Biocombustibles: Desarrollo Tecnologico

Biocombustibles: desarrollo  tecnológico

Los biocombustibles son recursos energéticos procesados por el ser humano a partir de materias producidas recientemente por seres vivos, a las cuales se les denomina “biomasa”. Pueden ser líquidos, sólidos o gaseosos, y su finalidad última es liberar la energía contenida en sus componentes químicos mediante una reacción de combustión. Existen varios tipos de biocombustibles, a los cuales se les clasifica de acuerdo al insumo o materia prima y a la tecnología empleada para producirlos. Debido a los avances en la tecnología, esta clasificación se realiza por generaciones.

 Primera generación                                                       

Algunos de los insumos son de procedencia agrícola y están conformados por las partes alimenticias de las plantas, las cuales tienen un alto contenido de almidón, azúcares y aceites. Ejemplos de estas materias son el jugo de la caña de azúcar, granos de maíz, jugo de la remolacha o betabel, aceite de semilla de girasol, aceite de soya, aceite de palma, aceite de ricino, aceite de semilla de algodón, aceite de coco, aceite de maní o cacahuate, entre otros. También se emplean como insumos a las grasas animales, grasas y aceites de desecho provenientes de la cocción y elaboración de alimentos, y desperdicios sólidos orgánicos.

Los biocombustibles son producidos empleando tecnología convencional como la fermentación (para azúcares y carbohidratos), transesterificación (para los aceites y grasas), y la digestión anaerobia (para los desperdicios orgánicos). De estos procesos se obtiene etanol, metanol y n-butanol (a partir de azúcares), biodiesel (a partir de los aceites), y biogás (mezcla de metano y anhídrido carbónico, también conocidos como gas natural y dióxido de carbono respectivamente, obtenida a partir de los desperdicios orgánicos).

Las ventajas de estos biocombustibles son su facilidad de procesamiento, sus bajas emisiones de gases de efecto invernadero (excepto en el caso delmaíz, donde el balance de estas emisiones es casi nulo) y un balance positivo en dichas emisiones, pero tiene como desventaja el desvío de recursos alimenticios hacia la producción de energéticos.

Segunda generación

Los insumos son residuos agrícolas y forestales compuestos principalmente por celulosa. Ejemplos de ellos son el bagazo de la caña de azúcar, el rastrojo de maíz (tallo, hojas y olote), paja de trigo, aserrín, hojas y ramas secas de árboles, etcétera.

Los procesos de producción tienen un nivel de complejidad más alto que los de primera generación, y como ejemplos destacan la sacarificación-fermentación y el proceso Fischer-Tropsch. Este último proceso también recibe los nombres de proceso GTL y proceso BTL, cuyas siglas en inglés provienen de “Gas-To-Liquids” y “Biomass-To-Liquids” respectivamente, los cuales consisten en la gasificación del carbón y de la materia lignocelulósica de la biomasa, para después sintetizar algún combustible líquido como el etanol.

Mediante los procesos de segunda generación se fabrica etanol, metanol, gas de síntesis (mezcla de anhídrido carbonoso, mejor conocido como monóxido de carbono, e hidrógeno), biodiesel, 2.5-dimetilfurano (DMF), entre otros.

La ventaja principal en la producción de estos biocombustibles es la inexistencia de desviaciones de alimentos provenientes de la agricultura hacia el sector energético, pero su desventaja es la poca ganancia en disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero durante el procesamiento de los insumos, respecto a los biocombustibles de primera generación.

Tercera generación

Los insumos son vegetales no alimenticios de crecimiento rápido y con una alta densidad energética almacenada en sus componentes químicos, por lo que se les denomina “cultivos energéticos”. Entre estos vegetales están los pastos perennes, árboles y plantas de crecimiento rápido, y las algas verdes y verdeazules.

Los procesos de obtención de biocombustibles se encuentran en fase de desarrollo, sin embargo, se ha logrado producir biodiesel y etanol a nivel planta piloto.

Las ventajas de estos biocombustibles son el secuestro de anhídrido carbónico (CO2) para la producción de los insumos y un balance positivo enla emisión de gases de efecto invernadero, pero su desventaja es la utilización de tierras de cultivo de alimentos para sembrar los insumos, con excepción de las algas verdes.

