Departamento de Minas,

Metalurgia y Geología

Métodos de investigación

Trabajo:

Etanol Sustituto Variable de la Gasolina

y su Impacto en el Medio Ambiente

Profesora:

M.D.O. Fidelia Méndez Luna

Alumno:

Mayra Armandina Olvera Prado

INTRODUCCION

En 1894, mientras Louis Renault, Armand Peugeot, Herbert Austin, Henry Ford, Karl Benz

y otros intentaban adaptar el motor de combustión interna recientemente inventado,

simultáneamente en Francia y Alemania se investigaba como llevar a cabo la utilización

del etanol en estos motores.

El etanol ha sido usado como combustible automotor desde el nacimiento de los

automóviles. Desde entonces y hasta nuestros días, el uso del etanol en vehículos

automotores ha tenido un considerable avance, principalmente porque su uso reduce la

dependencia del petróleo, disminuye emisiones contaminantes y se amplían las fuentes

de energía alternativas para uso automotor

El tema que trataremos es la virtud que tiene el maíz para que pueda ser destilado

en etanol, y esto lo convierte en un combustible limpio de alto octanaje; esto es muy

importante puesto que con la gasolina utilizamos más octanaje esto quiere decir que

quema mas combustible y así se contamina más. En cambio con el etanol ya que tiene la

virtud de reducir las emisiones que causaran el calentamiento global.

El etanol obtenido del maíz es muy eficiente y sí es un sustituto de la gasolina, por lo que

su uso ayudará a combatir la contaminación causada por la quema de combustibles

fósiles.

Objetivos

A) Conocer sobre el impacto del etanol en el medio ambiente en el último año en

México.

B) Ver su variabilidad con respecto a la gasolina puesto que todavía no es un

combustible natural autorizado sino como un aditivo.

Esta investigación se va a realizar con fines de interés propio para así dar una idea si es

un sustito viable en los vehículos. El tipo de trabajo que se presentara será de forma

documental.

Planteamiento del Problema

¿Es factible la implementación del etanol como combustible sustituto de vehículos de

combustión interna, y hacia la implementación para la protección contra el medio

ambiente en México?

Variables Independientes

Factible

Protección

Variables Dependientes

Implementación

El Medio ambiente

** Archivo de calendarización en página de Excel

Alcance de la Investigación

En este tema trataremos los objetivos antes mencionados, puesto que debemos ver que

reducción en el impacto ambiental tendrá la implementación del etanol como combustible,

así como en su fabricación ya que lleva ciertos pasos a seguir el producirlo y esto

repercute en el medio ambiente.

Otra punto a considerar es los nuevos motores puesto que el etanol tiene menos octanaje

esto es para producir una mejor chispa y reduciría el costo de explosión y CO2 quemado.

Algunas de la metas a seguir son:

El impacto en la naturaleza basado en el uso del etanol.

La reducción de contaminantes.

Reducción de contaminantes en su producción contra el parámetro de la gasolina.

Las preguntas importantes que tendríamos que hacernos tienen que ver con:

¿La implementación del etanol tendría que generar un nuevo vehículo?

¿Su costo será más bajo que el de la gasolina?

Hipótesis

La factibilidad (Implementación) del etanol es mejor que en la gasolina así como si la

reducción en contaminantes es mayor con respecto a los que genera la gasolina.

Limitaciones y supuestos

Dentro de este tema tendremos que hablar estrictamente de vehículos que estén

relacionados con la combustión interna que va desde una motocicleta hasta una

camioneta, automóvil, etc. Así también en sus contaminantes se hablara de los principales

que es el CO2 y el azufre.

Dentro de su elaboración tendrá que ver como se fabrica y bajo qué condiciones y normas

y cuáles son sus principales componentes.

Relevancias

Uno de los principales motivos para realizar esta investigación es porque hoy en día se

necesita utilizar nuevos energéticos menos contaminantes y con una mayor producción de

energía, puesto que nuestro planeta está viviendo momentos muy difíciles y tenemos que

ayudarlo.

Esto lo podríamos superar con la utilización de recursos renovables en este caso como lo

es el etanol debido a que su elaboración es muy sencilla y se saca de la caña de maíz así

como de los desperdicios de las frutas.

