Biocombustibles
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Los Biocombustibles. Se producen orgánicamente y a diferencia de los combustibles fósiles son una fuente de energía renovable. Los biocombustibles provienen de la biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como Fuentes de Energía.
Sumario
Obtención de Biocombustibles
Para la obtención de los biocombustibles 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 palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos. Al utilizar estos materiales se reduce el CO2 que es enviado a la atmosfera terrestre ya que estos materiales van absorbiendo el C02 a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los combustibles convencionales en el momento de la combustión. En Europa y Estados Unidos han surgido diversas normativas que exigen a los provedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varian del 5 al 10%.
Según la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible deseado, se pueden utilizar diferentes métodos para obtener biocombustibles: procesos mecánicos (astillado, trituración, compactación), termoquímicos (combustión, pirolisis y gasificación), biotecnológicos (micro bacterianos o enzimáticos) y extractivos. Cada uno de estos procesos se inicia con la biomasa vegetal que se forma a partir del proceso de fotosíntesis, con el aporte de la energía solar que captan y transforman estos organismos. Cada técnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directo mediante combustión, el cual producirá vapor para generar energía eléctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestión anaeróbica que lo convertirá en metano y otros gases, o fermentar para producir alcohol, o convertir en hidrocarburo por reducción química. Si se aplican métodos termoquímicos es posible extraer metanol, aceites, gases, etc. El método de la digestión por el cual se obtiene biogás es el más empleado.
Clasificación de las clases de Biocombustibles
El bioetanol: es un alcohol que se fabrica en su mayor parte mediante un procedimiento similar al de la cerveza. A lo largo de este proceso los almidones son convertidos en azúcares, éstos sufren una fermentación que los transforma en etanol, y éste es destilado en su forma final. Es producido principalmente a partir de caña de azúcar o maíz (el maíz es mezclado con un poco de cebada o trigo en algunos casos), cuyos hidratos de carbono son fermentados a etanol por las levaduras del género Saccharomyces. La caña de azúcar representa la fuente más atractiva para la producción de etanol, debido a que los azúcares que contiene son simples y fermentables directamente por las levaduras. Sin embargo, su mayor inconveniente es que resulta cara como materia prima debido a que los cultivos como el maíz son ricos en almidón, un hidrato de carbono complejo que necesita ser primero transformado en azúcares simples. Este proceso recibe el nombre de sacarificación y, al producirse un paso más en la producción, se aumenta el coste. La producción puede llevarse a cabo tanto a partir de residuos agrícolas, forestales, industriales o urbanos. Los desechos agrícolas y forestales, materias primas ricas en celulosa, son las que más abundan y cuya utilización tiene un menor coste. A pesar de esto, no resulta rentable en la actualidad la obtención de etanol a partir de estos residuos, debido a que la conversión de la celulosa en azúcares fermentables es un proceso complejo y costoso. En la actualidad, los principales productores de alcohol como combustible son Brasil, Estados Unidos y Canadá. Brasil realiza la producción a partir de la caña de azúcar y lo emplea tanto como “hidro-alcohol” (95% etanol), como de un aditivo de la gasolina (24% de etanol). Estados Unidos y Canadá basan su producción en el maíz (combinado con un poco de trigo y cebada) y es el biocombustible que más se utiliza en diferentes formulaciones que van desde el 5% al 85% de etanol. Más de 5.670 millones de litros aproximadamente (1.500 millones de galones.) se agregan por año a la gasolina con el objetivo de optimizar el rendimiento de los vehículos y disminuir la polución atmosférica.
Biodiésel: se denomina biodiésel al éter que se produce a partir de diversos tipos de grasa o aceite, que pueden ser tanto de origen vegetal, como los aceites de soja, colza o girasol, como de origen animal. La elaboración del biodiésel está basada en la llamada transesterificación de los glicéridos, mediante la utilización de catalizadores. Desde el punto de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir tres cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el glicerol. En la reacción de transesterificación, una molécula de un triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de monoésteres y una de glicerol. Estos ésteres metílicos o etílicos (biodiésel) se mezclan con el combustible diésel convencional en cualquier proporción o se utilizan como combustible puro (biodiésel 100%) en cualquier motor diésel. El glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción.
