Agrocarburantes De Primera Y Segunda Generación

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AGROCARBURANTES DE PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN Descripción y proceso de elaboración Los agrocombustibles constituyen sustancias elaboradas a partir de materias orgánicas empleadas como combustibles. Pueden ser sólidos (biomasa), gaseosos (biogás, gas de gasificador), o líquidos (agrocarburantes, cuando son utilizados en motores de combustión). Entre la gran variedad de agrocombustibles, los más producidos a escala internacional son dos tipos de agrocarburantes: el bioetanol y el biodiesel, los cuales sustituyen o son mezclados respectivamente con gasolina y gasóleo (diesel) (ISF, 2007). Existe una primera generación de agrocombustibles, que se encuentra ampliamente comercializada. Tal como lo veremos, presenta una gran diversidad de limitaciones socio-ambientales y en términos de rendimiento energético, por lo que se desarrollan actualmente investigaciones para una segunda generación. La producción de biodiesel se realiza esencialmente a partir de aceites vegetales (principalmente de oleaginosas) y en menor medida, a partir de grasas animales. El tipo de cultivo a partir del cual se elabora el aceite depende de una gran diversidad de factores medioambientales (clima, suelos, calidad de la tierra, pluviometría) y de la productividad del área de cultivo, que se vincula con la calidad del aceite extraído, la cantidad de subproductos obtenidos y la sostenibilidad del propio cultivo. Actualmente, la producción mundial de aceite se elabora a partir de palma africana y soja, y en menor medida de colza, girasol, cardo, jatrofa, ricino, cacahuete y otros. La consideración de esta materia prima es muy importante puesto que en el proceso productivo de una planta de biodiesel, el costo del aceite puede llegar a representar una proporción muy significativa (ISF, 2007)1. Aceites empleados en la producción de biodiesel (producción mundial en millones de toneladas) Fuente: ISF, 2007 www.noetmengiselmon.org 1 Proceso de elaboración del biodiesel MATERIA Aceites vegetales, aceites reciclados, grasas animales, etc. Maquinaria de proceso Metanol o Etanol PROCESO Agua Biodiesel Reacción química de Transesterificación Separación de fases Purificación Glicerina Torta alimenticia ENERGÍA ASOCIADA A LA MATERIA Y PROCESO • Fabricación de maquinaria de proceso • Calor de proceso • Combustible • Fabricación y transporte de químicos • Transporte y tratamiento de agua • Infraestructuras y transporte Transporte Y distribución (Combustible) Fuente: Calderón, 2007 El procedimiento más usualmente aplicado para la producción de biodiesel consiste en tres etapas. En primer lugar, se debe extraer el aceite a partir de la semilla y refinarlo. Esta operación puede ser realizada en una extractora de aceite comercial, del mismo tipo que aquellas usadas para el aceite destinado a la alimentación. La torta alimenticia resultante después de extraer el aceite tiene un contenido de proteínas alto y puede ser utilizada para pienso en la alimentación animal. El refino del aceite bruto (mediante desgomado, filtración, neutralización y secado) permite reducir el grado de acidez y de humedad. En segundo lugar, se procede a la transesterificación con el objetivo de reducir la alta viscosidad del aceite, y obtener un producto que se acerque lo más posible a las características del diesel. La transesterificación consiste en una reacción que se reitera tres veces, y en la cual se mezcla una cantidad de aceite con una cantidad de alcohol (metanol o etanol) equivalente al 10% del aceite y con un catalizador. Los catalizadores más usuales son hidróxidos de metales alcalinos y ácidos como el ácido sulfúrico concentrado. Los subproductos obtenidos son: ésteres, compuestos del aceite que no llegó a reaccionar, el catalizador, metanol, glicerina, jabón y agua. La tercera etapa consiste en separarlos y purificarlos para finalmente obtener biodiesel y glicerina (Mittelbach, Remschmidt, 2007 e ISF, 2007). La segunda generación de biodiesel es considerada principalmente a partir del método de gasificación (Fischer-Topsch) que consiste en la transformación de materias como el carbón, el petróleo o la biomasa, en monóxido de carbono e www.noetmengiselmon.org 2 hidrógeno a través de una reacción bajo altas temperaturas (más de 700ºC) con oxígeno. Se obtiene una mezcla de gas denominado “gas sintético” o syngas, que constituye un combustible. Actualmente, se usa la gasificación de combustibles fósiles para la producción de electricidad. Otra posibilidad de elaboración de biodiesel de segunda generación es considerada a partir de las algas, si bien no existe aún una producción industrial. A su vez, el bioetanol es obtenido a partir de productos ricos en sacarosa como la caña de azúcar, la melaza y el sorgo dulce, así como de substancias con un alto contenido de almidón (maíz, trigo o cebada). Los hidratos de carbono producidos por las plantas durante la fotosíntesis representan un sustrato donde crecen levaduras y bacterias que generan etanol como producto de su metabolismo. En el caso de las plantas que contienen sacarosa, el procedimiento consiste en una fermentación y