INTRODUCCIÓN El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los a!cares que se encuentran en los productos "e#etales$ tales como cereales$ remolacha$ caía de a!car$ sor#o o biomasa%
&os co comb mbust ustib ible less só sóli lido doss de biom biomas asa a pued pueden en enco encont ntrar rar di"e di"ers rsas as aplica aplicacio ciones nes ener# ener#'ti 'ticas cas%% (uede (ueden n ser destin destinados ados a produ producir cir ener ener#ía #ía el'ctrica o a usos t'rmicos% En el primer caso$ tambi'n es posible apro"echar el calor de forma combinada )co#eneración*$ con lo que el uso del biocombustible es m+s e,ciente% &as aplicaciones t'rmicas pueden tener lu#ar en el +mbito indu indust stri rial al para para #ene #enera rarr ca calo lorr de proc proces eso o en form forma a de "apo "apor$ r$ ac acei eite te t'rmico$ a#ua sobrecalentada$ uso en secaderos u hornos$ etc% o en edi,cios para dar ser"icio de a#ua caliente$ calefacción o refri#eración% En comparación con los combustibles fósiles, la biomasa líquida libera durante su combustión solamente la misma cantidad de CO2 que ha absorbido durante su crecimiento.
&os biocombustibles líquidos presentan una alta densidad de ener#ía pueden quemarse con modernas t'cnicas de combustión casi sin de.ar residuos ni sustancias noci"as% /dem+s$ son relati"amente f+ciles de transportar - almacenar% almacenar%
I0(ORT/NCI/ /CTU/& 1 (ER2(ECTI3/ El bioe bioeta tano noll es el prod produc ucto to de ferm fermen enta taci ción ón alco alcohó hóli lica ca de di"e di"erso rsoss materi materiale aless or#+ni or#+nicos cos a tra"' tra"'ss de la acción acción de micro microor or#ani #anismo smos% s% &a producción de bioetanol perdió importancia a ,nales de la primera mitad del del si#l si#lo o 44$ 44$ al se serr sust sustit itui uida da por por la prod produc ucci ción ón de etan etanol ol por por "ía "ía sint'tica$ a partir de deri"ados del petróleo la cual resulta m+s barata% &a ele"ación de los precios del petróleo hicieron "ol"er los o.os hacia la "ía fermentati ati"a de producció ción de etanol$ - ho- se trab raba.a a.a fundamentalmente en la b!squeda de materias primas baratas$ que sustit sustitu-a u-an n a las tradic tradicion ionale aless materi materias as aucar aucarada adas$ s$ como como melaa melaas$ s$ productos intermedios de la producción de a!car -$ .u#os de frutas$ entre otros$ a la "e que se busca una ma-or e,ciencia en los procesos de fermentación - recuperación - puri,cación al alcohol producido%
El costo de producción del etanol est+ íntimamente relacionado - es dependiente del costo de la materia prima puesta en f+brica$ del "olumen - de la composición de la misma% El '5ito de cualquier plan de desarrollo de culti"os para la producción de etanol es dependiente de la selección de los culti"os apropiados$ los m'todos de producción - su ubicación% Un sistema que sea establecido alrededor de los costos m+s ba.os de la materia prima - est' completamente inte#rado$ de forma tal que apro"eche todas las posibilidades que le dan los deri"ados$ presenta las me.ores oportunidades para ser e5itoso% / ni"el mundial el etanol ha adquirido un #ran "alor por la posibilidad de su uso como combustible$ -a sea meclado con #asolina o con petróleo sobre todo porque es una fuente reno"able de ener#ía% 2u mecla con los productos anteriores proporciona un combustible de me.or calidad$ m+s limpio% &a producción de etanol en 0'5ico se obtiene b+sicamente de la ca6a de a!car% En el país se producen cerca de cinco millones de toneladas de a!car - apro5imadamente 78 millones de litros de etanol% 2e estima que la capacidad instalada actualmente en las destilerías$ es de 9:8$;;; litros
