuevo se vuelvan los ojos a ella comouna de las más prometedoras fuentes de suministro energético. Dos son lasrazones principales para este protagonismo:

1. A través de la función clorofílica, las plantas sintetizan el tejido vegetal según la reacción básica :

6CO₂ 6H₂O nÞ 6 O₂ C₆H₁₂O₆ ; DH = 2802,1 kJ/Mol

Mediante este mecanismo se evalúa la producción total en la biosfera en 140·10⁹toneladas/año equivalente a: 2,425·10¹⁸ kJ/a Û5,8·10¹⁰ t.e.p./a ¡seis veces el consumo energético mundial en elaño 2002!. A pesar de que la cantidad realmente aprovechable será,necesariamente, una fracción muy reducida, el potencial continúa siendo muyimportante.

1. La utilización de biomasa no aumenta la concentración de CO₂ en la atmósfera.

El CO₂ emitido durante la combustión es capturado por las plantaspara formar nuevo tejido vegetal estableciendo un ciclo cerrado.

¿Biocombustible o Biocarburante?
Una de las circunstancias que caracterizan a los biocarburantes es laconfluencia de diferentes problemáticas (energética, medioambiental, políticaagrícola, política fiscal, etc) cada una de ellas, a su vez, de elevadacomplejidad, por lo que no resulta fácil (en realidad, casi nada lo es)establecer pautas generales. Esta confusión llega hasta la propia denominación,pudiéndose encontrar con frecuencia que se conocen como biocombustibles obiocarburantes indistintamente. Para intentar aclarar esta cuestión inicial,hemos vuelto a consultar el "DICCIONARIO....", pero hemos encontradoninguno de los dos términos, aunque si aparecen los siguientes, íntimamenterelacionados:

• combustible. (de combusto).

1. adj. Que puede arder.
2. adj. Que arde con facilidad.
3. m. Leña, carbón, petróleo, etc., que se usa en las cocinas, chimeneas, hornos, fraguas y máquinas cuyo agente es el fuego.

• carburante.(del ant. part. act. de carburar).

1. m. Mezcla de hidrocarburos que se emplea en los motores de explosión y de combustión interna.

Añadiendo el prefijo "bio-" de forma restrictiva, las anterioresdefiniciones proporcionan ciertas pautas en la manera de nombrar a los productosde nuestro interés:

• Biocombustible: Cualquier combustible de origen biológico no fosilizado.
• Biocarburante : Un subgrupo de los biocombustibles, caracterizados por la posibilidad de aplicación a los actuales motores de combustión interna.

Con la anterior definición aún se pueden presentar sutilezas idiomáticas,evidentemente no es esta la especialidad de los autores de este trabajo, pero almenos delimita de manera suficiente el alcance del termino"biocarburante", materia de nuestra atención.

2. Biocarburantes: origen y clases

La unión Europea en reciente legislación sobre la materia considerabiocarburantes a los productos que se incluyen en la TABLA 2. Posiblemente sepuedan encontrar algunos reparos a esta relación – de inspiración y destinofundamentalmente fiscal – en este trabajo se ha optado por respetar laclasificación original; no obstante, los legisladores han aclarado que se tratade una tabla de mínimos, por tanto abierta a posteriores incorporaciones.

Tabla 2
Relación de Biocarburantes, según la legislación de la U.E.

Si atendemos a su origen y propiedades, la taxonomía de la TABLA 3 quizáresulte más ilustrativa

Tabla 3
Biocarburantes con desarrollo más probable

De la TABLA 3 se deduce rápidamente que en estos momentos, las fuentesfundamentales para la fabricación de biocarburantes esta formada por cultivostradicionales, las más de las veces en competencia con los usos habituales comoalimento humano o animal. Como posteriormente se verá con más detalle estoconstituye, a través del coste de las materias primas, la principal restriccióna la generalización de su empleo como alternativa a los carburantestradicionales de origen petrolífero.

Biocarburantes Actuales; Métodos de Fabricación
La tecnología de fabricación de los bioalcoholes y biodiesel a partir de lasmaterias primas convencionales constituye una tecnología madura, con abundanciade instalaciones industriales; aunque existen ciertas diferencias entre los diseños,todos ellos obedecen a un esquema común, por otra parte bien conocido.

