Enfoques acerca de los biocombustibles


Por
Lizet Rodríguez Machín*

Generaciones, tecnologías
e impactos de los biocombustibles

 

 

Cada año se incrementa el aporte de las fuentes renovables de energía (FRE) al suministro global de energía primaria. En los escenarios energéticos actuales se reconoce la importante contribución de la biomasa como sustituto de los combustibles fósiles. El profesor A. Demirbas, de Selcuk University, plantea tres razones que fundamentan el planteamiento anterior:

• Es una fuente renovable que puede ser desarrollada sosteniblemente en el futuro.
• Parece tener positivas y formidables propiedades medioambientales al no liberar dióxido de carbono neto y producir muy bajo contenido de sulfuro.
• Tiene gran potencial económico si se tiene en cuenta que los precios de los combustibles fósiles se incrementarán en el futuro.

La energía de la biomasa se obtiene de material vegetal y animal. Los profesores T. Bridgwater y M. Balat señalan que la cantidad mayoritaria de energía de biomasa a escala mundial se produce de la madera y sus residuos (64%), le siguen los desechos sólidos urbanos (24%), los desperdicios agrícolas (5%) y los gases de vertedero (5%), y en menor proporción se encuentran los residuos de animales, los desechos del procesamiento de alimentos, las plantas acuáticas y las microalgas.


Uso de la biomasa en Cuba
con fines energéticos


En Cuba, el principal aporte de biomasa al suministro de energía primaria lo constituyen el bagazo y la paja de caña (Tabla 1), recursos que cumplen todas las condiciones para mantener esta capacidad; en segundo lugar está la leña, si se tiene en cuenta que la superficie cubierta por bosques se incrementa paulatinamente (24,9% en 2006 y 25,7% en 2008), y debe continuar aumentando; por lo tanto, la oferta de esta materia prima debe elevarse también.

Tabla 1. Oferta de biomasa en Cuba,
en miles de toneladas equivalentes de petróleo



A pesar de que el aporte de la biomasa al suministro de energía se incrementa por años, no representa todavía una cifra apreciable. El viceministro del Ministerio de la Industria Básica (MINBAS), Juan M. Presa, en la «VII Conferencia Internacional de Energía Renovable, Ahorro de Energía y Educación Energética (CIER 2011)», señaló que las fuentes renovables de energía, en el 2010, aportaron 570,4 GWh (unos trece días de generación del país), y sustituyeron 146 513 toneladas de petróleo; aunque estas cifras no son significativas, ya se calcula que pueden instalarse más de 8 000 MW. Actualmente solo está instalado 6,83% de ese potencial.

Generaciones de biocombustibles

Las conocidas limitaciones de los biocombustibles de primera generación se concentran en la disponibilidad de la materia prima debido a su competencia con la alimentación y la producción de alimentos, entre los cuales se encuentran el maíz, la caña de azúcar, el girasol, la soja y la remolacha. Los productos de principal interés y volumen son el biodiesel y el bioetanol obtenidos por transesterificación e hidrólisis. Esto significa que en muchas regiones del mundo existen restricciones físicas de tierra disponible para la agricultura, resultando que los combustibles de primera generación no pueden sustituir los combustibles fósiles en un grado significativo. Dos países que tuvieron rápida expansión de la producción de estos biocombustibles fueron Canadá y Estados Unidos; en Latinoamérica, Brasil ha desarrollado la producción de etanol a partir de la caña de azúcar.

Mientras que los biocombustibles de primera generación usan productos agrícolas, incluyendo aceite vegetal y almidón, los biocombustibles de segunda generación emplean materiales lignocelulósicos de origen complejo que incorporan celulosas, hemicelulosas y ligninas, y que integran la estructura de árboles y plantas. La mayor parte de la biomasa disponible se deriva de plantas agrícolas y madera de los bosques, así como los residuos del procesamiento de estas fuentes. Esta generación de biomasa se transforma en biocombustibles por procesos de conversión asociados en tres grupos: los térmicos, los biológicos y los mecánicos.

