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BIOETANOL
El bioetanol es un biocombustible de origen vegetal que se produce a partir de la fermentación
de materia orgánica rica en azúcar (caña, remolacha o vino), así como de la transformación en
azúcar del almidón presente en los cereales. Se utiliza en motores de explosión como aditivo o
sustitutivo de la gasolina. La producción de bioetanol se basa en un proceso bien conocido: la
fermentación alcohólica. En todos los casos se parte de almidón o celulosa. Una vez
hidrolizados para obtener glucosa, ésta se somete a fermentación de donde se obtiene el etanol.
En las primeras etapas de la fermentación, cada molécula de glucosa se transforma en dos
moléculas de ácido pirúvico. A partir de dicho ácido, diferentes rutas metabólicas conducen a la
formación de otros tantos productos finales. En la fermentación alcohólica, que llevan a cabo las
levaduras, el producto final resultante es el etanol y, en menor proporción otro alcohol,
butanodiol. Las rutas fermentativas alternativas que se resumen en la figura 3.1 son activadas
por diferentes bacterias aeróbicas o anaeróbicas que compiten con las levaduras. Cuanto mayor
sea la proporción de estas bacterias en el cultivo, tanto menor será la cantidad de etanol obtenida
como producto final de la fermentación. El bioetanol es el biocombustible con mayor
producción mundial, del que se elaboraron más de 40.000 millones de litros durante el año 2004
en todo el mundo.
Como fuente de glucosa se utilizan materiales muy diversos. Grano de maíz, caña de azúcar,
celulosa de la madera, sorgo, patatas, trigo e incluso residuos vegetales ricos en fibras son los
materiales más comúnmente empleados. Durante el año 200X Brasil produjo 15.066 millones
de litros, principalmente de caña de azúcar y EE.UU. 13.351 millones de litros, procedentes del
almidón del maíz. El riesgo de competencia de la producción de etanol por los alimentos ricos
en carbohidratos resulta evidente. En cualquier caso, tanto el cultivo propiamente dicho como
la posterior transformación industrial requieren el consumo de una cantidad considerable de
energía la mayor parte de la cual tiene origen fósil. Analizaremos a continuación las entradas de
energía que resultan más comunes en diferentes cultivos y en la transformación industrial
posterior a que se someten las plantas hasta obtener finalmente el bioetanol.
El bioetanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, que no
requieren modificaciones en los motores actuales. Otra alternativa para el uso del bioetanol
como combustible es transformarlo para su utilización como aditivo de la gasolina, en lugar de
cómo su sustituto. Para ajustar el octanaje y reducir las emisiones contaminantes se añaden
aditivos oxigenantes tales como el metanol, etanol, tercbutil alcohol (TBA) o el metil-tercbutil
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éter (MTBE). En los últimos años el etil-tercbutil éter (ETBE) se está imponiendo sobre los
otros aditivos por ser sus emisiones de hidrocarburos menos tóxicas. En España todo el etanol
dedicado a la automoción es convertido a ETBE.
El Bioetanol de maíz.
El maíz es una gramínea que posee fotosíntesis de tipo C4. Su cultivo produce una gran
cantidad de biomasa, de la que se aprovecha cerca del 50 por ciento en forma de grano. El resto,
corresponde a diversas estructuras de la planta: caña, hoja, limbos y mazorca entre otros. Con
agricultura mecanizada la producción por hectárea se sitúa, en promedio, alrededor de los 9000
kg/ha (peso fresco de grano, con un contenido del 15 por ciento de agua) y, en condiciones muy
favorables, puede llegar a alcanzar valores de
10000 kg/ha. El grano representa
aproximadamente la mitad del peso seco aéreo de la planta (tabla 4.1). En la composición típica
promedio del grano de maíz, que constituye la materia prima para la producción de bioetanol,
un 66 por ciento de su biomasa (peso seco, una vez descontado el 15 por ciento de humedad que
se considera un valor estándar) corresponde al almidón, un 3.9 por ciento son aceites y cerca de
un 29 por ciento corresponde al gluten con diferentes proporciones de proteínas. La producción
de biomasa residual (cañas, hojas, chalas y mazorcas), oscila entre 7 y 10 toneladas de peso seco
por hectárea.
Figura 4. 1. Rutas fermentativas de la glucosa una vez hidrolizado el almidón contenido en el grano de
maíz o en la celulosa. En la primera fase, cada molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de
piruvato. A partir de aquí sólo las rutas que conducen al etanol y butanodiol son activadas por la
levadura. Las restantes rutas alternativas son activadas por bacterias aeróbicas o anaeróbicas. Algunas
de estas bacterias están presentes en el caldo de fermentación.
Naturalmente estas cifras tan elevadas de producción sólo resultan posibles invirtiendo
cantidades considerables de energía en el cultivo. En primer lugar el cultivo de maíz requiere
grandes cantidades de fertilizantes hasta el punto que el 40 por ciento de todo el nitrógeno
mundial destinado a fertilizantes se dedica a la producción de maíz.
Además el maíz requiere unos 1000 mm de agua lo que supone que, una parte de la producción,
se obtiene en cultivos de regadío. Además de consumir importantes cantidades de agua, ésta
debe de ser bombeada y transportada a expensas de un consumo de energía eléctrica. La
producción de maíz sólo se logra invirtiendo una cantidad considerable de energía fósil
(petróleo) en forma de fertilizantes, herbicidas e insecticidas, gasoil consumido en la maquinaria
agrícola, electricidad utilizada en los regadíos y transporte asociado al cultivo.
