Los biocombustibles son combustibles no fósiles. Los cuales almacenan la energía derivada de materias orgánicas (biomasa), materias vegetales y excrementos animales. La biomasa es una fuente de energía renovable, pues su producción es mucho más rápida que la formación de los combustibles fósiles.
Tipos de combustibles obtenidos de la biomasa
Sólidos
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Líquidos
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Gaseosos
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Cultivos para producir biocombustibles
Alto tenor de carbohidratos: caña de azúcar, maíz, mandioca.
Las oleaginosas: soja, girasol, palmas.
Esencias forestales: eucalipto, pinos.
Procesos de obtención de Biocombustibles
Mecánicos
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Termoquímicos
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Biotecnológicos
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Extractivos
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Técnicas
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Astillado
Trituración
Compactación
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Pirolisis
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Gasificación
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Fermentación
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-Digestión anaerobia
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-Extracción
Físico-química
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Productos
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-Leñas
-Astillas
-Briquetas
-Aserrín
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-Carbón
Aceites
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-Gas de gasógeno
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-Ethanol
-Varios
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-Biogás
CO2, CH4
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-Aceites
-Ésteres
Hidrocarburos
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Aplicaciones
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-Calefacción
-Electricidad
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-Calefacción
-Electricidad
-Transporte
-Industria química
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-Transporte
-Industria química
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Calefacción
Electricidad
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-Transporte
-Industria química
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Primera generación de Biocombustibles
La utilización de almidón y aceites como fuentes de materia prima para la fabricación de biocombustibles ha sido muy controvertida en los últimos años, ya que en algunos casos han llegado a desplazar la utilización de suelos explotados para la producción de alimentos; esto, junto con la demanda creciente de cereal de los países asiáticos, ha supuesto un aumento espectacular del precio del cereal, que ha llegado a comprometer el suministro de alimentos en algunos países.
Biodiésel
El biodiésel es un biocarburante líquido producido de los aceites vegetales y grasas animales. La colza, el girasol y la soja las materias primas más utilizadas.
Las propiedades del biodiésel son las mismas que las del gasóleo (Gasolina Diesel) en cuanto a densidad y número de cetano. El balance energético del biodiésel, considerando la diferencia entre la energía que produce 1kg. de biodiésel y la energía necesaria para la producción del mismo, desde la fase agrícola hasta la fase industrial es al menos en un 30%. Considerada una actividad sostenible.
El biodiésel quema sin requerir ningún tipo de modificación en motores existentes pudiendo alimentarse alternativamente con el combustible diesel.
El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.
Proceso transesterificación en discontinuo
El proceso está basado en reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un condensador de reflujo. Las condiciones de operación más habituales son a temperaturas de 65ºC.. El catalizador más común es el NaOH, aunque también se utiliza el KOH, en rangos del 0,3% al 1,5%. Es necesaria una agitación rápida para una correcta mezcla en el reactor del aceite, el catalizador y el alcohol. Hacia el fin de la reacción, la agitación debe ser menor para permitir al glicerol separarse de la fase éster.
En la transesterificación, cuando se utilizan catalizadores ácidos se requiere temperaturas elevadas y tiempos largos de reacción. Algunas plantas en operación utilizan reacciones en dos etapas, con la eliminación del glicerol entre ellas, para aumentar el rendimiento final hasta porcentajes superiores al 95%. Temperaturas mayores y ratios superiores de alcohol:aceite puede aumentar el rendimiento de la reacción. El tiempo de reacción suele ser entre 20 minutos y una hora.
Bioetanol
Es un producto químico obtenido de la fermentación de azúcares en los productos vegetales, como cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares están combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa.
El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión.
Brasil es el principal productor con 45% de la producción mundial, Estados Unidos el 44%, China el 6%, la Unión Europea el 3%, India el 1% y otros países 1%.
Proceso de obtención del Bioetanol
Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada más adelante en el proceso de fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado grande del alcohol.
Conversión: Es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida.
Fermentación: Es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol.
Deshidratación: Es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua).
Desventajas del uso de Bioetanol
-Algunas investigaciones sugieren que el proceso toma tanta o más energía combustible fósil (gas natural, diesel y de carbón) para crear una cantidad equivalente de energía bajo la forma de etanol.
