Los Biocombustibles: una opción pero todavía no solución

La posibilidad de sustituir los hidrocarburos tradicionales con combustibles “limpios”, fabricados a partir de materia orgánica, suscita, desde hace ya algún tiempo, gran expectativa entre muchos sectores. El mundo busca nuevas opciones para satisfacer la demanda energética. Entre las opciones que actualmente llaman la atención tenemos los biocombustibles, los cuales son compuestos químicos con propiedades de combustión similares a la gasolina y el diésel. En un sentido más amplio ellos incluyen otros grupos de sustancias obtenidas a partir de biomasa. El Bioetanol y el Biodiesel son las principales alternativas a los derivados del petróleo para uso en el transporte. Se obtienen principalmente a partir productos agrícolas como el maíz, la caña de azúcar, girasol, soya, entre otros.

El uso de biocombustibles en el sector transporte se remonta a finales del siglo XIX, cuando el Dr. Rudolf Diesel alcanzó notoriedad por la invención de un motor de combustión capaz de trabajar con aceites vegetales. Ya a principios del siglo XX la utilización de Bioetanol en los automóviles era un proyecto técnicamente viable. El famoso modelo T de Ford podía trabajar tanto con gasolina como con etanol. Sin embargo, los bajos precios del petróleo hicieron sucumbir dicha opción. Durante la segunda guerra mundial, el etanol fue utilizado por los alemanes para propulsar los cohetes V-2. Sin embargo, no fue sino hasta el estallido de la crisis petrolera de los 70´s cuando el mundo se vio forzado a buscar opciones energéticas menos dependientes de los combustibles fósiles.

El etanol o bioetanol

Como bien sabemos el etanol, conocido también como alcohol etílico, es un compuesto químico ampliamente utilizado en la fabricación de bebidas alcohólicas. No obstante, también tiene un uso importante como combustible. El etanol es producido típicamente por medio de la fermentación de azucares, aunque también puede obtenerse a partir del petróleo. El termino bioetanol se utiliza comúnmente para hacer énfasis en la procedencia a partir de biomasa. En 2015 la producción mundial de etanol fue de 25,682 millones de galones, siendo Estados Unidos y Brasil los mayores productores con un 57.7% y 27.6% respectivamente. En los Estados Unidos el etanol se obtiene principalmente del maíz, en cambio que en Brasil se produce de la caña de azúcar.  La gran mayoría de la gasolina utilizada en el país norteamericano esta mezclada con 10% de etanol (E10). Cuando se compara con la gasolina pura encontramos que el etanol tiene un desempeño muy parecido en lo que respecta a la aceleración y potencia, aunque se obtiene un rendimiento menor en el kilometraje por galón. La mezcla E85 (85% etanol y 15% gasolina) tiene aproximadamente un tercio menos de energía que la gasolina pura. Para muchos la utilización del combustible “limpio” no tiene ninguna ventaja técnica más allá de las posibles reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero, las cuales podrían no resultar tan significativas cuando se evalúa el ciclo completo del combustible, desde la siembra del maíz hasta que este es quemando en el motor.

Biodiesel

El biodiesel tiene propiedades caloríficas muy similares al diésel del petróleo. Este compuesto se puede extraer de más de 300 plantas vegetales, aunque las principales son la soya, el aceite de girasol, la palma e incluso el aceite de cocinar usado. El biodiesel tiene un poder calórico aprox. 9% menor que el diésel convencional, dependiendo de la materia prima utilizada para su fabricación. No contiene azufre y tiene menores emisiones de carbono que el etanol proveniente del maíz. También puede ser mezclado con diésel convencional sin requerir modificaciones en el motor hasta una proporción B20 (20% biodiesel, 80% petrodiesel). El aceite de palma produce uno de los mayores rendimientos de biodiesel con 635 galones por acre.

 

El ejemplo de implementación de biocombustibles a nivel masivo lo tenemos de Brasil. Para mediados de los 70´s el país puso en marcha el proyecto Pró-Álcool  el cual fue un amplio programa nacional cuyo fin era usar biocombustibles obtenidos a partir de la caña de azúcar para abastecer automóviles. Ello implico que se desarrollaran vehículos con motores concebidos netamente para trabajar con Bioetanol y ya para finales de los 80´s el 33% del parque vehicular del país correspondía a vehículos de este tipo. Sin embargo, varios factores incidieron para que el programa menguara, entre ellos, la baja en precios del petróleo y el alza de los precios internacionales del azúcar. Esto dio al traste con que la producción de etanol escaseara, debido a la competencia interna con la industria azucarera: era más rentable producir azúcar de la caña. En 1990 la manufactura de vehículos de etanol cayó a un 10.9% y la falta de confianza en el suministro hizo que muchos conductores retornaran a la gasolina y el diésel convencional.