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Tabla 4.1. Composición típica de la planta de maíz
Componente de la planta
Coronta
Grano
Total espiga
Panoja o limbos
Tallos
Brácteas de la espiga (chalas)
Total caña
Total planta
Porcentaje del peso
seco (%)
11.8
49.7
61.5
12.0
17.6
8.9
38.5
100
Biomasa
kg PS/ha
1811
7629
9441
1842
2702
1366
5910
15350
La tabla 4.2 resume las entradas energéticas al cultivo de una ha de maíz. En la última columna
de dicha tabla se determinan las emisiones de CO2 asociadas a las diferentes entradas de energía
del cultivo. La producción de una hectárea de maíz (18 tm de biomasa seca de las cuales algo
menos de 9 tm –el 50 por ciento- corresponden al grano) supone la fijación de 9 toneladas de
carbono (sin contabilizar la biomasa subterránea) que equivalen a 33 toneladas de CO2 de las
cuales 4.5 toneladas de carbono, equivalentes a 16.5 toneladas de CO2 se fijan en la producción
del grano. La energía invertida en el cultivo de una hectárea de maíz asciende a 5145 Mcal/ha
que provocan unas emisiones de 1900 kg de CO2 con lo que podemos considerar que el cultivo
de una hectárea de maíz tiene un balance neto de fijación de algo más de 30 tm de CO2.
Resulta interesante comprobar en la tabla 4.2 que, de los 1900 kg de CO2 emitidos en las
labores del cultivo, casi una tercera parte (563 kg) se origina como consecuencia de la
fertilización con nitrógeno, de lejos el componente más caro, en términos de emisiones de CO2,
del cultivo.
Producción industrial de bioetanol por fermentación de la glucosa.
Muy esquemáticamente, en la planta industrial el grano de maíz se tritura con un molino y el
almidón contenido en el triturado se hidroliza para obtener glucosa. Se utilizan principalmente
dos alternativas: proceso de molienda húmeda y molienda en seco.
La molienda húmeda se aplica normalmente en plantas con grandes producciones de alcohol y
es mayoritariamente utilizada por los productores estadounidenses. El proceso comienza con el
secado de los granos, posteriormente se inspeccionan automáticamente y se limpian de piedras,
trozos de caña o paja y cualquier otra impureza. Posteriormente, el maíz se remoja en grandes
tanques en una solución que contiene agua a una temperatura de unos 50 ºC y pequeñas
cantidades de dióxido de azufre y ácido láctico. Estos dos productos químicos ayudan a
ablandar los granos, en un proceso que puede durar entre uno y dos días. Durante este tiempo el
maíz se hincha y se ablanda y, debido a las condiciones ligeramente ácidas de la disolución, se
libera el almidón. La siguiente parte del proceso consiste en pasarlo a través de un separador
que hace que el germen de los granos flote en la parte superior de la mezcla debido a su
contenido en aceite de modo que se pueden recuperar con facilidad. A partir de ahí se obtiene la
parte fibrosa y posteriormente se separa el almidón de las proteínas aplicando un proceso de
centrifugación.
En la molienda seca se limpian y muelen los granos de cereal hasta reducirlos a finas partículas
por un sistema mecánico. Se produce una harina con el germen, la fibra y la fécula del maíz. La
harina es hidrolizada o convertida en sacarosa usando enzimas o una disolución ácida. La
mezcla es enfriada y se le añade la levadura para que comience a fermentar.
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Las moléculas de almidón están constituidas por puentes glucosídicos que mantienen unidas dos
moléculas de glucosa deshidratadas. La hidrólisis consiste en la ruptura de los puentes
glucosídicos. En la hidrólisis, cada molécula de glucosa gana una molécula de agua.
Figura 4.2. Las moléculas de almidón están constituidas por puentes glucosídicos (en
amarillo) que mantienen unidas dos moléculas de glucosa deshidratadas. La hidrólisis consiste
en la ruptura de los puentes glucosídicos. En la hidrólisis cada molécula de glucosa gana una
molécula de agua.
La glucosa se somete a un proceso de fermentación, con el que se obtiene etanol y una fracción
menor de otros bioalcoholes. Aunque el proceso de fermentación de la glucosa producido por
levaduras es complejo, se puede resumir estequiométricamente como:
C6 H12O6  2CH 3CH 2OH  2CO2
El peso molecular de la glucosa es de 180 g y cada molécula de glucosa da origen a dos
moléculas de etanol (peso molecular 46 g) y dos moléculas de CO2 (peso molecular 44 g) con lo
que la glucosa se transforma en etanol con una eficiencia teórica del (2x46)/180=0.51.
En la fermentación de la glucosa 49 por ciento de su masa se oxida a CO2 y resulta una
disolución de etanol al 8 por ciento. Dado que un kg de maíz contiene 1000x(1-0.15)x0.66 =
561 gramos de almidón, descontado el 15 por ciento de humedad, permite obtener en teoría
(0.56x180/162)x0.51=0.317 kg de etanol o, si se prefiere, para obtener un kg de etanol se
requieren 3.15 kg de maíz. Una hectárea de cultivo, que produce en promedio 8976 kg de grano,
permite obtener 8976*0.317=2845 kg de etanol. Dada la densidad del bioetanol (0.79 g/cm3,
tabla 3.5), la producción de un litro de etanol requiere, en teoría, 2.48 kg de maíz. Naturalmente
se trata de un rendimiento máximo ya que, en la práctica, se producen pérdidas con lo que los
procesos de fermentación y destilado del etanol se producen con una eficiencia próxima al 85
por ciento. En estas condiciones la producción de un litro de etanol requiere 2.48/0.85= 2.9 kg
de grano de maíz. Una hectárea de maíz puede producir, por tanto, unos 3100 litros de etanol.
En el caldo de fermentación se añaden 15 litros de agua por cada litro de etanol producido, lo
que supone, el bombeo y transporte de 15000 litros de agua por cada 1000 litros de etanol
producidos. El costo de bombear el agua se estima en 4 cal/litro por cada metro de altura. Si
suponemos que el agua se bombea desde una profundidad media de 100 m, el costo de bombeo
supone 0.4 kcal/litro y, en total, 6000 kcal. En este cálculo no se han considerado otras
cantidades de agua que, naturalmente se consumen en el proceso de elaboración del bioetanol.
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Figura 4.3. Representación esquemática del proceso industrial de producción de bioetanol a partir del
grano de maíz. El paso inicial es la hidrólisis del almidón del maíz a glucosa y su posterior
fermentación que produce un alcohol concentrado entre un 8 y un 10 por ciento que, posteriormente
debe ser destilado hasta alcanzar una concentración del 92-95 por ciento. Este alcohol es tratado
químicamente y concentrado hasta el 99.5 por ciento antes de ser añadido a las gasolinas.
