Contaminación ambiental por el Bioetanol

Impacto ambiental del bioetanol a partir de la caña de azúcar

Jair Ruiz Canseco

INDICE DEL CONTENIDO

1.- Introducción

1.1 Antecedentes

1.2 Problema

1.3 Objetivos

2.- Marco Teórico

3.- Metodología de la investigación

4.- Presentación de resultados

5.- Conclusiones y Recomendaciones

6.- Anexos

7.- Fuentes de información

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Contaminación ambiental por el Bioetanol

Impacto ambiental del bioetanol a partir de la caña de azúcar

Jair Ruiz Canseco

INTRODUCCIÓN

El interés mundial por el desarrollo de los biocombustibles se empezó a incrementar hacia mediados de la presente década, en el marco de una preocupación más amplia para el desarrollo de fuentes nuevas y más limpias de energía, que permitan avanzar en la superación del paradigma energético actual, basado en los combustibles fósiles. En ese escenario destaca el

Brasil, cuyo programa de bioetanol de caña de azúcar presenta resultados interesantes, desde la investigación de variedades de caña de mayor rendimiento, hasta la fabricación de motores que funcionan con cualquier mezcla de gasolina y etanol.

Petróleo, gas natural y sus derivados representan el 55% del consumo mundial de energía. Son esos combustibles los que permiten la existencia de los medios de transporte rápidos y eficientes que tenemos hoy, así como gran parte de las actividades industriales. Lamentablemente, ellos no van a durar más que algunas décadas: como combustibles fósiles, sus reservas son finitas, la seguridad de abastecimiento es problemática para muchos países que los importan y su uso es la principal fuente de los gases que están provocando cambios climáticos y el calentamiento global.

Es preciso, entonces, encontrar sustitutos para esos combustibles. Nada más racional que producirlos en base a materia orgánica renovable (biomasa), a partir de la cual en un pasado distante, la naturaleza produjo los combustibles fósiles que utilizamos en la actualidad. Una de las opciones es el etanol, un excelente sustituto para la gasolina, principal combustible usado en automóviles en el mundo.

Hoy en Brasil, el etanol producido de caña de azúcar ya sustituye la mitad de la gasolina que sería usada si no existiera y su costo es competitivo sin los subsidios que viabilizaron el programa inicialmente. Eso se logró en cerca de 30 años a partir de la creación del Proálcool, programa lanzado en el país a mediados de la década de los setenta para reducir la dependencia de la importación de petróleo.

Consideraciones económicas de la industria del azúcar también influenciaron en el establecimiento del programa, pero preocupaciones de carácter ambiental y social no tuvieron un papel significativo en ese momento.

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En los Estados Unidos, gran productor mundial de etanol a base de maíz, el programa es más reciente y sus justificaciones son la eliminación de aditivos en la gasolina y la reducción de las emisiones de gases que provocan el calentamiento global. En los países de Europa Occidental también se usa etanol producido del trigo y de la remolacha. En esos países el costo del etanol es de dos a cuatro veces más elevado que en Brasil y subsidios internos y barreras aduaneras protegen las industrias locales, impidiendo la importación del etanol de Brasil.

Esto viene creando resistencias de algunos grupos, que asocian el etanol (y el biodiesel, producido en cantidades menores) a un falso dilema, que es el de la producción de alimentos versus combustibles. Ese argumento no se sustenta si observamos que la producción de etanol en el mundo, de cerca de 50 mil millones de litros por año, utiliza 15 millones de hectáreas, o sea, el 1% del área en uso por la agricultura en el mundo, que es de 1,5 mil millones de hectáreas.

ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE

El consumo de combustibles fósiles provocará un calentamiento medio de 8 grados

Estos son los impactantes resultados de las simulaciones del clima y del ciclo de carbono llevadas a cabo por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence-Livermore. Usando un modelo acoplado del clima y del ciclo de carbono para estudiar los cambios globales que los afectan, los científicos han encontrado que la Tierra se calentará 8 grados Celsius si los humanos usamos de aquí hasta el año 2300 todos los combustibles fósiles disponibles en el planeta.

Este salto de la temperatura tendría consecuencias alarmantes para los casquetes de hielo polares y el océano, como bien señala el autor principal del estudio, Govindasamy Bala.

En las regiones polares la temperatura subiría más de 20 grados Celsius, haciendo que las tierras en la región cambiasen de hielo y tundra a bosques boreales.

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Y esta estimación de temperaturas es optimista, porque el modelo no tomó en consideración los cambios en el uso de la tierra, tales como la deforestación y la construcción de ciudades en áreas silvestres periféricas.

Hoy, los niveles de dióxido de carbono atmosférico son de 380 partes por millón (ppm). Para el año 2300, el modelo predice que esa cantidad se cuadruplicará hasta casi 1.423 ppm.

En las simulaciones, el suelo y la biomasa viva son sumideros netos de carbono, que extraerían una cantidad significativa de dióxido de carbono, el cual de otro modo permanecería en la atmósfera, como producto de la quema de combustibles fósiles. Sin embargo, el escenario real podría ser peor. Los ecosistemas terrestres podrían no tomar tanto dióxido de carbono como asume el modelo. De hecho, en el modelo capturan mucho más carbono del que absorben en el mundo real porque la simulación no tiene en cuenta las limitaciones de nutrientes como el nitrógeno. Los investigadores tampoco tuvieron en cuenta los cambios en el uso de la tierra, tales como la tala parcial o total de los bosques.

El modelo muestra que la captura de CO2 por parte del océano empieza a disminuir en los siglos 22 y 23, debido al calentamiento del océano que origina emisiones fluctuantes del CO2 oceánico. Al océano le lleva más tiempo absorber el CO2 que a la biomasa y al suelo.

Para el año 2300, aproximadamente el 38 y el 17 por ciento del dióxido de carbono liberados de la quema de todo el combustible fósil serán capturados por la tierra y el océano, respectivamente. El restante 45 por ciento permanecerá en la atmósfera

RESERVA DE COMBUSTIBLES FOSILES-PETROLEO

Cuando los expertos realizan estimaciones sobre las existencias mundiales de combustibles fósiles, distinguen entre reservas y recursos. Se consideran reservas los depósitos de combustibles fósiles que ya han sido descubiertos y pueden ser utilizados de manera inmediata. Los recursos son depósitos que los geólogos sitúan en ciertas cuencas sedimentarias, pero que aún no han sido descubiertos. Las estimaciones de los recursos son menos exactas que las estimaciones de las reservas porque las primeras están basadas en la localización, extensión y

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formación de depósitos recuperados en cuencas geológicamente similares. En cualquier caso, ambas estimaciones son revisadas a medida que surgen datos sobre depósitos nuevos o ya existentes.

Las reservas de combustibles fósiles pueden dividirse en reservas probadas y reservas inferidas. Las reservas probadas son depósitos que ya han sido medidos, examinados y evaluados para la producción. Las reservas inferidas han sido descubiertas, pero no han sido medidas ni evaluadas.

El concepto de recursos de combustibles fósiles puede reducirse a recursos técnicamente recuperables. Ese concepto no toma en consideración si la extracción del depósito es económicamente viable, sino sólo si el combustible fósil puede ser recuperado utilizando la tecnología existente. Por definición, las existencias mundiales de combustibles fósiles aumentan a medida que los avances tecnológicos permiten que recursos que no eran recuperables sean extraídos y tratados

Los depósitos mundiales de combustibles fósiles son finitos. Algunos expertos utilizan datos sobre los depósitos para estimar cuántos años durarán las reservas mundiales de energía, teniendo en cuenta el consumo actual y el que se prevé para el futuro.

En 1997 las reservas mundiales de petróleo se estimaban entre 1,02 y 1,16 billones de barriles (entre 134.000 y 152.000 millones de toneladas). En 1996 el consumo mundial de petróleo había alcanzado 26.100 millones de barriles al año. Las reservas mundiales de gas natural en 1997 fueron estimadas entre 1.510 y 1.580 billones de metros cúbicos. En 1996 el consumo mundial de gas natural había alcanzado los 2,32 billones de metros cúbicos al año. En 1997 las reservas mundiales de carbón fueron estimadas en 1,04 billones de toneladas, y en 1996 el consumo mundial de carbón había alcanzado 4.690 millones de toneladas al año. Se estima que el consumo total de energía en el mundo subirá un 2,2% al año entre 1995 y 2015.

