ESPE

CARRERA DE INGENIERIA EN BIOTECNOLOGIA

QUIMICA ORGANICA II

Nombres: Paralelo: 418 “B”

Gerardo Armijos

Danilo Granda

Fecha: 2010-03-30

Tema: Biocombustibles

Objetivo:

- Identificar los tipos de biocombustibles que en la actualidad existen.

- Dar un análisis crítico sobre el uso de los biocombustibles, tomando en

cuentas ventajas y desventajas.

- Tener una perspectiva del futuro con el uso del los biocombustibles.

Marco teórico:

¿Que son los biocombustibles?

Podemos definir a biocombustibles tales como el biodiesel, bioetanol y biogás que

se produce de origen biológico ya sea agropecuarios, agroindustrial o desechos

orgánicos obtenidos de manera renovable. Siendo esta la primera forma en la que

la humanidad conoce para obtener una fuente de energía. Y la cual se la utiliza

para motores además que su uso genera menor contaminación ambiental

permitiendo así una alternativa viable a las fuentes de energía ya conocidos como

lo es el petróleo y gas. La fuente de los biocombustibles es la biomasa proveniente

de cultivos como caña de azúcar, maíz entre otros. (Wikipedia, 2010),(APER, p.

1), (IICA, 2007, p.3 )

¿Qué es la biomasa?

Se la define según el Diccionario de la Real Academia Española como:

“materia orgánica en un proceso biológico, espontaneo o provocado utilizable

como fuente de energía”.

Es decir una planta después de hacer fotosíntesis parte de la energía química

sobrante la almacena en forma de energía orgánica la cual podemos utilizar

quemándola directamente o transformándola en combustible. (Wikipedia, 2010).

Bioetanol

El uso del etanol ha sido ahora como combustible siendo así una de las maneras

para remplazar el consumo de derivados del petróleo, aunque hay una mezcla de

los dos, conocida como “gasohol o alconafta” en un porcentaje de 10 % de etanol

con un 85% de gasolina reemplazando así el “éter metil tert-butilico (MTBE)” hay

dos formas viables para la formación de etanol la manera mayoritaria es el

procesamiento de materia biológica o por la modificación química del etileno, por

hidratación. (Wikipedia, 2010),(APER, p.2 ), (IICA, 2007, p.11 )

Proceso de elaboración

Para producir etanol en el caso de la caña de azúcar, el proceso es un poco más

simple, pues no se requieren las enzimas, ya que aproximadamente el 20% de la

caña ya es azúcar y por lo cual se fermenta desde que es cortada aunque debe

ser sometido a un proceso de destilación y fermentación más riguroso. (Wikipedia,

2010),(APER, p.2 ).

Al contrario de los granos del maíz que deber ser hidrolizado previamente para

convertirlo en azucares para lo cual se lo mezcla con agua y una enzima y se lo

calienta a 120- 150°C, y luego se cuela la masa en proceso llamado escarificación

y se envía a reactores de fermentación. Si queremos obtener a partir de de

celulosa es aun más complejo ya que se tienes que pre-tratar la materia vegetal

para que la celulosa pueda ser atacada por las enzimas hidrolizantes, siendo

dicho pre-tratamiento la combinación de trituración, pirolisis y ataque con ácidos y

otras sustancias. En ciertas ocasiones, es transformado en un “etil terciario-butil

éter (ETBE)” el cual presenta propiedades oxigenativas de los combustibles y el

cual se utiliza para incrementar el octanaje y mejorar la calidad de las emisiones

de la gasolina. (Wikipedia, 2010),(APER, p. ), (IICA, 2007, p.2 )

El bioetanol lo podemos extraer de cereales maíz, trigo, avena, cebada, caña de

azúcar, biomasa forestal, residuos pecuarios entre otros. (Wikipedia, 2010),

(APER, p. 2), (IICA, 2007, p.11 )

Purificación

Al etanol mezclado con gasolina hay que eliminar el agua hasta alcanzar una

purreza del 99,5 al 99,9% dependiendo de la temperatura además que se aplica

benceno o ciclo hexano. Otro método de purificación es la absorción física

mediante tamices moleculares. (Wikipedia, 2010).

Ventajas

1. Al ser renovable y producido localmente, el etanol permite disminuir la

dependencia del petróleo, lo que mejora la seguridad energética de los

países. Esto es aún más importante para los países no productores de

petróleo, dado que la mayoría de este se encuentra en zonas de alta

inestabilidad política, como el Medio Oriente, y que la tendencia de los

precios es continuar aumentando o manteniéndose elevados.