En la tabla 4.2 se dan los valores de los diferentes componentes del proceso industrial de
producción de 1000 litros de bioetanol.
La destilación del etanol representa un costo energético considerable. Para obtener etanol con
una concentración del 95 por ciento, se debe someter a un proceso de destilación. Ya hemos
dicho que el caldo que resulta de la fermentación de la glucosa contiene etanol a una
concentración aproximada al 8 por ciento por lo que se debe destilar para concentrarlo. El etanol
alcanza su punto de ebullición a 78ºC y presenta un calor específico (la energía necesaria para
elevar 1ºC la temperatura de 1 g de etanol) de 2.46 J·g-1·°C-1 ó 0.59 cal·g-1·°C-1. Si partimos de
una temperatura ambiente de 20ºC, la temperatura del caldo de fermentación se debe de elevar
58ºC hasta alcanzar el punto de ebullición del etanol.
Calentar el etanol para su destilación supone calentar toda la masa del caldo de fermentación
que incluye los 15000 litros de agua. Dado el elevado calor específico del agua (1 cal·g-1·ºC-1),
calentar los 15000 litros desde los 20 hasta los 78ºC supone un aporte extra de energía de
900000 kcal que se añaden a las 27000 kcal requeridas para elevar la temperatura de los 1000
litros de etanol. La energía consumida en este primer proceso de destilación asciende a 927000
kcal. Se requiere más de un proceso de destilación para obtener etanol puro. La concentración
de 95 por ciento se logra tras tres procesos de destilación. En los dos procesos subsiguientes se
parte de una mezcla en la que el etanol está mucho más concentrado con lo que el coste de
destilación decrece gradualmente. Consideraremos que, tras la primera destilación se obtiene
una mezcla de etanol al setenta por ciento, tras la segunda destilación su concentración se eleva
al 85 por ciento y tras la tercera etapa de destilación se alcanza la concentración del 95 por
ciento. En estas condiciones, el costo de destilación es de 1430 kcal por cada litro de etanol
producido.
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Tabla 4.2. Energía invertida en el cultivo de una hectárea de maíz y en el procesado industrial del grano
necesario para obtener 1000 litros de bioetanol.
CULTIVO (1 ha)
Semillas para la siembra del cultivo (kg/ha)
Maquinaria pesada (kg/ha/año)
Fertilizantes:
Nitrógeno (kg/ha)
Fósforo (kg/ha)
Potasio (kg/ha)
Cal viva (kg/ha)
Herbicidas (kg/ha)
Pesticidas (kg/ha)
Transporte de materiales (kg)
Trabajo Personal (horas/ha/año)
Irrigación (mm) (e)
Combustibles:
Gasoil (l/ha)
Gasolina (l/ha)
TOTAL cultivo:
Rendimiento del cultivo (kg de maíz/ha):
Producción (l de etanol/kg de maíz):
Producción de etanol (l de etanol/ha):
PROCESADO INDUSTRIAL (1000 litros):
Grano para producir 1000 l de etanol (kg)
Transporte:
Peso de grano y etanol final (kg)
Distancia de transporte en camión (km)
Transporte en barco (solo el etanol) (km)
Planta de producción (kcal/l de etanol)
Agua (15 l/l de etanol) (litros)
Destilación del etanol (litros)
Concentración al 99.5% (kcal/l)
Electricidad (kwh)
Depuración de aguas residuales (kg de DBO)
TOTAL procesado industrial:
TOTAL GENERAL (kcal/1000 l de etanol):
Energía del bioetanol:
Rendimiento:
Productos secundarios:
DDG (kg)
Energía total (bioetanol+DGG):
Rendimiento final:
litros de bioetanol equiv a 1l de gasolina
Emisiones de CO2 del biodiesel respecto del gasoil
Considerandolas emisiones por la extraccion y refinado
del petróleo (2.8 kg de CO2/l de gasolina)
CO2
(kg/ha)
14
112
(a)
(b)
21.00
41.56
kcal/ha
48197.9
374000
(c)
(d)
(e)
147.80
56.10
75.59
370.80
3.11
0.42
9778.32
11.40
80.00
1875405
127100
150135
146481
220431
30105
215436
483092
320000
563
38
45
401
66
9
65
145
96
88.00
40.00
814303
340723
5145408
8976
0.35
3141
244
102
1901.0
kcal/1000 l
CO2
(kg/1000 l)
424903
260220
6984
6000
1430793
9000
259200
1399680
3796780
5434702
5609736
1.03
127
78
2
2
429
3
78
420
1139
1744
1683
0.96
2857
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
3857
500
3000
7.0
15000
16000
9
100
135
(m)
943
1.52
4704480
10314216
1.90
2648
1.04
0.95
(a) el costo de producir semilla híbrida es 4 veces superior al costo de producción del cultivo.
(b) granja de 120 ha y vida media de la maquinaria de 15 años
(c) transporte de la semilla, fertilizantes, herbicidas y grano producido una distancia de 100 km en camión
(d) asumiendo un costo de 42300 kcal/hora de trabajo, que es el valor que corresponde a la agricultura mecanizada de
los paises desarrollados
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(e) asumimos un costo de irrigación de 4 calorias por cada litro de agua que se bombea a 1 m de altura y asumiendo
que sólo se riega el 10 por ciento de la superficie que se cultiva con una cantidad de 800 mm
(f) el transporte a larga distancia sólo afecta al etanol y no al resto de materiales
(g) planta de vida útil 20 años que procesa 114000 toneladas de etanol/año
(h) se añaden unos 15 litros de agua por cada litro de etanol producido
(i) Asumimos dos etapas de destilación en lugar de las tres necesarias ya que sólo en la primera se parte de una
concentración de etanol al 8%
(j) Se parte de alcohol al 95% que esta a 60º procedente de la destilación
(k) 1kWh=3MJ y para producir 1 MJ de electricidad se requieren 3 MJ de energía térmica.