Cuarta generación

Los biocombustibles son producidos a partir de bacterias genéticamente modificadas, las cuales emplean anhídrido carbónico (CO2) o alguna otra fuente de carbono para la obtención de los biocombustibles.

A diferencia de las generaciones anteriores, en las que también se pueden emplear bacterias y organismos genéticamente modificados como insumo o para realizar alguna parte de los procesos, en la cuarta generación, la bacteria es la que efectúa la totalidad del proceso de producción de los biocombustibles.

Actualmente esta generación de biocombustibles se encuentra en fase teórica, sólo se conoce la posible ruta de síntesis del etanol a partir de anhídrido carbónico, sin embargo, depende totalmente de la información genética de una bacteria artificial y puede tener limitaciones termodinámicas importantes.

Como es sabido, la humanidad ha hecho uso de la biomasa por varios miles de años. El uso directo de la misma sin procesamiento alguno podría constituir una Generación Cero de los biocombustibles, entre los cuales se pueden mencionar a la leña, la paja de trigo, el rastrojo de otras plantas de cultivo, el estiércol del ganado, y el carbón vegetal. No es sino hasta fines del siglo XIX que se comenzó a procesar la biomasa para producir combustibles derivados de la misma. A finales del siglo XX aparecieron los primeros mercados de estos recursos energéticos y se vislumbra un mayor crecimiento, desarrollo y expansión de los mismos tendiente a su globalización. Es por ello que el presente trabajo busca analizar de forma breve el estado actual de estos mercados, sus antecedentes y panorama futuro, así como determinar los nexos entre mercados vía comercio internacional.

Aunque se han establecidos los objetivos y los resultados obtenidos para las diferentes alternativas son alentadores, esto también indica que existe mucho trabajo por desarrollar para llegar a un punto de viabilidad de estas tecnología, todo dependerá de tomar conciencia acerca de todo el daño masivo que le estamos causando a la tierra debido a nuestra alta demanda de combustibles fósiles, en algunos países ya están tomando conciencia acerca de este hecho introduciendo tecnologías para disminuir la producción de monóxido y bióxido de carbono, e implementando el uso de los biocombustibles, y fuentes renovables menos contaminantes, pero todo esto llevara algo de tiempo para concienciar a las personas de que su uso es bueno, y obtiene la misma calidad que si usaran combustibles fósiles

Estados Unidos

La producción de etanol actualmente (a enero de 2009) se efectúa en 176 plantas, y están en construcción 45 destiladoras. En 2007, Estados Unidos produjo 24 600 ML de etanol, consumió 26 203 ML e importó 1 703 ML. En 2008, produjo 34 962 ML de etanol, consolidándose como el mayor productor mundial del biocombustible, pero importó 1 963 ML con lo que sigue siendo el principal importador de etanol en el mundo. Respecto al biodiesel, en 2007, Estados Unidos produjo 1 855 ML y exportó 498 ML. En 2008, produjo 2 585 ML y exportó 1 371 ML, con lo cual se consolida como el segundo mayor productor y exportador de biodiesel.

Otro biocombustible producido en Estados Unidos es el biogás. A 2009, existen 485 plantas (con una capacidad instalada de 1 500 MW) de aprovechamiento del energético, y están en proyecto unas 520 plantas más (1 180 MW). En California se han efectuado pruebas en vehículos para suplir al gas natural por biogás. Además, instituciones gubernamentales, universidades y empresas estadounidenses están desarrollando otros biocombustibles como el biobutanol (n-butanol obtenido de una fermentación especial de azúcares), DMF (2.5-dimetilfurano obtenido de ciertos azúcares mediante un proceso BTL) y serie P (mezcla de pentanos de los líquidos del gas natural, etanol y metiltetrahidrofurano para usarse en vehículos flex-fuel), entre otros más.