Su costo de producción es menor que el de la gasolina, y por tanto el costo final por litro

es menor también, como dijimos tenemos que ayudarnos de los recursos renovables y el

petróleo aparte de contaminante es un recurso no renovable.

Resultados esperados

Los resultados esperados de este trabajo es ver que tan factible es el uso del etanol en

los motores de combustión interna, así como cuál es la reducción en la contaminación y

en los costos de producción y venta

Marco de Referencia

El agotamiento de los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) que son claves

en el desarrollo de la vida de nuestras sociedades, hace imperativa la investigación,

fomento y uso de nuevos combustibles. Una potencial fuente de energías nuevas es la

biomasa (abreviatura de masa biológica) que supone la obtención de combustible desde

fuentes vivas. Uno de estos combustibles es el etanol o alcohol etílico producido a partir

de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales

(cereales, caña de azúcar, remolacha, maíz o trigo), el que debidamente procesado poco

a poco comienza a penetrar como combustible en el mercado internacional.

Para el transporte, el etanol se usa mayormente mezclado con gasolina (gasohol o E85).

En este caso, no sé si se sigue considerando un combustible de biomasa, porque está

mezclado con un combustible de origen fósil.

Una de las características más importantes del etanol es que es un recurso renovable, lo

que disminuye la dependencia del petróleo en los países no productores que deben

importarlo. Por otro lado, es energéticamente eficiente, porque produce un tercio más de

energía que la que requiere su elaboración y transporte. Además tiene altas ventajas

comparativas con los combustibles fósiles, porque produce menos emisiones de

contaminantes.

Según el Departamento de Energía de EE.UU. el etanol produce menos monóxido de

carbono e hidrocarburos que la gasolina común y corriente. Su uso como combustible

para automóviles reduce la producción de gases de invernadero en un 85%, por lo que es

el principal candidato para reemplazar y renovar los estándares de los países firmantes

del Protocolo de Kyoto.

Metodología

Investigación de:

Propiedades Químicas y físicas del etanol.

Costos e impactos de su elaboración y producción.

Propiedades Químicas y físicas de la gasolina.

Costos e impactos de su elaboración y producción.

Diferencias entre etanol y gasolina

Ahorros en producción y uso del etanol.

Cronograma

Dentro de los seis meses que estuvo trabajando se gastaron dentro del presupuesto

$100.00 de los cuales fueron en renta de computadoras e impresiones hechas.

Definición de Etanol

El etanol es un producto químico que es factible para su uso como combustible, puede utilizarse ya sea solo o bien mezclado en cantidades variadas con gasolina, su uso se ha extendido principalmente para sustituir los productos derivados del petróleo.

El combustible resultante de la mezcla de etanol y gasolina se conoce como gasohol o alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente.

El etanol se utiliza con mayor frecuencia como añadido para oxigenar la gasolina estándar, reemplazando al éter metil tert-butílico (MTBE). Este último es el responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.

Fuentes y proceso de fabricación

El etanol se puede producir de dos formas.

1. La mayor parte de la producción mundial se obtiene del procesamiento de materia biológica, en particular ciertas plantas con azúcares. El etanol así producido se conoce como bioetanol.

2. Por otra parte, también puede obtenerse etanol mediante la modificación química del etileno, por hidratación.

Bioetanol

El etanol se produce a partir de una gran variedad y número de plantas. Este etanol, conocido como bioetanol, está sujeto a una fuerte polémica: ya que para algunos es un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción aunado a que dudan además de su rentabilidad energética.

El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.

Fermentación

Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha sido la producción de bebidas alcohólicas.

Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

Sustancias con alto contenido de sacarosa

o caña de azúcaro remolachao melazaso sorgo dulce

Sustancias con alto contenido de almidón

o maízo patatao yuca

Sustancias con alto contenido de celulosa

o maderao residuos agrícolas (incluyendo los residuos de los cítricos).

El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlo en azúcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido), y se calienta la papilla obtenida a 120 - 150 °C. Posteriormente se cuela la masa, en un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.