(l) 10000l de agua (el resto se recupera en la destilación) con una DBO media de 15 g/l supone 150 kg de DBO por
cada 1000 l de etanol. Se requieren 4 kWh por cada kg de DBO
(m) 330 g de DDG producidos por cada kilo de maiz procesado y su contenido energético es de 525 kcal/kg
(n) para triturar los 1000 kg de restos de tala se consumen unos 10 litros de combustible
(o) la elaboración de pellets enla trituración de madera consume entre 1450 y 2150 kcal/kg de pellets (Theka y
Oobernbergera, 2004)
(p) energía de síntesis del ácido sulfúrico:estimada como 4 kcal/g (valor a falta de comprobación).
(q) en esta aproximación suponemos que el costo del cultivo es 0 ya que se aprovechan restos de tala exclusivamente.
(r) reposición del nitrógeno extraído con la cosecha, referido a los 1000 litros de (bioetanol)
Además, para mezclarlo con gasolina, cuando se utiliza como oxigenante, se requiere etanol de
una concentración del 99.5 por ciento. El resultado es que cerca del 30 por ciento del costo
energético de producir etanol en una planta industrial viene representado por el costo del propio
cultivo mientras que la destilación (1430 kcal/litro de etanol producido) supone casi el 40 por
ciento del costo del proceso industrial que asciende a 3800 kcal por litro de etanol que,
sumadas a los 1640 kcal/litro del costo del cultivo arrojan un total de 5435 kcal/litro de etanol
que es una estima conservadora del costo energético total de producir etanol a partir del maíz.
Una parte importante del agua utilizada, unos 15 litros por litro de etanol producido, formarán
la vinaza que no es sino el residuo líquido (agua con sólidos) de la industria alcoholera
producido en el proceso de destilación que transcurre después de la fermentación. En general se
trata de un líquido de pH ácido y con elevadas demandas química y bioquímica de oxígeno
(DQO y DBO). La composición característica de una vinaza de destilería se resume en la tabla
4.3.
Tabla 4.3. Características fisico-químicas medias de la vinaza generada en una
destilería. (De Uchimura, 2006)
pH
3.73
Sólidos totales
25.2
g·litro-1
Sólidos volátiles
19.3
g·litro-1
Nitrógeno
412
mg· litro-1
Fósforo
109
mg· litro-1
Sulfato
897
mg· litro-1
Potasio
1473
mg· litro-1
DQO
31.4
g·litro-1
DBO
17.1
g·litro-1
Debido a su alto nivel contaminante, las vinazas han de ser tratadas en una planta de depuración
de aguas residuales antes de poder ser vertidas. Poseen una elevada demanda de oxígeno de
entre 12 y 50 g/l dependiendo del tipo de planta productora. El costo de depurar estas aguas
residuales equivale 3500 kcal/kg de DBO. De este modo, depurar 9000 litros de agua (los 6000
restantes se pueden recuperar en el proceso de destilación) con una demanda media de 15 g/l,
un valor ciertamente bajo, supone una DBO total de 135 kg que representa un coste equivalente
de 135*3456=467 Mcal. Dado que se necesitan 3 kWh de energía térmica para producir 1 kwh
de energía eléctrica, el costo final de depurar las aguas residuales asciende a 1400 kcal por cada
litro de etanol producido.
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Los miles de toneladas de materiales que se invierten en la construcción de la planta suponen
un costo estimado resultante de 24186 Mcal. Sin embargo, cuando esta energía se reparte entre
el etanol tratado durante toda la vida útil de la planta supone una fracción muy pequeña del
costo total de procesado. En la tabla 4.2 hemos asumido, como ejemplo, una planta con
capacidad para procesar 114 millones de litros al año y una vida útil de 20 años. En estas
condiciones el costo energético estimado por litro de etanol es de tan sólo 7 kcal.
Otra partida importante de la energía invertida en la producción de los biocombustibles la
constituye el transporte. Como mínimo la materia prima que constituye el grano de maíz se debe
de transportar desde el cultivo hasta la planta transformadora. Una vez allí se somete al proceso
industrial que acabamos de describir y posteriormente, el etanol producido se debe de
transportar a su vez hasta los centros de distribución y consumo final. Se trata de dos procesos
de transporte que generalmente deben de cubrir largas distancias. El balance energético final de
la producción de bioetanol dependerá en buena medida del costo final de este transporte ya que
tras el costo del cultivo, de la destilación del producto final y de la depuración de las aguas
residuales, constituyen la partida más importante del coste energético del proceso total como se
refleja en la tabla 4.2. Se comprende que el balance final resulte muy sensible a dicha distancia
de transporte. En la tabla 4.2 se asume una distancia media de 3000 km en barco y 500 km por
carretera con lo que resulta un costo final de 685 kcal por litro de etanol transportado.
Por último se estima que el consumo de energía eléctrica en la planta de procesado es de 100
kWh por cada 1000 litros de etanol producidos, equivalente a 100*864*3=259 Mcal. Nótese que
este consumo se añade al consumo de la energía eléctrica utilizada tanto en los procesos de
destilación como de depuración de las aguas residuales ya que el costo energético del consumo
de estos procesos se ha incluido en la estimación de cada uno de ellos.
Balance energético y de CO2 del bioetanol obtenido a partir de semilla de maíz.
El costo resultante, en términos energéticos, de producir un litro de etanol resulta ascender a
(tabla 4.2) 5435 kcal. Si se compara esta cifra con el contenido energético del propio etanol
(5610 kcal/litro) resulta patente que ambas cantidades resultan prácticamente iguales
especialmente si asumimos la variabilidad inherente a las estimaciones de cada uno de los
componentes de los balances. El negocio de la producción de bioetanol a partir del grano de
maíz resulta ser escasamente rentable, en términos energéticos, ya que requiere invertir
prácticamente la misma cantidad de energía que se recupera con el etanol.