2. El etanol, al ser un oxigenante de las gasolinas, mejora su octanaje de

manera considerable, lo que ayuda a descontaminar nuestras ciudades y a

reducir los gases causantes del efecto invernadero.

3. Al ser un aditivo oxigenante, el etanol también reemplaza a aditivos nocivos

para la salud humana, como el plomo y el MTBE, los cuales han causado el

incrementado del porcentaje de personas afectadas por cáncer (MTBE) y la

disminución de capacidades mentales, especialmente en niños (plomo).

4. El octanaje del etanol puro es de 113 y se quema mejor a altas

compresiones que la gasolina, por lo que da más poder a los motores.

5. El etanol actúa como un anticongelante en los motores, mejorando el

arranque del motor en frío y previniendo el congelamiento.

6. Aumenta el valor de los productos agrícolas de los que procede, mejorando

así los ingresos de los habitantes rurales y, por ende, elevando su nivel de

vida. (IICA,2007, p.6 )

Desventajas

1. El etanol se consume de un 25% a un 30% más rápidamente que la

gasolina; para ser competitivo, por tanto, debe tener un menor precio por

galón.

2. Cuando es producido a partir de caña de azúcar, en muchos lugares se

continúa con la práctica de quemar la caña antes de la cosecha, lo que

libera grandes cantidades de metano y óxido nitroso, dos gases que

agravan el calentamiento global. Esto se solucionaría mecanizando el

proceso de cosecha, pero disminuiría el empleo rural, a pesar de las críticas

que se han hecho a las condiciones de este.

3. Cuando el etanol es producido a partir de maíz, en su proceso de

elaboración se está utilizando gas natural o carbón para producir vapor y en

el proceso de cultivo se usan fertilizantes nitrogenados, herbicidas de

origen fósil y maquinaria agrícola pesada. Esto podría solucionarse

mediante el uso de sistemas de producción agrícola orgánicos o por lo

menos ecológicos. También se puede utilizar el CO2 proveniente de las

destilerías para la producción de algas (que a su vez se pueden usar para

producir biocombustibles). Además, en caso de que haya ganaderías

cercanas, se puede usar el metano del estiércol para producir vapor (en

esencia este equivale a usar biogás para producir biocombustible). (IICA,

2007, p. 5)

Biodiesel

Es un biocombustible que se lo obtiene a partir de lípidos naturales como aceites

vegetales o grasas animales y mediantes procesos industriales de esterificación y

transesterificacion. Es apto como sustituyente parcial o total del petróleo en

motores a diesel. (Wikipedia, 2010),(APER, p.4 ), (IICA, 2007, p.12 )

Este biocombustible se lo puede mezclar con un refino procedente del petróleo

como es el gasóleo en variadas cantidades aunque representa un combustible

eficiente causa problemas ya que descompone el caucho natural y por lo cual es

necesario sustituir este por elastómeros sintéticos. (Wikipedia, 2010),(APER, p.4 ),

(IICA, 2007, p.12 )

Al biodiésel se lo puede representar como ésteres monoalquilicos de acidos

grasos de cadena larga y corta.

La transesterificación la cual consiste en combinar el aceite con un alcohol ligero,

normalmente metanol y deja como producto el propanotiriol y en el cual utilizamos

un catalizador alcalino

El biodiesel lo podemos obtener del colza, algodón, palma, aceites usados y de la

grasa animal.

Procesos industriales

Ahora existen métodos para obtener biodiesel de manera industrial como son:

1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido.

Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio o hidróxido de potasio

2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación

ácida y luego seguir el proceso normal (base-base),

3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de

catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el

alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo.

4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas

que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol.

