Biocarburantes :Algunas Consideraciones

Indice

2. Biocarburantes: origen y
clases
3. Biocarburantes Actuales; Ventajas e
inconvenientes
4. Resumen y
conclusiones
5. Referencias

1.
Introducción

Energía y
medioambiente; en la encrucijada
En la actual coyuntura de la sociedad, donde
es imperativo el desarrollo de
amplias capas de la población, hasta el momento parecen
contraponerse la, experimentada relación entre bienestar
material y consumo
energético, con la sensación, cada vez mas
generalizada, de que tal desarrollo ha
de hacerse de forma sostenible; sostenibilidad ensombrecida por
dos circunstancias: Primero el inevitable agotamiento de los
recursos
energéticos fósiles, hasta el momento alimento del
desarrollo; y en segundo lugar la resistencia del
medioambiente tal como lo ha conocido la humanidad en tiempos
históricos, muy afectada precisamente por el consumo,
muchas veces incontrolado, de los recursos
energéticos.
Esta percepción
de crisis
energética y medioambiental ha situado el problema entre
los más importantes a resolver en el plazo inmediato. Las
energías denominadas renovables – junto con la
fusión
nuclear, cuyo control al
día de hoy presenta incierto futuro – se han presentado
como prácticamente la única que puede garantizar la
sostenibilidad. Pero, en opinión de los autores de este
trabajo se debe huir de un exceso de confianza en que la
solución esté garantizada; las energías
renovables presentan una serie de problemas
objetivos:
dispersión, baja eficiencia,
variabilidad en el tiempo, y por que
ocultarlos, económicos que hacen muy complicado prescindir
de los recursos fósiles. Sobre este particular , la FIGURA
I muestra los
resultados de la prospectiva realizada por la prestigiosa
Universidad de
Delf (Holanda), situada en uno de los países más
preocupados por la
contaminación en general, y en particular (con
razón) por los efectos de los gases de
efecto
invernadero

Figura I

A parecidas conclusiones llega la Agencia Internacional
de la Energía en sus previsiones sobre el futuro
energético. Terminamos este apartado con las reflexiones
sobre esta misma figura realizadas en un reciente
artículo
Previsiblemente, todas las personas que hayan leído este
trabajo estarán jubiladas en el año 2050, momento
en que según este estudio, las energías renovables
suministrarán aproximadamente el 15% de la demanda. Con
esta perspectiva, parece prudente que, aún intensificando
las investigaciones
para sustituir las fuentes de
suministro tradicionales – que no debe olvidarse,
objetivamente presentan muchas propiedades favorables,
quizá clave en su desarrollo – la sociedad tenga
presente que "El ahorro
energético continuará siendo, por mucho
tiempo, la mejor energía
alternativa"

La biomasa como recurso energético
En la siguiente TABLA 1 se relacionan los consumos de
energía por áreas geográficas, junto a la
participación de las energías renovables; una
primera aproximación a la participación relativa de
las diferentes tecnologías permite comprobar que
cuantitativamente solamente dos tienen cierta
importancia..

Tabla 1
Situación mundial de las energías renovables.
Año 2002

En una primera lectura, sin
duda alguna ofrece material para reflexiones más
rigurosas, la TABLA 1 es quizá más ilustrativa
desde un punto de vista sociopolítico que
energético. Resulta paradójico que en el presente,
la alta participación de las energías renovables en
el suministro energético primario sea una característica de los países con
menor nivel de desarrollo; en cambio, en los
países donde la población tiene una mayor "renta per
cápita" es un objetivo
– al parecer muy difícil de alcanzar –
conseguir una mayor aportación de esta clase de
recursos.

Es de suponer que el 15 % de participación
predicho para el año 2050 se consiga tanto elevando la
contribución de los países de la OCDE
acompañada de una drástica reducción en el
consumo de bosta animal o leña, generalmente incontrolado,
que ahora constituyen el principal recurso en amplias zonas del
planeta.
Como ejemplo de actuación en este terreno, la Unión
Europea publicó a finales de 1997 el "Libro Blanco
sobe Energías Renovables", que constituye el documento de
referencia sobre política comunitaria.
La finalidad del mismo se cifra en duplicar la
participación de las energías renovables en el
suministro energético, pasando del 6% (año 1998) al
12 % en el año 2010. Desde entonces, los países
miembros que se encuentran por debajo del objetivo han
adecuado sus políticas
energéticas a fin de conseguir la meta
propuesta.
Como muestra de
actuación, la FIGURA II presenta la situación
española, pasado y las metas propuestas.

