AGROCARBURANTES DE PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN

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
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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
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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
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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,
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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).
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