La bioenergía, obtenida a partir de biomasa sólida, biocombustibles líquidos o biogás, tiene un papel fundamental, ya que supone más de dos tercios (un 68%) de la energía renovable total producida en la Unión Europea.
Este articulo es parte de los contenidos del curso de biomasa, y esta dedicado a los biocombustibles.
¿Qué son los biocombustibles?
Los biocombustibles son combustibles para el transporte derivados de fuentes renovables como plantas y animales. Los biocombustibles liberan CO2 sin emisiones netas de carbono cuando se queman. Existen muchos tipos de biocombustibles en desarrollo.
Los combustibles sólidos, líquidos o gaseosos producidos a partir de biomasa se denominan biocombustibles. Los biocombustibles son renovables y buenos sustitutos de los combustibles fósiles. La mayoría de los biocombustibles disponibles en el mercado hoy en día están elaborados a partir de plantas. Generalmente, se utilizan como combustibles para el transporte.
Los tipos de biocombustibles
Los biocombustibles son combustibles líquidos, gaseosos o sólidos producidos a partir de materias primas vegetales o animales. Los principales tipos de biocombustibles son:
🔋 Bioetanol: Es un combustible líquido producido a partir de materias primas como la caña de azúcar, el maíz, la remolacha azucarera, entre otros. El bioetanol se obtiene a través de un proceso de fermentación de los azúcares presentes en estas materias primas y luego se destila para obtener un alcohol puro que se mezcla con gasolina en diferentes proporciones para su uso como combustible en motores de combustión interna.
🔋 Biodiésel: Es un combustible líquido producido a partir de aceites vegetales o grasas animales, a través de un proceso de transesterificación. El biodiésel puede utilizarse solo o mezclado con diésel convencional en diferentes proporciones para su uso como combustible en motores de combustión interna.
🔋 Biogás: Es un combustible gaseoso producido a partir de la digestión anaerobia de materia orgánica como residuos orgánicos, estiércol, lodos de depuradora, entre otros. El biogás está compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono, y puede ser utilizado directamente como combustible o tratado para producir biometano, que tiene una calidad similar al gas natural.
🔋 Biohidrógeno: Es un combustible gaseoso producido a partir de la fermentación anaerobia de materia orgánica por bacterias fotosintéticas, y que puede ser utilizado en pilas de combustible para producir electricidad. El biohidrógeno se produce a partir de materias primas como residuos orgánicos, algas, entre otros.
🔋 Biocombustibles sólidos: Los biocombustibles sólidos son producidos a partir de materiales como la madera, residuos forestales, residuos agrícolas, entre otros. Estos materiales son transformados en pellets o briquetas que pueden ser utilizados en estufas, calderas o en centrales térmicas para generar electricidad.
Cultivos para producir biocombustibles
Ciertas plantas están siendo cultivadas específicamente para la producción de biocombustibles. En España se emplean cultivos agrícolas para la producción de biocombustibles. Destacan los cultivos de sorgo y cardo. En Europa, las fuentes de biocombustible más importantes son la remolacha y el trigo.
En los Estados Unidos los productos agrícolas que son transformados en biocombustibles son: el pasto varilla (Panicum virgatum), las semillas de soja y el maíz. Sin embargo, en Brasil se utiliza la caña de azúcar. En China se emplea la mandioca y el sorgo. En la India se emplea la jatropha, mientras que el miscanthus y el aceite de palma son los cultivos más habituales en el Sureste de Asia para la producción de biocombustibles.
Algunos ejemplos de biocombustibles son el biodiesel, los bioalcoholes (bioetanol, biometanol, biobutanol), el biogás, el gas de síntesis y biocombustibles sólidos como la madera, el carbón vegetal y el aserrín.
La generación de biocombustibles
La generación de biocombustibles implica una serie de procesos complejos que varían según el tipo de biocombustible que se esté produciendo. Los procesos para generar biocombustibles implican la obtención de materia prima, la transformación de esa materia prima en biocombustible y el almacenamiento y distribución del biocombustible resultante.