Figura II
A la luz de los
datos de la
FIGURA II se agudiza la conveniencia de ser prudente en las
previsiones. En España,
país de características medias, cerca del 90 % de
las energías renovable están representadas por las
más tradicionales (Hidráulica y biomasa )
Centrando nuestra atención sobre la biomasa como recurso
energético, el "DICCIONARIO DE
LA LENGUA
ESPAÑOLA. Vigésima segunda edición"
proporciona la siguiente definición:

• biomasa.

1. f. Biol. Materia
   total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada
   en peso por unidad de área o de volumen.
2. f. Biol. Materia
   orgánica originada en un proceso
   biológico, espontáneo o provocado, utilizable
   como fuente de energía.

Donde de forma clara se relaciona a este término
con la posibilidad de utilización con fines
energéticos.
No deja de resultar curioso que la biomasa fue, con gran
diferencia, la fuente energética predominante hasta bien
avanzada la primera revolución
industrial, y ahora, en plena tercera revolución, de nuevo se vuelvan los ojos a
ella como una de las más prometedoras fuentes de
suministro energético. Dos son las razones principales
para este protagonismo:

1. A través de la función
   clorofílica, las plantas
   sintetizan el tejido vegetal según la reacción
   básica :

6CO2 + 6H2O + n Þ 6 O2 +
C6H12O6 ; D H = 2802,1 kJ/Mol

Mediante este mecanismo se evalúa la producción total en la biosfera en
140·109 toneladas/año equivalente a:
2,425·1018 kJ/a Û 5,8·1010 t.e.p./a
¡seis veces el consumo energético mundial en el
año 2002!. A pesar de que la cantidad realmente
aprovechable será, necesariamente, una fracción muy
reducida, el potencial continúa siendo muy
importante.

1. La utilización de biomasa no aumenta la
   concentración de CO2 en la atmósfera.

El CO2 emitido durante la combustión es capturado por las plantas para
formar nuevo tejido vegetal estableciendo un ciclo
cerrado.

¿Biocombustible o
Biocarburante?
Una de las circunstancias que caracterizan a los biocarburantes
es la confluencia de diferentes problemáticas
(energética, medioambiental, política
agrícola, política
fiscal, etc) cada una de ellas, a su vez, de elevada
complejidad, por lo que no resulta fácil (en realidad,
casi nada lo es) establecer pautas generales. Esta
confusión llega hasta la propia denominación,
pudiéndose encontrar con frecuencia que se conocen como
biocombustibles o biocarburantes indistintamente. Para intentar
aclarar esta cuestión inicial, hemos vuelto a consultar el
"DICCIONARIO….", pero hemos encontrado ninguno de
los dos términos, aunque si aparecen los siguientes,
íntimamente relacionados:

• combustible. (de combusto).

1. adj. Que puede arder.
2. adj. Que arde con facilidad.
3. m. Leña, carbón, petróleo, etc., que se usa en las
   cocinas, chimeneas, hornos, fraguas y máquinas
   cuyo agente es el fuego.

• carburante.(del ant. part. act. de
  carburar).

1. m. Mezcla de hidrocarburos que se emplea en los motores de
   explosión y de combustión interna.

Añadiendo el prefijo "bio-" de forma restrictiva,
las anteriores definiciones proporcionan ciertas pautas en la
manera de nombrar a los productos de
nuestro interés:

• Biocombustible: Cualquier combustible de origen
  biológico no fosilizado.
• Biocarburante : Un subgrupo de los biocombustibles,
  caracterizados por la posibilidad de aplicación a los
  actuales motores de
  combustión interna.

Con la anterior definición aún se pueden
presentar sutilezas idiomáticas, evidentemente no es esta
la especialidad de los autores de este trabajo, pero al menos
delimita de manera suficiente el alcance del termino
"biocarburante", materia de nuestra atención.

2.
Biocarburantes: origen y clases

La unión
Europea en reciente legislación sobre la materia
considera biocarburantes a los productos que
se incluyen en la TABLA 2. Posiblemente se puedan encontrar
algunos reparos a esta relación – de
inspiración y destino fundamentalmente fiscal –
en este trabajo se ha optado por respetar la clasificación
original; no obstante, los legisladores han aclarado que se trata
de una tabla de mínimos, por tanto abierta a posteriores
incorporaciones.

Tabla 2
Relación de Biocarburantes, según la
legislación de la U.E.