En el mercado energético estadounidense se comercializan los biocombustibles E85 (mezcla de 85% etanol y 15% gasolina), B20 (mezcla de 20% biodiesel y 80% diesel fósil), B2 – B5 (mezcla de diesel fósil con 2 ó 5% de biodiesel) y B99 – B100 (biodiesel puro), además de otros a nivel local. En 2008, existían más de 1 600 estaciones de servicio que expendían E85 y otras mezclas con biocombustibles. Los precios por unidad de energía de la gasolina y el etanol han tenido una diferencia promedio de US$ 0.50, desde el año 2000. En cuanto a los precios por unidad de energía del diesel fósil y de sus diferentes mezclas con biodiesel, se han mantenido similares desde 2002 excepto el de biodiesel puro (B99–B100) que en promedio es US$ 1.20 mayor al precio de los demás. De esta forma, las mezclas de biodiesel B2 a B20 son competitivas frente al diesel fósil, por lo que se espera un aumento en su consumo a corto y mediano plazos conllevando una disminución en la dependencia estadounidense de petróleo. De 1994 a 2007 el sector transporte de Estados Unidos ha remplazado con biocombustibles 2 001 millones de galones de gasolina en total.

Europa

El uso de biocombustibles en Europa se remonta a finales del siglo XIX, cuando estaban en desarrollo los primeros motores de combustión interna. En 1897 Rudolph Diesel probó con éxito su primer motor en Alemania, el cual utilizó aceite de maní o cacahuate. Otros inventores alemanes y europeos realizaron pruebas con etanol en motores de su propia fabricación. También en este país fue desarrollado el proceso Fischer-Tropsch (procesos GTL y BTL) en 1926, con el cual se transformaba al carbón (muy abundante en Alemania) en petrolíferos sintéticos para compensar la escasez alemana de petróleo. En la década de 1920, los gobiernos de Alemania y Francia emitieron leyes que obligaban a mezclar etanol con gasolina para el transporte.

Durante la Segunda Guerra Mundial, varios países europeos mezclaron sus gasolinas con etanol para estirar sus reservas, las cuales eran mayoritariamente importadas. En la Alemania Nazi, se llegaron a producir 124 000 barriles de petrolíferos sintéticos al día, los cuales también llegaron a ser mezclados con etanol. Con el fin de la Segunda Guerra Mundial en 1945 y con los precios del petróleo muy bajos, el etanol dejó de utilizarse para fines energéticos. Tras las crisis petroleras de la década de 1970 y la adopción del Protocolo de Kyoto en 1997, diversos gobiernos europeos iniciaron planes y esfuerzos tendientes a la incorporación de combustibles renovables en su mercado energético.

Actualmente, la Unión Europea es uno de los más grandes mercados de biocombustibles en el mundo, y en cuanto al biodiesel es el mayor mercado, pues en 2008 consumió 7 694 097 toneladas de petróleo equivalente (TPE) de biocombustibles, cifra conformada por 1 166 243 TPE (2 325 ML) de etanol, 5 774 207 TPE (7 326 ML) de biodiesel y 753 617 TPE de otros biocombustibles. Los países productores y consumidores de etanol en Europa están enlistados en la tabla 1, y los correspondientes a biodiesel se encuentran en la tabla 2, así como sus respectivas materias primas.

Tabla 1

Producción y consumo de etanol biocombustible en Europa

(cifras de 2007 en ML/año)

País	Producción	Consumo	Materias Primas
Alemania	394	584	Trigo, centeno, cebada, remolacha y carbón (sintético)
Austria	0	44	Trigo, maíz y remolacha
Bulgaria	*	132	*
Dinamarca	*	12	*
Eslovaquia	30	26	*
Eslovenia	*	1.6	*
España	348	225	Vino, centeno, trigo y remolacha
Francia	539	544	Remolacha, trigo, vino, residuos de uva vinífera y melazas
Hungría	30	18	Granos
Irlanda	0	4.7	*
Italia	60	0	Vino, remolacha, maíz y frutas (manzana)
Letonia	18	3.5	*
Lituania	20	23	*
Luxemburgo	*	1.7	*
Países Bajos	14	17	*
Polonia	155	170	Papa, trigo, maíz, cebada, centeno y melazas
Reino Unido	20	156	Trigo, remolacha, colza
República Checa	33	0.36	*
Suecia	70	362	Vino
Suiza	2.5	6.9**	Pulpa de papel
Ucrania	100**	*	Colza, trigo y melazas

* Dato no disponible.