Se pueden desarrollar modelos teóricos para estimar cuántos años durarán las existencias mundiales de combustibles fósiles. Sin embargo, esos modelos están condicionados por los avances tecnológicos en la producción de energía, los descubrimientos inesperados de nuevos depósitos de combustibles fósiles y diversos factores políticos, sociales y económicos, que influyen en la producción y el consumo de energía. Como los combustibles fósiles se están consumiendo con mucha mayor rapidez de la que se producen en la corteza terrestre, la humanidad acabará agotando esas fuentes no renovables. Sigue siendo incierto cuándo llegará

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ese día, pero hay evidencias de que en algunas regiones se están agotando ciertos tipos de combustibles fósiles.

Planteamiento del problema:

*¿Qué impacto ambiental genera la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar?

Objetivo general:

Determinar el impacto que tiene en el medio ambiente la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar.

Objetivos específicos:

Evaluar las diferentes formas en las cuales el proceso de producción de bioetanol provoca efectos en el medio ambiente.

Analizar los efectos positivos y negativos que causan la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar.

Comparar el impacto ambiental ocasionado por la obtención del etanol a partir de la caña de azúcar con el impacto ocasionado por otros métodos de obtención del bioetanol.

Investigar otros métodos de obtención de bioetanol que tengan un impacto ambiental menor al causado por la obtención de bioetanol a partir de la caña de azúcar.

Hipótesis

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¿Es posible reducir la contaminación ambiental mediante la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar?

Si, ya que con este trabajo se quiere tratar de entender que los biocombustibles en especial el bioetanol es una gran alternativa para disminuir la contaminación ambiental.

MARCO TEORICO

Fundamentos de la bioenergía

En su acepción más rigurosa, la energía es la capacidad de realizar cambios, presentada bajo diferentes formas, como la energía térmica, la energía eléctrica y la energía química, pero siempre representando un potencial para causar transformaciones, ya sean naturales o determinadas por el ser humano. La energía química es la forma de energía que se genera a través de reacciones químicas en las que tienen lugar cambios de composición, transformándose los reactivos en productos, generalmente con liberación de calor. Por ejemplo, la energía química está disponible en los alimentos y en los combustibles, y se usa en los procesos vitales de los animales y de las personas, así como para mover vehículos, entre otros fines.

Un caso particular de energía química es la bioenergía, que se puede definir como cualquier forma de energía asociada a formas de energía química acumulada mediante procesos fotosintéticos recientes. En general, se denomina biomasa a los recursos naturales que poseen bioenergía y que se pueden procesar para obtener formas bioenergéticas más elaboradas y adecuadas para el uso final. Por lo tanto, serían ejemplos de fuentes de bioenergía la leña y los residuos de aserraderos, el carbón vegetal, el biogás resultante de la descomposición anaeróbica de los residuos orgánicos y otros residuos agropecuarios, así como los biocombustibles líquidos, como el bioetanol y el biodiésel, y la bioelectricidad, generada por la quema de combustibles como el bagazo de caña y la leña.

En el amplio contexto de la bioenergía, la producción de biocombustibles líquidos sirve para atender particularmente las necesidades de transporte automotor. Para estos fines, además de los biocombustibles, aún no existen, en la actualidad, otras alternativas renovables con madurez tecnológica y viabilidad económica suficientes. Los biocombustibles líquidos se pueden utilizar de manera bastante eficiente en motores de combustión interna que equipan los más diversos vehículos automotores y que se

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clasifican básicamente en dos tipos, dependiendo de la manera como inicia la combustión. Motores del ciclo Otto, con ignición a chispa, para los cuales el biocombustible más recomendado es el bioetanol; y motores del ciclo Diesel, en los cuales la ignición se logra por compresión y que pueden utilizar con buen desempeño el biodiésel. En ambas situaciones, los biocombustibles pueden ser usados puros o mezclados con combustibles convencionales derivados de petróleo. Es interesante observar que, en los primeros años de la industria automotriz, durante la segunda mitad del siglo XIX, los biocombustibles representaban la principal fuente de energía para los motores de combustión interna, con el uso del bioetanol por Henry Ford y del aceite de maní, por Rudolf Diesel.

Estos dos productos se reemplazaron, respectivamente, por la gasolina y el diésel a medida que los combustibles derivados de petróleo pasaron a ser abundantes y baratos, a partir del comienzo del siglo pasado. Los aspectos técnicos asociados al uso de etanol en motores se comentarán en el próximo capítulo.

La contribución de los combustibles fósiles convencionales a las emisiones de CO2 es muy relevante. En la Unión Europea (UE) el transporte es responsable del 21% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Teniendo en cuenta los problemas de cambio climático, el continuado incremento de los precios del petróleo y sus derivados, así como una preocupación cada vez mayor por garantizar el suministro de fuentes de energía primaria como el petróleo, la utilización de biomasa, y en particular los biocombustibles, para usos energéticos tiene cada vez mayor interés. Los biocarburantes son un sustituto directo e inmediato para los combustibles líquidos utilizados en el transporte y pueden ser fácilmente integrados en los sistemas logísticos actualmente en operación. Reemplazar un porcentaje, por ejemplo, de gasóleo y gasolinas de automoción por biocombustibles (biodiésel o bioetanol) es el camino más simple en el sector del transporte. En la actualidad en la UE se producen 35 millones de m3 de biocombustibles (bioetanol y biodiésel, principalmente).

El sector del transporte en la UE representa más del 30% del total de consumo de energía y depende en un 98% de combustibles fósiles. El incremento de este sector es la principal causa de que la UE no cumpla con los objetivos y compromisos del Protocolo de Kyoto; se espera que el 90% del incremento de las emisiones de CO2 entre 1990 y 2010 se atribuyan al sector del transporte.

Se estima que para el año 2030 un cuarto de los combustibles empleados en el transporte provendrán de biocombustibles. El desarrollo de los biocombustibles actuará como tractor y servirá para crear oportunidades y puestos de trabajo en sectores como el de los

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suministradores de biomasa, productores de biocombustibles y en el sector de la automoción.

A medio plazo se prevé un amplio desarrollo de los biocombustibles y para lograrlo es necesario dedicar recursos para la mejora de las tecnologías existentes, investigar y desarrollar a nivel comercial los llamados biocombustibles de segunda generación (a partir de biomasa lignocelulósica) y, por último invertir en el desarrollo de biorefinerías integradas a nivel industrial.

En cuanto a los países productores de estos biocombustibles, nuestro país la producción de de etanol es insipiente, debido a la poca inversión en esta área. Por lo que con este trabajo se pretende sustituir los combustibles que deteriora nuestro planeta.

GRAFICA Nº1: Suministro mundial de energía primaria (MT) 1971-2000

GRAFICA Nº2: Combustibles fósiles 79.5% de energía primaria

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GRAFICA Nº3: Consumo mundial de energía 2002

FUENTE: Energy Information Administration, October 2002

.

GRAFICA Nº4: Provisiones demanda mundial de energía primaria

FUENTE: IEA, WEO, 2000

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GRAFICA Nº5: Incremento de la demanda de energía

FUENTE: IEA, WEO, 2002

GRAFICA Nº6: El petróleo en el mundo (2001)

FUENTE: IEA, WEO, 2000

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FermentaciónHidrólisisAlmidón Azúcar Etanol

2CH3CH2OH(I) + 2CO2(g) + H2O(I)Enzimas

C6H12O6

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¿Qué es el Bioetanol?El Bioetanol es un alcohol elaborado a partir de fuentes biológicas y por tanto renovables, que sigue un mecanismo bioquímico similar al que se lleva a cabo en la producción de bebidas alcohólicas:

También se puede producir mediante la fermentación directa de productos azucarados:

Químicamente se le conoce como etanol o alcohol etílico, siendo su fórmula química CH3CH2OH. Es un líquido incoloro e inflamable, con sabor a quemado y olor agradable. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica. Industrialmente es el principal producto de las bebidas alcohólicas (Cerveza, Vino, Brandy, Vodka) (Wikipedia, 2008; Parés y Juárez, 1997).

El Bioetanol o etanol también se conocen por otros nombres, que pueden indicar la fuente de materia prima de la que procede o bien el propósito a que se le destina; p. ej. Los alcoholes de grano son alcoholes de derivados de cereales como trigo, maíz o arroz. El término alcohol de grano se emplea, a veces, para indicar alcohol etílico en contraste con el alcohol metílico (CH3OH) o metanol, que se fabrica por destilación destructiva de la madera, por síntesis o por otros medios. El alcohol de melazas es alcohol producido de melazas de azúcar de caña. El alcohol industrial es alcohol etílico usado para fines industriales. En este término se incluye el alcohol empleado como carburante en mezcla con gasolina o cualquier otro combustible (Prescott, 1966).