2in embar#o$ la a#roindustria de la ca6a de a!car al i#ual que la del maí$ tambi'n presenta problemas de ba.a producti"idad% / ni"el nacional la a#roindustria de la ca6a de a!car representa casi el ;%7 por ciento del (I> - #enera apro5imadamente =%7 millones de empleos directos e indirectos% (or otro lado$ este sector abarca m+s de ?;; mil hect+reas cu-a producción se canalia a tra"'s de 7@ in#enios aucareros% Durante la afra =;;:A=;;7$ la producción de etanol en 0'5ico fue de 7B%9 millones de litros$ un precario ni"el si se compara con lo que produce >rasil$ Estados Unidos o /r#entina$ cu-a producción en con.unto representa m+s del 7@ del etanol mundial% Cuadro (ro-ección de la producción mundial de etanol =;;A=;;7 )en billones de litros* /6o
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Es importante se6alar que la ba.a producti"idad del sector aucarero en 0'5ico se reGe.a en el alto precio de la ca6a de a!car )casi 9@ dólares < T0*$ el cual es bastante alto si se compara con el precio de este producto en otros países% (or e.emplo$ frente a >rasil )el ma-or productor de etanol a base de ca6a de a!car* es tres "eces ma-or% (or otro lado$ el sector requiere de la introducción de biotecnolo#ía para me.orar los procesos de fermentaciónH así como el impulso de políticas industriales orientadas al uso del etanol como combustible$ -a que a ni"el mundial m+s del sesenta por ciento del etanol producido se destina al sector ener#'tico )usos en la #asolina*%
Procesos de obtención de bioetanol
El bioetanol se obtiene a partir de la remolacha )u otras plantas ricas en a!cares*$ de cereales$ de alcohol "ínico o de biomasa$ mediante un proceso de destilación% En Espa6a la producción industrial emplea principalmente cereal como materia prima b+sica$ con posibilidad de utiliar los e5cedentes de la industria remolachera transformados en .u#os aucarados de ba.o costo% En #eneral$ se utilian tres familias de productos para la obtención del alcoholF • •
•
/ucares$ procedentes de la ca6a o la remolacha$ por e.emplo% Cereales$ mediante la fermentación de los a!cares del almidón% >iomasa$ por la fermentación de los a!cares contenidos en la celulosa - hemicelulosa%
El esquema #eneral de fabricación del bioetanol )dia#rama *$ muestra las si#uiente fases en el proceso
r+,ca % (roceso de obtención de bioetanol%
•
Dilución:
Es la adición del a#ua para a.ustar la cantidad de a!car en la mecla o )en !ltima instancia* la cantidad de alcohol en el producto% Es necesaria porque la le"adura$ usada m+s adelante en el proceso de fermentación$ puede morir debido a una concentración demasiado #rande del alcohol% •
Conversión:
&a con"ersión es el proceso de con"ertir el almidón
Fermentación:
&a fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realiado por las le"aduras$ b+sicamente% De la fermentación alcohólica se obtienen un #ran n!mero de productos$ entre ellos el alcohol •
Destilación
o
Deshidratación:
&a destilación es la operación de separar$ mediante calor$ los diferentes componentes líquidos de una mecla )etanol
.
