Energía de Biocarburantes: ¿Qué son y Cómo se utilizan? [Ejemplos]

 

¿Qué es la energía biocarburante?

Los biocarburantes son combustibles producidos a partir de la materia orgánica que procede de cultivos, residuos agrícolas, forestales, industriales y urbanos. Son mezclas de sustancias orgánicas usadas como combustibles en los motores de combustión interna.

Proceden de la biomasa, de la materia orgánica que se genera en los procesos biológicos, espontáneos o provocados, usados como fuente de energía.

Para obtener biocarburantes se emplean diversas especies vegetales, tales como: la soja; mandioca; girasol; el maíz; la caña de azúcar; los pinos; el eucalipto; y el aceite de algas.

Pero las más difundidas en su uso como energía alternativa son  el maíz y girasol,  aunque también se ha estado expandiendo el uso de pinos y eucaliptos.

Y a nivel experimental, se están desarrollando estudios que pronto sacarán provecho al potencial energético del aceite de algas.

¿Cómo se produce la energía biocarburante?

Lo primero que debemos precisar es que los biocarburantes o combustibles se clasifican en tres grandes grupos, de acuerdo a la materia prima utilizada y al proceso de producción.

Veamos los siguientes tipos de combustibles, que se obtienen por distintas técnicas, cuya base arranca con el uso de la biomasa.

Combustibles de primera generación

energía biocarburantesTienen su origen en cultivos agrícolas  empleados para obtener productos para el consumo humano.  Se encuentran el azúcar, el almidón, aceite vegetal o grasas de animales.

Sus procesos de producción simples y nada costosos, pero pueden afectar la producción alimentaria si se emplean a gran escala.

Biocombustibles de segunda generación

Se obtienen a partir de biomasa de  naturaleza leñosa o fibrosa. 

Se produce a partir de cultivos que no son de consumo alimentario, pero sus procesos productivos son más complejos que los de primera generación. Se incluyen en esta categoría tallos, cáscaras de frutas, aceite usado, envolturas o virutas de madera (pellets).

Biocombustibles de tercera generación

Igualmente proceden de la biomasa  generada por productos no comestibles,  que son desecho pero se incluyen en esta categorización a las microalgas.

Se producen con técnicas de biología molecular.

El etanol como carburante

Uno de los biocarburantes de mayor uso en el mundo,  es el llamado bioetanol.  Se produce gracias a la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. Se obtiene un alcohol hidratado, con un contenido de un 5% de agua que al deshidratarse genera un combustible.

Por ejemplo:
Cereales, remolachas, caña de azúcar y sorgo, se fermentan para extraer azúcares.

Gracias a este proceso, se consigue  biocarburante en una proporción de un 30%  y el resto se transforma en una pasta que se puede convertir en alimento para ganado.

A mezclarse con la gasolina, se obtendrá un combustible de muy alto poder similar al de la gasolina obtenida a partir de los combustibles fósiles, pero con una reducción significativa en la emisión de gases contaminantes derivado de la combustión de los motores tradicionales.

El etanol suele usarse con  la gasolina en concentraciones del 5 o 10 %  (mezclas E5 y E10), por lo que no se requiere hacer modificaciones a los motores para su uso.

Este proceso suele tener variaciones que resultan en dos tipos de carburantes: FAME (Fatty Acid Methyl Ester) o HVO (Hidrogenated Vegetable Oil).

Proviene de residuos de cultivos, de subproductos de la industria alimentaria y forestal, o de cultivos especialmente destinados para este fin como las algas o la Jathropa.

Por ejemplo:
En España, por ejemplo, el cereal es la materia prima básica de este tipo de energía renovable, donde inclusive se utilizan los excedentes de la industria remolachera, tras transformarlos en jugos azucarados de bajo coste.

Biodiesel

Se produce a partir de aceites de  origen vegetal y de algunas grasas animales.  Ha tenido un crecimiento bastante importante, porque en Europa y otras latitudes se emplea en los hogares como combustible alternativo.

También puede usarse en motores a diésel sin necesidad de ejecutar grandes modificaciones en la máquina. Y hasta existen cada vez más estaciones de combustible biodiésel.

Biogás

Ha experimentado un crecimiento fabuloso como sustituto del gas natural, en plantas de manejo y gestión de residuos, donde se obtiene como parte de estos desechos, pero  origen vegetal y de algunas grasas animales. o calor en calderas u otros procesos. 

Ventajas y desventajas de la energía de biocarburantes

¿Qué ventajas tiene?