**Estimado.

Fuente: Biofuels Platform, Production of bioethanol in Switzerland

Eurobserv’er; Le Baromètre des Biocarburants; June 2008

European Bioethanol Fuel Association (eBIO)

ROTHKOPF, Garten; A Blueprint for Green Energy in the Americas; IADB, USA: 2007.

2

Producción y consumo de biodiesel en Europa (cifras de 2007 en ML/año)

País	Producción	Consumo	Materias Primas
Alemania	3 255	3 792	Colza
Austria	301	471	Colza
Bélgica	187	117	*
Bulgaria	10	59	*
Chipre	1	*	*
Dinamarca	96	0	*
Eslovaquia	52	*	*
Eslovenia	12	17	*
España	189	334	Aceites vegetales puros y usados
Finlandia	44	*	Grasa animal y colza
Francia	982	1,489	Colza y girasol
Grecia	113	104	*
Hungría	8	0	Colza
Irlanda	3	6	*
Italia	409	179	Colza
Letonia	10	0.0026	*
Lituania	29	53	*
Malta	1	0	*
Países Bajos	96	*	*
Polonia	90	0.20	*
Portugal	197	204	*
Reino Unido	169	347	Colza y aceite vegetal reciclado
República Checa	69	42	Colza
Rumania	41	*	*
Suecia	71	128	Colza
Suiza	10	3.6**	Colza y aceite usado

* Dato no disponible.

**Estimado.

Fuente: Biofuels Platform, Production of biodiesel in Switzerland.

Eurobserv’er; Le Baromètre des Biocarburants; June 2008.

Rothkopf, Garten; A Blueprint for Green Energy in the Americas; IADB, USA: 2007.

Como puede observarse en las tablas 1 y 2, el mercado de biodiesel en Europa es 3.15 veces mayor que el de etanol, ambos consumidos en su totalidad por el sector transporte. Asimismo, el consumo de biocombustibles es mayor que su producción, por lo que Europa, en general, es un consumidor neto. Para satisfacer la demanda europea de biocombustibles, estos países importan etanol de Brasil, Paquistán, Sudáfrica y Ucrania, y biodiesel de Brasil y Estados Unidos.

América

Además de Brasil y Estados Unidos, que son los dos mayores productores de biocombustibles en el continente americano y en el mundo, producen etanol como biocombustible Canadá (800 ML en 2007), Colombia (284 ML), El Salvador (277 ML), Costa Rica (149 ML), Perú (30 ML), Argentina (20 ML) y Paraguay (18 ML). Otros países como Guatemala (79 ML en 2006), Cuba (45 ML), Ecuador (45 ML), México (49 ML) y Nicaragua (30 ML), también producen etanol pero no tiene un uso final como biocombustible.

En el primer conjunto de países destaca Argentina por haber comenzado a promover el uso de biocombustibles desde hace mucho tiempo (1922) a la par que Brasil. En 1928, fue realizada una prueba con éxito moviendo un Ford T con una mezcla de gasolina-etanol a 80% (E80). En 1979, varios fabricantes de automóviles ayudaron a crear el primer programa de uso de etanol denominado Programa Alconafta. En 1985, la totalidad de la región noroeste de Argentina fue parte de este programa, y se iniciaría una segunda fase con la promoción de exportaciones de azúcar. Tras una serie de cosechas perdidas, un alto precio internacional del azúcar y condiciones desfavorables de mercado, el Programa Alconafta se extinguió a principios de la década de 1990. En 2001, el gobierno argentino estableció el Programa Nacional de Biocombustibles (Resolución 1076/2001), junto con el Plan de Competitividad del Biodiesel (Decreto 1396/2001), con lo cual se buscaba restablecer al extinto Programa Alconafta pero con una mayor amplitud de espectro. En 2006, el gobierno decidió englobar todos estos programas y planes en una sola Ley de Biocombustibles 26-093/2006, para promover un modelo de industria de estos energéticos semejante al modelo brasileño. En 2007, Argentina además produjo 180 ML de biodiesel para su mercado interno.

