Biocarburante

La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es utilizada en Brasil como principal insumo para producir bioetanol.
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Biocarburante
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Un biocarburante o biocombustible es una mezcla de sustancias orgánicas que se utiliza como combustible en los motores de combustión interna. Deriva de la biomasa, materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Para muchos autores,[1] lo correcto para referirse a este tipo de combustibles es hablar de agrocombustibles, el prefijo "bio-" se utiliza en toda la UE para referirse a los productos agrícolas en cuya producción no intervienen productos de síntesis. La palabra biocombustible, por lo tanto, se presta a confusión y dota al término de unas connotaciones positivas de las que carece.

Para la obtención de los biocarburantes se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmeras. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos.

Al utilizar estos materiales se reduce considerablemente el dióxido de carbono que es enviado a la atmósfera terrestre ya que estos materiales lo van absorbiendo a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los carburantes convencionales en el momento de la combustión.

En Europa, Argentina y Estados Unidos ha surgido diversa normativa que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varían del 5 al 10%.

Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón.

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

Otras alternativas, como el biopropanol o el biobutanol, son menos populares, pero no pierde importancia la investigación en estas áreas debido al alto precio de los combustibles fósiles y su eventual término.

Generaciones de Biocombustibles

Biocombustibles de primera generación

Son los provenientes o hechos por medio de azúcar, almidón o aceite vegetal, que están contenidos en infinidad de materias como lo son: el jugo de la caña de azúcar, granos de maíz, jugo de remolacha o betabel, aceite de semilla de girasol, de soya, de palma, de ricino, de semilla de algodón, de coco, de maní o cacahuate, entre otros. También se emplean como insumos a las grasas animales, grasas y aceites de desecho provenientes de la cocción y elaboración de alimentos.

Estos tipos de biocombustibles son producidos empleando tecnología convencional como la fermentación (para azúcares y carbohidratos), transesterificación (para los aceites y grasas), y la digestión anaerobia (para los desperdicios orgánicos).

Entre estos están:

Bioalcoholes

Son alcoholes producidos biológicamente por la acción de microorganismos y enzimas a través de la fermentación de azúcares o almidones (más fácil), o celulosa (que es más difícil). El biobutanol (también llamada biogasolina) es declarado como un remplazo directo de la gasolina, ya que éste puede ser usado directamente en un motor de gasolina (en una manera similar al biodiésel con los motores de diésel). El combustible de etanol es el biocombustible más común mundialmente, particularmente en Brasil. Mientras que los menos comunes son el propanol y butanol.

Obtención de biocombustible a partir de la madera.

Los combustibles de alcohol son producidos por fermentación de azúcares derivados por el trigo, maíz, betabel, caña, melaza y cualquier azúcar o almidón por las cuales las bebidas alcohólicas pueden ser hechas (como la patata y los desechos frutales, etc.) Los métodos de producción de etanol utilizados son la digestión enzimática (para liberación de azúcares de almidón almacenado), fermentación de azúcares, destilación y secado. El proceso de destilación requiere de proporcionar una gran cantidad de energía.

El etanol puede ser usado en motores de petróleo en reemplazo de la gasolina, también puede se mezclado con gasolina en cualquier porcentaje. Muchos de los motores de carros existentes (que usan petróleo) pueden trabajar y entrar en marcha con combinaciones de más de 15% de bioetanol con petróleo/gasolina. El etanol tiene una densidad energética menor al de la gasolina; esto significa que toma más combustible (volumen y masa) para producir la misma cantidad de trabajo. Una ventaja del etanol (CH3CH2OH) es que tiene mayor valor de octano que la gasolina libre de etanol disponible en las estaciones de gas en carretera, lo que permite un aumento en el índice de compresión del motor para incrementar la eficiencia térmica. En lugares de gran altitud (donde el aire es ligero), algunos estados exigen una mezcla de gasolina y etanol como un oxidante invierno que reduce las emisiones de contaminantes atmosféricos. El etanol,a su vez, es también usado como combustible de chimeneas de bioetanol.

En desventaja, el etanol seco tiene rudamente un tercio de energía por unidad de volumen menos comparado a la gasolina. Con los actuales grandes, insostenibles y no escalables subsidios, el combustible de etanol cuesta más por distancia viajada que los actuales y altos precios de gasolina en los Estados Unidos.