Ventajas de los biocarburantes:

  • energía biocombustiblesSu rendimiento y precio final será menor al empleado en producir gasolina o diésel, siempre que las tecnologías implicadas mejoren y permitan su uso a mayor escala, porque la materia prima empleada prácticamente tiene cero coste.
  • A diferencia de los combustibles fósiles, estos son prácticamente inagotable, porque están disponibles y no tardan millones de años en aparecer o reponerse.
  • Con su producción y utilización en vehículos,  se reducen ostensiblemente las emisiones de dióxido de carbono y azufre.  Aunque si los comparamos con los de origen fósil las emisiones de carbono son prácticamente iguales, la diferencia que se mueve a favor del uso de los biocarburantes, es que estos absorben ese C02 que producen.
  •  La basura se reduce,  porque gran parte de los residuos de materia orgánica se destinan a la producción de biocarburantes o biocombustibles.
  • Generan empleo local y desarrollo sostenible.
  • Su producción, almacenamiento y distribución  es mucho más segura  y, por ende, de menor número de accidentes, en comparación con los combustibles fósiles, cuyos procesos de producción y transporte pueden generar accidentes fatales con gran daño ambiental. Por ejemplo: las explosiones en refinerías o derrames petroleros con incidencia en mares y ríos.
  •  El nivel de seguridad es mayor en cuanto a su manejo y almacenamiento  en comparación a de los combustibles fósiles o la energía nuclear.

¿Qué desventajas tiene?

Existen algunas consideraciones basadas en evidencias, que contradicen la tesis de que estos combustibles, en su proceso productivo,  no contaminan el medioambiente con más emisiones,  por cierto de características muy similares a las provocadas por la quema de combustibles fósiles.

En algunos casos, no puede decirse que la biomasa no es contaminante. Veamos cuáles son:s:

  • En los campos de cultivos se emplean  fertilizantes nitrogenados y esto desemboca en un aumento de las emisiones de dióxido de nitrógeno  y la contaminación de aguas subterráneas, a consecuencia de la descarga de nitritos y nitratos.
  • Emplean mayor cantidad de  materia prima que los fósiles,  porque sus niveles energéticos son inferiores.
  • Algunos especialistas creen que  esta baja efectividad energética también afecta los cultivos,  que deberían usarse más bien para la alimentación de los humanos. Así que mientras más cultivos se desvíen para uso de la energía de biocarburantes, más cara será la comida.
  • Otra consecuencia negativa que que los campos forestales, grandes consumidores de CO2, tienden a reducirse también y la moda de los biocarburantes en algunas zonas, ha traidor la destrucción de espacios naturales para dedicarlos a la producción de biomasa, a fin de crear este espacio cultivo para biocombustibles.
  • También hay técnicas donde se emplean combustibles fósiles para producir biocarburantes o biocombustibles.

¿En qué unidades se mide?

La biomasa quiere decir cantidad de masa de material vivo y se expresa como gramos o calorías (julios) por ml o g de muestra.

¿Cómo se transforma la energía biocarburante?

  1. La materia orgánica y los desechos, son una fuente maravillosa de energía utilizable.
  2. A esta transformación se reconoce como obtención de energía a través de la biomasa y se usan árboles, plantas y desechos de origen vegetal y animal.
  3. Las materias orgánicas son capaces de transformarse en energía calorífica, eléctrica o biocombustibles como el etanol, el biodiesel y el biogás, alternativas frente al uso de energías no renovables de uso cada vez menos convenientes, como el petróleo y el carbón.
  4. Para que esta energía sea de aplicación práctica, deben ocurrir dos grandes procesos: la conversión termoquímica y la conversión biológica.
  5. En la primera, la termoquímica, se emplean vegetales y restos orgánicos para en principio generar calor a través de la combustión.
  6. Bajo un proceso denominado pirólisis, se logra la descomposición térmica de materiales que tienen carbono. Todo esto sin presencia de oxígeno.
  7. Y la hidrogenación facilita la obtención de hidrocarburos provenientes de desechos orgánicos. Mientras que en la hidrogasificación, el estiércol se transforma en metano y etano, bajo presiones elevadas.
  8. Finalmente, tenemos los procesos de fermentación y destilación para obtener alcohol a partir de desechos vegetales y granos.

Procesos de fermentación aeróbica

  1. Otro tipo de conversión ocurre en los procesos de fermentación aeróbica, donde se aprovecha el calor resultante de la descomposición de bacterias que requieren oxígeno.
  2. De aquí se pueden obtener fertilizantes del tratamiento de aguas negras.
  3. También ocurre la fermentación anaeróbica, donde la materia orgánica se descompone en presencia de bacterias que no necesitan oxígeno para vivir.
  4. Estas bacterias producen metano y se les llama metanogénicas, precisamente por eso.
  5. El gas producido se usa en las cocinas y para calentar agua en los hogares.

¿Cómo se almacena la energía biocarburante?

  1. En realidad, la biomasa es la que contiene energía almacenada, proveniente de los rayos solares a través de la fotosíntesis, proceso a través del cual algunos organismos vivos como plantas y árboles usan la energía solar para convertir los compuestos inorgánicos que asimilan, como el dióxido de carbono, para transformarlos en compuestos orgánicos.
  2. Cuando se combustiona la biomasa de origen orgánico vegetal, libera vapor de agua y dióxido de carbono a la atmósfera, el mismo que absorbió durante su crecimiento del aire.
  3. En síntesis, todo el aprovechamiento de la biomasa se origina en la energía solar, porque las plantas, cuando realizan el proceso de fotosíntesis absorben un 1% de energía de la radiación visible del espectro solar.