La obtención de materia prima para biocombustibles puede realizarse a partir de diferentes fuentes, como residuos orgánicos, cultivos energéticos, residuos forestales, aceites vegetales, entre otros. En el caso de los cultivos energéticos, se debe tener en cuenta que la producción de biocombustibles no debe interferir con la producción de alimentos, ni con la conservación de la biodiversidad, por lo que es importante asegurar que se utilicen terrenos que no sean necesarios para la producción de alimentos o para la conservación de ecosistemas naturales.
Una vez que se tiene la materia prima, se inicia el proceso de transformación para obtener el biocombustible. En el caso de los biocombustibles líquidos, como el bioetanol y el biodiésel, la transformación implica la conversión de los azúcares y los aceites presentes en la materia prima en alcohol y ésteres metílicos o etílicos, respectivamente. En el caso del biogás y del biohidrógeno, la transformación implica la digestión anaerobia de la materia orgánica para obtener gas metano.
Una vez obtenido el biocombustible, se almacena y distribuye para su uso. En algunos casos, los biocombustibles pueden utilizarse directamente, como es el caso del biogás, que puede ser utilizado en motores de combustión interna. En otros casos, se mezcla con combustibles fósiles para su uso en motores de combustión interna, como es el caso del bioetanol y el biodiésel.
Es importante tener en cuenta que la generación de biocombustibles puede tener impactos ambientales y sociales significativos, dependiendo de la manera en que se produzcan. Por ejemplo, la producción de biocombustibles a partir de cultivos energéticos puede requerir grandes cantidades de agua y fertilizantes. Esto puede tener impactos negativos en la calidad del agua y en la salud de las personas que viven cerca de las plantaciones.
Los tipos de biocombustibles por generación
Los biocombustibles se clasifican en tres grupos: primera generación, segunda generación y tercera generación.
Biocombustibles de primera generación
Los biocombustibles de primera generación se producen por medio de tecnología convencional. Se utiliza como fuente el azúcar, almidón, aceite vegetal o grasas animales.
Los biocombustibles líquidos se usan como sustitutivos de la gasolina y gasoil, empleados en el transporte y la industria, dado que en principio se pueden utilizar o mezclar con carburante casi cualquier sustancia orgánica líquida o gasificable si contamos con un motor de combustión interna con la apropiada mecánica. Estos sustitutivos de los combustibles fósiles son el bioetanol y el biodiesel, que se obtienen a partir de cultivos agrícolas. El bioetanol (alcohol sustitutivo de la gasolina que ya utilizaban los primitivos motores de ciclo Otto) es un producto obtenido a partir de la fermentación de azúcares (que a su vez se obtienen desde cultivos con alto contenido en sacarosa como caña de azúcar, remolacha, melaza, sorgo dulce) o de almidones (granos de trigo, cebada, maíz, tubérculos como la patata o raíces como la yuca). Por su parte, el biodiesel es un sustitutivo del gasoil obtenido a través de la transesterificación de aceites y grasas de origen vegetal (soja, colza, girasol, palma, etc.).
El inconveniente del biocombustible de primera generación
La producción de biocombustibles de primera generación tiene limitantes debido a que podría amenazar el suministro de alimentos y la biodiversidad. Dado que sus materias primas también son fuentes de alimento, se generó el debate “alimentos vs. Combustibles”.
En algunos casos han llegado a desplazar la utilización de suelos explotados para la producción de alimentos. La utilización de almidón y aceites como fuentes de materia prima para la fabricación de biocombustibles fue muy controvertida durante esa época.
El caso más evidente fue la “Guerra de las tortillas” de México en el año 2006. Esta situación fue provocada por un aumento superior al 50% del precio de su alimento básico. Esta subida de precio de los cereales se atribuyó en gran parte al uso del maíz para fabricar etanol. Eso provocó grandes manifestaciones populares en contra del Gobierno.