Si atendemos a su origen y propiedades, la taxonomía
de la TABLA 3 quizá resulte más
ilustrativa

Tabla 3
Biocarburantes con desarrollo más probable

De la TABLA 3 se deduce rápidamente que en estos
momentos, las fuentes fundamentales para la fabricación de
biocarburantes esta formada por cultivos tradicionales, las
más de las veces en competencia con
los usos habituales como alimento humano o animal. Como
posteriormente se verá con más detalle esto
constituye, a través del coste de las materias primas, la
principal restricción a la generalización de su
empleo como
alternativa a los carburantes tradicionales de origen
petrolífero.

Biocarburantes Actuales;
Métodos de
Fabricación
La tecnología de fabricación de los
bioalcoholes y biodiesel a partir de las materias primas
convencionales constituye una tecnología madura,
con abundancia de instalaciones industriales; aunque existen
ciertas diferencias entre los diseños, todos ellos
obedecen a un esquema común, por otra parte bien
conocido.

Bioalcoholes
La reacción fundamental para obtener bioalcohol es por
oxidación (fermentación) de soluciones
ricas en monosacáridos: glucosa, fructosa, etc.}
C6H12O6 Û 2
C2H5OH + 2 CO2
D H = -217,7
kJ/mol
glucosa levadura etanol

Los distintos procesos
industriales difieren en la forma de obtener el
monosacárido final, función de
la materia prima
utilizada.

• Caña de azúcar y Remolacha

El jugo azucarado contiene sacarosa, un
disacárido que se hidroliza a glucosa y fructosa.
Modernamente, la hidrólisis y posterior
fermentación se realizan en una sola etapa.
C12H22O11 +
H2O Û
C6H12O6 +
C6H12O6
sacarosa invertasa glucosa fructosa

• Cereales

En este caso, el componente fundamental es el
almidón, polisacárido que se hidroliza
enzimaticamente al disacárido maltosa y a partir de esta
reacción se continua como en el caso del azúcar.
2n C6H12O11 + (n-1)
H2O Û
n
C12H22O11
almidón a -amilasa maltosa

C12H22O11 +
H2O Û
C6H12O6 +
C6H12O6

• • maltosa invertasa glucosa fructosa
• Materiales lignocelulósicos

Como es sobradamente conocido el tejido vegetal se
compone fundamentalmente de hemicelulosa, celulosa, y lignina. La
hemicelulosa es un polisacárido de estructura
amorfa que se hidroliza fácilmente a xilosas y metil
furano; en la actualidad la hemicelulosa puede ser convertida
cuantitativamente a etanol por tratamientos biológicos. La
celulosa es la fracción más abundante, responde a
la estructura de
un polisacárido de elevado peso molecular. Por
hidrólisis, ácida, básica o
biológica, da lugar a hexosas que posteriormente se
transforman en alcohol. Por
último, la lignina es un polímero de estructura
complicada aunque se sabe que tiene base aromática
(fenólica). Por el momento no se ha conseguido un procedimiento
satisfactorio para obtener alcoholes por
hidrólisis, química o
biológica, de este componente.

En la FIGURA III se ha presentado un esquema del
proceso
secuencial para la obtención de alcoholes a
partir de orígenes leñosos. Se debe advertir que al
ser un proceso en intensa fase de investigación existen múltiples
variantes, abundancia que suele ser muestra de que ninguna es
totalmente satisfactoria. Entendemos que esta vía es el
porvenir de los biocarburantes, donde ya puede anticiparse que
los problemas de
logística para la recogida de la materia prima
pueden ser una importante barrera al desarrollo.

Figura III

Biodiesel
Aunque se ha utilizado aceite vegetal para alimentar motores de
autoignición en instalaciones fijas, incluso existen
algunos modelos
adaptados a esta función, las prestaciones
exigidas por los modernos automóviles necesitan
carburantes de mejores y más regulares propiedades; la
conversión del triglicérido original en
ésteres simples (por lo común metílicos)
consigue ambos objetivos.
Todo el biodiesel utilizado en la actualidad ha sido obtenido por
la siguiente reacción:
R – CO-O-CH3 R – CO-O –
CH3 CH3·OH
R’ – CO-O-CH3 + 3
CH3OH R’ – CO-O- CH3 +
CH3·OH
R" – CO-O-CH3 R" –
CO-O-CH3 CH3·OH

Triglicérido + Metanol Ésteres
metílicos Glicerina

La reacción principal es catalizada por las bases
fuertes, utilizándose preferentemente el hidróxido
potásico para obtener un subproducto comercializable como
fertilizante.
La FIGURA III .muestra un esquema muy simple del diagrama de
flujo. Existen algunas pequeñas variantes al proceso
principal, motivadas por el tipo de materia prima – clase
de aceite o residuo a tratar – así como la
posibilidad de trabajar en continuo o por lotes.