¿Qué necesitamos para producir energía de biocarburantes?

En la actualidad, existen tres fuentes principales de productos para la obtención del alcohol que se genera como base primordial de las distintas reacciones y procesos químicos implicados en la producción de biocarburantes.

  • Azúcares: proceden de la caña o la remolacha.
  • Cereales: se producen gracias a la fermentación de los azucares del almidón.
  • Biomasa: se fermentan los azucares contenidos en la celulosa y hemicelulosa.

Cuando se fabrica etanol, ocurren las siguientes fases en el proceso productivo:

  •  Dilución:  consiste en agregar agua con la intención de ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o la cantidad de alcohol en el producto. Se hace necesaria para evitar que la levadura que se produce con la fermentación, muera por culpa de una gran concentración de alcohol.
  •  Conversión convierte el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Se utiliza malta, extractos de enzimas contenidos en la malta o gracias a tratamientos al almidón o celulosa con un proceso denominado hidrólisis ácida.
  •  Fermentación se trata de un proceso anaeróbico generado por las levaduras, obteniéndose un gran número de productos, siendo los alcoholes muy importantes para obtener después combustible.
  •  Destilación consiste en separar mediante calor los diferentes componentes líquidos de una mezcla (agua/etanol). Se obtienen alcohol, desde tiempos antaños, aplicando calor a la mezcla fermentada.

¿Es un tipo de energía eficiente?

energía de biocarburantes pelletsSon biocombustiles alternativos a los de origen fósil, pero no son más de tanta eficiencia energética con estos  últimos para ayudar a mover los motores de combustión. 

Por eso aún no es mayoritario su empleo en vehículos, aún cuando se han registrado experiencias exitosas con etanol, como ha ocurrido en Brasil, donde más de 2 millones de vehículos usan este biocombustible en forma regular.

Sin embargo, su utilización crece y hoy día es normal que formen parte de la mezcla de gasolinas, con un porcentaje debajo del 7 %, suficiente para mejorar las características finales del combustible.

Pero cabe agregar que son una opción cada vez más poderosa, un alternativa viable para la producción de energía renovable muy rentable y sostenible, apoyada en tecnologías en desarrollo que más temprano que tarde ayudarán a aumentar su empleo, por el bienestar del planeta y todos sus habitantes.

¿Es una energía renovable o no renovable?

Como ya se ha dicho, el hombre ha empezado a comprender que  el calentamiento global, el cambio climático por efectos de los llamados gases de efecto invernadero  que desprenden los combustibles fósiles, no es un cuento inofensivo para niños.

Y encima, se están agotando estos fósiles vitales como materia prima para dar energía al mundo.

Por ello surgen los llamados biocarburantes o biocombustibles.

Son energías mucho más limpias que el petróleo y no se regeneran tras millones de años de trasformaciones. Incluso, esta energía alternativa se puede plantar, por lo cual se la considera inagotable, dado su grandioso potencial regenerativo.

¿Quién y cuándo se inventó la energía biocarburante?

Hace más de 100 años un inventor genial llamado Rudolf Diesel echó a andar un motor que funcionaba con aceite de cacahuete o maní, antecedente histórico que da origen al gasóleo.

energía de biocarburantes qué sonPero como en paralelo también  apareció el petróleo y sus diversas aplicaciones,  la energía partir de la biomasa quedó relegada, mas no extinguida, aunque sí opacada por la altísima eficiencia energética de los combustibles fósiles.

El uso del etanol como combustible se atribuye por vez primera a Henry Ford, quien en el año de 1908 desarrolla un modelo de automóvil que se movía con este biocombustible.

Luego, entre los años 1920 a 1924, comenzó a comercializarse un tipo de combustible a base de gasolina, pero con un aproximado de 25% de etanol en su composición, producto muy eficiente pero que después deja de usarse, porque en ese entonces resultaba  muy caro producir etanol a partir del maíz. 

Después de esta pausa, Ford retoma el tema de producir biocombustibles usando al maíz como materia prima, proyecto que le lleva a instalar una planta en Kansas, capaz de producir 38 mil litros diarios de etanol, que se vendía en unas 2 mil estaciones de servicio.

Lamentablemente, los bajos costes de producción de energía a partir de los combustibles fósiles, socavaron esta iniciativa y la planta fue cerrada en la década de los años 40 del pasado siglo XX.

El etanol reaparece combinado con gasolina en Estados Unidos, unos 30 años después, con la crisis de precios en el petróleo a nivel mundial, especialmente en Europa donde se le ve como opción frente a los costos elevados del precio de las gasolinas y el freno ideal al calentamiento global.

Ya más recientemente, el uso y abuso de alimentos para desarrollar combustibles, ha derivado en el empleo de los llamados combustibles de tercera generación, a partir de algas y otros vegetales con combustibles que  están dando muy buenos resultados  como materia prima.

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