A partir de celulosa es aún más complejo, ya que primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.

La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y produce etanol, así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas.

En la actualidad tres países han desarrollado programas significativos para la fabricación de bioetanol como combustible: Estados Unidos (a partir de maíz), Brasil y Colombia (ambos a partir de caña de azúcar). El etanol se puede producir a partir de otros tipos de cultivos, como remolachas, zahína, mijo perenne, cebada, cáñamo, kenaf, patatas, mandioca y girasol. También puede extraerse de múltiples tipos de celulosa "no útil". Esta

producción a gran escala de alcohol agrícola para utilizarlo como combustible requiere importantes cantidades de tierra cultivable con agua y suelos fértiles.

Se pueden obtener cantidades más reducidas de alcohol combustible de los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas de maíz, y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer piensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energía eléctrica.

De hecho, EEUU podría conseguir todo el etanol que necesita usando una mezcla de, por ejemplo, los tallos (parte no aprovechada) del maíz y de la planta de maíz, sin roturar más tierras de labrantío (sin embargo, habría que cultivar más tierra para substituir ese material, usado por muchos granjeros como fuente barata, confiable y limpia de piensos o fertilizantes).

Las ventajas ambientales del etanol

Los esfuerzos por substituir el petróleo por combustibles alternativos están ganando la atención en un mundo amenazado por el cambio del clima, la declinación económica rural, y la inestabilidad en importantes países productores de petróleo. Las cosechas de biofuel capturan dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera mientras están creciendo, compensando los gases de efecto invernadero lanzados cuando el combustible se quema posteriormente.

Substituir el petróleo por biofuel puede reducir la contaminación atmosférica, incluyendo emisiones de partículas finas y de monóxido de carbono. La producción de biofuel también puede mejorar ciertas economías rurales creando nuevos trabajos y levantando las rentas agrícolas.

Como combustible localmente producido y renovable, el etanol tiene el potencial de diversificar el muestrario de las fuentes de energía, hacer decrecer la dependencia del petróleo extranjero y mejorar los balances comerciales en las naciones importadoras de petróleo.

Las otras caras de los biofueles

Aunque la popularidad y el renombre del etanol está creciendo, los ineficientes métodos de producción y las ineficaces tecnologías actuales de conversión provocan que el uso de este combustible produzca solamente modestas ventajas ambientales y económicas, y además podría afectar a la seguridad internacional de alimentos. El mayor obstáculo a la producción de biofuel es la disponibilidad de la tierra.

Los campos de cultivo que se amplían para la producción energética harán empeorar probablemente la ya intensa competición por la tierra entre la agricultura, los bosques, y la extensión de la urbanización. Con las temperaturas subiendo y los niveles mundiales de agua cayendo, el suministro y la demanda global de alimentos están en precario equilibrio.

Las reservas de grano del mundo están cerca de los niveles absolutos más bajos, y hay pocas superficies cultivables ociosas que se puedan recuperar para la agricultura. Transformar cultivos alimenticios por la producción de combustible podría tensar aún más la situación del suministro de alimentos y hacer subir los precios, oponiendo a opulentos dueños de automóviles contra consumidores de alimento con rentas bajas.

Producir etanol no es suficiente

No obstante, con las demandas energéticas del mundo incrementándose, los biofueles resolverán solamente una fracción de las necesidades del combustible a menos que haya mejoras substanciales en la economía de combustible de los vehículos. Afortunadamente, las tecnologías requeridas son disponibles y comprables. Transformando la producción de vehículos tradicionales a los híbridos gas-eléctricos, -como los que ya existen en el mercado hoy-, y reduciendo el peso y la fricción, se disminuiría el uso del combustible varias veces.

La adición de una batería adicional y de una unidad de enchufe a los vehículos híbridos, permitiría que los viajes cortos se realizaran usando solamente energía eléctrica, -producida preferiblemente a partir de aerogeneradores-, harían reducir la demanda de combustible a niveles que se podrían resolver únicamente con el etanol.