-La combustión del etanol produce como desecho formaldehído y acetaldehído, sustancias cancerígenas.
-También se cree que su uso podría elevar las emisiones de óxido nítrico y otros compuestos orgánicos gaseosos precursores del ozono.
Estudios a favor de los Biocombustibles
En un estudio realizado por Jorn Scharlemann y William Laurence, del Instituto Smithsoniano de Investigaciones Tropicales, se midió la influencia de los biocombustibles en las emisiones de CO2.
-Los autores del estudio concluyen que 80% de los biocombustibles reducen las emisiones de CO2 en un 30%.
-El etanol reduciría las emisiones en 13% y el biodiesel en 79%, comparados con el diesel petrolero.
-Además, según este estudio, se producen menos partículas suspendidas y hollín, que son nocivos para el sistema respiratorio.
Scharlemann y Laurence señalan también que la relación entre la energía invertida y la obtenida del biodiesel es positiva; por cada unidad de energía fósil invertida en producirlo el biodiesel da 3.2 unidades de energía. En el etanol obtenido a partir de la fermentación del azúcar, el rendimiento energético es de 1.98 unidades; es decir, se obtiene casi el doble de la energía invertida.
Estudios en contra de los Biocombustibles
Deforestación: Producir biocombustibles requiere superficies muy extensas para cultivar maíz, caña de azúcar, soya o palma de aceite.
Procesos de cultivo: Los balances energéticos del biodiesel y del bioetanol dependen en gran medida de la materia prima que se elija, la eficiencia tecnológica, el proceso utilizado y el lugar donde se producen los cultivos. Falta de responsabilidad al momento de producirlos podría ser perjudicial para el medio ambiente.
Procesos industriales: El balance de CO2 es negativo, ya que se genera más dióxido de carbono del que absorben las plantas durante su crecimiento. En las fábricas de destilación y fermentación de etanol se utilizan combustibles fósiles, y también para cosechar y transportar las cosechas hasta la planta industrial.
Segunda generación de Biocombustibles
Bioetanol de segunda generación
Se consigue de la degradación de material lignocelulósico, obtenido de los residuos agrícolas de las cosechas o de plantas herbáceas. La lignocelulosa es muy abundante en la naturaleza. Este material está formado por una mezcla de lignina, hemicelulosa y celulosa; La celulosa está compuesta por una larga cadena de azúcares, por lo que casi cualquier residuo vegetal puede ser transformado en azúcar y gracias a la fermentación por levaduras, obtener bioetanol. Además tiene la ventaja de no ser de uso alimentario, permitiendo el aprovechamiento de los residuos vegetales generados de la producción de alimentos, por lo que se erige como una fuente de materia prima sostenible.
Biodiesel de segunda generación
El Biodiesel de 1ra generación se obtiene mediante un proceso químico (transesterificación) a partir de aceites vegetales. Se están tratando de identificar y mejorar otras especies oleaginosas de cuya semilla puedan extraerse aceites de mejor calidad y que puedan ser sustitutivas de las tradicionalmente empleadas como materia prima: soja, colza, girasol, palma, que tienen una aplicación alimentaria.
Alternativas a los biocombustibles convencionales
Uno de los cultivos energéticos que podría ser utilizado es la Jatropha curcas. Esta planta arbustiva, originaria de Centroamérica y África, es miembro de la familia de las Euphorbias y sus semillas se han utilizado para extraer aceite con el que fabricar jabón y velas. Una de sus ventajas, aparte del alto contenido de aceite en su semilla (más del 40%), es su crecimiento en áreas no cultivables o erosionadas, por lo que no compite con cultivos alimentarios.Bibliografía:
ArgenBio. "Los Biocombustibles." PQBio. N.p., 2007. Web. <http://porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=cuaderno&opt=5&tipo=1¬e=58>.
Espinosa De Aquino, Wendy. "Los Biocombustibles." - Revista ¿Cómo Ves? UNAM, 2015. Web. <http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/123/los-biocombustibles>.
Miliarium. "Biodiesel." Miliarium.com. N.p., 2008. Web. <http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Biodiesel.asp>.
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Leyva, Antonio. "Cultivos Energéticos Y Biocombustibles." LYCHNOS. N.p., n.d. Web. <http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/cultivos_energeticos_y_biocombustibles>.