Características del Bioetanol.

El Bioetanol, como una sustancia química, presenta las siguientes características:

Punto de ebullición : 78,4º CPunto de fusión : -114,3º C

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Densidad : 0,810 g/cm3

Masa : 46,07 uTemperatura crítica : 240º CAcidez (pKa) : 15,9Solubilidad en agua : MiscibleDensidad óptica (nD

20) : 1,361LD50 : 7,060 mg/Kg (vía oral)

Este alcohol es miscible (mezclable) con agua y con la mayor parte de los disolventes orgánicos. Las disoluciones alcohólicas de sustancias no volátiles se denominan tinturas. Si la disolución es volátil recibe el nombre de “espíritu”.

Como producto biológico, el Bioetanol se caracteriza por provenir de una fuente biológica: biomasa, cultivos agrícolas (maíz, caña de azúcar, sorgo, etc.), desechos forestales; a partir de la fermentación alcohólica producida por diferentes microorganismos (Wikipedia, 2008; Parés y Juárez, 1997; Ricardo, 2008).

Usos del Bioetanol.

El Bioetanol, además de usarse con fines culinarios (bebidas alcohólicas), también se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales y en el sector farmacéutico, como principio activo o excipiente de algunos medicamentos y cosméticos (es el caso del alcohol antiséptico 70º GL y en la elaboración de ambientadores, perfumes, lacas, celuloides y explosivos). Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante (en radiadores de automóviles). Debido a su bajo punto de congelación, ha sido utilizado como fluido en termómetros para medir las temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio (-40º C).

También es usado en la obtención de derivados químicos: la oxidación del etanol produce etanal que a su vez se oxida a ácido etanoico. Al deshidratarse, el etanol forma dietiléter. Otros productos derivados del etanol son el butadieno, utilizado en la fabricación de caucho sintético, y el cloroetano, un anestésico local.

El uso más importante dado actualmente al Bioetanol es como Biocombustible para uso tanto industrial como doméstico. Es utilizado en la industria automovilística mezclado con gasolina, dando lugar al alconafta, gasohol y otras mezclas que entre otras cosas busca bajar la necesidad hacia los derivados de petróleo. También se usa en mezclas con la

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gasolina en concentraciones del 5 ó el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones en los motores actuales. Otra alternativa para su uso es en forma de aditivo de la gasolina como etil-terbutil éter (ETBE) (Ricardo, 2008; Wikipedia, 2008; García y García, 2006).

El Bioetanol como Biocombustible:

¿Qué es un Biocombustible?

Es el término con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa, organismos recientemente vivos o sus desechos metabólicos (como el estiércol de la vaca, p. ej.). Se entiende entonces por Biocombustible aquel combustible de origen biológico que no se ha fosilizado. Si no se añadiera la frase “no se ha fosilizado”, el petróleo, los carbones minerales (hulla, ligninos, turba, antracitas) y el gas natural serían considerados como biocombustibles, ya que su origen también es biológico; pero han sido fosilizados hace cientos de miles de años.

En última instancia, el origen de los Biocombustibles es la energía solar que es almacenada por algunos seres vivos en forma de Biocombustible (Sánchez y Castro, 1997; Camps et. al. 2002; Wikipedia, 2008).

¿Qué tipos de Biocombustibles existen?

Existen diferentes tipos de Biocombustibles, esto atendiendo a varios criterios.

De acuerdo a su origen los podemos clasificar en:

Origen del Biocombustible Especie o procedencia

Cultivos energéticosAgrícolas

Cardo, sorgo, miscanto, girasol, soya, maíz, trigo, cebada, remolacha, especies C4 agrícolas

Forestales Chopos, sauces, eucaliptos, robinias, acacias, especies C4 forestales

Restos de cultivos agrícolas

Cultivos herbáceos Paja, restos de cereales y otras especies herbáceas

Cultivos leñosos Olivo, vid, frutales de hueso, frutales de pepita y otras especies leñosas

Restos de tratamientos Podas, claras, Especies forestales de los montes

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selvícolas clareos, restos de cortas finales

Restos de industrias forestales

Industrias de primera transformación de la madera

Especies de madera nacional o importada utilizadas por estas industrias

Industrias de segunda transformación de la madera

Especies de madera nacional o importada utilizadas por estas industrias

Restos industriales agro-alimentarias Especies vegetales utilizadas en la industria de la alimentación

Restos de explotaciones ganaderas Animales de granja, domésticosRestos de actividades humanas Todo tipo de biomasas sólidas urbanas

De acuerdo a su aspecto físico los podemos clasificar en sólidos, líquidos y gaseosos, de la siguiente manera:

Aspecto Físico Biocombustible

Sólidos

Leñas y astillasPajas de cereales y biomasa de cardo, miscanthus, etc.Biocombustibles sólidos densificados (pelets y briquetas)Carbón vegetal

Líquidos

Líquido piroleñosoLíquido de hidrólisisBioetanol y bioalcoholesAditivos oxigenadosAceite vegetalMetiléster

Gaseosos Biogás de origen muy diverso

Los Biocombustibles más usados y desarrollados en la actualidad son el Bioetanol y el Biodiesel; ya que estos pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón. Otras alternativas como son el Biopropanol y Biobutanol son menos populares, pero no pierde importancia la investigación en estas áreas debido al alto precio de los combustibles fósiles y su eventual término (Sánchez y Castro, 1997; Camps et. al. 2002, Smith, 2006).

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Historia e importancia.

La utilización de los alcoholes como combustible ha pasado por varias etapas a través de los años. Los alcoholes, tanto metanol como etanol, se mezclaron con gasolina desde las primeras décadas del siglo XX. Antes de la Segunda Guerra Mundial llegaron a circular cuatro millones de vehículos con mezclas de alcohol – gasolina. La adición de alcohol se realizaba con la finalidad de estabilizar los precios de los alcoholes.

En los orígenes de la industria automovilística fue el principal combustible: los motores de ciclo Otto se diseñaron en principio para utilizarlo. Al finalizar la Guerra se desactivó el interés por el alcohol, además con el desarrollo de la industria basada en el petróleo los fabricantes de motores se decantaron por esta segunda opción. Cuando se temió por la estabilidad de estos mercados en los años 20 y el posterior embargo petrolífero del año 1973 (Crisis del Petróleo del ’73) se reactivó el interés y se volvió a invertir en el desarrollo del Bioetanol. El primer país que asumió este reto fue Brasil que a partir de ese año comenzó a mezclar etanol y gasolina en la proporción de 22:78, y se crea la Comisión Nacional de Alcohol. Por esos años se inicia en los Estados Unidos la preparación del gasohol (mezcla de gasolina + alcohol).

En 1979 Brasil produjo los primeros automóviles que podían funcionar con alcohol hidratado (95% de etanol y 5% de agua), en motores de ciclo Otto. Más tarde, en 1980 la mayor parte de los automóviles fabricados estaban diseñados para funcionar exclusivamente con etanol.

Para mediados de los años 80 se habían creado a nivel regional una serie de programas nacionales: Brasil, Argentina, Paraguay, tendientes a garantizar una evolución sostenida en la sustitución parcial de la gasolina. El más exitoso fue el Brasil donde para 1986 existían más de 2,5 millones de automóviles circulando con alcohol etílico hidratado.

Hasta los años 80 la principal motivación para la producción de etanol fue su uso como combustible alternativo para la automoción, y así disminuir la dependencia de las importaciones de crudo y minimizar el impacto que las fluctuaciones del mercado ocasionan en los precios. A partir de mediados de los 80, a esta motivación se ha unido las políticas de mejoras medioambientales, principalmente en lo relativo a emisiones gaseosas. El creciente interés que han generado en los últimos años los problemas derivados del cambio climático, producido por las emisiones de gases de “efecto invernadero”, ha hecho que se busquen combustibles más respetuosos con el medio

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ambiente. Al igual que en el caso del Biodiesel, la combustión del Bioetanol produce el mismo CO2 que absorbió la planta durante su crecimiento, si se exceptúa el emitido debido a la actividad energética necesaria en el proceso de su producción, por lo que algunos autores dicen que el balance es cero, en cuanto a las emisiones de CO2.

Bioetanol como combustible vehicular.