El aumento del protagonismo del etanol en satisfacer la demanda de combustible requerirá investigación y el desarrollo de mejores tecnologías para la conversión de biomasa-etanol, junto con una ayuda legislativa constante para dar soporte a la producción del biofuel y a una mayor eficacia en el uso del combustible por parte de la industria del automóvil.

Desplazar los subsidios gubernamentales en el campo de la energía, por ejemplo los dedicados a la exploración petrolífera por la promoción del desarrollo de la tecnología del biofuel, es una opción clara ya que los nuevos yacimientos de petróleo se muestran cada vez más evasivos. Con una economía de combustible mejorada en el vehículo y el uso de materias de base celulósicas más eficientes, el biofuel tiene el potencial de proveer una parte substancial del combustible automotor del mundo.

Los cultivos de energía futuros

Si el etanol debe convertirse en una parte importante de las fuentes de combustible del mundo sin competir con el alimento y los bosques, su fuente primaria no será el maíz ni las cosechas de azúcar; serás materias primas de base celulósica, más abundantes y eficientes en su cultivo, tales como residuos agrícolas y del bosque, hierbas, y árboles de crecimiento rápido.Se están desarrollando prometedoras nuevas tecnologías que utilizan enzimas para romper la celulosa y liberan los azúcares de las plantas para la fermentación en etanol. Una planta de la demostración que usaba esta tecnología se abrió en Canadá el año pasado, y se espera que la producción a gran escala sea comercialmente viable antes de 2015.

Los residuos agrícolas, tales como tallos del maíz, paja del trigo, y tallos del arroz, normalmente se dejan en el campo, son arados, o quemados. Recolectar apenas una tercera parte de estos residuos agrícolas para destinarla a la producción de biofuel permitiría que los granjeros cosecharan una clase de segunda cosecha, aumentando su renta agrícola mientras que se podría dejar suficiente materia orgánica para mantener la salud del suelo y prevenir la erosión.

Los residuos agrícolas que se podrían cosechar sosteniblemente en Estados Unidos hoy, por ejemplo, podrían rendir a 14.5 mil millones galones de etanol, -cuatro veces la producción actual-, sin demandas adicionales de superficie de tierra.

Los "cultivos de energía," por ejemplo hierbas robustas y árboles de crecimiento rápido, tienen producciones más altas del etanol y balances energéticos mejores que las cosechas de almidón convencionales. Un candidato probable es la switchgrass, una alta hierba perenne usada por los granjeros para proteger la tierra contra la erosión.

Requiere escasos fertilizantes, herbicidas y una irrigación mínima, pero rinde de 2-3 veces más etanol por acre que el qué produce el maíz. Estas cosechas podrían potencialmente ser cosechadas en tierras marginales, evitando la conversión de áreas de cultivo o de bosques sanos a la producción de cultivos de energía.

Datos Económicos del Etanol

El etanol es económicamente competitivo ahora. De acuerdo a un reporte del 2005 emitido por el Departamento de Agricultura, el costo promedio de producción del maíz de etanol es de $2,53, o varias veces lo que cuesta producir un galón de gasolina. Sin los subsidios, los costos aún serían más altos. Un estudio del pasado otoño del Instituto Internacional para el Desarrollo Sustentable descubrió que los subsidios para el etanol constituyen entre $1,05-$1,38 por galón, o entre 42 y 55 por ciento del precio del etanol en el mercado.

El etanol reduce los precios de la gasolina. Si usted vivía en California o en las otras áreas que usaron gasolina reformulada el verano pasado (esa es la gasolina ambientalmente “limpia” requerida para las áreas con problemas de contaminación, y es ahí donde gran parte del etanol fue utilizado) puede que haya pagado hasta 60 centavos más por galón de gasolina de lo que hubiese pagado de lo contrario.

Eso es porque el gobierno federal requirió que las refinerías petroleras usaran 4.000 millones de galones de etanol en el 2006 sin importar el precio, y los precios en las estaciones de gasolina el verano pasado reflejaron el hecho de que el etanol costó el doble que la gasolina convencional.

Preguntas acerca del Etanol

¿Es rentable energéticamente producir etanol?

Para producir un litro de etanol de almidón hace falta la energía correspondiente a solo medio litro. Pero la ganancia puede ser del triple o del quíntuple con el etanol de celulosa, según Lars Nilsson, de la Universidad de Lund (Suecia).