Todavía pueden esgrimirse los argumentos referidos a la reducción de emisiones de CO2. Los
casi 9000 kg de grano producido en una hectárea de maíz supone la fijación de 4.5 toneladas de
carbono, equivalentes a 16.5 toneladas de CO2. En la producción del cultivo se emiten a la
atmósfera 1900 kg de CO2 /ha de los que 605 corresponden a la parte del maíz necesaria para
producir 1000 litros de etanol. Las emisiones asociadas al proceso de transformación industrial
suponen 1139 kg más que, sumados a las emisiones asociadas al cultivo, totalizan la nada
despreciable cifra de 1744 kg. Naturalmente en este cómputo no se incluye el CO2 emitido en la
combustión del propio etanol puesto que queda compensada al haberse fijado previamente en el
cultivo. Si se prefiere, la producción de un litro de etanol supone la emisión de 1.7 kg de CO2 a
la atmósfera.
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CUADRO 4.1.
La producción de etanol de maíz en cifras
1 ha de cultivo de maíz produce anualmente
que permiten producir
1000 litros de etanol:
Para producir 1000 litros de etanol se requieren
que producen
con un consumo energético de
el proceso industrial consume
Producir 1000 litros de etanol cuesta en total
La energía contenida en los 1000 l de etanol equivale a
La producción de etanol representa
o sea que el balance neto de energía es de un
Los residuos de la destilación DDGS contienen
Si se aprovechan estos co-productos, el rendimiento se eleva a
En el cultivo se emíten
En el proceso industrial se emíten
En la producción de 1000 litros de etanol se emíten
Para producir la energía en el coche equivalente
a 1 l de gasolina se requieren
que contienen
en su producción se han invertido
La combustión en el motor del coche de 1 l de gasolina
supone la emisión a la atmósfera de
En la producción y procesado del etanol se han emitido
Con lo que el supuesto ahorro de emisiones significa que cada
litro de gasolina que se substituye por etanol de maíz emite
ENERGÍA
industrial;
3797
cultivo; 1638
energía del
etanol; 5610
DDGS; 4704
Emisiones de CO2
proceso
industrial;
1730
cultivo; 919
gasolina;
2555
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8976
3141
kg de grano
litros de etanol
0.32
2857
1638
3797
5435
5610
1.03
3
4704
1.90
605
1139
1744
hectáreas
kilos de grano de maíz
Mcal en el cultivo
Mcal más
Mcal
Mcal
veces la energía invertida
por ciento
Mcal más
veces la energía invertida
kg de CO2
kg de CO2
kg de CO2
1.52
8518
8252
litros de etanol
kcal de 1 litro de gasolina
kcal
2555
2648
kg de CO2
kg de CO2
93
g más de CO2 a la atmósfera
Arriba: Balance energético en la
producción de un litro de bioetanol a
partir del grano de maíz. En términos
energéticos la energía que se debe de
invertir en el cultivo más la energía del
proceso
industrial
resultan
prácticamente igual a la energía que se
recupera en el bioetanol con lo que el
balance del proceso es prácticamente
nulo. Los residuos de la destilación,
ricos en proteínas y fácilmente
digeribles, aportan una cantidad extra
de energía si se utilizan como pienso
para el ganado.
Abajo: Las emisiones de CO2 que se
producen en el cultivo más las que se
producen en el proceso industrial
resultan ligeramente superiores a las de
la gasolina que puede substituir el
bioetanol con lo que el balance de
emisiones de CO2 resulta negativo. Se
emite más CO2 a la atmósfera en la
producción de bioetanol que con el uso
de
la
propia
gasolina
fósil
convencional.
85
La supuesta contribución del bioetanol a la reducción de emisiones de CO2 resulta más que
discutible a la luz de los balances que acabamos de discutir, más aún si se consideran otros
riesgos ambientales derivados del cultivo como son, por ejemplo, los riesgos de eutrofización
de las aguas derivados de la aplicación de fertilizantes.
Pero aún hay más. El contenido energético del etanol quemado en el motor de un vehículo es de
5610 kcal/l ó 7128 kcal/kg en tanto que el de una gasolina estándar (densidad 0.76 kg/l) es de
8518 kcal/l ó 11208 kcal/kg con lo que para obtener la misma energía en el motor del vehículo
se requiere un volumen de combustible 1.5 veces superior de etanol que de gasolina
convencional con lo que los escasos márgenes que habíamos obtenido se tornan netamente
deficitarios. La producción de esta cantidad conlleva unas emisiones asociadas de 2.65 kg de
CO2 cantidad ligeramente superior a los 2.56 kg emitidos al quemar un litro de gasolina
convencional. No hay duda de que el bioetanol obtenido a partir de maíz no supone esperanza
alguna para la reducción de emisiones.
Para ser más rigurosos en nuestra comparación deberíamos tomar en consideración el costo de
exploración, perforación, extracción y refinado del petróleo del que se obtiene la gasolina. Ya
se ha discutido en el capítulo 3 el retorno de energía que se puede obtener en la cadena de
exploración, extracción y refinado del petróleo. En las condiciones de extracción más favorables,
como las que se dan en el petróleo de Oriente Medio, el rendimiento, es decir la energía
obtenida por cada unidad de energía invertida se eleva a 30, pero este valor decrece rápidamente
a medida que las condiciones se hacen más difíciles ya sea porque se extrae petróleo de mayor
profundidad, de yacimientos submarinos más alejados de la costa o de rocas cada vez menos
ricas en petróleo. En el caso de la extracción de petróleo de rocas bituminosas el rendimiento
puede decrecer hasta valores de 1.5. A medida que las reservas de petróleo se hacen cada vez
más escasas se explotan yacimientos cuyo rendimiento es cada vez menor. El costo asociado a
los procesos de exploración, perforación, extracción y refinado comporta unas emisiones de
CO2 a la atmósfera, asociadas al consumo de gasolina que rara vez se tienen en cuenta. Los
valores de estas emisiones se han discutido en el capítulo 3. En el cálculo de los balances de
emisiones del bioetanol hemos adoptado un valor conservador asumiendo un retorno de energía
de la extracción de petróleo de 10. En estas condiciones la combustión de un litro de gasolina
supone unas emisiones totales de 2800 gramos de CO2. Si se toma en consideración este valor,
el balance de emisiones de CO2 del etanol equivalente a un litro de gasolina (2648 g) resulta
favorable y supone una reducción de emisiones del 5 por ciento. En este punto, se nos plantea
la pregunta de si la exigua reducción de 152 g de CO2 merece asumir los riesgos sociales y
ambientales que conlleva la producción de bioetanol a partir del maíz y que se discuten en el
capítulo 6.