El metanol es actualmente producido del gas natural, un combustible fósil no renovable. Pero a su vez pueden ser producidos por la biomasa del bioetanol. La economía del metanol es una alternativa a la del hidrógeno, comparada a la actual producción de hidrógeno por gas natural.

El butanol (C4H9OH) es generado por la fermentación ABE (acetona, butanol, etanol) y modificaciones experimentales del proceso muestran un gran potencial de energía neta ganada con butanol como el único producto líquido. Éste produciría más energía y supuestamente puede ser quemado “directamente” en motores de gasolina existente (sin tener que modificar el motor o el carro), y es menos corrosivo y soluble en agua que el etanol. A su vez puede ser distribuido a través de las actuales infraestructuras. DuPont y BP están trabajando juntos para ayudar a desarrollar el butanol. Las trazas de E. Coli han tenido también una ingeniería exitosa para producir butanol al interceptar los aminoácidos de sus metabolismos.

Biodiésel

Es el biocombustible más común en Europa. Éste es un biocombustible líquido compuesto de alquil-ésteres de alcoholes de cadena corta como el etanol y metanol, con ácidos grasos de cadena larga obtenidos a partir de biomasa renovable: aceites vegetales, grasas animales o aceite de microalgas.[4] Sus principales materias primas incluyen aceites vegetales como: soya, jatropha, semilla de colza, mahua, mostaza, lino, girasol, aceite de palma, cáñamo, algas, entre otras. El biodiésel puro (B100) es el combustible diésel de menor emisión.

El biodiésel puede ser usado en cualquier motor de diésel cuando es mezclado con diésel mineral. En algunos países, las compañías manufactureras construyen sus motores de diésel bajo la garantía de que puedan utilizar el B100. En muchos países Europeos, un 5% de la mezcla de biodiésel es ampliamente usada y está disponible en miles de estaciones de gas. Además, éste es un combustible oxigenado, es decir, que éste contiene una cantidad reducida de carbono y un contenido alto de hidrógeno y oxígeno más que el diésel fósil. Esto mejora la combustión del biodiésel y reduce las partículas de emisión del carbono no quemado.

También el biodiésel es seguro de manejar y trasportar, ya que es tan biodegradable como el azúcar, un décimo de tóxico como la sal de mesa, y posee un punto de inflamación del alrededor de 148 ºC (300 ºF) en comparación con el petróleo a base de diésel, el cual contiene un punto de inflamación de 125 ºC (52 ºC).

En Estados Unidos, más del 80% de los camiones comerciales y autobuses de la ciudad funcionan con diésel. El emergente mercado de biodiésel en Estados Unidos estima que tendrá un crecimiento del 200% del 2004 al 2005. “Para finales del 2006, había un estimado que la producción de biodiésel crecería cuatro veces más (a partir del 2004) a más de 1 billón de galones (3, 800, 000 m3).”

Diésel Verde

Éste es producido a través del “hydrocraking” biológico de materias primas de aceite, como lo son los aceites vegetales y las grasas animales. “Hydrocraking” es un método de refinería que usa elevadas temperaturas y presiones en presencia de un catalizador para romper grandes moléculas, como las encontradas en aceites vegetales, en pequeñas cadenas hidrocarbonadas usadas en los motores de diésel. El diésel verde posee las mismas propiedades químicas que el petróleo basado en diésel y además no requiere de nuevos motores, oleoductos o infraestructura para ser distribuido y usado. Aunque todavía no ha sido producido a costos competitivos contra el petróleo, las versiones de gasolina están todavía en desarrollo. A su vez el diésel verde está siendo desarrollado en Louisiana y Singapore por ConocoPhillips, Neste Oil, Balero, Dynamic Fuels, y Honeywell UOP.

Gasolina de biocombustible

En el 2013, investigadores de Reino Unido desarrollaron una cepa genéticamente modificada de la Escherichia coli la cual puede transformar glucosa en gasolina de biocombustible que no necesita ser mezclada. Luego en el 2013, investigadores de UCLA diseñaron un nuevo camino metabólico para evitar la glucolisis e incrementar el índice de conversión de azúcar en biocombustible. Se cree que un futuro va ser posible modificar los genes para obtener gasolina de paja o estiércol de animal.