Ventajas del Biodiesel
- Debido a que no contiene azufre, no genera emanaciones de este elemento, las cuales son causantes de las lluvias ácidas.
- Se produce una mejor combustión, que tiene como resultado la reducción del humo visible en el arranque de un 30% aproximadamente.
- Reduce las emanaciones de CO2, CO, partículas e hidrocarburos aromáticos.
- Resultan menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los combustibles fósiles en caso de producirse algún vertido en mares o ríos.
- Degradación mas rápida que los precombustibles.
- Genera menos elementos nocivos en el momento de la combustión que los combustibles tradicionales.
- Menor irritabilidad para la piel humana.
- Prolonga la vida útil de los motores actuando como lubricante.
- Su transporte y almacenamiento es más seguro que el de los derivados del petróleo.
Biogás: se denomina biogás a aquel gas creado mediante la fermentación bacteriana de la materia orgánica, en ausencia de oxígeno. Puede realizarse tanto en medios naturales como en dispositivos específicos para la creación del gas. El producto obtenido se encuentra conformado principalmente por metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, aunque también se encuentran otros gases en menor proporción. Para su obtención, se puede utilizar como materia prima la excreta animal, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal. Son cuatro los tipos de bacterias que intervienen en la fermentación: 1. Las hidrolíticas, que producen ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos policarbonadosl. 2. Las acetogénicas, productoras de hidrógeno. 3. Las homoacetogénicas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en ácido acético. 4. Las metanogénicas, productoras del gas metano, principal componente del biogás, con una proporción de 40 a 70 % de metano (CH4).
Consumo
Muchos vehículos utilizan biocombustibles a base de metanol y etanol mezclado con gasolina. Se puede obtener etanol a partir de la caña de azúcar, de la remolacha o el maíz. En algunos países como la India y la China producen biogás a partir de la fermentación natural de desechos orgánicos (excrementos de animales y residuos vegetales).
Biotecnología y Biocombustibles
Primero necesitamos sabes que es la biotecnología La biotecnología actual surge en los años 50 con el descubrimiento por James Watson y Francis Crick de la estructura de la molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico) que es donde se almacena la información genética (la herencia) en todos los seres vivos. La biotecnología es una técnica en donde se utilizan células vivas como por ejemplo las enzimas para obtener o modificar un producto; esta técnica se utilizó hace muchos miles de años atrás como por ejemplo el queso, antiguamente la población realizaba esta técnica pero no se sabía mucho sobre dicha técnica; actualmente el hombre a podido manipular las células. Se puede considerar al biocombustible como un producto biotecnológico, debido a que la obtención de este combustible renovable se hace a partir de organismos o de sus derivados. El uso de la biotecnología favoreció a las mejoras de rendimiento y obtención de los biocombustibles, logrando una reducción de los costos de cultivo y aumentando la eficiencia con respecto a su predecesor, el combustible fósil. Así, la competitividad aumenta, favoreciendo al cuidado del medio ambiente. Entre los proyectos en desarrollo se encuentra la obtención de levaduras OGM para la producción de bioetanol a partir de desechos agrícolas. La universidad de Purdue, ubicada en Estados Unidos, generó una levadura que es capaz de producir bioetanol a partir de residuos celulósicos que habitualmente se desechan o se destinan a la alimentación animal. Esto fue un gran aporte desde la biotecnología, hacia los biocombustibles. Esta levadura se denomina OGM, y es capaz de producir un 40% mas de bioetanol a partir de residuos de la caña de maíz y paja de trigo. Otro proyecto, contempla la modificación genética de bacterias para optimizar la conversión de la pulpa de la remolacha azucarera, debido que la producción de biocombustibles a base de papa o remolacha azucarera no es aún tan eficiente como se desea. La remolacha azucarera, parece ser una generadora de biomasa más efectiva. Según experimentos de campo realizados por Eckhard Boles, de la Universidad Goethe, de Fráncfort, han arrojado resultados alentadores: todas las partes de dicho vegetal son utilizables. En Alemania se desperdician casi todos los componentes de la remolacha azucarera que ofrece un enorme potencial para la producción de biocombustibles. El único problema para Boles es que “la biomasa tiene que ser primero cortada en pequeños pedazos y agregarle azúcar para agilizar la fermentación”. Pero la dificultad es mayor. La dura y estable estructura de la