Los bioaceites crudos obtenidos de residuos orgánicos, algas y microalgas, constituyen los biocombustibles de tercera generación. Ya se comienza a hablar de los sistemas de cuarta generación, en los que los cultivos de biomasa son diseñados genéticamente para la «captura de más CO2» de la atmósfera, con relación a lo que producirán después en la quema como combustible, lo que implica que sean más eficientes. La biomasa, rica en carbono, se convierte posteriormente en biocombustible y gases por medio de técnicas de segunda generación.

Tecnologías de conversión

Los procesos biológicos (fermentación y digestión) dan lugar a un único o específico producto (etanol o biogás); son procesos lentos que pueden durar horas, días, semanas e incluso años.

Los procesos de conversión térmica (pirólisis, gasificación y combustión), proporcionan múltiples productos que pueden ser de naturaleza sólida, líquida o gaseosa, además de otros de elevada complejidad; tienen la ventaja de transcurrir en cortos períodos de reacción, incluso durar segundos, y sus productos tienen una amplia gama de aplicaciones, entre las que se encuentran la obtención de variedad de productos químicos, suministro de calor a hogares y procesos, generación de electricidad y la producción de combustibles para el transporte, entre otras (Fig. 1).

 
Fig. 1. Procesos termo-químicos de conversión de biomasa.
Fuente: Balat, M., E. et. al, 2009.

 

Los biocombustibles de segunda y tercera generaciones son los más modernos, y se obtienen por pirólisis, gasificación y digestión anaerobia de residuos lignocelulósicos, que dan lugar fundamentalmente a etanol celulósico, metanol, bio-hidrógeno y otros productos

químicos de gran valor agregado. Se estima que estas tecnologías deben alcanzar etapas comerciales dentro de diez o quince años. Los combustibles más modernos para el transporte obtenidos de biomasa son los biocombustibles y el biodiésel elaborados por síntesis Fischer-Tropsch.

Impactos medioambientales

En los sistemas energéticos a partir de biomasa se deben debatir, para cada caso en específico, temas relacionados con la contaminación del aire, el impacto sobre los bosques y los efectos debido a la cosecha de cultivos.

Los combustibles líquidos de biomasa como el etanol y el metanol producen menos monóxido de carbono, hidrocarburos y compuestos potencialmente cancerígenos que la gasolina y el gasóleo.

A diferencia de la quema de combustibles fósiles, el uso de biomasa combustible con un buen manejo y programas de producción sostenibles, no contribuirá a niveles de dióxido de carbono que causan calentamiento global.

Las plantas de energía a partir de biomasa producen menos emisiones contaminantes que las plantas que operan con combustibles fósiles. Es crucial el uso de la tecnología más moderna y apropiada para cada caso.

Sin embargo, en muchos países la combustión incompleta de biomasa genera preocupación entre ambientalistas, ya que puede producir partículas de materia orgánica, monóxido de carbono y otros gases orgánicos.

Convencionalmente, la biomasa se ha quemado en hornos, de igual forma que los combustibles fósiles, para calentar agua o producir vapor. La biomasa no se concentra en la naturaleza, y para su uso es necesario transportarla, lo cual incrementa los costos y reduce la producción neta de energía.
En los países subdesarrollados la biomasa vegetal se quema ineficientemente, y en muchas ocasiones en espacios abiertos, para la cocción doméstica
y la calefacción (Fig. 2).

La idea actual de un biocombustible carbono negativo es atractiva si se muestra verdadero interés acerca de los efectos del calentamiento global debido a los niveles de CO2 en la atmósfera.

 


Fig. 2. Ejemplos de biomasas tradicionales: leña, serrín de madera y cáscara de arroz.

* Investigadora Agregada, Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales (CEETA), Universidad Central de Las Villas (UCLV), Cuba.
e-mail: lizetr@uclv.edu.cu