Bioalcoholes
La reacción fundamental para obtener bioalcohol es por oxidación (fermentación)de soluciones ricas en monosacáridos: glucosa, fructosa, etc.}
C₆H₁₂O₆ Û2 C₂H₅OH 2 CO₂ DH = -217,7 kJ/mol
glucosa levadura etanol

Los distintos procesos industriales difieren en la forma de obtener elmonosacárido final, función de la materia prima utilizada.

• Caña de azúcar y Remolacha

El jugo azucarado contiene sacarosa, un disacárido que se hidroliza aglucosa y fructosa. Modernamente, la hidrólisis y posterior fermentación serealizan en una sola etapa.
C₁₂H₂₂O₁₁ H₂O ÛC₆H₁₂O₆ C₆H₁₂O₆
sacarosa invertasa glucosa fructosa

• Cereales

En este caso, el componente fundamental es el almidón, polisacárido que sehidroliza enzimaticamente al disacárido maltosa y a partir de esta reacción secontinua como en el caso del azúcar.
2n C₆H₁₂O₁₁ (n-1) H₂O Ûn C₁₂H₂₂O₁₁
almidón a-amilasa maltosa

C₁₂H₂₂O₁₁ H₂O ÛC₆H₁₂O₆ C₆H₁₂O₆

• maltosa invertasa glucosa fructosa
• Materiales lignocelulósicos

Como es sobradamente conocido el tejido vegetal se compone fundamentalmentede hemicelulosa, celulosa, y lignina. La hemicelulosa es un polisacárido deestructura amorfa que se hidroliza fácilmente a xilosas y metil furano; en laactualidad la hemicelulosa puede ser convertida cuantitativamente a etanol portratamientos biológicos. La celulosa es la fracción más abundante, responde ala estructura de un polisacárido de elevado peso molecular. Por hidrólisis, ácida,básica o biológica, da lugar a hexosas que posteriormente se transforman enalcohol. Por último, la lignina es un polímero de estructura complicada aunquese sabe que tiene base aromática (fenólica). Por el momento no se haconseguido un procedimiento satisfactorio para obtener alcoholes por hidrólisis,química o biológica, de este componente.

En la FIGURA III se ha presentado un esquema del proceso secuencial para laobtención de alcoholes a partir de orígenes leñosos. Se debe advertir que alser un proceso en intensa fase de investigación existen múltiples variantes,abundancia que suele ser muestra de que ninguna es totalmente satisfactoria.Entendemos que esta vía es el porvenir de los biocarburantes, donde ya puedeanticiparse que los problemas de logística para la recogida de la materia primapueden ser una importante barrera al desarrollo.

Figura III

Biodiesel
Aunque se ha utilizado aceite vegetal para alimentar motores de autoignición eninstalaciones fijas, incluso existen algunos modelos adaptados a esta función,las prestaciones exigidas por los modernos automóviles necesitan carburantes demejores y más regulares propiedades; la conversión del triglicérido originalen ésteres simples (por lo común metílicos) consigue ambos objetivos.
Todo el biodiesel utilizado en la actualidad ha sido obtenido por la siguientereacción:
R – CO-O-CH₃ R – CO-O - CH₃ CH₃·OH
R’ – CO-O-CH₃ 3 CH₃OH R’ – CO-O- CH₃ CH₃·OH
R" – CO-O-CH₃ R" – CO-O-CH₃ CH₃·OH

Triglicérido Metanol Ésteres metílicos Glicerina

La reacción principal es catalizada por las bases fuertes, utilizándosepreferentemente el hidróxido potásico para obtener un subproductocomercializable como fertilizante.
La FIGURA III .muestra un esquema muy simple del diagrama de flujo. Existenalgunas pequeñas variantes al proceso principal, motivadas por el tipo demateria prima – clase de aceite o residuo a tratar – así como laposibilidad de trabajar en continuo o por lotes.