5. Método de reacción Ultrasónica

En el método reacción ultrasonica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla

produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona

simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de

transesterificación. Los dispositivos ultrasonicos de escala industrial permiten el

procesamiento de varios miles de barriles por día. (Wikipedia, 2010)

Ventajas

1. Es una fuente de energía renovable

2. Para usar biodiesel no se requieren ninguna modificación y adaptación

especial del motor

3. Reduce el desgaste del motor, extendiendo la vida útil

4. Se pueden utilizar los mismo sistemas de distribución y tanques

5. Reduce las emisiones en alrededor del 90%

6. En cuanto a la seguridad

El punto de inflamación del biodiesel (>00°C), es mayor que el

petróleo (50°C); lo que brinda un manejo más seguro y menor

riesgos de presencia de llamas, tanto puro como mezclas

La tensión de vapor es menor a 5mm Hg, lo que permite una

manipulación y almacenaje en condiciones más seguras por la

total ausencia de vapores

7. El biodiésel ofrece diversas posibilidades de mezclas para la obtención de

biocombustibles cono los siguientes B2O y B100 que significa el porcentaje

que de la mezcla en este caso 20% o 100% de biodiesel y el más utilizado

en EEUU y en otros es el B20 (APER, p.4 ), (IICA, 2007, p. 6)

Desventajas

1. El biodiésel presenta problemas de fluidez y congelamiento a bajas

temperaturas (<0°C), especialmente el que se produce de palma africana.

2. Los costos de la materia prima son elevados y guardan relación con el

precio internacional del petróleo. Dichos costos representan el 70% de los

costos totales del biodiésel, por lo que este actualmente es un producto

relativamente costoso.

3. Por su alto poder solvente, se recomienda almacenar el biodiésel en

tanques limpios; si esto no se hace, los motores podrían ser contaminados

con impurezas provenientes de los tanques.

4. El contenido energético del biodiésel es algo menor que el del diésel (12%

menor en peso u 8% en volumen), por lo que su consumo es ligeramente

mayor.

5. El biodiésel de baja calidad (con un bajo número de cetano) puede

incrementar las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno), pero si el número

de cetano esmayor que 68, las emisiones de NOx serían iguales o menores

que las provenientes del diésel fósil.(APER, p.4 ), (IICA, 2007, p.7 )

Biocombustibles y riesgo en la seguridad alimentaria

Hay una cierta incertidumbre al respecto de la seguridad alimentaria ya que es

probable que en el afán de utilizar esta fuente energética, los cultivos alimenticios

se vean para otra finalidad y se usen para la producción de biocombustibles y eso

afectaría notablemente a América Latina y Caribe que la mayoría de la población

vive de la agricultura y por lo cual los productores se volcarían a este sector que

representaría mayores ingresos y para lo cual debería haber políticas claras al

respecto. (IICA, 2007, p. 3)

Biocombustibles en fincas y su uso para la maquinaria agrícola

Este uso es muy conveniente ya que existen tecnología muy simples y que

representaría una gran oportunidad para los lugares aislados y donde es muy

difícil llevar el combustible y por ende su costo además que permanecería los

recursos económicos y energéticos en la misma zona. (IICA, 2007, p. 9)

Las inversiones para producir etanol y biodiesel dependen del tamaño de la

operación que se pretende realizar, aunque se sabe que la producción de etanol

requiere de más inversión que la de biodiesel. Por ejemplo, en el mercado existen

pequeñas plantas para la producción de biodiesel cuyo costo no supera los

US$12.000 y que no requieren grandes cantidades de aceite, pero que sí pueden

ayudar a solucionar los problemas de energía en pequeñas comunidades o a

autoabastecerse del combustible requerido para maquinaria agrícola y transporte.

(IICA, 2007, p. 11)

La productividad de etanol y biodiesel por hectárea es muy variable y dependerá

de las condiciones del clima, el suelo, la humedad, las técnicas agronómicas

utilizadas, las variedades y muchos otros factores. En forma general, en el

siguiente cuadro se presentan los rendimientos que se están alcanzando en la

producción de ellos con el uso de diferentes cultivos, bajo condiciones favorables.

(IICA, 2007, p. 13)

Uno de los datos interesantes en esta investigación es la aplicación de los

biocombustibles en los llamados vehículos flex fuel, que pueden funcionar con los

dos combustibles, tanto etanol como gasolina, y con la mezcla de ellos en

cualquier proporción y entre sus grandes ventajas están que reduce notablemente

las emisiones de CO2. (IICA, 2007, p. 19)

Biocombustibles de 2da generación

Estos son combustibles producidos a través de materia prima no alimenticia, su

costo es elevado debido a su baja producción y se cree que serán los futuros

reemplazantes de los combustibles fósiles, sin tampoco ser producidos de materia

alimenticia, ayudando notablemente en el gran problema del calentamiento global.

