Biocombustibles: Energía Renovable Para Un Mundo Más Verde

Los biocombustibles son aquellos combustibles producidos a partir de la biomasa y que son considerados, por tanto, una energía renovable. Los biocombustibles se pueden presentar tanto en forma sólida (residuos vegetales, fracción biodegradable de los residuos urbanos o industriales) como líquida (bioalcoholes, biodiésel) y gaseosa (biogás, hidrógeno).

Dentro de los biocombustibles, los biocarburantes abarcan al subgrupo caracterizado por la posibilidad de su aplicación a los actuales motores de combustión interna (motores diésel y gasolina). Son, en general, de naturaleza líquida. Los biocarburantes en uso proceden de materias primas vegetales, a través de reacciones físico-químicas.

Los biocarburantes han alcanzado mucha relevancia en los últimos años. Las razones principales para fomentar su uso son:

• Contribuyen a la seguridad del suministro energético.
• Contribuyen a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
• Promueven un uso mayor de energías renovables.
• Diversifican las economías agrícolas logrando nuevos mercados.

En base a estas consideraciones, la Comisión Europea emitió una Directiva sobre Biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte en 2003, que exige que los Estados Miembros establezcan objetivos indicativos para las ventas de éstos en 2005 y 2010.

Como valor de referencia para estos objetivos, la directiva fijaba el valor del 2%, calculado sobre la base del contenido energético, de toda la gasolina y todo el gasóleo de automoción, a más tardar el 31 de diciembre de 2005, y del 5,75% a más tardar el 31 de diciembre de 2010.

Los biocarburantes principales dentro de los biocombustibles son el biodiésel y el bioetanol. El biodiésel es una alternativa al gasóleo, mientras que el bioetanol es un aditivo o sustituto de la gasolina. Los biocarburantes pueden usarse en todo tipo de vehículos, bien sean coches, furgonetas, autobuses, camiones o vehículos agrícolas.

Biocombustibles: El Biodiésel

La producción de biodiésel

El biodiésel es el nombre general empleado para referirse a los esteres metílicos. El biodiésel se obtiene a partir de semillas oleaginosas mediante esterificación de los aceites vírgenes extraídos principalmente de colza, girasol, palma y soja, pero también de aceites vegetales usados y de grasas animales. El aceite de colza es la materia prima más extendida en Europa para la producción de biodiésel. Estos aceites, sometidos al proceso químico de esterificación, son transformados en esteres metílicos, con características combustibles muy parecidas a las del gasóleo.

Europa es el mayor productor de biodiésel del mundo. La producción europea total en 2004 se estima en más de 1,5 millones de toneladas, con Alemania, Francia e Italia como productores comunitarios más importantes, seguidos de la República Checa y Austria, con producciones también destacables.

Los aceites vegetales vírgenes utilizados en la fabricación de biodiésel proceden de cosechas agrícolas que utilizan técnicas de cultivo convencionales. Estos cultivos energéticos suponen un desarrollo agrícola alternativo, favoreciendo el desarrollo poblacional en el ámbito rural al mantener los niveles de trabajo y renta y fomentando la creación de industrias agrarias.

La tecnología de fabricación del biodiésel a partir de aceites vegetales está bastante desarrollada y como se ha mencionado anteriormente, este biocombustible puede obtenerse también a partir de aceites reciclados, lo que implica un beneficio medioambiental importante al transformar un residuo contaminante en un combustible similar al gasóleo.

Mezclas y garantías de los motores

El biodiésel puede emplearse como combustible único sustituyendo al gasóleo por completo o puede mezclarse con él en distintas proporciones en motores de encendido provocado (MEP) o diésel. Lo más frecuente es mezclarlo con gasóleo, siendo la mezcla más habitual la de 5% de biodiésel y 95% de gasóleo.

Las propiedades físicas y químicas del biodiésel son muy similares a las del gasóleo, por lo que los motores diésel convencionales no necesitan modificaciones para poder utilizar mezclas al 5%. De hecho, la mayoría de los motores diésel modernos podrían funcionar con mezclas de hasta un 30%, aunque muchos fabricantes de motores sólo ofrecen garantías a sus motores para mezclas de hasta el 5% de biodiésel.