Asia

Los mayores productores de etanol en Asia son China (1 840 ML en 2007), Tailandia (300 ML), India (250 ML), Turquía (60 ML) y Paquistán (35 ML). Otros productores de etanol son Japón, Indonesia y Filipinas. Los principales países productores de biodiesel son Indonesia (760 ML en 2007), China (338 ML) y Malasia (150 ML). Otros países productores de biodiesel son Filipinas, Japón, Tailandia e India.

China es el tercer mayor productor de etanol en el mundo y es el segundo mayor productor de biodiesel en Asia. 80% del etanol producido en China proviene del maíz, el restante es obtenido de trigo, sorgo, cassava y patata dulce (camote). Por su parte, el biodiesel es producido a partir de aceites de cocina usados y grasas animales, pues debido a los hábitos de cocina chinos se producen anualmente cerca de 3 millones de toneladas de estos aceites y grasas. Debido a la baja calidad del biodiesel, no se le usa para mezclarlo con diesel fósil para el transporte, actualmente es utilizado como solvente industrial y como un aditivo para el carbón en plantas termoeléctricas. Actualmente existen proyectos para producir etanol de rastrojos agrícolas y biodiesel de jatropha.

Indonesia ha sido un país productor de petróleo miembro de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP, siglas en español, u OPEC en inglés), pero debido al agotamiento de sus reservas y a la caída de su producción, se convirtió en un país importador neto de petróleo, lo que produjo su separación de la OPEP en 2008. Previendo esto, en 2006 el gobierno indonesio emitió una serie de decretos tendientes a crear un mercado de biocombustibles, con el objetivo de incorporarlos a la oferta energética interna en 5% para el año 2025. El etanol es producido a partir de melazas de caña de azúcar y se planea obtenerlo también de cassava. El biodiesel se fabrica a partir de aceite de palma, insumo del que es el mayor productor en el mundo desde 2007. La empresa petrolera estatal Pertamina (Perusahaan Tambang Minyak Negara, en bahasa indonesio) comercializa en el mercado interno las mezclas B5 (conocida como Biosolar) y E5 (ofertada como Biopertamax).

Japón está comenzando a desarrollar una industria de los biocombustibles, debido a sus compromisos con el Protocolo de Kyoto y al incremento en los precios del petróleo, del cual es el tercer mayor consumidor del mundo y uno de los principales importadores. En 2002, fue publicada la Estrategia Nacional de la Biomasa (Biomass Nippon Strategy, en inglés), entre cuyos objetivos está el impulso a la industria de la energía alternativa. En 2005, el Banco Japonés para la Cooperación Internacional (Japan Bank for International Cooperation, en inglés) firmó un acuerdo con el Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, en portugués) de Brasil para establecer lineamientos de un programa bilateral de biocombustibles con el que Japón los importaría de aquel país. A partir de entonces, varias empresas japonesas invierten en el sector productivo de Brasil para desarrollar cultivos y tecnologías que permitan disminuir el precio del etanol y el biodiesel brasileños. También en 2005, Petrobras y la compañía japonesa Nippon Alcohol Hanbai (NAH) se asociaron para crear una empresa llamada Nippon Ethanol, con el objetivo de importar etanol brasileño. En 2006, la Ley sobre el Control de la Calidad de la Gasolina y Otros Combustibles (Law on the Quality Control of Gasoline and Other Fuels, en inglés) establece el uso de una mezcla de gasolina con 3% de etanol (E3) en el sector transporte. Actualmente, el etanol es producido a partir de melazas de caña de azúcar, trigo, maíz, sorgo y residuos de madera, y el biodiesel es obtenido de colza. Existen proyectos para obtener etanol de residuos agrícolas y biodiesel de aceite de palma y aceites de cocina usados.