Los biocombustibles de primera generación y de segunda generación son los

mismos, ósea el etanol y el biodiesel, en lo único que se diferencia una de otra

categoría es el proceso de producción de estos. Los biocombustibles de primera

generación se producen mediante las técnicas conocidas a partir de cultivos

tradicionales como la caña de azúcar, el maíz, el sorgo, la palma africana, la soya,

Jatropha y la higuerilla, entre otros.

En cambio, El etanol se puede producir a partir de celulosa. El proceso consiste en

convertir la celulosa, que puede provenir de pastos perennes (como el

switchgrass), restos de cosechas, tallos de maíz, bagazo de caña, árboles de

rápido crecimiento, residuos orgánicos municipales y de casi cualquier otro

material orgánico, en azúcares, para lo cual se utilizan enzimas de alta tecnología

y se fermentan los azúcares, de lo cual resulta el etanol.

Por otra parte, se puede producir biodiésel a partir de algas con un alto contenido

de lípidos (aceites), para lo cual existen especies y tecnologías apropiadas. El

aceite extraído de las algas se puede transformar en biodiésel, mediante el

proceso de transesterificación antes mencionado. Se estima que con las

tecnologías actuales de una hectárea de algas anualmente se pueden obtener

más de 20 000 litros de biocombustible, rendimiento que seguirá mejorando

conforme se perfeccionen las tecnologías. Las algas requieren agua, luz y CO2,

que puede ser obtenido de las chimeneas utilizadas en procesos industriales, lo

que reduciría en forma significativa uno de los principales gases causantes del

efecto invernadero. De las algas también se pueden obtener almidones, los cuales

pueden convertirse en etanol. Algunas algas poseen un gran valor nutricional

como fertilizante para cultivos y cumplen con las normas de agricultura orgánica

que se han establecido. (IICA, 2007, p. 20) (Monografías, 2010)

Biocombustibles y combustibles fósiles

Debido al gran problema del calentamiento global, los biocombustibles se han

convertido en la solución ideal para este problema, especialmente los de segunda

generación. Pero todavía seguiremos dependiendo de los combustibles fósiles por

lo menos durante dos décadas. Por lo menos hasta que se adecue una gran

infraestructura para la producción de los biocombustibles. Uno de los países que

se convierten en la excepción es Brasil, ya que esta nación se encuentra

preparada para la gran producción de estos combustibles. (IICA, 2007, p. 21)

(Monografías, 2010)

Tipos de etanol

Existen el etanol anhidro y el etanol hidratado, que se diferencian en el contenido

de agua que poseen, que es de aproximadamente 0,5% en el etanol anhidro y

cercano al 5% en el etanol hidratado. El etanol anhidro se utiliza mezclado con

gasolinas de origen fósil, mientras que el etanol hidratado se utiliza puro en los

vehículos que han sido debidamente adaptados para este combustible. El etanol

hidratado proviene directamente de la torre de destilación; para obtener etanol

anhidro, se requiere un proceso adicional, mediante el cual se remueve la mayoría

del agua del combustible. (IICA, 2007, p. 22)

Conclusiones:

- Dado el estudio detallado de los biocombustibles, podemos concluir que

estos son una solución factible al calentamiento global en el futuro, siendo

éstos materia que casi no contamina y entre su funcionamiento incluye el

uso de CO2, lo cual es muy bueno para el medio ambiente.

- La idea del uso de estos combustibles no está muy alejada, aunque se

necesitarían de varios años para la construcción de maquinaria de

producción de dicha materia y dejar en el pasado los anticuados

combustibles fósiles.

- También se puedo concluir que entre los biocombustibles, los así llamados

mejores son los de segunda generación, ya que no utiliza materia fósil ni

materia alimenticia.

Web grafía:

Asociación Paraguayq de energias renovalbles

(APER)., Biocombustibles Paraguay:Autor. Extraído el

29 de marzo, 2010 de

http://www.aper.org.py/biocombustibles.pdf

Bioediesel, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010 de

http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel

Bioetano, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010 de

http://es.wikipedia.org/wiki/Bioetanol#Bioetanol

Instituto Interamericano de Cooperación para la

Agricultura (IICA)., (2007) Preguntas y respuestas mas

frecuentes sobre Biocombustibles Costa Rica:autor

pp.1-24. Extraído el 28 de marzo, 2010, de

http://unpan1.un.org/intradoc/groups/public/documents/i

cap/unpan038482.pdf

Proyecto Etanol, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010

de http://www.monografias.com/trabajos59/proyecto-

etanol/proyecto-etanol2.shtml