A pesar de las dificultades del proyecto Pró-Álcool  Brasil pudo consolidarse como el referente mundial en materia de uso de biocombustibles a gran escala. Actualmente la legislación en Brasil prohíbe que se venda gasolina pura y establece que esta debe contener un porcentaje entre 18-25% de etanol. En esta proporción de la mezcla de combustible los motores convencionales pueden trabajar sin modificaciones. Más recientemente se ha popularizado en el país sudamericano el uso de vehículos de combustible flexible, los cuales pueden trabajar indiferentemente con etanol, gasolina o cualquier proporción de la mezcla de ambos ya que ajustan automáticamente la inyección y el tiempo de ignición en función de la proporción del combustible.

La utilización de alimentos para producir combustibles ha sido una gran polémica. Obtener etanol o biodiesel a gran escala implica disponer de enormes cantidades  de recursos naturales  y económicos. En primer lugar, debe considerarse las vastas extensiones territoriales necesarias para plantar los cultivos, fertilizantes y la cantidad de agua para regarlos. Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos, producir un galón de etanol a partir del maíz puede requerir en entre 10-324 galones de agua, dependiendo de la región en donde se cultive el cereal. Adicionalmente es necesario disponer la recolección, transporte y procesamiento de los cultivos para la producción del combustible. Todos estos costos económicos y ecológicos hacen cuestionar si realmente los biocombustibles representan un modelo sostenible para sustituir el empleo de combustibles fósiles.

El impacto en los mercados alimenticios también ha sido considerable. Estudios indican que la utilización masiva del maíz en la fabricación de etanol, incentivada por las políticas subsidiarias norteamericanas que proveen un subsidio de aproximadamente $0.40 /galón de etanol a la refinerías, ha dado al traste con un incremento del precio del cereal en un 53% con tan solo un incremento de la producción en 11.6%. Otras estimaciones argumentan que sustituir con bioetanol el 85% de toda la gasolina que es utilizada actualmente en el mundo requeriría la utilizar la cosecha completa de caña de azúcar, maíz, trigo, sorgo y yuca (Rajagopal y Zilberman, 2008).

Los biocombustibles de segunda generación son una opción que busca romper con las limitaciones económicas y ambientales de los biocombustibles convencionales. Con aquellos se utiliza la azúcar contenida en la biomasa vegetal (compuesta por celulosa, hemicelulosas y lignina), es decir, en lugar de utilizar los frutos comestibles aquí se aprovechan los tallos, las hojas y las cortezas de las plantas. Esta característica los hace especialmente atractivos ya que no serán competencia directa de la industria alimenticia y permitirán aprovechar grandes cantidades de biomasa disponibles en forma de desperdicio. Esto permitirá un enorme reciclaje de materia orgnica.

El proceso de producción de los combustibles de segunda generación consiste en la liberación del azúcar contenido en la materia ligno-celulosica. Esta tarea no es factible por simples medios como el prensando o la molienda sino por procesos químicos. Para este fin se utilizan principalmente dos métodos: tratamiento termoquímico y bioquímico. Con el primero la materia es sometida una gasificación a alta temperatura en presencia de baja cantidad de aire, luego el gas obtenido es utilizado para producir varios combustibles líquidos. Los costos asociados a esta técnica son relativamente altos y el producto final no resulta competitivo con los combustibles fosiles o los biocombustibles de primera generación. Algunos autores (Eggert, Greaker y Potter, 2011) sostienen que este proceso, pese a utilizar tecnología madura, no representara una opción técnicamente viable para la producción futura dado que ofrece oportunidades muy limitadas en la eficientizacion del ciclo de producción y por ello en la reducción de costos.

El método bioquímico emplea enzimas para la descomposición de la biomasa en azucares y luego convertir esta en Etanol. Esta tecnología se encuentra en plena infancia y su fase comercial se encuentra en periodo de demostración, aunque en la planta de prueba de Iogen, Canada, se ha estado produciendo etanol a partir de la paja del trigo desde 2004. Este parece ser el procedimiento con mayores oportunidades de permitir el abaratamiento. No obstante, todavía enfrenta grandes retos económicos además de requerir enormes esfuerzos en investigación y desarrollo.

En qué medida el uso de biocombustibles ha de representar una solución eficaz y económicamente factible para combatir el cambio climático y el eventual agotamiento de los combustibles fósiles en las décadas venideras resulta en este momento todo un enigma. Mientras el etanol y el biodiesel de primera generación han venido utilizándose desde hace ya bastante tiempo, la supervivencia de la industria resulta muy dependiente de ese tanque de oxígeno que son los subsidios. Fuera de Brasil, cuyas vastas extensiones territoriales le han permitido desarrollar un modelo industrial difícilmente extrapolable a otros países, escasean los países con un modelo autosuficiente. Algunos argumentan que la utilización de los costosos combustibles de primera generación se ha de justificar en el allanamiento del terreno para el uso futuro de los biocombustibles 2G. Sin embargo, la todavía costosa alternativa que representan los llamados combustibles verdes se encuentra aún lejos de ser una opción competitiva en el futuro inmediato.

Actualmente existe bastante optimismo con la utilización de algas de rápido crecimiento para producir biocombustibles. Algunos autores entiende que a la postre el proceso de obtención será más eficiente que el empleado en los combustibles 2G, por ello con frecuencia se refieren a esta opción como 3G.

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