Históricamente, el primer vehículo que se diseñó para el uso de etanol fue una variante del Modelo T de Henry Ford, que estaba pensado para ser utilizado en las granjas, de forma que sus propios dueños pudieran producir el alcohol a partir de la fermentación del maíz. Posteriormente se desarrolló el Modelo A, que también podía usar tanto etanol como gasolina. Las primeras empresas automovilísticas en adaptar los motores de sus autos para el uso de alcohol como combustible fueron la Volkswagen, Fiat, Ford y General Motors. El primer automóvil en funcionar con un combustible 100% alcohol fue el Fiat 147 en 1978 (Wikipedia, 2008; García y García, 2006; Salinas y Santillana, 1992).

Actualmente, para que los vehículos de explosión puedan funcionar con Bioetanol es necesaria una serie de modificaciones, que incluyen el depósito, las conducciones de combustible, los inyectores, el sistema informático de gestión del motor y el sistema anti-sifón. En los últimos años se han desarrollado una serie de vehículos capaces de funcionar tanto con gasolina como con etanol o una mezcla de ambos; éstos son los llamados Flexible Fuel Vehicles (FFV) o vehículos “Flex”. Estos automóviles disponen de un sensor que detecta la relación etanol/gasolina y en función de la mezcla ajustan la carburación del motor. La utilización del etanol modifica la mezcla de aire y combustible tratando de mantener la potencia y el consumo del automóvil en un valor óptimo (García y García, 2006).

El resurgimiento del Bioetanol como combustible se produjo en mayo de 2003, cuando la Volkswagen montó una línea de producción para automóviles de combustible flexible, resultando en el Gol 1.6 "Total Flex". Dos meses después la Chevrolet ofreció en el mercado el Corsa 1.8 "Flexpower", utilizando un motor desarrollado en consorcio con la Fiat llamado "PowerTrain". Para 2005, los fabricantes que producen vehículos "flex" incluyen las automotrices Chevrolet, Fiat, Ford, Peugeot, Renault ,Volkswagen, Honda, Mitsubishi, Toyota y Citröen (Cortés, 2008).

Bioetanol como combustible único:El etanol, como combustible único, es utilizado principalmente en Brasil y Argentina. Su uso con temperaturas inferiores a 15ºC pude dar lugar a problemas de encendido, para

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que esto no ocurra el método más común de solucionarlo es añadirle una pequeña parte de gasolina. La mezcla que se usa más ampliamente es el E85 que está compuesto de un 85% de etanol y un 15% de gasolina.

Desafortunadamente el etanol contiene menos energía por litro que las gasolinas, con lo que su rendimiento es menor, pudiendo llegar hasta un 30% menos, principalmente en modelos antiguos, cuando se utiliza el E85. Saab produce el modelo 95 turboalimentado que asegura una mayor economía que los motores de gasolina, utilizando una mayor relación de compresión, ofreciendo rendimientos semejantes a sus equivalentes con combustibles convencionales.

El etanol tiene un octanaje mucho mayor que la gasolina –entorno a 110- lo que hace que no se queme de forma tan eficiente en los motores convencionales. El uso continuado de combustibles con una alta proporción de etanol, como el E85, produce corrosiones en el metal y en las piezas de goma (García y García, 2006; Salinas y Santillana, 1992; Camps et. al. 2002).

Mezcla directa de Bioetanol y gasolina:Los motores de encendido pueden funcionar con mezclas de hasta el 25% de alcohol deshidratado sin que sean necesarias modificaciones en el motor. No obstante su rendimiento varía respecto al combustible convencional. Estas son algunas de las diferencias:

Reducción de la potencia y el par motor (aproximadamente un 2% para mezclas al 15%)

Aumento del consumo (4% para mezclas del 15%) Aumento de la corrosión de las partes metálicas y componentes de

caucho.

Sin embargo, si se ajusta el motor aumentando la relación de compresión, y adaptando la carburación a la nueva relación estequiométrica, se consigue una mayor potencia y par motor (9% con una mezcla del 20% de alcohol), mejora el rendimiento térmico y reduce el consumo (7% con respecto a lo que se obtendría solo con gasolina) y una combustión más perfecta, con menor índice de carbonización y emisión de gases contaminantes (reducción de CO y HC a medida que aumenta el porcentaje de alcohol en la mezcla).

Brasil es el país que más ha experimentado con la mezcla de alcohol y gasolina, aumentado su proporción hasta un valor del 25%, como se ve en la siguiente progresión:

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1977 4.5% 1979 15% 1981 20% 1985 22% 1998 25% Desde el año 2002 entre el 20 y el 25%

Otros países que utilizan estas mezclas son Nicaragua, EE.UU., Colombia, Argentina, Australia e India, por poner algunos ejemplos.

Sin embargo, el límite máximo de etanol en Europa está limitado por la especificación del contenido en oxígeno de 2.7%, que supone limitar el uso del etanol al 7.8%. No se proporciona ninguna excepción para la mezcla de etanol por encima del 7.8%. En algunos países europeos se utiliza normalmente una mezcla del 5% de etanol (García y García, 2006; Wikipedia, 2008; Camps et. al. 2002; Vásquez y Dacosta, 2006; Smith, 2006).

El Bioetanol como aditivo de las gasolinas: ETBEOtra alternativa para el uso del bioetanol como combustibles es transformarlo para su utilización en aditivo de la gasolina, en lugar de cómo su sustituto. Con la introducción de las gasolinas sin plomo, necesarias por el uso de catalizadores para la disminución de las emisiones nocivas, se vio afectado el número de octano de la gasolina. Para recuperar el octanaje y reducir las emisiones contaminantes se añadieron aditivos oxigenantes tales como el metanol, etanol, terbutil alcohol (TBA) o el metil-terbutil éter (MTBE).

En los últimos años el etil-terbutil éter (ETBE) se está imponiendo sobre los otros aditivos por ser sus emisiones de hidrocarburos menos tóxicas, debido a que el acetaldehído es mucho menos tóxico que el formaldehído, además de poderse obtener a partir de recursos renovables en lugar del petróleo, como el MTBE. Además, el ETBE es mucho menos soluble en agua que el MTEB, lo que disminuye la posibilidad de contaminar las aguas.

El ETBE presenta dos grandes ventajas sobre el Bioetanol: su menor afinidad con el agua y una presión de vapor más adecuada que el alcohol, además de no requerir modificaciones en los motores actuales. Por estas razones su uso se está imponiendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla con la gasolina. En España, por ejemplo, todo el Bioetanol dedicado a la automoción es convertido a ETBE.

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El ETBE se obtiene por reacción catalítica de isobuteno y etanol, en una proporción de 1:0,8, resultando un compuesto con unas cualidades superiores al MTBE y los alcoholes.

El ETBE es un buen sustituto del MTBE, que se puede producir en las plantas donde actualmente se produce el MTBE. En España y en Francia se está usando en mezclas de hasta un 15% del volumen de gasolina (ETBE15). Además el MTBE es un producto nocivo y que está comenzando a prohibirse en algunas zonas, como puede ser el caso del Estado de California, en EE.UU. (García y García, 2006; Vásquez y Dacosta, 2006; Salinas y Santillana, 1992).

Comparación de la gasolina con el ETBE*Características Gasolina “súper” ETBEDensidad (Kg/L)Volatilidad (tensión de vapor en bares)Índice de octano MON RONPCI en volumen (KJ/L)PCI en masa (KJ/Kg)

0,720 a 0,7700,7 a 0,8859532.02042.908

0,7400,399/104117/11926.64036.000

*Obtenido de Camps et. al. 2002.

Como aditivo que mejora la ignición de motores diesel:La mezcla etanol-diesel, mejor conocido como E-diesel, contiene hasta un 15% de etanol. Comparado con el diesel normal, el E-Diesel (nombre comercial utilizado para este producto) reduce perceptiblemente las emisiones de partículas y otros contaminantes y mejora las características del arranque en frío. Se encuentra actualmente en la etapa de desarrollo y no se comercializa actualmente. El uso de E-diesel amplía aún más el mercado para las aplicaciones del etanol (García y García, 2006).

Ventajas y desventajas.

Biocombustibles*Ventajas Desventajas

- No incrementa los niveles de CO2 en la atmósfera, con lo que se reduce el peligro del efecto invernadero.

- Proporciona una fuente de energía

- El costo de producción de los Biocombustibles casi dobla al del de la gasolina o gasóleo (sin aplicar

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reciclable y, por lo tanto, inagotable.- Revitalizan las economías rurales, y

generan empleo al favorecer la puesta en marcha de un nuevo sector en el ámbito agrícola.

- Se podrían reducir los excedentes agrícolas que se han registrado en las últimas décadas.