posterior destilación que permite obtener directamente el bioetanol. En el caso de los cultivos ricos en almidón se añade otra fase previa a la fermentación, que consiste en la hidrólisis enzimática, que consiste en una reacción del vegetal triturado con agua y una enzima, para obtener glucosa o fructosa, que será posteriormente fermentada (González, 2007). Proceso de elaboración del bioetanol MATERIA Celulosa, hemicelulosa y (lignina): madera, restos de cultivos, restos de poda, desperdicios forestales. Maquinaria de proceso Almidones: maíz, trigo, patata, sorgo, cebada. Maquinaria de proceso Azúcares: caña de azúcar, remolacha azucarera. Maquinaria de proceso Agua Agua Agua PROCESO Hidrólisis enzimática ENERGÍA ASOCIADA A LA MATERIA Y PROCESO • Fabricación de maquinaria de proceso • Calor de proceso • Combustible • Fabricación y transporte de químicos • Transporte y tratamiento de agua • Infraestructuras y transporte Molienda Dilución Cocción Hidrólisis Fermentación Destilación deshidratación Descortezar Astillar Cocción Kraft Etanol Hidratado Transporte Y distribución (Combustible) Etanol + DDGS (Destilled Dried Grain Solubles) Fuente: Calderón, 2007 Otra manera de obtener bioetanol se ubica en la hidrólisis de substancias que contienen celulosa, tales como la madera o los residuos agrícolas. Específicamente denominado bioetanol celulósico o lignocelulósico, éste se sitúa en la segunda www.noetmengiselmon.org 3 generación de agrocombustibles. Para obtenerlo, se requiere separar mediante enzimas la lignina de la celulosa y posteriormente hidrolizar las moléculas de celulosa para quebrarlas y obtener los carbohidratos que serán fermentados y convertidos en bioetanol mediante la destilación. En la actualidad no existe una producción industrial importante de agrocarburantes lignocelulósicos. No obstante, países como Estados Unidos, Canadá, Alemania, Suecia, China y Brasil se realizan investigaciones al respecto. Se estima que de llegarse a desarrollar la tecnología apropiada, este tipo de biocarburante podría ser obtenido a partir de una gran diversidad de materia prima, tal como árboles de crecimiento rápido, paja, residuos y astillas de madera, así como residuos vegetales y agrícolas. De acuerdo con el Council for Agricultural Science and Technology (CAST), en los Estados Unidos se contempla particularmente la posible producción a partir de: switchgrass (panicum virgatum), una variedad predominante en las grandes praderas estadounidenses; el carrizo (producido en zonas templadas y subtropicales); y árboles que ya son utilizados para la fabricación de papel, tales como el eucalipto y el álamo (CAST, 2007). Biocarburantes de primera generación Tipo de biocarburante Bioetanol Biodiesel Biodiesel Nombre específico Materia prima de la Biomasa Proceso de producción Bioetanol convencional - Biodiesel proveniente del cultivo energético. - Metanol de semilla de colza (RME) -metanol o etanol de ácido graso (FAME/FAEE) Biodiesel proveniente del derroche Remolacha de azúcar, cereales Cultivo de aceite (ej. Semilla de colza) Fermentación de biomasa hidrolizada Prensado en frío / extracción y transesterificación Derroche/ cocinar / aceite freído Transesterificación Biocarburantes de segunda generación Tipo de biocarburante Bioetanol Biocarburantes sintéticos Biodiesel Nombre específico Materia prima de la Biomasa Proceso de producción Bioetanol celulósico Biomasa lignocelulósica Biomasa lignocelulósica Fermentación de biomasa hidrolizada Vía térmica: Pirolisis (carbonización) y síntesis Aceites vegetales y grasa animal Hidrogenización - Biomasa hidrolizada (BTL) - Gasóleos fabricados por síntesis de FischerTropsch (FT) - (Bio)diesel sintético - Biometanol - Alcoholes más pesados NExBTL (hibrido entre 1ª y 2ª generación) www.no e t m e n g i s2007 elmon.org Fuente: González, 4 Es importante subrayar que existen limitaciones biológicas en este proceso de elaboración, puesto que las enzimas aún no pueden quebrar la celulosa de manera eficiente. Por ello, se realizan actualmente investigaciones sobre la fabricación genética de microbios que puedan producir enzimas más eficaces, así como sobre árboles o plantas genéticamente modificadas que tengan niveles inferiores de lignina. Bibliografía consultada Calderón, E. 2007. “Análisis energético de los agrocombustibles”, en: Informe del Grupo de Bionegocios, Barcelona, en proceso de edición Council for Agricultural Science and Technology (CAST). 2007. Biofuel Feedstocks: The Risk of Future Invasions, noviembre. González, J. 2007. “La nueva generación de combustibles: los biocombustibles”, ponencia presentada en las Jornadas sobre Energías renovables y cambio climático, organizadas por la Fundación Global Nature, 23 y 24 de mayo (http://www.centroladehesa.info). Ingeniería sin Fronteras (ISF). 2007. Producción de biodiesel. Aplicaciones a países en desarrollo, Madrid (http://www.isf.es) Mittelbach, M. y Remschmidt, C. 2007. Biodiesel: el manual completo. Viena, Boersedruck Ges.m.b.H 1 En los cálculos realizados sobre una planta de biodiesel con una capacidad de 24.000 toneladas por año, ISF evaluó que el coste del aceite representaba 69% del coste total de producción (ISF, 2007). www.noetmengiselmon.org 5