Paquistán produce etanol a partir de caña de azúcar, el cual exporta a la Unión Europea y a Suiza, compitiendo con el etanol de Brasil. El desarrollo del mercado de etanol en Paquistán comenzó en 2005 cuando la Unión Europea impuso un arancel al etanol paquistaní, con lo cual disminuyeron las exportaciones hacia Europa y produjo excedentes del alcohol en el país. De esta forma, la Asociación de Ingenios Azucareros de Paquistán (Pakistan Sugar Mills Association, PMSA, en inglés) cabildeó con el gobierno para implementar medidas tendientes a crear un mercado interno del etanol. En 2007, la compañía petrolera estatal Pakistan State Oil (PSO) y el Instituto de Hidrocarburos de Paquistán (Hydrocarbon Institute of Pakistan, en inglés), por instrucción del gobierno paquistaní, iniciaron un proyecto piloto para introducir y fomentar el uso de mezclas de gasolina con 10% de etanol (E10). PMSA sigue presionando a PSO para comercializar E10 en todo el país. Fueron exportados 34 ML de etanol en 2007 principalmente hacia Europa. No existen planes de producción de biodiesel en Paquistán.

África

Los únicos países que producen etanol para uso energético son Etiopía, Malawi y Sudáfrica. Etiopía lo obtiene de la fermentación del jugo de la caña de azúcar y lo mezcla con queroseno en 50% (K50, sigla en inglés) para uso doméstico (cocción de alimentos, iluminación y calefacción). Malawi produce etanol a partir de las melazas del procesamiento de la caña de azúcar, y lo ha mezclado con gasolina en 12% (E12) desde 1982 para uso en el sector transporte.

A diferencia de estos países, Sudáfrica ha producido etanol de forma sintética desde la década de 1950, mediante los procesos GTL y BTL. La empresa sudafricana SASOL (Suid-Afrikaanse Steenkol en Olie Ltd., en afrikaans) desarrolló esta tecnología en 1955, y es pionera en la producción de combustibles sintéticos (conocidos en inglés como “synfuels”). La empresa estatal Petroleum, Oil and Gas Corporation of South Africa Ltd., mejor conocida como PetroSA, también produce combustibles sintéticos desde 1987, entre los que se encuentran el etanol anhidro y otros alcoholes como el metanol. Asimismo, la empresa Illovo produce etanol a partir de la fermentación de las melazas de la caña de azúcar. Sin embargo, el mercado actual para el uso del etanol como biocombustible es limitado. Actualmente (2008), Sudáfrica tiene 10 proyectos en construcción conformados por 3 plantas productoras de biodiesel (de canola, soya y girasol) y 7 de etanol (de caña de azúcar, remolacha y maíz).

Australia

El país-continente produjo 140 ML de etanol en 2007, a partir de caña de azúcar, trigo y sorgo. También en ese año, se comercializó el primer vehículo flex-fuel: el SAAB 9-5 BioPower. En cuanto al biodiesel, se le produce a partir de grasas animales, aceites usados, aceites vegetales puros, soya y semilla de la planta de opio (ésta es cultivada en Tasmania). Actualmente, en 2009, existen 3 plantas productoras de etanol con una capacidad instalada de 243 ML anuales, y 7 plantas de biodiesel capaces de producir 245 ML al año. El gobierno australiano pretende a mediano plazo exportar biocombustibles a Japón, Filipinas, Tailandia, Malasia y Estados Unidos. Además, existen plantas eléctricas a base de biogás con una capacidad de producción nacional de 218 MW en 2007, año en el cual se generaron 642 GWh de electricidad (equivalente a 55 238 TPE ó 0.28% del total de generación eléctrica).

Mi opinión es de aunque se han establecidos los objetivos y los resultados obtenidos para las diferentes alternativas son alentadores, esto también indica que existe mucho trabajo por desarrollar para llegar a un punto de viabilidad de estas tecnología, todo dependerá de tomar conciencia acerca de todo el daño masivo que le estamos causando a la tierra debido a nuestra alta demanda de combustibles fósiles, en algunos países ya están tomando conciencia acerca de este hecho introduciendo tecnologías para disminuir la producción de monóxido y bióxido de carbono, e implementando el uso de los biocombustibles, y fuentes renovables menos contaminantes, pero todo esto llevara algo de tiempo para concienciar a las personas de que su uso es bueno, y obtiene la misma calidad que si usaran combustibles fósiles.