- Se mejora el aprovechamiento de tierras con poco valor agrícola y que, en ocasiones, se abandonan por la escasa rentabilidad de los cultivos tradicionales.

- Se mejora la competitividad al no tener que importar fuentes de energía tradicionales.

impuestos). Por ello, no son competitivos sin ayudas públicas.

- Se necesitan grandes espacios de cultivo, dado que el total de la plantación sólo se consigue un 7% de combustible. Por ejemplo, en España habría que cultivar un tercio de todo el territorio para abastecer sólo su demanda interna de combustible.

- Potenciación de monocultivos intensivos, con el consiguiente uso de pesticidas y herbicidas.

- El combustible precisa de una transformación previa compleja. Además, en los bioalcoholes, la destilación provoca, respecto a la gasolina o al gasóleo, una mayor emisión en CO2.

- Su uso se limita a un tipo de motor de bajo rendimiento y poca potencia.

*Adaptado de Núñez y García, 2006.

Alcoholes*Ventajas Desventajas

- Mejores prestaciones globales.- Incremento del par y valor energético

por unidad de volumen de mezcla.- Combustión más completa, y

menores residuos en general.- Aumentaría el número de puestos de

trabajo en el campo.- Mejor distribución de la riqueza.

- Mayor consumo, debido al menor poder calorífico.

- Emisión de aldehídos, y posible contenido en ácido sulfúrico.

- Problemas de almacenamiento, sobre todo con el metanol.

*Adaptado de Camps et. al. 2002 y Smith, 2006.

Barreras en el uso del Bioetanol:

Las dos principales barreras pasa su uso son las siguientes:

Afinidad con el agua:Los sistemas de transporte y almacenamiento deben estar totalmente libres de agua. Incluso pequeñas cantidades de agua en las mezclas etanol-gasolina pueden producir su separación en dos fases, lo que reduce el rendimiento del motor. El etanol puede actuar

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como un disolvente que facilita la incorporación de agua a las mezclas de etanol-gasolina. El agua se puede almacenar en pequeñas cavidades de los sistemas con hidrocarburos, tales como cañerías, depósitos o sistemas de alimentación. Esta agua, a menudo, contiene impurezas que normalmente no ocasionan problemas debido a que no se mezcla con los combustibles y se pueden drenar periódicamente. La mezcla de gasolina con etanol puede arrastrar esta agua e incorporarlo al combustible.

Debido a los problemas con el agua, se prefiere no transportar estas mezclas por tuberías, usando en su lugar camiones para llevar el Bioetanol hasta los puntos de distribución, principalmente en EE.UU.

Presión de vapor:Aunque el Bioetanol tiene una relativamente baja presión de vapor, cuando se utiliza como aditivo de la gasolina su presión de vapor efectiva es muy alta, llegando a un valor RVP (Reid Vapor Presure) de 18 psi (124 KPa), lo cual representa una desventaja para su uso. Cuando el Bioetanol se añade a una gasolina formulada adecuadamente, los hidrocarburos con bajo punto de ebullición, como butanos o incluso pentanos, deben ser reducidos para cumplir con las especificaciones de presión de vapor.

Valores bajos de presión de vapor reducen las emisiones debidas a la evaporación, en los procesos de llenado de los tanques y almacenamiento del combustible. Debido a estos beneficios ambientales es de esperar que las especificaciones de este parámetro sigan manteniéndose bajas. En algunos casos, para cumplir especificaciones, es necesario eliminar también el pentano. Esto supone un encarecimiento del proceso de producción de mezclas de etanol y gasolina, por lo que las compañías consideran impracticable reducir más la presión de vapor (García y García, 2006).

LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL:

IMPACTO AMBIENTAL DEL PARQUE AUTOMOTOR:

Uno de los más grandes problemas que agobia a la humanidad y que queda aún por resolver, al final del siglo XX, es sin duda la contaminación del medio ambiente, provocada, en gran medida, por el hombre mismo.

El aumento del consumo de combustibles fósiles por la industria, la concentración de la población en áreas urbanas, la continua y acelerada deforestación de bosques y tierras y

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el advenimiento de vehículos con motor de combustión han empeorado el problema rápida y paulatinamente. Pero, sin lugar a dudas, el motor de gasolina ha sido y es el principal agente contaminador.

Los automóviles producen en los Estados Unidos de Norte América las ¾ partes del monóxido de carbono, casi todos los hidrocarburos, aproximadamente la mitad de los óxidos de nitrógeno y casi el 40 % de las emisiones tóxicas, incluyendo a las fuentes naturales, provienen del transporte automotor.

Los efectos de la contaminación ambiental sobre el ser humano y sobre los seres vivos son devastadores; las emisiones tóxicas de los motores de automóvil ocasionan desde problemas leves, como son dolores de cabeza, reducción de la capacidad de reacción y concentración, falta de visibilidad, ennegrecimiento de los edificios y monumentos, hasta serios trastornos en la salud y enfermedades crónicas de las vías respiratorias, pulmones, corazón, sistema digestivo, cerebro, etc.

Los estudios relativos al tema han demostrado que el estado de los enfermos de asma, bronquitis, laringitis, faringitis, enfisema, entre otras enfermedades, mejoran cuando descienden los niveles de contaminación del aire, y que empeoran cuando éstos se elevan.

En todo el gran desastre producido por la contaminación del aire, el índice más elevado de mortalidad acontece en los grupos humanos más vulnerables: los niños, los ancianos y las personas que padecen de trastorno bronco pulmonar y cardiaco. Incluso, estudios e investigaciones serias dan indicios de la acción desencadenante de los gases tóxicos sobre el cáncer, leucemia, malformaciones óseas y genéticas en el feto humano.

Ciertamente, la humanidad ha tardado mucho en darse cuenta del daño, en muchos casos, irreparable que causa su actividad en el planeta, y recién comenzó a apreciar la atmósfera limpia estableciendo y practicando normas anticontaminantes.

Desde la aparición del fenómeno llamado "smog" fotoquímico (humononiebla fotoquímica) en la década de los sesenta, que ganó su reputación originalmente en la ciudad de Los Ángeles, pero que ha ganado igualmente mala fama en casi todas las grandes metrópolis del mundo, se han impuesto normas anti polución, las cuales difieren de una jurisdicción a otra, pero que todas progresivamente van siendo cada vez más severas, y la tendencia es establecer niveles permisibles para cada una de las sustancias

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tóxicas.

Es así, por ejemplo, que las normas federales de los EUA sobre las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos, medidas en el escape de los automóviles, son en la actualidad, aproximadamente, la sétima y doceava parte, respectivamente, de lo que fue permitido a principios de 1960.

Esta misma tendencia, afortunadamente, se observa también en los países de la Comunidad Europea, el Japón, en los demás países desarrollados e incluso en muchos países en vías de desarrollo.

A pesar de esta mayor rigurosidad de las normas de control de las emanaciones tóxicas, sin embargo, aún son insuficientes puesto que no se controlan todas las emisiones, sino principalmente cuatro: monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno y humo.

En los Estados Unidos de Norte América, para la homologación de nuevos modelos de automóviles se exige, desde hace unos años, la aprobación de una prueba denominada Shed Test que analiza las fugas y la emisión misma de vapores de combustible.

Hay que tomar en cuenta también un factor muy importante que es la falta de conciencia ecológica de la ciudadanía y de los conductores de vehículos, de no exigir un mejor control del nivel de las emisiones tóxicas, así como de evitar el aumento de éste. Al sector productivo también le compete una gran responsabilidad de adecuarse a los programas de protección del medio ambiente.

Por último, es importante señalar que el problema de la contaminación ambiental nos concierne a todos.

Es necesario y urgente que se establezcan medidas que mitiguen el efecto de la polución, así como de establecer una legislación y normas adecuadas a nuestro medio, pero que se cumplan estricta y rigurosamente por todos.

La contaminación ambiental está llegando a tales extremos en el mundo, que el ser humano parece estar empeñado en destruir el ambiente donde vive, en una actitud

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suicida; pero mientras que en otros países se están tomando medidas muy serias para prevenir y controlar la contaminación, en el nuestro sólo existen acciones aisladas.

BIOETANOL

El bioetanol es un alcohol obtenido destilando los hidratos de carbono (glúcidos, azúcares y almidones) provenientes de la materia orgánica, principalmente de cereales (maíz, trigo, cebada, centeno, sorgo), cultivos con alta composición de azúcares (remolacha dulce, caña de azúcar), materia prima de residuos de procesos industriales, agrícolas o forestales con un alto contenido de biomasa y otros producidos específicamente para su obtención. El bioetanol se emplea en mezclas de distinta concentración para obtener biocombustibles que sean menos contaminantes, siendo las más comunes el e5, e10 y e85 (gasolina con un 5% de etanol, 10% y 85% respectivamente).