celulosa de la remolacha azucarera hace muy difícil partir la planta, y ello a pesar de que está compuesta de moléculas del azúcar. Si bien dicha planta se logra partir con métodos termoquímicos, lo que quedan son diferentes tipos de azúcares indigeribles para las levaduras agregadas durante el proceso de producción de biocombustibles. Al noroeste de Washington, otra opción que se está observando actualmente, es la producción de microbios trasplantando el código genético completo de una especie de bacterias al cuerpo celular de otro tipo. La biotecnología ayuda a decodificar los microbios hechos a medida con genes artificiales, de modo que sean capaces de convertir la luz del sol en combustible, limpiar desechos industriales o auscultar pacientes en busca de los primeros signos de enfermedades. Los investigadores empalman el ADN fabricado en los genes de organismos existentes y reprograman las bacterias de modo que actúen como fábricas microscópicas para la producción de biocombustibles. La Facultad de Medicina de Harvard George Chruch. cofundó LS9 Inc. en San Carlos, estado de California, empresa que planea usar bacterias E.coli modificadas para convertir materia vegetal en un combustible semejante a la gasolina. Los principales genetistas están particularmente entusiasmados con el potencial de microbios productores de energía que podrían convertirse en refinerías unicelulares para hacer etanol, biodiésel y otros sustitutos del petróleo sin usar cultivos alimenticios como el maíz. En el año 2008 , en Islandia, el Instituto Tecnológico de Tampere ha descubierto en las fuentes termales del país algunos microorganismos que pueden producir hidrógeno y etanol (ambos con aplicaciones como biocombustibles) en condiciones termofílicas. Se estima que, a largo plazo, los avances de la biotecnología podrán ofrecer aún mayores ventajas en los cultivos bioenergéticos que aumentarán la eficiencia de los mismos.
Actividad productiva mundial
Los principales productores de alcohol como combustible son Brasil, Estados Unidos y Canadá. Brasil lo produce a partir de la caña de azúcar y lo emplea como “hidro-alcohol” (95% etanol) o como aditivo de la gasolina (24% de etanol). El etanol derivado de la caña de azúcar proveniente de la región centro—sur de Brasil es el biocombustible más económico, ya que comienza a ser financieramente rentable cuando el precio del petróleo supera los 35 dólares el barril. La Empresa Brasileña de Pesquisa Agropecuaria (Embrapa), es responsable por las tecnologías que han convertido a Brasil en uno de los mayores graneros del mundo y en pionero en sectores como agroenergía y biotecnología, ya tiene acuerdos con algunos países de Centroamérica y el Caribe para apoyar sus proyectos de producción de etanol de caña de azúcar. El Programa Nacional de Alcohol establecido en Brasil en la década del 70 estuvo estimulado por la sobrecapacidad de la industria azucarera. Los excedentes en la producción de azúcar y un incremento en la producción de melaza impulsaron el programa de etanol en India. El segundo mercado más grande de etanol es Estados Unidos y Canadá lo producen a partir de maíz (con un poco de trigo y cebada) y es el biocombustible más utilizado en diferentes formulaciones que van desde el 5% al 85% de etanol. Más de 1.500 millones de galones (5.670 millones de litros aprox.) se agregan anualmente a la gasolina para mejorar el rendimiento de los vehículos y reducir la polución atmosférica. Alemania, un país que se ha incluido recientemente en la búsqueda del reemplazo de los combustibles fósiles por los biocombustibles. El Gobierno de Angela Merkel en asuntos de medio ambiente adelantó que las cantidades de biocombustibles producida en Alemania hasta el año 2030 cubrirán difícilmente el 10% del consumo primario de energía. Alemania tendría que importar grandes cantidades de biocombustibles. Productos cuyos cultivos amenazan con causar graves daños ecológicos en los países que los producen, entre ellos varios latinoamericanos. En la Argentina el desarrollo de un mercado de biodiesel y bioetanol presenta ventajas que hacen que el gobierno esté impulsando proyectos de producción en diferentes regiones del país. Existe un Proyecto de Ley en Senado, presentado en el 2004 destinado a promover el desarrollo de energías alternativas limpias y a ayudar de forma significativa al desarrollo sustentable de los biocombustibles. La producción de biocombustibles en Argentina, se ve sustentado por la gran cantidad de soja, la cual cubre la demanda que se necesita para la producción. Ademas, existen grandes superficies aptas para el desarrollo de cultivos oleaginosos siendo el producto de estos (aceites) el principal insumo para la producción del biocombustible. Argentina es uno de los líderes mundiales en exportación de aceites vegetales.