i#% (roceso para la obtención de bioetanol a partir del maí Otra alternati"a a las cosechas dedicadas a ,nes ener#'ticos$ son los materiales li#nocelulKícos son los que ofrecen un ma-or potencial para la producción de bioetanol$ el uso de residuos de procesos a#rícolas$ forestales o industriales$ con alto contenido en biomasa% Estos residuos pueden ir desde la pa.a de cereal a las LlimpiasL forestales$ pasando por los Residuos 2ólidos Urbanos )R2U* o las c+scaras de cereal o de arro% &os residuos tienen la "enta.a de su ba.o coste$ -a que son la parte no necesaria de otros productos o procesos$ sal"o cuando son utiliados en la alimentación del #anado% &os R2U tienen un alto contenido en materia or#+nica$ como papel o madera$ que los hace una potencial fuente de materia prima$ aunque debido a su di"ersa procedencia pueden contener otros materiales cu-o pre proceso de separación incremente mucho el precio de la obtención del bioalcohol%
Fig. Biomasa Lignocelulosica
Tambi'n pueden utiliarse residuos #enerados en al#unas industrias$ como la papelera$ la hortofrutícola o la fracción or#+nica de residuos sólidos industriales% 0uchos de estos residuos no sólo tienen "alor económico en el conte5to donde se #eneran sino que pueden ser causa de problemas ambientales durante su eliminación MCabrera$ % /%$ =;;8% &os residuos de biomasa contienen meclas comple.as de carbohidratos$ llamados celulosa$ hemicelulosa - li#nina% (ara obtener los a!cares de la biomasa$ 'sta es tratada con +cidos o enimas que facilitan su obtención% &a celulosa - hemicelulosa son hidroliadas por enimas o diluidas por +cidos para obtener sacarosa$ que es entonces fermentada% &os principales m'todos para e5traer estos a!cares son tresF la hidrólisis con +cidos concentrados$ la hidrólisis con +cidos diluidos - la hidrólisis enim+tica% En la #r+,ca = se muestra las diferencias entre los procesos de obtención de bioetanol$ se#!n sea su materia prima de ori#en%
r+,ca =% Diferencias en los procesos de obtención de bioetanol% Otro e.emplo de proceso de obtención de bioetanol a partir de alcohol "ínico$ lo lle"a a cabo la empresa /ccionaAEner#ía en la planta de /lc+ar de uan$ donde se procede a la limpiea - deshidratación del alcohol bruto$ adquirido en las licitaciones que realia trimestralmente el ondo Espa6ol de arantía /#raria )E/*$ para ele"ar su purea del B= al BB$B - comercialiarlo$ una "e desnaturaliado$ como bioetanol% El proceso comprende las si#uientes fasesF •
•
•
DesulfuraciónF
eliminación del anhídrido sulfuroso )2O=* presente en el alcohol bruto% DeshidrataciónF reducción del contenido en a#ua mediante su tamiado con eolitas$ sustancias que captan las mol'culas de a#ua% DesmetilizaciónF
proceso en el que el alcohol -a deshidratado )BB$B* "e separado su contenido de metanol% Esta sustancia resulta corrosi"a para los "ehículos - puede ser comercialiada como producto químico o combustible •
Almacenamiento
en
depósitosF
desde ellos el producto se trasporta por tuberías a la cisterna de car#a - en ese tra-ecto se le a6ade una sustancia que desnaturalia el bioetanol para e"itar así su deri"ación al consumo humano%
•
Subproductos de la obtención del bioetanol
&os subproductos #enerados en la producción de bioetanol$ así como el "olumen de los mismos$ dependen en parte de la materia prima utiliada% En #eneral se pueden a#rupar en dos tiposF •
•
Materiales
lignocelulïcosF
tallos$ ba#ao$ etc%$ correspondientes a las partes estructurales de la planta% En #eneral se utilian para "aloriación ener#'tica en co#eneración$ especialmente para cubrir las necesidades ener#'ticas de la fase de destilación del bioetanol$ aunque tambi'n se puede "ender el e5cedente a la red el'ctrica )con precio primado*% Materiales alimenticiosF pulpa - #ranos de destilería de maí desecados con solubles )DD2*$ que son los restos ener#'ticos de la planta despu's de la fermentación - destilación del bioetanol% Tienen inter's para el mercado de piensos animales por su riquea en proteína - "alor ener#'tico%
&a ca6a de a!car es la planta m+s apro"echable por el ba#ao #enerado para su combustión - #eneración ener#'tica% &a remolacha aucarera #enera$ por su parte$ unas ;$?7 ton de pulpa por tonelada de bioetanol producido% &a producción de bioetanol a partir de tri#o o maí #enera en torno a $= ton de DD2 por tonelada de bioetanol% En #eneral$ e5isten dos ,losofías alimenticias en cuanto al empleo del DD2% Cuando el pienso est+ en el 7 o menos de la dieta$ el DD2 sir"e como una fuente de proteína suplementaria% Cuando el pienso est+ en los ni"eles m+s altos )superior