Figura IV

3. Biocarburantes Actuales;Ventajas e inconvenientes

En nuestra opinión, este apartado está fuertemente condicionado por elsupuesto que se adopte sobre su grado de participación en el total de lademanda. A la luz de la información de la TABLA 4 no parece arriesgadoaventurar que los biocarburantes a partir de cultivos convencionales no podránser una real alternativa a los de origen fósil. Exceptuando situaciones localescon elevados excedentes lo más probable es que se utilicen en la formulaciónde los carburantes comerciales como un componente minoritario ¿5 – 15 %?.Este objetivo no es en absoluto modesto, probablemente satisficiese las másoptimistas predicciones de los sectores directamente involucrados:planificadores energéticos, organizaciones agrarias, etc.
Como referencia, el objetivo que pretende alcanzar la U.E. es del 2% en el año2005 y del 5,7% en el 2010, ambos calculados como contenido energético. Enprincipio se pensó que tales metas fuesen imperativas, pero la numantinaoposición de algunos países miembros obligó a convertirlas en simplementeindicativas.

Tabla 4
Producción mundial (típica) de materias primas para biocarburantestradicionales

Si el biocarburante se utiliza en mezcla con gasolina o gasóleo - lasvigentes normas europeas permiten 5% de etanol y aunque sobre el gasóleo noexiste legislación específica, en algunos países (Francia p.ej.) se incorporahabitualmente al 5% - se han obviado dos problemas, que de otra manera seríanuna fuerte barrera, nos referimos a: logística de distribución ycompatibilidad con los actuales vehículos.

Admitiendo el consumo en mezcla minoritaria con bases petrolíferas, lasituación es:

Ventajas

1. Carácter Renovable: Sin duda alguna este es su principal atractivo. Aunque los diferentes estudios no coinciden en la cuantificación del CO₂ evitado, que por otra parte está fuertemente condicionado por el tipo de cultivo, parece que su efecto está muy claro en el caso del biodiesel y más discutido para el bioalcohol.

Este efecto podía ser realzado con relativa sencillez si los residuos vegetales (paja, bagazo, hojas, tallos, etc.) se utilizasen también como biocombustibles (preferentemente en cogeneración) o mejor aún para fabricar bioalcohol adicional.

2. Medioambiente: También discrepan sensiblemente las publicaciones sobre este aspecto. No obstante, hay cierto acuerdo en que la adición de biodiesel disminuye la emisión de partículas e inquemados, aumentando ligeramente la generación de NOx. El bioalcohol es algo más controvertido, si bien disminuye CO e hidrocarburos inquemados, aumentando el NOx, el mismo efecto podía conseguirse con cualquier oxigenado a base de metanol

Por último la ausencia de azufre y aromáticos reduce su presencia en los humos; pero, por otra parte aparece formaldehído y otros compuestos oxigenados nocivos, cuyos efectos son menos conocidos.

No debe olvidarse que puede constituir un destino adecuado a ciertos residuos: aceites fritos o residuos de las industrias de preparados comestibles.

3. Otros: Sin duda alguna los biocarburantes, aún en su estado actual, ofrecen un elevado potencial para crear nuevas industrias de origen agrícola, con lo que esto conlleva sobre excedentes agrarios, creación de puestos de trabajo, etc.

La diversificación del suministro energético también se arguye, al menosen USA y la U.E., como uno de los logros a destacar.

Inconvenientes

1. Coste: Sin duda el impedimento más serio (¿único?) a su implantación. Lo más grave es que el principal componente del coste final es la materia prima, cuyo precio se rige por consideraciones ajenas a la industria de los carburantes.

En la siguiente tabla se ofrecen algunos precios internacionalesorientativos, en el convencimiento que las implicaciones agrícolas tienen queser estudiadas de forma particularizada para cada situación:

Tabla 5
Precios internacionales de carburantes y materias primas

Aún admitiendo la marcada volatilizad de los precios, agrícolasy petroleros, parece colegirse que, pese a las aproximaciones realizadas - no sehan tenido en cuenta los ingresos por venta de coproductos o corregido elinferior poder calorífico de los biocarburantes -.en ambos casos el coste demateria prima es superior al precio "ex refinería" de los carburantesa que pretende sustituir.