Bioéteres

Estos son componentes de alto costo pero efectividad que actúan como potenciadores de octano. También mejoran el rendimiento del motor, al tiempo que reduce significativamente el desgaste del motor y las exhaustas emisiones de tóxicos. Reduciendo en gran medida la cantidad de ozono en la atmósfera, contribuyen así a la mejora de la calidad del aire.

Biogás

Éste se obtiene del metano por el proceso de digestión anaeróbica de materia orgánica por anaerobios. Puede ser también obtenido de desechos biodegradables o por el uso de cosechas energéticas en digestivos anaeróbicos para suplir a los campos de gas. El producto sólido, “digestato” ("digestate" en inglés), puede ser usado tanto como biocombustible como fertilizantes. El biogás puede ser recuperado a través de un sistema de procesamiento de desechos (un tratamiento biológico-mecánico). Los granjeros puede producir biogás del estiércol de su ganado a través de digestivos anaeróbicos.

Syngas

Éste es una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y otros hidrocarburos, producido por la combustión parcial de la biomasa, es decir, una combustión con una cantidad de oxígeno que no es suficiente para convertir la biomasa completamente en dióxido de carbono y agua. Antes de la combustión parcial, la biomasa es secada, y a veces polarizada. La mezcla de gas resultante, syngas, es más eficiente que la combustión directa de biocombustible original; la mayoría de la energía contenida en este combustible es extraída. -El Syngas puede ser quemado directamente en un motor de combustión interna, turbinas o en celdas de combustible de altas temperaturas. -Puede ser usado para producir metanol, DME, hidrógeno, y substituto de diésel (a través del proceso Fischer-Tropsch). A su vez puede ser usado en una mezcla de alcoholes que puede ser mezclado en gasolina.

Biocombustibles de segunda generación (avanzados)

Estos son producidos por materia prima sostenible. La materia sostenible es definida, entre muchas, por la disponibilidad de ésta y su impacto en las emisiones de efecto invernadero y en la biodiversidad y uso del suelo. Sus insumos son cultivos energéticos, es decir, vegetales no alimenticios de crecimiento rápido y con una alta densidad y cantidad energética almacenada en sus componentes químicos. Muchos de los biocombustibles de segunda generación están aún en desarrollo, como lo son el etanol de celulosa, el combustible de Algas, el biohidrógeno, el biometanol, DMF, BioDME, diésel del proceso Fischer- Tropsch, el diésel de biohidrógeno, mezclas de alcohol, diésel de madera, entre otros.

La producción de etanol de celulosa usa cultivos o desechos de productos no comestibles. Además no desvía alimentos de la cadena alimentaria animal o humana. La Lignocelulosa es una estructura material “boscosa” de las plantas. Esta materia es abundante y diversa, y en algunos casos (como cáscaras de cítricos o aserrín) es en sí misma un problema significativo para su eliminación.

La producción de etanol por celulosa es un problema técnico de gran dificultad por resolver. En la naturaleza, la materia prima rumiante (como lo es el ganado) come pasto y después usan procesos digestivos enzimáticos lentos para romper dentro de la glucosa. En los laboratorios de etanol por celulosa, varios procesos de experimentación están siendo desarrollados para hacer el mismo proceso, y así las azúcares liberadas puedan ser fermentadas para realizar combustible de etanol. El uso de altas temperaturas ha sido identificado como un importante factor para incrementar la viabilidad económica global de la industria de los biocombustibles y la identificación de enzimas que sean estables y puedan ser utilizadas con eficiencia a temperaturas extremas es un área activa de investigación.

El reciente descubrimiento del hongo Glocladium roseum apunta hacia la producción del tan llamado myco- diésel de celulosa. Estos organismos (recientemente descubiertos en los bosques tropicales del norte de la Patagonia) tienen la capacidad única de convertir la celulosa en hidrocarbonos de longitud media típicamente encontrados en el combustible de diésel. Los científicos también trabajan en el diseño experimental de la recombinación genética del DNA de ciertos organismos que pueda incrementar su potencial como biocombustibles. Científicos que trabajan con la compañía Nueva Zelandesa Lanzatech han desarrollado una tecnología para usar los gases industriales, como lo es el monóxido de carbono, como materia prima para producir etanol a través de un proceso de fermentación microbiano. En octubre 2011, Virgin Atlantic anunció que se unía con Lanzatech para encargarse de una planta de demostración en Shanghai que produciría un combustible de aviación a partir de los gases residuales de la producción de acero.

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