BIOCOMBUSTIBLES / Definición y Tipos.

 BIOCOMBUSTIBLES 

Los biocombustibles son un compendio de sustancias de tipo orgánicas que se utilizan principalmente como combustible en los motores de combustión interna. Derivan de lo que es llamada la “biomasa”, definida como materia orgánica originada en un proceso biológico, que puede ser tanto espontáneo, como provocado, y es utilizable como fuente de energía. 

Se estima más correcto denominarlos agrocombustibles, ya que el prefijo "bio-" se utiliza para referirse a los productos agrícolas en cuya producción no intervienen productos de síntesis, o sea, no naturales. Por lo tanto, la denominación biocombustible, se presta a confusión y le da una connotación positiva de la que en parte carece. 

Para la obtención de estos biocarburantes se pueden utilizar especies de uso agrícola como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, u oleaginosas como la soja, girasol y las 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 es absorbido por los mismos productores del CO2 para su desarrollo. En Europa, Argentina y los 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%. 

Está claro entonces que 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. 

    o El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, por fermentación alcohólica de azúcares de diversas plantas como la caña de azúcar, remolacha o cereales. En este rubro, Estados Unidos y Brasil son los principales productores de bioetanol (repartiéndose el 65% de la producción mundial). Luego le siguen China, la India, y la Unión Europea. La producción total se estima en 100 mil millones de litros 

    o El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar colza, canola, soja o jatrofa, los cuales son cultivados para este propósito. El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.

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 agotamiento.

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, 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 un proceso sencillo como la fermentación de azúcares o almidones, o de la celulosa, que es un tanto más complejo. 

 

El biobutanol (también llamada alconafta) es declarado como un remplazo directo da las naftas, ya que este puede ser usado directamente en un motor de gasolina (en una manera similar al biodiésel con los motores diésel). 

El combustible de etanol es el biocombustible más común mundialmente, particularmente en Brasil. Mientras que los menos comunes son el propanol y butanol. 

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 nafta, también puede ser mezclado en cualquier porcentaje. Muchos de los motores que usan petróleo pueden funcionar con combinaciones de más de 15% de bioetanol con naftas. El etanol tiene una densidad energética menor al de la nafta; 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, 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 nafta y etanol como un oxidante que reduce las emisiones de contaminantes atmosféricos. Obtención de biocombustible a partir de la madera

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. Este 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.

Biodiésel 
Es el biocombustible más común. Está compuesto 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. 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. 

Puede ser usado en cualquier motor diésel cuando es mezclado con diésel mineral. En algunos países, las compañías manufactureras construyen sus motores diésel bajo la garantía de que puedan utilizar el B100. En muchos países Europeos, un 5% de la mezcla de biodiésel es ampliamente utilizada. Además, este es un combustible oxigenado, es decir, que este 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 °C en comparación con el petróleo a base de diésel, el cual contiene un punto de inflamación de 52 °C).

Hidrobiodiésel 
Este 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 los combustibles derivados del petróleo, las versiones de naftas están todavía en desarrollo. 

Biogás

Este 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”, 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), de hecho muchos establecimientos rurales producen biogás del estiércol del ganado a través de digestivos anaeróbicos.

Syngas

Este 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 FischerTropsch). 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.

Planta de biocombustible en Argentina.

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.