al 7 de la dieta de la materia seca* su papel primario es como fuente de ener#ía% El DD2 est+ compuesto de #rasa Len un ;A7 L$ de ,bra neutra deter#ente Len un :;A77 L$ de proteína de crudo )C(* Len un 9;A 97 L - de cenia en un 7 % !alance energ"tico de la producción de bioetanol
(ara que el etanol contribu-a perceptiblemente a las necesidades de combustible para el transporte$ necesitaría tener un balance ener#'tico neto positi"o% (ara e"aluar la ener#ía neta del etanol ha- que considerar cuatro "ariablesF la cantidad de ener#ía contenida en el producto ,nal del etanol$ la cantidad de ener#ía consumida directamente para hacer el etanol$ la calidad del etanol resultante comparado con la calidad de la #asolina re,nada - la ener#ía consumida indirectamente para hacer la planta de proceso de etanol% /unque es un asunto que crea discusión$ al#unas in"esti#aciones que ha#an caso de la calidad de la ener#ía su#ieren que el proceso toma tanta o m+s ener#ía combustible fósil )en las formas de #as natural$ diesel - de carbón* para crear una cantidad equi"alente de ener#ía ba.o la forma de etanol% Es decir$ la ener#ía necesitada para funcionar los tractores$ para producir el fertiliante$ para procesar el etanol$ - la ener#ía asociada al des#aste - al ras#ón en todo el equipo usado en el proceso )conocido como amortiación del acti"o por los economistas* puede ser ma-or que la ener#ía deri"ada del etanol al quemarse% 2e suelen citar dos defectos de esta ar#umentación como respuesta$ en primer lu#ar el no dar importancia a la calidad de la ener#ía del bioetanol$ cu-os efectos económicos son importantes% 2i se compara la calidad de la ener#ía con los costes de descontaminación del suelo que pro"ocan los derrames de #asolina al ambiente - los costes LmódicosL de la contaminación atmosf'rica )porque no se puede descontaminar la atmósfera*$ resultado de la re,nación - de la #asolina quemada% (or otro lado$ el desarrollo de las plantas de etanol implica un pre.uicio contra este producto basado estrictamente sobre la preAe5istencia de la capacidad de re,nación de la #asolina% &a decisión !ltima se debería fundar sobre raonamientos económicos - sociales a lar#o plao% El primer ar#umento$ sin embar#o$ si#ue debati'ndose% No tiene sentido quemar litro de etanol si requiere quemar = litros de #asolina )o incluso de etanol* para crear ese litro% &a ma-or parte de la discusión cientí,ca actual en lo que al etanol se re,ere #ira actualmente alrededor de las aplicaciones en las fronteras del sistema% Esto se re,ere a lo completo que pueda ser el esquema de entradas - salidas de ener#ía% 2e discute si se deben incluir temas como la ener#ía requerida para alimentar a la #ente que cuida - procesa el maí$ para le"antar - reparar
las cercas de la #ran.a$ incluso la cantidad de ener#ía que consume un tractor% /dem+s$ no ha- acuerdo en qu' clase de "alor dar para el resto del maí$ como el tallo por e.emplo$ lo que se conoce com!nmente como coproducto% /l#unos estudios propu#nan que es me.or de.arlo en el campo para prote#er el suelo contra la erosión - para a#re#ar materia or#+nica% 0ientras que otros queman el coproducto para accionar la planta del etanol$ pero no e"itan la erosión del suelo que resulta$ lo cual requerir+ m+s ener#ía en forma de fertiliante% Dependiendo del estudio$ la ener#ía neta "aría de ;$? a $7 unidades de etanol por unidad de ener#ía de combustible fósil consumida% En comparación si el combustible fósil utiliado para e5traer etanol se hubiese utiliado para e5traer petróleo - #as se hubiesen llenado 7 unidades de #asolina$ que es un orden de ma#nitud ma-or% (ero$ la e5tracción no es i#ual que la producción% Cada litro de petróleo e5traído es un litro de petróleo a#otado% (ara comparar el balance ener#'tico de la producción de la #asolina a la producción de etanol$ debe calcularse tambi'n la ener#ía requerida para producir el petróleo de la atmósfera - para meterlo nue"amente dentro de la tierra$ un proceso que haría que la e,ciencia de la producción de la #asolina fuese fraccionaria comparada a la del etanol% 2e calcula que se necesita un balance ener#'tico de =;; $ o = unidades de etanol por unidad de combustible fósil in"ertida$ antes de que la producción en masa del etanol lle#ue a ser económicamente factible%