Otros productos derivados de la producción de etanol
En el proceso de destilación se obtienen subproductos constituidos principalmente por los restos
del grano utilizado para la obtención del almidón. Los subproductos de destilería se obtienen
mediante secado de los residuos del proceso de obtención de etanol. En la mayor parte de los
procesos se utilizan cereales: maíz en USA, trigo en Canadá Occidental y cebada en los países
nórdicos europeos. Ya hemos visto que el proceso en sí consiste en convertir los almidones y
azúcares de la materia prima inicial en etanol. Por tanto, en el producto final se reduce
drásticamente el contenido en hidratos de carbono no estructurales y se concentra
proporcionalmente el porcentaje del resto de nutrientes. El proceso da lugar a dos tipos de
subproductos: los granos de destilería (DDG) y los mal llamados solubles (DDS, vinazas o thin
stillage). Los DDG contienen fundamentalmente residuos no fermentados de los granos
originales. Los DDS contienen levaduras, nutrientes solubles y las partículas de grano más fino.
A veces estos productos se suministran en húmedo, y por separado, a cebaderos de terneros
localizados cerca de la industria; los DDG mezclados con el pienso y los DDS, que sólo tienen
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
86
un 5% de materia seca, como sustitutivos del agua. En la mayoría de los casos, ambos productos
se comercializan conjuntamente (75% DDG y 25% DDS, aproximadamente), una vez secados.
De la importancia de este comercio baste poner como ejemplo que México es el principal
importador desde EU de granos secos, seguido de Japón. En los primeros cinco meses del año
2006, México registró las importaciones más altas de la historia de estos productos procedentes
de Estados Unidos, al llegar a las 303574 toneladas, cuando en 1999 apenas se importaban
11200 toneladas.
Las características del producto final dependen de la calidad del producto inicial y de las
condiciones del proceso (temperaturas y tiempo de cocción, destilación, deshidratación y
granulado). En general, concentran entre 2.2 y 3 veces el contenido en fibra, proteína, extracto
etéreo y cenizas, en relación con el producto original. El contenido proteico es alto, en torno al
25 por ciento, pero es pobre en lisina. El calor aplicado durante los procesos de fermentación,
destilación y secado reducen la solubilidad de la proteína. De aquí, que el valor proteico sea
superior en los productos húmedos que en los secos. El contenido en grasa de los residuos de
destilería es alto (en torno al 5-10%) de carácter insaturado (56% de ácido linoléico). Los
DDGS son un producto muy palatable, con altos contenidos en levaduras, minerales y vitaminas
del grupo B. Este residuo presenta un valor energético que fluctúa entre 4000 y 5000 kcal/kg de
materia seca.
Por cada kilogramo de maíz procesado se obtienen 330 g de DDGS con un contenido energético
de 525 kcal/kg. Podemos añadir este crédito a nuestro balance final. Los 2857 kilos de maíz
utilizados para producir los 1000 litros de etanol producen 943 kg de DDGS con un contenido
energético de 4900 kcal/kg o, un total de 4.7 Mcal que se añaden a los 5.6 Mcal contenidas en el
etanol. Si se contabiliza el contenido energético de estos productos secundarios aumenta
considerablemente el rendimiento energético del balance global de producción de bioetanol
hasta un valor de 1.9
En este punto se nos plantea una pregunta crucial que tiene que ver con otros biocombustibles
alternativos. Además de la semilla de maíz se puede obtener etanol utilizando otras fuentes de
materia prima que no compitan con el alimento como la celulosa de la madera o de la caña de
azúcar. El mijo (Panicum virgatum) es una gramínea, de rápido crecimiento, nativa de
Norteamérica que acumula grandes cantidades de biomasa y que se propone como fuente de
materia prima para obtener etanol. La caña de azúcar, otra gramínea tropical con una tasa de
crecimiento elevada, es otra de las fuentes de materia prima que se ha utilizado como fuente de
carbohidratos para producir bioetanol. El balance energético y de CO2 del bioetanol producido a
partir de estas materias primas alternativas ¿resulta más favorable que el producido a partir del
maíz?
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
87
Bioetanol obtenido a partir de la caña de azúcar
La caña de azúcar es una gramínea de tipo C4 que crece bien en los países tropicales. Brasil es
el principal productor mundial y le sigue a gran distancia, India. En el año 2002 Brasil cosechó
372 millones de toneladas de caña de azúcar y la India 279 millones. A título comparativo los
Estados Unidos produjeron, en el mismo año, una cosecha de 257 millones de toneladas de
maíz. Sin embargo, la caña de azúcar de Brasil produjo solamente 57 millones de toneladas de
azúcar en tanto que el maíz de los estados Unidos produjo 144 millones de toneladas de
almidón, es decir, 2.5 veces más materia prima para la producción de etanol.
Brasil dedica al cultivo de la caña 5 215 000 ha con una producción que alcanza las 93 tm/ha de
biomasa aérea total de las que 21.6 toneladas corresponden a la producción de la caña
propiamente dicha. La composición de la caña de azúcar se resume en la tabla 4.3. La caña
propiamente dicha, que es la fracción que se exprime para extraer el azúcar, constituye el 77 por
ciento de la biomasa aérea total. El caldo que se obtiene exprimiendo la caña contiene un 44 por
ciento de sacarosa y un 7 por ciento de otros azúcares como se refleja en la tabla 4.4. En total, el
51 por ciento de la biomasa seca de los tallos de la caña lo constituyen azúcares susceptibles de
ser sometidos a fermentación para obtener bioetanol. La fracción restante, está formada por
fibras: celulosa, hemicelulosa y lignina cuya biomasa seca asciende a 10.6 tm/ha. Una hectárea
de cultivo permite obtener 11 toneladas de azúcares, en su mayor parte sacarosa como ya se ha
comentado que se pueden transformar para obtener, en promedio, 5700 litros de etanol.