Con mezclas superiores al 30% en volumen pueden surgir algunos problemas en motores diésel convencionales por el deterioro de las juntas de caucho y por la posible obstrucción de los inyectores. Es importante que el biodiésel sea de una calidad suficientemente alta. La norma europea para el gasóleo EN 590 permite hasta un 5% de biodiésel, y este último debe cumplir con la norma europea de calidad EN 14214.

Economía y disponibilidad

El coste de producción de biodiésel a partir de semillas oleaginosas es sensiblemente más elevado que el gasóleo derivado de crudo. El coste real depende de los costes relativos de las materias primas del biodiésel y del crudo. El biodiésel gravado con todos los impuestos de carburantes resulta muy caro y se necesita una reducción impositiva para que sea competitivo. Esos recortes impositivos son habituales en los países de la Unión Europa, aunque la producción de este biocarburante está todavía poco desarrollada en algunos países europeos.

El biodiésel producido a partir de residuos vegetales oleaginosos se beneficia de los precios relativamente bajos de estos, lo que hace que su fabricación resulte económica con los incentivos fiscales actuales. Sin embargo, el suministro limitado de estos residuos y los problemas sobre la calidad del combustible producido pueden limitar la contribución que pudiera suponer el empleo de estas materias primas.

Beneficios medioambientales

La ventaja principal de utilizar biodiésel como combustible de automoción es que reduce las emisiones netas de gases de efecto invernadero en comparación con el empleo de gasóleo fósil. La utilización de biodiésel puro al 100% (bastante infrecuente) reduciría las emisiones netas de CO2 entre un 40% y un 50%, con lo que el uso del 5% disminuiría éstas entre un 2% y un 2,5%.

Estos cálculos se basan en el "ciclo de vida" completo del biodiésel, lo que cubre el cultivo de esta planta, la producción del biocombustible y el uso del biodiésel en un vehículo. En teoría, podría considerarse que el biodiésel es un combustible libre de CO2, dado que el CO2 emitido, cuando se quema, se absorbió inicialmente de la atmósfera durante el crecimiento de la cosecha oleaginosa. En la práctica, sin embargo, las reducciones de CO2 a partir del biodiésel obtenido de cosechas oleaginosas quedan limitadas, porque el procesamiento de estas cosechas necesita un aporte de combustible fósil.

El biodiésel también reduce las emisiones de gases contaminantes, aunque las emisiones exactas de este biocarburante varían en función del tipo de vehículo diésel y de la especificación del combustible. Asimismo, el biodiésel se biodegrada fácilmente, lo que resulta realmente beneficioso en ciertos usos, como la propulsión de barcos en vías fluviales. Además, el biodiésel es una fuente europea de suministro de carburante, que hace a Europa menos dependiente de las importaciones de crudo.

Biocombustibles: El Bioetanol

Producción de bioetanol

https://www.youtube.com/watch?v=kIsK6iy2oQA

Actualmente, Brasil y los EE.UU son los mayores productores del mundo de bioetanol como combustible de automoción, con la caña de azúcar y el maíz como materias primas, respectivamente. En Europa, el bioetanol se produce principalmente a partir de la remolacha azucarera o el trigo. España, Polonia y Francia dominan el sector europeo del bioetanol, con una producción combinada de más de 500.000 toneladas en el año 2004. Otros países como Suecia, Austria y Alemania, también participan de la producción europea de bioetanol.

Al igual que en la fabricación de biodiésel, las principales materias primas empleadas en la producción de etanol proceden de cosechas agrícolas que utilizan técnicas de cultivo convencionales, y que fomentan el desarrollo de economías rurales.

El bioetanol se fabrica mediante la fermentación del azúcar, del almidón o de la celulosa. La elección de la materia prima depende de consideraciones técnicas y económicas. Actualmente las tecnologías para fabricar bioetanol a partir de materias primas ricas en azúcar o en almidón son viables económicamente.

Los materiales celulósicos como los desechos agrícolas y forestales, así como los residuos domésticos clasificados suponen una alternativa más como materia prima. Sin embargo, estos materiales tienen que ser hidrolizados antes de que fermenten, y para ello se utilizan procesos más complejos que para los cereales.