Si se quiere mantener el precio de venta al público del carburante, estasituación nos lleva a dos posibles soluciones:

1. Subvencionar fuertemente el bioalcohol y el biodiesel; política adoptada en U.S.A., y la U.E
2. Promover la investigación y desarrollo para utilizar materias primas de menor coste que las actualmente empleadas, cuya productividad parece una barrera de muy difícil superación.

Esta disyuntiva nos da lugar a una reflexión con la que acabamos el trabajo:Cada sociedad debe implantar la vía que más se acomode a sus necesidades, sibien nosotros nos inclinamos claramente por la segunda, entre otras razones porque, como se ha intentado poner de manifiesto en la TABLA 4 las fuentesconvencionales de suministro resultan a todas luces insuficientes paraconstituirse en una real alternativa a la situación presente.

4. Resumen y conclusiones

En primer lugar se intenta situar a las energías renovables dentro delcontexto general del suministro de energía primaria. Las previsiones realizadaspor prestigiosas instituciones no permiten excesivo optimismo. Cocluyen quedentro de cincuenta años, el porcentaje de la demanda abastecido por renovablesestará en los mismos niveles que actualmente, alrededor del 15 %; siendo labiomasa el recurso sobre el que mayores esperanzas recaen. Con este futuro,asumiendo el inevitable, aunque de complicada datación, agotamiento de losrecursos fósiles, las actitudes que fomenten el ahorro energético cobran elmayor protagonismo.
Este trabajo apoya la división de biomasa entre biocombustibles ybiocarburantes, los últimos especializados en la alimentación a motores deexplosión (bioalcohol en lugar de gasolina) y motores de autoignición(biodiesel por gasóleo). Centrando el interés sobre los biocarburantes, serealiza una taxonomía basada en los orígenes y métodos de obtención.
En la actualidad la práctica totalidad de los biocarburantes utilizados, sonobtenidos a partir de recursos agrícolas (excedentarios o no), con una mínimaparticipación de algunos residuos industriales o domésticos (aceite fritousado). Los métodos de producción puede considerarse una tecnología madura,por lo que no es de esperar sustanciales variaciones a los respectivos esquemasde fabricación que oportunamente se muestran.
La última parte del trabajo se dedica a revisar las principales ventajas einconvenientes de los biocarburantes. Llegando a la conclusión de que laobtención a partir de recursos agrícolas convencionales: cereales, sacarosa yplantas oleaginosas, no puede ser calificado de alternativa sostenible a loscarburantes tradicionales – no existen suficientes recursos y, además, losprecios resultan difícilmente competitivos – por lo que se haceimprescindible aumentar la investigación y desarrollo en encontrar alternativasviables a los actuales suministros de materias primas.

5. Referencias

http://www.ocp.tudelft.nl/ev/prof/fac_pres.pdf

• http://www.iea.org/leaflet.pdf
• El Hidrógeno combustible. J. Andrés y A. Santos. Ingeniería Química. Mayo 2003
• http://www.iea.org/leaflet.pdf
• http://buscon.rae.es/diccionario/drae.htm
• Mercedes Ballesteros. CIEMAT. España, Octubre 2001
• DIRECTIVA 2003/30/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 8 de mayo de 2003 relativa al fomento del uso de biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte
• LLey 53/2002, de 30 diciembre de Medidas Fiscales, Administrativas y de Orden Social
• http://www.buenosaires-links.com.ar/ciencia/aceitegasoil.htm
• http://www.fao.org/docrep/004/w9687s/w9687s06.htm
• http://www.fao.org/docrep/004/w9687s/w9687s06.htm
• http://www.iea.org/statist/keyworld2002/keyworld2002.pdf
• http://www.fao.org/docrep/005/y6668s/Y6668s14.htm

Trabajo enviado por :
José Andrés Martíne
prado.eym@wanadoo.es
P.R.A.D.O.
Energía y Medioambiente
c/Mirador de la Sierra de Madrid, nº 27
28400 Collado Villalba
Madrid
ESPAÑA
Dirección Internet:     www.prado-eym.com

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