Beneficios de los biocombustibles: Alternativa al petróleo
El uso de biomasa vegetal en la elaboración de combustibles podría beneficiar la realidad energética mundial con una significativa repercusión en el medio ambiente y en la sociedad, como se detalla a continuación:
• El uso de biocombustibles como fuente de energía renovable puede contribuir a reducir el consumo de combustibles fósiles, responsables de la generación de emisiones de gases efecto invernadero.
• Son una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas y el petróleo, donde ya se observa incremento en sus precios.
• Se producen a partir de cultivos agrícolas, que son fuentes renovables de energía. • Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una región, permitiendo la producción local del biocombustible.
• Permiten disponer de combustible independientemente de las políticas de importación y fluctuaciones en el precio del petróleo.
• Producen mucho menos emisiones nocivas para los seres vivos, el agua y el aire.
Actividad productiva en Cuba
Cuba ha desplegado una Estrategia Nacional Ambiental, elaborada desde la Cumbre de Río de Janeiro, en 1992; y por otra, tomando como antecedente la labor realizada por la entonces Comisión Nacional de Energía (décadas de los ochenta y noventa), ha declarado, a partir del 2005, una Revolución Energética, la cual persigue la transformación y modernización del Sistema Electroenergético Nacional mediante el cambio de tecnologías, el incremento de la disponibilidad eléctrica, el empleo de equipamiento más eficiente, la rehabilitación de las redes de distribución, el aumento del ahorro de energía en el sector estatal y privado, el cambio de equipos electrodomésticos gastadores por otros más eficientes y un programa de investigación y desarrollo para la utilización de fuentes renovables de energía.
La Estación Experimental de Pastos y Forrajes “Indio Hatuey” (EEPF-IH), desde su creación en 1962, ha realizado un extenso trabajo de investigaciones en el campo de la alimentación animal a partir de pastos y forrajes; más recientemente, en los últimos 15 años, esta institución ha desarrollado una concepción de sistemas ganaderos basados en la agroforestería, generando tecnologías factibles para una ganadería sostenible en condiciones tropicales. Actualmente, la EEPF-IH tiene como misión: contribuir al desarrollo sostenible del sector agrario cubano, a través de la generación de conocimientos y la construcción de capacidades que propicien la eficiencia de los sistemas de producción agropecuarios, sobre la base de los principios de la agroforestería.
Una temática que se ha trabajado con fuerza es el desarrollo local integral a partir de una visión de procesos. En este marco se han estado definiendo nuevas líneas de trabajo, que abarcan la medicina alternativa animal, el desarrollo rural y local, el tratamiento de residuales agropecuario, las producciones más limpias y la biomasa como fuente de energía en sistemas de producción agrícola a escala local. La EEPF-IH viene trabajando de manera creciente en los temas energéticos por la relevancia de los mismos para lograr la sostenibilidad de la agricultura y la ganadería, y de conjunto con otras instituciones cubanas, explora las alternativas para lograr la sostenibilidad energética de los sistemas de producción basados en fuentes locales y proporcionar tecnologías factibles para reducir la dependencia energética externa en los sistemas agrarios.
En este marco, e inspiradas por lo observado en oportunidad de una visita a Suiza en Julio de 2006, un grupo de instituciones cubanas ha buscado el apoyo de la Agencia Suiza para la Cooperación y el Desarrollo (COSUDE) para sentar las bases de un proyecto de investigación e innovación pluridisciplinaria, que apunta a desarrollar y/o afinar tecnologías idóneas para solventar las dificultades antes mencionadas, y, por lo tanto, contribuir a mejorar las condiciones de vida en zonas rurales.
Partiendo de las capacidades investigativas existentes, pero ampliándolas con disciplinas sociales para, desde el inicio de los trabajos, garantizar el anclaje social de las propuestas tecnológicas y, en consecuencia, asentar la argumentación frente a las autoridades centrales en la hora de promover las soluciones propuestas.