Figura IV

3. Biocarburantes Actuales; Ventajas e
inconvenientes

En nuestra opinión, este apartado está
fuertemente condicionado por el supuesto que se adopte sobre su
grado de participación en el total de la demanda. A la
luz de la
información de la TABLA 4 no parece
arriesgado aventurar que los biocarburantes a partir de cultivos
convencionales no podrán ser una real alternativa a los de
origen fósil. Exceptuando situaciones locales con elevados
excedentes lo más probable es que se utilicen en la
formulación de los carburantes comerciales como un
componente minoritario ¿5 – 15 %?. Este objetivo no
es en absoluto modesto, probablemente satisficiese las más
optimistas predicciones de los sectores directamente
involucrados: planificadores energéticos, organizaciones
agrarias, etc.
Como referencia, el objetivo que pretende alcanzar la U.E. es del
2% en el año 2005 y del 5,7% en el 2010, ambos calculados
como contenido energético. En principio se pensó
que tales metas fuesen imperativas, pero la numantina
oposición de algunos países miembros obligó
a convertirlas en simplemente indicativas.

Tabla
4
Producción mundial (típica) de
materias primas para biocarburantes tradicionales

Si el biocarburante se utiliza en mezcla con gasolina o
gasóleo – las vigentes normas europeas
permiten 5% de etanol y aunque sobre el gasóleo no existe
legislación específica, en algunos países
(Francia p.ej.)
se incorpora habitualmente al 5% – se han obviado dos problemas,
que de otra manera serían una fuerte barrera, nos
referimos a: logística de distribución y compatibilidad con los
actuales vehículos.

Admitiendo el consumo en mezcla minoritaria con bases
petrolíferas, la situación es:

Ventajas

1. Carácter Renovable: Sin duda alguna este es su
   principal atractivo. Aunque los diferentes estudios no
   coinciden en la cuantificación del CO2
   evitado, que por otra parte está fuertemente
   condicionado por el tipo de cultivo, parece que su efecto
   está muy claro en el caso del biodiesel y más
   discutido para el bioalcohol.

2. Este efecto podía ser realzado con relativa
   sencillez si los residuos vegetales (paja, bagazo, hojas,
   tallos, etc.) se utilizasen también como
   biocombustibles (preferentemente en cogeneración) o
   mejor aún para fabricar bioalcohol
   adicional.

   Por último la ausencia de azufre y
   aromáticos reduce su presencia en los humos; pero, por
   otra parte aparece formaldehído y otros compuestos
   oxigenados nocivos, cuyos efectos son menos
   conocidos.

   No debe olvidarse que puede constituir un destino
   adecuado a ciertos residuos: aceites fritos o residuos de las
   industrias
   de preparados comestibles.

3. Medioambiente: También discrepan sensiblemente
   las publicaciones sobre este aspecto. No obstante, hay cierto
   acuerdo en que la adición de biodiesel disminuye la
   emisión de partículas e inquemados, aumentando
   ligeramente la generación de NOx. El bioalcohol es algo
   más controvertido, si bien disminuye CO e hidrocarburos
   inquemados, aumentando el NOx, el mismo efecto podía
   conseguirse con cualquier oxigenado a base de
   metanol
4. Otros: Sin duda alguna los biocarburantes, aún
   en su estado
   actual, ofrecen un elevado potencial para crear nuevas industrias
   de origen agrícola, con lo que esto conlleva sobre
   excedentes agrarios, creación de puestos de trabajo,
   etc.

La diversificación del suministro
energético también se arguye, al menos en USA y la
U.E., como uno de los logros a destacar.

Inconvenientes

1. Coste: Sin duda el impedimento más serio
   (¿único?) a su implantación. Lo más
   grave es que el principal componente del coste final es la
   materia prima, cuyo precio se
   rige por consideraciones ajenas a la industria de
   los carburantes.