En efecto, cada tonelada de caña, de la que 770 kg corresponden a los tallos de la caña, permiten
extraer algo menos de 400 kg de azúcar que, en la fermentación, se transforman en 160 kg de
etanol siguiendo las pautas de la fermentación aerobia que hemos comentado en el caso de la
obtención de etanol a partir del maíz. La densidad del bioetanol es de 0.79 kg/l y cada kg de
etanol obtenido contiene 7128 kcal o, si se prefiere, 5610 kcal/litro. En el proceso de obtención
del bioetanol, se obtienen algunos residuos cuyo contenido energético resulta aprovechable.
En particular, por cada tonelada de caña procesada se obtienen 230 kg de hojas y otras
fracciones de la planta, y 377 kg de los restos del exprimido de la caña, o sea un total de 607 kg.
Estos materiales pueden retornarse al campo de cultivo para favorecer su descomposición y
reponer así una parte de los nutrientes extraídos en la cosecha, contribuyendo a su fertilidad, o
pueden ser secados y posteriormente quemados para obtener una fracción de la energía que se
requiere en el proceso industrial del etanol. En este último caso, resulta necesario aumentar la
dosis de reposición de fertilizantes.
Las dosis de fertilizantes aplicados al cultivo de la caña de azúcar oscilan alrededor de los 100
kg de nitrógeno, 80 de fósforo y 240 de potasio. Estos valores, así como sus equivalencias en
términos energéticos y de emisiones de CO2, se resumen en la tabla 4.6 de manera análoga al
resumen del etanol procedente del maíz que discutimos en la tabla 4.2.
El cultivo de una hectárea de caña requiere algo más de 4 millones de kilocalorías de los que
prácticamente una tercera parte corresponde al fertilizante nitrogenado. Los combustibles
aportan al cultivo otra tercera parte de la energía. Estos aportes de energía al cultivo son
responsables de las emisiones de 1442 kg de CO2/ha.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
88
Tabla 4.4. Rendimiento del cultivo de caña de azúcar
Componente de la planta
Biomasa aérea total
Hojas y otras fracciones
Biomasa de la caña
Azúcares
Residuos del exprimido (principalmente fibras)
Residuo seco (de los tallos + hojas y otras fracciones)
Rendimiento de la caña de azúcar
1000 kg de caña de azucar (peso seco)
Biomasa de los tallos de la caña (kg)
Azucares extraídos (kg)
Etanol producido (51% esteq., 80% ef. fermentación) (kg)
Contenido energético del etanol (kcal)
Otros productos:
Residuo seco (hojas y otras fracciones) (kg)
Restos del exprimido de la caña (kg)
Total (kg)
Contenido energético de los restos (4.7 kcal/g) kcal
Contenido energético total (kcal)
Azúcares fermentables (% respecto de la biomasa de los tallos)
Azúcares totales en la caña (tm/ha)
Sacarosa (%)
Glucosa (%)
Fructosa (%)
Almidón (%)
Total (%)
Fibras (% respecto de la biomasa de los tallos)
Fibras totales en la caña (tm/ha)
Celulosa (%)
Hemicelulosa (%)
Lignina (%)
Total (%)
Peso fresco
tm / ha
93.00
21.39
71.61
Peso seco
tm / ha
28.00
6.44
21.56
11.00
10.56
17.00
%
770.00
392.70
160.22
1142060
230.00
377.30
607.30
2854310
3996370
11.0
44
3
2
2
51
10.6
24
17
8
49
Producción industrial de bioetanol por fermentación del azúcar de la caña de azúcar.
El proceso industrial de la fermentación del azúcar es similar al descrito en el caso del almidón,
por lo que no repetiremos aquí los detalles.
La producción de 1000 litros de bioetanol de la caña de azúcar exige 3782 kilos de azúcar que
se obtienen en una extensión de cultivo de 0.18 ha. La energía proporcional de este cultivo es
de 708 Mcal y genera 253 kilos de CO2. El proceso industrial de los 1000 litros de bioetanol
requiere 3900 Mcal más y genera 1170 kg de CO2. En total, la producción de 1000 litros de
bioetanol de caña de azúcar consume unas 4600 Mcal y produce una emisión de 1423 kg de
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
89
Caña de azúcar
28 t PS/ ha
(93 t PF/ ha)
Azúcares, 11.0 t / ha
Tanques de fermentación
Exprimido
Tallos 21.6 t
Residuos del exprimido
10.6 t
Eficiencia de hidrólisis
y fermentación, 0.78
Rendimiento estequiométrico
de la glucosa, 0.51
Hojas y otras
fracciones
6.4 t
Aguas residuales, 85000 l
Residuo seco, 17 t
Etanol, 5700 litros
CO2 8100 kg
Figura 4.4. Esquema de la producción de una hectárea de caña de azúcar. La producción anual media en
los países tropicales es de 93 toneladas/ha de biomasa aérea de las que 28 corresponden a peso seco. De
las 28 t PS/ha, 21.6 corresponden a los tallos de la caña propiamente dicha que se exprime en el molino
para obtener el jugo que contiene 11 t de azúcares que se hidrolizan y se llevan a los tanques de
fermentación en los que se obtienen 4486 kg de etanol que equivalen a 5700 litros. Las 10.6 toneladas
restantes más las 6.4 toneladas de hojas, inflorescencias y otras fracciones constituyen un residuo seco
que puede aprovecharse para obtener energía (lo que impide su descomposición en el campo y tiene un
efecto negativo sobre la concentración de nutrientes en el suelo), o puede dejarse en el suelo para
favorecer su descomposición contribuyendo a mantener los niveles de fertilidad. En la fermentación y
posterior destilación del etanol se producen 85000 litros de aguas residuales con elevadas DQO y DBO
que deben de ser tratados y 8100 kg de CO2 que se producen, en parte, como consecuencia del
rendimiento estequiométrico de la fermentación ya que cada molécula de glucosa da lugar a dos
moléculas de etanol y dos de CO2.