El bioetanol es un biocombustible y como tal renovable, a diferencia del petróleo que es un combustible fósil. Los biocombustibles son aquellos carburantes “ecológicos” que substituyen en mayor o menor parte el uso de la gasolina en el transporte. El empleo de estos biocombustibles tiene como objetivo principal el reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que sobrecalientan la superficie terrestre y aceleran el cambio climático. Adicionalmente, se persigue una segunda meta que es la menor dependencia de las importaciones de crudo. Al consumir bioetanol se impulsa la actividad agrícola e industrial y se aumenta el grado de autosuficiencia energética de nuestro país. En España se encuentra la primera empresa productora de bioetanol a nivel europeo existiendo en nuestra geografía varias plantas productoras. Aquí se produce, aquí se consume.

Existen varias opciones que utilizan un producto u otro como substituto de la gasolina. Así es el caso de los coches y autobuses que emplean Gas Natural; los coches híbridos que funcionan usando electricidad y gasolina alternativamente; y los biocombustibles, que son mezclas de bioetanol y gasolina, o bien de aceites vegetales y diesel.

LICUEFACCIÓN

Licuefacción de los gases o licuación es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido, por acción de la temperatura y el aumento de presión, llegando a una sobrepresión elevada, hecho que diferencia a la licuefacción de la condensación.

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La licuefacción de gases incluye una serie de fases utilizada para convertir un gas en estado líquido. Los procesos se utilizan para fines científicos, industriales y comerciales. Muchos de los gases se pueden poner en estado líquido a presión atmosférica normal por simple refrigeración y otros como el dióxido de carbono, requieren presurización.

La licuefacción de los gases es un proceso complicado que utiliza diferentes compresiones y expansiones para lograr altas presiones y temperaturas muy bajas, utilizando por ejemplo turboexpansores.

SACARIFICACION

Los almidones, hemicelulosas y celulosas, se deben hidrolizar y convertir en azúcares fermentescibles, mediante agentes químicos o enzimáticos, antes de poderlos usar en ciertas aplicaciones industriales como la producción de etanol. Una gran variedad de métodos se pueden usar para convertir carbohidratos complejos en materiales relativamente simples. Los almidones naturales, que son polímeros de la glucosa, están compuestos por dos fracciones: la fracción amilosa, polímero lineal y la fracción amilopectina que es un polímero ramificado.

Los métodos para sacarificar materiales amiláceos implica el uso de preparaciones enzimáticas, ácidos diluidos, o una combinación de ambos. Entre las preparaciones enzimáticas que se pueden emplear se incluye la malta, de origen cereal, y otras de origen microbiológicos, productos derivados de mohos.

FERMENTACIÓN

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla.

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El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, ...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.

Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.

El beneficio industrial primario de la fermentación es la conversión del mosto en vino, cebada en cerveza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:

Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.

Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas.

Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas.

Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.

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La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos.

De acuerdo al tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden ser dañinos para la salud. En alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, significando permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia.

DESTILACIÓN

La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias a separar.

La destilación se da en forma natural debajo del punto de ebullición (100 ºC en el caso del agua), luego se condensa formando nubes y finalmente llueve.

El Bioetanol y su impacto ambiental.

El uso de Biocombustibles como el Bioetanol tiene impactos ambientales negativos y positivos. Los impactos negativos hacen que, a pesar de ser una energía renovable, no sea considerado por muchos expertos como una energía no contaminante y, en consecuencia, tampoco una energía verde.

Una de las causas es que, pese a que en las primeras producciones de Biocombustibles sólo se utilizaban los restos de otras actividades agrícolas, con su generalización y fomento en los países desarrollados, muchos países subdesarrollados, especialmente del sureste asiático, están destruyendo sus espacios naturales, incluyendo selvas y bosques, para crear plantaciones para Biocombustibles. La consecuencia de esto es justo la contraria de lo que se desea conseguir con los Biocombustibles: los bosques y selvas limpian más el aire de lo que lo hacen los cultivos que se ponen en su lugar.

Algunas fuentes afirman que el balance neto de emisiones de dióxido de carbono (CO2) por el uso de Biocombustibles es nulo debido a que la planta, mediante fotosíntesis,

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captura durante su crecimiento el CO2 que será emitido en la combustión del Biocombustible. Sin embargo, muchas operaciones realizadas para la producción de Biocombustibles, como el uso de maquinaria agrícola, la fertilización o el transporte de productos y materias primas, actualmente utilizan combustibles fósiles y, en consecuencia, el balance neto de emisiones de CO2 es positivo.

Otras de las causas del impacto ambiental son las debidas a la utilización de fertilizantes y agua necesarios para los cultivos; el transporte de la biomasa; el procesado del combustible y la distribución del Biocombustible hasta el consumidor. Varios tipos de fertilizantes tienden a degradar los suelos al acidificarlos. El consumo de agua para el cultivo supone disminuir los volúmenes de las reservas y los caudales de los cauces de agua dulce.

Algunos procesos de producción de Biocombustible son más eficientes que otros en cuanto al consumo de recursos y a la contaminación ambiental. Por ejemplo, el cultivo de la caña de azúcar requiere el uso de menos fertilizantes que el cultivo del maíz, por lo que el ciclo de vida del Bioetanol de caña de azúcar supone una mayor reducción de emisiones de gases de efecto invernadero respecto al ciclo de vida de combustibles fósiles con más efectividad que el ciclo del Bioetanol derivado del maíz. Sin embargo, aplicando las técnicas agrícolas y las estrategias de procesamiento apropiadas, los Biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al menos el 50% comparando con combustibles fósiles como el gasóleo o la gasolina.

El uso de Biocombustibles de origen vegetal produce menos emisiones nocivas de azufre por unidad de energía que el uso de productos derivados del petróleo. Debido al uso de fertilizantes nitrogenados, en determinadas condiciones el uso de Biocombustibles de origen vegetal puede producir más emisiones de óxidos de nitrógeno que el uso de productos derivados del petróleo.

Una solución real pero aún no disponible es la utilización de residuos agroindustriales ricos en hemicelulosas. De esta forma no se utilizarían áreas de cultivos nuevas ni utilización de alimento para la producción de Biocombustibles. Un ejemplo de esto es la utilización de coseta de remolacha, paja de trigo, coronta de maíz ó cortezas de árboles.

La hidrólisis de estos compuestos es más compleja que la utilización de almidón para la obtención de azúcares libres fermentables, por lo tanto, requiere de una mayor cantidad de energía inicial para procesar los compuestos antes de la fermentación, sin embargo, el costo de producción es casi nulo al considerar que se trata de residuos. La única tecnología eficiente y limpia es la utilización de enzimas hemicelulolíticas.

Existen tres puntos claves que se deben solucionar o perfeccionar antes de aplicar esta tecnología: (1) Se deben encontrar enzimas más estables y eficientes, (2) Métodos menos destructivos de inmovilización de enzimas para su utilización industrial y (3) Microorganismos capaces de fermentar eficientemente monosacáridos derivados de las

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hemicelulosas (xilosa y arabinosa principalmente) (Sánchez y Castro, 1997; Martínez, 2008; Wikipedia, 2008; Coello, 2008; Camps et. al. 2002, García, et. al. 1993).

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACÍON

La información con la que se llevo a cabo este trabajo de investigación fue recolectada de distintas fuentes bibliografías.

Se llevo a cabo una búsqueda en internet de la cual se extrajeron las diferencias entre la forma de obtener bioetanol a partir de la caña de azúcar, que era la que le competía a este trabajo, y las otras formas de obtenerlo, ya sea por yuca, maíz. trigo, sorgo entre otros. En internet también se encontraron graficas que nos indican cuales son los principales paises productores de bioetanol. En libros se encontró la información acerca de cómo se lleva a cabo el proceso de producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar y se encontró gran parte de el marco teorico de esta investigación.

Se consultaron diferentes tesis para poder concretar los objetivos que se establecieron, tanto los objetivos específicos como el objetivo general

PRESENTACION DE RESULTADOS

Emisiones de gases de impacto global

A causa del elevado rendimiento fotosintético observado en la producción de caña de azúcar y del eficiente proceso para su conversión en biocombustible, el uso de bioetanol reduce las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el combustible fósil (gasolina).