Por tanto, en la actualidad estos materiales celulósicos son considerados como fuentes futuras de obtención de azúcares para la producción de etanol a medio y largo plazo. Las tecnologías para la fabricación de bioetanol a partir de estos materiales están poco desarrolladas, y no se alcanzará su producción comercial hasta dentro de unos 5 a 10 años.

Mezclas y garantías de los vehículos

El bioetanol puede emplearse mezclado con gasolina en una proporción de 5% de bioetanol y 95% de gasolina, con arreglo a la norma de calidad europea EN 228, no precisándose modificación alguna del motor. Algunos fabricantes de vehículos especifican que la mezcla máxima de bioetanol con gasolina no debe exceder el 5% de bioetanol por volumen para no anular la garantía del vehículo, mientras que otros establecen un máximo del 10%.

El bioetanol puede emplearse al 100% en motores de encendido provocado, pero se requieren ciertas modificaciones en los motores. Un 5% en volumen de bioetanol en una mezcla con gasolina supone un 3,4% del contenido energético de la mezcla porque el bioetanol tiene un poder calorífico equivalente a dos tercios del de la gasolina.

El uso de vehículos de combustible flexible (FFV), especialmente diseñados para utilizar toda una gama de concentraciones de etanol, proporciona un enfoque alternativo muy interesante. Ford, por ejemplo, vende el modelo Focus FFV de bioetanol en Suecia, y Saab y Volvo también tienen previsto introducir FFVs de bioetanol, que pueden funcionar con una mezcla de 85% de bioetanol y 15% de gasolina.

Modificaciones necesarias para mezclas > 5%

Los motores de encendido provocado (MEP) están diseñados para que el proceso de combustión de la mezcla de carburante y aire se inicie por una causa externa (chispa) y se forme un frente de llama que se propague por el cilindro hasta quemar toda la mezcla.

Los combustibles empleados en estos motores deben poseer una baja tendencia a la autoinflamación, que les permita resistir presiones superiores a 60 ó 70 bares sin que se manifieste la autoinflamación, que implicaría aumentos bruscos de la presión, pudiendo llegar a la detonación.

Estas presiones se pueden alcanzar cuando al avanzar el frente de llama, que separa los productos quemados de la mezcla sin quemar, los productos quemados se dilatan por la alta temperatura y comprimen la mezcla fresca. La combustión detonante es un factor limitador de la potencia y del rendimiento de los MEP, pudiendo producir si ésta es prolongada graves averías en los pistones y la culata de los motores.

La mayor o menor tendencia a la detonación de un combustible se mide por el número de octano (NO). A mayor NO, mayor es la resistencia del combustible a la detonación. Al añadir una mezcla del 10% de etanol a la gasolina, el octanaje de la gasolina se incrementa en dos puntos. Por eso, el bioetanol se conoce como "potenciador del octanaje".

La relación teórica combustible-aire que se necesita para que la gasolina complete la combustión sin que haya exceso de aire es de 1/14,66, lo que significa que se necesitan 14,66 kg. de aire para completar la combustión de 1 kg. de gasolina. Esta relación se denomina dosado estequiométrico.

Una mezcla al 10% de bioetanol normalmente tendrá un contenido de oxígeno de alrededor del 3,5%, y hay que tener en cuenta que este oxígeno afecta al dosado del motor. Los sistemas electrónicos de gestión del motor que se instalan en la mayoría de los vehículos modernos que disponen de un sistema de alimentación de combustible por inyección detectan la relación combustible-aire y la modifican con el fin de mantener el dosado correcto cuando se emplean combustibles con bioetanol.

Para algunos vehículos, el contenido máximo de oxígeno que se puede compensar es del 3,5% (es decir, un contenido máximo del 10% de bioetanol en la gasolina). Los vehículos más antiguos, dotados de carburador, no tienen este sistema electrónico que, entre otras cosas, detecta y corrige el dosado.

El filtro de combustible de los vehículos que utilizan bioetanol con gasolina es necesario cambiarlo con algo más de frecuencia porque el bioetanol favorece la liberación de los depósitos de partículas del tanque y de los conductos del combustible.