En la siguiente tabla se ofrecen algunos precios
internacionales orientativos, en el convencimiento que las
implicaciones agrícolas tienen que ser estudiadas de forma
particularizada para cada situación:

Tabla 5
Precios
internacionales de carburantes y materias primas

Aún admitiendo la marcada
volatilizad de los precios, agrícolas y petroleros, parece
colegirse que, pese a las aproximaciones realizadas – no se han
tenido en cuenta los ingresos por
venta de
coproductos o corregido el inferior poder calorífico de los biocarburantes -.en ambos
casos el coste de materia prima es superior al precio "ex
refinería" de los carburantes a que pretende
sustituir.

Si se quiere mantener el precio de venta al
público del carburante, esta situación nos lleva a
dos posibles soluciones:

1. Subvencionar fuertemente el bioalcohol y el
   biodiesel; política adoptada en U.S.A., y la
   U.E
2. Promover la investigación y desarrollo para
   utilizar materias primas de menor coste que las actualmente
   empleadas, cuya productividad
   parece una barrera de muy difícil
   superación.

Esta disyuntiva nos da lugar a una reflexión con
la que acabamos el trabajo:
Cada sociedad debe implantar la vía que más se
acomode a sus necesidades, si bien nosotros nos inclinamos
claramente por la segunda, entre otras razones por que, como se
ha intentado poner de manifiesto en la TABLA 4 las fuentes
convencionales de suministro resultan a todas luces insuficientes
para constituirse en una real alternativa a la situación
presente.

4.
Resumen y conclusiones

En primer lugar se intenta situar a las energías
renovables dentro del contexto general del suministro de
energía primaria. Las previsiones realizadas por
prestigiosas instituciones
no permiten excesivo optimismo. Cocluyen que dentro de cincuenta
años, el porcentaje de la demanda abastecido por
renovables estará en los mismos niveles que actualmente,
alrededor del 15 %; siendo la biomasa el recurso sobre el que
mayores esperanzas recaen. Con este futuro, asumiendo el
inevitable, aunque de complicada datación, agotamiento de
los recursos fósiles, las actitudes que
fomenten el ahorro
energético cobran el mayor protagonismo.
Este trabajo apoya la división de biomasa entre
biocombustibles y biocarburantes, los últimos
especializados en la alimentación a
motores de explosión (bioalcohol en lugar de gasolina) y
motores de autoignición (biodiesel por gasóleo).
Centrando el interés
sobre los biocarburantes, se realiza una taxonomía
basada en los orígenes y métodos de
obtención.
En la actualidad la práctica totalidad de los
biocarburantes utilizados, son obtenidos a partir de recursos
agrícolas (excedentarios o no), con una mínima
participación de algunos residuos industriales o
domésticos (aceite frito usado). Los métodos de
producción puede considerarse una tecnología
madura, por lo que no es de esperar sustanciales variaciones a
los respectivos esquemas de fabricación que oportunamente
se muestran.
La última parte del trabajo se dedica a revisar las
principales ventajas e inconvenientes de los biocarburantes.
Llegando a la conclusión de que la obtención a
partir de recursos agrícolas convencionales: cereales,
sacarosa y plantas oleaginosas, no puede ser calificado de
alternativa sostenible a los carburantes tradicionales – no
existen suficientes recursos y, además, los precios
resultan difícilmente competitivos – por lo que se
hace imprescindible aumentar la investigación y desarrollo
en encontrar alternativas viables a los actuales suministros de
materias primas.

5. Referencias

• http://www.ocp.tudelft.nl/ev/prof/fac_pres.pdf
• http://www.iea.org/leaflet.pdf
• El Hidrógeno combustible. J. Andrés y
  A. Santos. Ingeniería Química. Mayo
  2003
• http://www.iea.org/leaflet.pdf
• http://buscon.rae.es/diccionario/drae.htm
• Mercedes Ballesteros. CIEMAT. España,
  Octubre 2001
• DIRECTIVA 2003/30/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL
  CONSEJO de 8 de mayo de 2003 relativa al fomento del uso de
  biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte
• LLey 53/2002, de 30 diciembre de Medidas Fiscales,
  Administrativas y de Orden Social
• http://www.buenosaires-links.com.ar/ciencia/aceitegasoil.htm
• http://www.fao.org/docrep/004/w9687s/w9687s06.htm
• http://www.fao.org/docrep/004/w9687s/w9687s06.htm
• http://www.iea.org/statist/keyworld2002/keyworld2002.pdf
• http://www.fao.org/docrep/005/y6668s/Y6668s14.htm

Trabajo enviado por :
José Andrés Martíne

P.R.A.D.O.
Energía y Medioambiente
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