Comparación de las diferentes materias primas para la producción de bioetanol

Materia prima Relación de energía

Emisiones evitadas

Caña 9,3 89%

Maíz 0,6 - 2,0 -30% a 38%

Trigo 0,97 - 1,11 19% a 47%

Remolacha 1,2 - 1,8 35% a 56%

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Mandioca 1,6 - 1,7 63%

Residuos lignocelulósicos* 8,3 - 8,4 66% a 73%

*Estimativas teóricas, proceso en d

esarrollo.

Fuente: Elaborado en base a Dai et al. (2006), EBAMM (2005), IEA (2004), Macedo et al.

(2007) y Nguyen et al. (2007).

La efectiva reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es posiblemente uno de los efectos positivos más importantes asociados al bioetanol de caña de azúcar. De acuerdo con la Comunicación Brasileña para la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, con valores para 1994, el uso de la energía de la caña redujo en un 13% las emisiones de carbono de todo el sector energético. En las condiciones actuales, para cada 100 millones de toneladas de caña de azúcar destinadas a fines energéticos, podría evitarse la emisión de 12,6 millones de toneladas de CO2 equivalente, considerando bioetanol, bagazo y el excedente adicional de energía eléctrica suministrada a la red.

Zymomonas mobilis

En el mundo occidental, las bebidas alcohólicas se elaboran utilizando las levaduras, principalmente del género Saccharomyces. En las zonas tropicales de América, África y Asia se producen bebidas alcohólicas a base muy populares a partir de jugos de frutas fermentadas por mezclas de microorganismos en las que interviene una bacteria del género Zymomonas. La principal característica de esta bacteria es la de utilizar la vía de Entner-Doudoroff en anaerobiosis para degradar la glucosa. El rendimiento muy elevado de conversión de la glucosa en etanol por esta bacteria hace de ella una potencial candidata para una producción industrial de etanol por fermentación y tiene un menor impacto que el provocado por la producción de bioetanol a base de sorgo, remolacha, maíz o caña de azúcar.

Conclusiones

Los Biocombustibles no son buenos o malos por sí mismos, sino, básicamente va a depender de cómo se lleven a cabo las políticas y regulaciones dadas para poder ver si son favorables o desfavorables.

El Bioetanol no podrá sustituir totalmente a los combustibles fósiles, pero sí complementarlos en forma de mezclas con el fin de reducir la dependencia respecto del petróleo.

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De todas las materias primas utilizadas actualmente para producir Bioetanol, la caña de azúcar es la que tiene el rendimiento más bajo por tonelada, pero tiene un alto rendimiento agrícola.

La energía requerida para obtener maíz en el proceso agrícola es 11 veces mayor que la necesaria para cultivar la caña y producir etanol de su jugo.

La yuca, el sorgo dulce y la remolacha tienen un alto rendimiento de alcohol por hectárea, pero su producción agrícola es muy baja para el propósito industrial.

La materia prima más prometedora es la de emplearía materiales celulósico y lignocelulósicos, ya que son materias primas baratas y relativamente fáciles de conseguir, además que no competiría con los terrenos para cultivo alimentario, ya que la mayoría son materiales de desecho agrícola o industrial; el reto está en desarrollar tecnologías que abaraten los procesos de extracción de azúcares presentes en estos compuestos o de desarrollar microorganismos modificados que puedan metabolizarlos directamente.

Recomendaciones

- Incentivar el desarrollo de mayor investigación referente a la búsqueda de nuevas materias primas, al mejoramiento y optimización de las ya existentes

- Desarrollar investigación referente al mejoramiento genético de los microorganismos fermentadores utilizados actualmente, para lograr la optimización de los procesos fermentativos; y buscar nuevos y mejores microorganismos fermentadores.

- Buscar nuevas maneras de optimizar la producción de Bioetanol a partir de caña de azúcar, ya que, al ser un cultivo de elevada producción por hectárea, se presenta como una materia prima con un elevado potencial de utilización.

- Conciliar las desventajas que presenta la producción industrial del Bioetanol, tanto en el aspecto alimentario como en el aspecto medioambiental, ya que lo deseable es que una energía renovable y limpia dañe lo menos posible en su proceso de producción.

ANEXO

USO ADECUADO DE LOS RECURSOS

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Como nuestro trabajo es la producción de bioetanol a partir de la caña de azucar y que tiene como objetivo principal la no contaminación del medio ambiente; además de la no importación de combustibles fósiles; debemos tener mucho cuidado en todo el proceso de la producción para no contaminar el medio en donde se trabaja, ya que es uno de los aspectos que queremos menguar. Para ello existe muchas más variables que están encerradas en el uso adecuado de los recursos, como por ejemplo:

El manejo adecuado del suelo, este es una variable importante ya que si no tenemos cuidado no solamente se estará contaminando el suelo sino que ya no será de nuestro uso para la producción de sorgo que es la materia prima importante para nuestro trabajo.

El agua que se utilizara en la producción de la caña de azucar, ya que no es mal gastar por gusto por ser un elemento vital para la vida del hombre.

El uso adecuado de los fertilizantes, los fertilizantes son muy buenos para la mejora en la producción de la caña de azucar pero el uso inadecuado de fertilizantes puede ocasionar serios problemas en el cultivo.

MANEJO ADECUADO DEL SUELO:

En general los suelos de la región pampeana con aptitud agrícola se adaptan al cultivo de la caña de azucar, dándose los mayores rendimientos en suelos profundos, sin exceso de sales, con buen drenaje, sin capas endurecidas, de buena fertilidad y con pH entre 6,2 y 7,8.

Sin embargo, el sorgo es moderadamente tolerante a suelos con algunasalinidad y/o alcalinidad, siendo su comportamiento ante estas condiciones mejorque la de otros cultivos como maní, soja y maíz.

Rotaciones:Los principales beneficios de la inclusión de la caña de azucar en las rotaciones de cultivos son resultantes de la lata cantidad de rastrojo que deja y su lenta descomposición (relación carbono / nitrógeno). Esto permite por un lado

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contribuir al contenido de materia orgánica del suelo y por otro, mediante labranza conservacionista, es decir, manteniendo rastrojos en superficie, disminuir las pérdidas de agua del suelo por evaporación, mejorando la infiltración de agua.

El consumo de Nitrógeno del cultivo y la temporaria inmovilización del mismo provocadapor el aporte de rastrojo, pierde toda importancia si en la rotación suceden al sorgoespecies leguminosas como soja o maní. Si después de sorgo se siembran especies noleguminosas como trigo, maíz o girasol, entre otras, deben ser adecuadamente fertilizadas.

En la rotación conviene que el sorgo se ubique preferentemente después de especiesleguminosas, para reducir el uso de fertilizantes nitrogenados. Por ello, pasturas a basede alfalfa o cultivos como maní o soja son excelentes antecesores.

Ventajas de la caña de azucar en la conservación del suelo:

CUADRO Nº1: ventajas de la caña de azúcar en la conservación del suelo

Aporte demateria orgánica

Eficiencia en el usoy conservación del agua

Aumentode rendimientos

Mejora condicionesfísicas y químicas

Disminuyeriesgos de erosión

Favorece otros cultivosen las rotaciones

Si bien, según zonas y sistemas de producción, las posibles secuencias son muchas, algunos ejemplos recomendados son:

Maíz- Soja maíz - Soja - Sorgo - Maní Trigo / Soja de segunda - Sorgo - Soja de primera Pastura - Sorgo - Soja - Maíz – Soja

Sistemas de labranza y preparación de la cámara de siembra:

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Impacto ambiental del bioetanol a partir de la caña de azúcar

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El objetivo de una buena cama de siembra es el de proveer un ambienteóptimo para la germinación y establecimiento de la plántula.Deben evitarse las capas endurecidas o pisos de arados a fin de asegurarseun buen arraigamiento, indispensable para una buena implantacióndel cultivo, facilitando el anclaje de la planta y una mayor absorción de nutrientes y de agua.

Es muy importante que la semilla sea ubicada en un suelo uniforme,firme y húmedo, y cubierta luego por tierra mullida y libre de malezas.La preparación de la cama de siembra se puede hacer tanto mediante labranza convencional como reducida (en todas sus alternativas y en siembra directa).

Preparación del suelo:

En la labranza convencional se utiliza como principal herramienta el arado de rejas o de discos, seguido por labores para refinar el suelo sin rastrojo en superficie.

El uso continuo de este sistema produce un deterioro de las condiciones físicas del suelo, predisponiéndolo a la erosión y pérdida de agua,por lo que no es recomendable. Por ello, está siendo sustituido por sistemas conservacionistas de labranza.