¿Cuánto etanol hace falta para igualar la energía de un litro de gasolina?

Un litro y medio, o sea, un 50% más. Pero el etanol es más eficiente en el motor: con el compuesto E85 (85% de etanol y 15% de gasolina) el consumo de combustible es solo un 30% más. Con una mezcla del 5% de etanol en la gasolina el consumo no aumenta.

¿Qué contamina más, la gasolina o el etanol?

La combustión de etanol produce emisiones de CO2 y vapor de agua similares a las de la gasolina. La diferencia fundamental es que, mientras el CO2 del petróleo lleva millones de años enterrado, el CO2 del etanol es el que habían fijado las plantas en su desarrollo. Por eso cultivar vegetales para obtener etanol da un balance neto nulo de emisiones de CO2.

Otra ventaja es que la biomasa, a diferencia del petróleo, no contiene azufre y otros gases contaminantes.

¿Cómo se distribuye el etanol?

Se puede usar la red de distribución de la gasolina, puesto que es líquido, con una salvedad: el etanol es soluble en agua, así que hay que transportarlo en tanques protegidos de la lluvia.

¿Puede usarse etanol en cualquier vehículo como sustituto de la gasolina?

Sólo en mezclas de gasolina con un 5% de etanol como máximo. Hay motores diseñados para admitir ambos combustibles: los flexible-fuel, comercializados en EE UU y en Brasil.

¿Qué es más caro, la gasolina o el etanol?

En Brasil el combustible de etanol de caña de azúcar cuesta el equivalente a 35 y 50 dólares en precios de petróleo; frente a los 63 dólares que cuesta el barril de Brent. En Suecia el coste de producción del etanol es más del doble que en Brasil.

Etanol recurso renovable

El etanol es un combustible renovable. De acuerdo a un grupo de académicos de la Universidad de California en Berkeley quienes publicaron en la revista Science del año

pasado, un artículo, entre el 5 por ciento y 26 por ciento del contenido de energía del etanol es “renovable”. El balance de la energía del etanol, en realidad viene de la abundante cantidad de carbón, gas natural y poder nuclear que son necesarios para producir maíz y procesarlo para convertirlo en etanol.

El etanol reduce la contaminación del aire. Una revisión de la literatura realizada por el académico australiano Robert Niven concluyó que cuando las emisiones que se evaporan son tomadas en cuenta, E10 (el combustible que es 10 por ciento etanol y 90 por ciento gasolina, la mezcla común) aumenta las emisiones totales de hidrocarburos, compuestos orgánicos no metánicos, y tóxicos en el aire comparado con la gasolina convencional. El resultado es una mayor concentración de smog fotoquímico y de compuestos tóxicos.

El etanol reduce las emisiones de gas de invernadero. En el mejor de los casos, E10 reduce las emisiones de gas de invernadero por entre un 0 y un 5%; el etanol puro por un 12 por ciento. La Agencia Internacional de la Energía, sin embargo, estima que cuesta cerca de $250 reducir una tonelada de gases de esta manera, o más de 10 veces lo que el economista de Yale, William Nordhaus piensa que es económicamente sensible dada la economía del cambio climático. El etanol como una política para combatir el calentamiento global es lo que los académicos denominan como “habladurías de locos”.

Los subsidios para el etanol son necesarios para “igualar el territorio de competición”. Los subsidios para el petróleo constatan menos que $1.000 millones al año (entre seis y ocho veces menos que los subsidios al etanol) y resultan en un subsidio de alrededor de $0,3 por galón.

Conclusiones

En resumen se puede decir que el etanol es una solución viable a mediano plazo para la

sustitución de la gasolina como combustible en los vehículos de motor, se debe esperar a

que se implemente un mayor interés por parte de algunos países así como el desarrollo

paulatino de motores que utilicen el etanol.

Conforme se vayan incrementando los países y vehículos que usen el etanol como opción

de combustible el costo de transporte y el impacto ambiental se reducirá

considerablemente aunado a un incremento en la producción más económica del etanol.