El bioetanol tiene un calor latente de vaporización mayor que el de la gasolina, y por ello, las mezclas de gasolina con bioetanol tienen peor arrancado en frío, más acusado lógicamente durante el invierno. Por ello, algunos vehículos tienen un pequeño depósito con gasolina pura para arrancar el vehículo cuando la temperatura exterior es baja.

Manipulación del combustible

Debido a la afinidad del bioetanol con el agua, su manipulación, almacenamiento y distribución es más compleja que la de la gasolina, y la mezcla de estos dos combustibles suele hacerse en las propias estaciones de suministro.

Economía y disponibilidad

La producción actual de bioetanol, al igual que la de biodiésel, resulta bastante más cara que la de gasolina y gasóleo, respectivamente. Por tanto, estos biocombustibles necesitan ventajas fiscales frente a los combustibles convencionales para poder competir con éstos y así estimular el mercado y fomentar su producción. Estos recortes impositivos son habituales en los países de la Unión Europa, aunque la producción de los biocombustibles está todavía poco desarrollada en algunos países europeos.

Beneficios medioambientales del bioetanol

La ventaja principal de emplear bioetanol como carburante es que reduce las emisiones netas de gases de efecto invernadero en comparación con el uso de la gasolina. El empleo de bioetanol puro al 100% reduciría las emisiones netas de CO2 sobre la base de su "ciclo de vida útil” entre un 50% y un 60% dependiendo de las materias primas empleadas, con lo que el uso de una mezcla con el 5% de bioetanol disminuiría éstas entre un 2,5% y un 3%.

Aunque no hay que obviar que el proceso de producción de bioetanol demanda en sí una cantidad importante de energía, tampoco hay ninguna duda en que la sustitución de gasolinas por este biocarburante contribuye a reducir las emisiones globales de CO2.

Biocombustibles: El Biogás

El biogás es un gas producido por un proceso metabólico de descomposición de materia orgánica mediante la acción de bacterias metanogénicas en ausencia de oxígeno; es decir, en un ambiente anaeróbico. A nivel industrial este gas se genera en digestores de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) y de vertederos de residuos sólidos urbanos.

Hasta ahora el uso de este tipo de biocombustibles tiene su uso mayoritario es en plantas de cogeneración para la producción simultánea de energía térmica y electricidad. Si del biogás se separa el CO2 que contiene y otros gases minoritarios, como el ácido sulfhídrico, hasta aumentar la concentración en metano que tiene el gas natural, entonces puede emplearse en automoción como sustituto del propio gas natural.

Prestaciones desde el punto de vista ambiental

El empleo de biogás en automoción genera unas emisiones atmosféricas similares a las del gas natural. Sin embargo, considerando el ciclo de vida completo del biogás, las emisiones de CO2 de éste son inferiores a las del gas natural, ya que se trata de un combustible renovable. Además, con el uso de este biocarburante en la automoción se asegura que el metano (un potente gas de efecto invernadero) que se genera en los vertederos y en las plantas depuradoras de aguas residuales se recoja y no escape a la atmósfera.

Penetración del mercado

Suecia tiene actualmente 779 autobuses a biogás y aproximadamente 4.500 vehículos ligeros que funcionan con una mezcla de gasolina y biogás o gas natural, y recientemente ha inaugurando el primer tren del mundo movido por biogás. Suiza es otro país en el que recientemente se está empezando a utilizar biogás en la automoción. Sin embargo, a escala mundial el nivel de uso de este biocarburante en el sector transporte sigue siendo muy reducido, con tan sólo unos cuantos miles de vehículos.

Conclusiones

Los biocombustibles son una de las vías que se han desarrollado como alternativas a los combustibles habituales y tradicionales para los vehículos a motor. Los biocombustibles son entre otras cosas, formas diferentes de como alimentar a nuestros autos. El principal problema que no da una mayor aceleración al uso de este tipo de combustible es el sentido económico, ya que aún resulta más costoso llenar un auto con alguno de los biocombustibles que con combustibles tradicionales.

El futuro hoy es incierto, pero muchos de los expertos indican que los biocombustible aportarán mayores protagonismo en el futuro cercano, mientras eso sucede, nosotros fuimos advertidos y conocemos acerca de ellos.

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