La labranza reducida bajo cubierta se caracteriza por el uso deimplementos que mantienen en superficie la mayor cantidad de rastrojo posible.La labor principal se realiza generalmente con cincel, y para las laborescomplementarias se emplean cultivador de campo y/o rastra doble acción.

CUADRO Nº2: preparación del suelo

PREPARACION DEL SUELOSistemas de Labranza

CONVENCIONAL CONSERVACIONISTA

VENTAJAS:* Es más fácil.* El suelo alcanza la temperatura

VENTAJAS:* Aumenta la materia orgánica del suelo.* Previene la erosión por viento o agua.

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de siembra más rápidamente.* Mayor fertilidad actual.* Mayor control mecánico de malezas.* Simplifica el control de insectos.

* No se forma piso de arado.* Mejora la retención e infiltración de agua.* Disminuye la pérdida de agua por evaporación.* Menor costo de potencia por hectárea.

INCONVENIENTES:* El suelo queda expuesto a erosión.* Se forma piso de arado.* Puede encostrarse con lluvias después de la siembra, dificultando la emergencia.* Mayor requerimiento de potencia.* Prevalencia de malezas anuales.

INCONVENIENTES:* Requiere una planificación más precisa.* Complica la aplicación de herbicidas e insecticidas al suelo.* Prevalencia de malezas perennes.

En el sistema de labranza cero no se realizan labores previas a la siembra,efectuando sólo control químico de malezas.

Está demostrado que en los sistemas de labranza que dejan una cubiertade rastrojo en superficie, los rendimientos aumentan y son más establesen el tiempo, siempre que se haga un eficiente control de malezasy una adecuada fertilización.

Influencia de factores del suelo sobre el rendimiento de la caña de azúcar:

CUADRO Nº3: factores del suelo sobre el rendimiento de la caña de azúcar

Factores físicos

Condiciones: Influyen sobre:

Capacidad deinfiltración

Captación delagua de lluvias

Capacidad deretención delagua

Disponibilidad deagua paralas plantas

Relación Metabolismo de

Factores químicos

Condiciones: Influyen sobre:

pH adecuado

No limita elcrecimiento porbloqueo denutrientes o porfitotoxicidad

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oxígeno / agualas raíces: respiración y toma de nutrientes

Baja resistenciaa la penetración

Desarrollo de raícesen profundidad

Balanceadaprovisión denutrientes

Crecimientosaludable y vigoroso

MANEJO ADECUADO DEL AGUA:

CUADRO Nº4: requerimiento de agua para el cultivo de la caña de azúcar

Requerimiento de agua para el cultivo del sorgo

Requerimiento en el ciclo Mm Objetivo de rendimiento

Óptimo 400 a 600 alta producción (*)

Conveniente 350 rendimientos medios

Mínimo 250 producción mínima rentable

(*) El agua debe estar disponible durante toda la estación del cultivo.

Es fundamental que el suelo tenga una adecuada humedad a la siembrapara lograr una emergencia rápida y uniforme y una buenaimplantación del cultivo.

CUADRO Nº5: efectos por sequias en el ciclo de la caña de azúcar

Efectos del stress por sequía sobre el ciclo de la caña de azúcar

Período del desarrollo Efecto

Inicial Prolonga el ciclo

Final Acelera la maduración

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Las mayores exigencias en agua comienzan unos 30 días después de laemergencia y continúan hasta el llenado de los granos, siendo las etapasmás críticas las de panojamiento y floración, puesto que deficiencias hídricasen estos momentos producen importantes mermas en los rendimientos.Los mayores rendimientos se lograrán cuando el uso de agua estédisponible durante toda la estación de cultivo.

A pesar que la caña de azúcar tiene la capacidad de permanecer latente durantela sequía, para volver luego a crecer en períodos favorables, las situacionesde stress modifican su comportamiento: el inicial conduce generalmentea una prolongación del ciclo de cultivo, mientras que el stress tardío acelera la madurez.

USO ADECUADO DE LOS FERTILIZANTES:

La disponibilidad de nutrientes para el cultivo depende de distintos factores,entre los que se incluyen tipos de suelo, rotaciones, cultivo antecesor, sistemasde labranza y condiciones ambientales.

Es necesario evaluar - o hacer evaluar por un profesional competente - la calidaddel suelo, tanto en su aspecto químico como físico.

Esto incluye, fundamentalmente, la dotación de nitrógeno (N), de fósforo (P) y,según la zona que se trate, de potasio (K). Los elementos menores están, en lageneralidad de los casos, presentes en cantidades suficientes para el cultivo delsorgo pero, de tener algún indicio previo de alguna carencia en la zona, esconveniente tenerlos en cuenta en el análisis.

El laboratorio que efectúe el análisis o el profesional que lo interprete darán lasrecomendaciones precisas de los elementos a agregar y sus dosis.

CUADRO Nº6: cantidad de nutrientes extraídos en la producción de caña de azúcar

Nutriente extraído Cantidad extraída Grano de sorgo producido

Nitrógeno (N) 153 kg / Ha 6.000 kg / Ha

Fósforo (P2O5) 66 kg / Ha

Potasio (K2O) 213 kg / Ha

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Pueden aplicarse fertilizantes de un solo elemento o en mezclas de varios.Su elección dependerá de los resultados del análisis del suelo, que debe ser hecho e interpretado por un profesional, de los objetivos de rendimiento, de la relación fertilizante - rendimiento - ganancia neta y de su disponibilidad en el mercado.

Al fertilizar, debe cuidarse que los fertilizantes no se coloquen en contacto directo con la semilla, especialmente los más solubles, para evitar daños a la plántula por fitotoxicidad.

Producción anual de etanol por país (2004-2006)# Quince mayores productores*

Clasificación Mundial País 2006 2005 2004

1 Estados Unidos 4.855 4.264 3.5352 Brasil 4.264 4.227 3.9893 China 1.017 1.004 9644 India 502 449 4625 Francia 251 240 2196 Alemania 202 114 717 Rusia 171 198 1988 Canadá 153 61 619 España 122 93 79

10 Sudáfrica 102 103 11011 Tailandia 93 79 7412 Reino Unido 74 92 10613 Ucrania 71 65 6614 Polonia 66 58 5315 Arabia Saudita 52 32 79

Producción mundial total 13.489 12.150 10.770*Obtenido de Wikipedia, 2008.

#millones de galones internacionales, todos los grados de etanol

Comparación de las principales características de la industria de etanol en los Estados Unidos y Brasil*

Característica Brasil Estados Unidos Unidades/comentario

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Materia agrícola (insumo agrícola)

Azúcar Maíz

Producción total de etanol (2007)

5.019,2 6.498,6Millones de galones líquidos

EUATotal de tierras cultivables 355 270(1) Millones de haÁrea total plantada del cultivo para producir etanol

3,6 (1%) 10 (3,7%)Millones de ha (% total

arable)

Productividad por ha plantada

6.800 – 8.000 3.800 – 4.000 L etanol/ha producidos

Balance energético (producto/insumos)

8,3 a 10,2 veces 1,3 a 1,6 vecesRelación de la energía

obtenida del etanol/energía gastada en su producción

Reducción emisiones gases de efecto invernadero

86 – 90%(2) 10 – 30%(2)% de emisiones evitadas al

sustituir gasolina, sin cambios en uso del suelo

Tiempo de restitución del carbono por uso de tierras nuevas

17 años(3) 93 años(3) Escenarios con cambios en el uso del suelo

Gasolineras con etanol disponible en el país

33.000 (100%) 873(0,5%)

Participación de mercado del consumo de etanol

50%(4) 4%% del total de gasolineras existentes en el país. EUA

tiene 170.000

Costo de producción (USD/galón)

0,83 1,14% de consumo total en base volumétrica. Abril 2008 para brasil y año 2006 para EUA

Subsidio agrícola (en USD)

0 0,51/galón2006/2007 para Brasil (22

¢/L), 2004 para EUA (35 ¢/L)

Aranceles de importación (en USD)

0 0,54/galónBrasil no importa etanol, EUA

si importa, la mayoría de Brasil

*Adaptado de Wikipedia, 2008.Notas: (1) Sólo EUA contiguo, excluyendo Alaska. (2) Supone que no hay cambios en el uso del suelo. (3) Supone cambios en los usos del suelo con el cultivo de caña de azúcar en el cerrado brasileño y del maíz en la pradera central estadounidense. (4) al incluir los vehículos de motor diesel, el uso de etanol en el sector vial fue cercano al 18% en 2006.

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