Biocombustibles de segunda generación
Para atender la creciente demanda de biocombustibles se desarrollaron los biocombustibles de segunda generación. La tecnología pretende que la materia prima utilizada para la producción de biocombustibles no compita con la producción de alimentos. Estos biocombustibles de segunda generación se producen a partir de cultivos no destinados a la alimentación, es decir, cultivos considerados como desperdicios. Por ejemplo, los tallos, las vainas, las virutas de madera y las cáscaras de fruta.
De acuerdo con los expertos, los biocombustibles de segunda generación generan mayores ahorros en emisión de gases de efecto invernadero que los biocombustibles de primera generación. Sin embargo, la producción de biocombustibles de segunda generación es más complicada porque involucra la extracción de materias primas útiles de biomasa leñosa o fibrosa.
El bioetanol de 2ª generación se consigue a partir de la degradación de lignocelulosa. Este se obtiene a partir de los residuos agrícolas de las cosechas o a partir de plantas herbáceas o leñosas. La lignocelulosa es muy abundante en la naturaleza. Se estima que cada año se sintetizan 200.000 millones de toneladas en el mundo. Está presente en los vegetales, ya que es el principal componente de la pared celular de las plantas. De hecho, es la sustancia que otorga la rigidez a los tejidos vegetales. Este material está formado por una mezcla de lignina, hemicelulosa y celulosa.
La celulosa está compuesta por una larga cadena de azúcares. Por lo tanto, casi cualquier residuo vegetal es susceptible de ser transformado en azúcar. Posteriormente, mediante la fermentación de levaduras, se logra el bioetanol deseado. Además, la celulosa tiene la ventaja de no ser de uso alimentario. Por consiguiente, se considera una fuente óptima de materia prima para la producción de biocombustibles.
Quiero destacar en biocombustibles
Biocombustibles de tercera generación
La tercera generación de biocombustibles corresponde a aquéllos que se producen a partir de algas. La producción de aceite o combustible de algas conlleva la fermentación del carbohidrato del alga.
Los biocombustibles de segunda y tercera generación también se conocen como biocombustibles avanzados. Un ejemplo de un biocombustible avanzado que todavía se encuentra en desarrollo es el diésel renovable derivado de hidrogenación. También es conocido como HDRD, por sus siglas en inglés. El HDRD se produce a partir de grasas animales o aceites vegetales que han sido refinados en refinerías de petróleo. Este combustible puede mezclarse con el petróleo.
El biogas y biometano como biocombustibles
El biogás como combustible queda relegado a su uso en calderas para generación de calor, grupos electrógenos para generación de electricidad y grupos de cogeneración para generación de ambas. Esto limita enormemente el impacto de uso de un combustible gaseoso con emisiones de carbono neutras. En la mayoría de los casos, las plantas de generación de biogás no son capaces de autoconsumir el gas generado. Por lo tanto, la única forma de exportar la energía es a través de la generación eléctrica y su inyección a la red. De esta forma se genera una electricidad renovable desde el punto de vista energético. Sin embargo, se trata de una tecnología de bajo rendimiento si lo comparamos con otras energías renovables como la eólica o la fotovoltaica.
El uso del biometano en movilidad, se aplica al problema que representa el 25% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en España y casi el 40% de las emisiones de los sectores difusos. El uso de biometano como biocombustible permite reducir la contaminación. Reduce el impacto en el sector en el corto plazo, ya que los vehículos que lo utilizan ya están en el mercado.
Biocombustibles de cuarta generación
Los biocarburantes de cuarta generación simbolizan el concepto de bioenergía con almacenamiento de carbono. Además de llevar incorporada la 3ª generación, también gestionan la captación y almacenamiento del carbono (CAC) bien a nivel de la materia prima o también a nivel de los métodos de proceso.
En esta ocasión, la materia prima no sólo se adapta para mejorar la eficiencia de proceso (como en la tercera), sino que además se diseña para captar más dióxido de carbono en el crecimiento del cultivo. Los métodos de proceso emplean la captación y almacenamiento geológico del carbono. Por ejemplo, se usan yacimientos petrolíferos agotados. También se realiza a través del almacenamiento en minerales, es decir, se acumulan en forma de carbonatos.
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