CO2. La energía contenida en los 1000 litros de bioetanol es de unas 5600 Mcal con lo que el
balance energético de la producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar arroja un
rendimiento del 22 por ciento.
Para interpretar correctamente estos resultados debemos de considerar que la energía
equivalente de un litro de gasolina se obtiene con 1.5 litros de bioetanol con lo que los 1000
litros obtenidos pueden sustituir a unos 650 litros de gasolina. La combustión en el motor de los
vehículos de estos 650 litros de gasolina supone unas emisiones de 1683 kg de CO2, un18 por
ciento más que las emisiones que hemos calculado para la producción del bioetanol. Si
añadimos las emisiones generadas en la exploración, perforación, extracción y refinado del
petróleo, las emisiones reales de los 650 litros de gasolina suponen unas emisiones de 1820 kg
de CO2, con lo que la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera asciende al 23 por ciento
que viene a representar una reducción de 395 g de CO2 por cada litro de gasolina que se
substituye por etanol procedente de la caña.
Como vemos el balance final tanto en términos energéticos como en términos de emisiones de
CO2 de la producción de etanol a partir de la caña de azúcar resulta mucho más favorable que su
producción a partir del grano de maíz, hecho que se explica básicamente por la producción más
elevada de la caña de azúcar (5700 litros de bioetanol por hectárea frente a los 3141 del maíz).
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
90
Tabla 4.5. Energía invertida en el cultivo y en el procesado industrial de obtención de bioetanol a partir de
la caña de azúcar.
CULTIVO (1 ha)
Semillas para la siembra del cultivo (kg/ha)
Maquinaria pesada (kg/ha/año)
Fertilizantes
Nitrógeno (kg/ha)
Fósforo (kg/ha)
Potasio (kg/ha)
Cal viva (kg/ha)
Herbicidas (kg/ha)
Pesticidas (kg/ha)
Transporte de materiales (kg)
Trabajo Personal (horas/ha/año)
Irrigación (mm)
Combustibles
Gasoil (kg/ha)
Gasolina (kg/ha)
TOTAL cultivo:
Rendimiento del cultivo (kg de MP/ha):
Producción (l de etanol/kg de MP):
Producción de etanol (l de etanol/ha):
PROCESADO INDUSTRIAL (1000 l)
Costo del cultivo para producir 1000 litros de etanol
Semillas (o MP) para producir 1000 l de etanol (kg)
Transporte (a):
Peso de grano y etanol final (kg)
Distancia de transporte en camión (km)
Transporte en barco (solo el etanol) (km)
Planta de producción (kcal/l de etanol)
Agua (15 l/l de etanol) (litros)
Destilación del etanol (litros)
Concentración al 99.5% (kcal/l)
Electricidad (kwh)
Depuración de aguas residuales (kg de DBO)
TOTAL procesado industrial:
TOTAL GENERAL (kcal/1000 l de etanol):
Energía del bioetanol:
Rendimiento:
Productos secundarios:
Coproductos (kg)
Energía total (bioetanol+Coproductos):
Rendimiento final:
litros de bioetanol equivalente a 1l de gasolina
Emisiones de CO2 del bioetanol respecto del gasoil
Considerándolas emisiones por la extracción y refinado
del petróleo (2.8 kg de CO2/l de gasolina)
Notas a pié de tabla: ver las notas de la tabla 4.2.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
Kcal/ha
CO2 kg/ha
381
54
101
260
66
9
147
84
0
0
244
95
1442.1
(a)
(b)
41.56
(c)
(d)
(e)
100.00
80.00
170.00
240.00
3.11
0.42
22281.53
11.40
0.00
1268880
181248
337661
94810
220431
30105
490907
280868
0
88.00
40.00
814303
316800
4036011
21560
0.26
5700
kcal/1000
litros
708024
253
526807
260220
6984
6000
1430793
9000
259200
1399680
3898684
4606708
5609736
1.22
158
78
2
2
429
3
78
420
1170
1423
1683
1.18
3782
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
4782
500
3000
7.0
15000
16000
9
100
135
(m)
607.30
1.52
3030184.08
8639920
1.88
2160
0.85
0.77
91
La explicación a esta producción hay que buscarla en la fotosíntesis. La caña de azúcar es un
cultivo exclusivamente tropical que crece durante todo el año mientras el maíz que crece a
latitudes más elevadas, tiene un periodo de crecimiento anual más corto. La radiación solar
incidente sobre un campo de caña de azúcar, en el trópico, oscila alrededor de 1300000 kcal
anuales por cada metro cuadrado (figura 4.5). De ésta energía la caña fija 13160 kcal en cada
Figura 4.5. La radiación solar
incidente sobre un campo de caña de
azúcar, en el trópico,
oscila
alrededor de 1500000 kcal anuales
por cada metro cuadrado. De ésta
energía la caña fija 13160 kcal en
cada metro cuadrado de cultivo.
Finalmente
tras
el
proceso
industrial, en el etanol producido en
cada metro cuadrado de cultivo se
recuperan 3116 kcal es decir el 0.21
por ciento de la energía solar
incidente. La cascada de pérdida de
energía resulta evidente con un
cuello de botella ineludible que
radica en la eficiencia de la
fotosíntesis que fija el 1 por ciento
de la radiación solar incidente.
metro cuadrado de cultivo. Finalmente tras el proceso industrial, en el etanol producido en cada
metro cuadrado de cultivo se recuperan 3116 kcal es decir el 0.23 por ciento de la energía solar
incidente. A modo de comparación, un maizal fija 8500 kcal en cada metro cuadrado a lo largo
de todo el periodo de crecimiento aunque también es cierto que, al localizarse a latitudes más
elevadas, recibe menos insolación que la caña en el trópico.
La cascada de pérdida de energía resulta evidente con un cuello de botella ineludible que radica
en la eficiencia de la fotosíntesis, proceso que a lo largo de la evolución de las plantas ha
adquirido la capacidad de fijar del orden del 1 por ciento de la radiación solar incidente.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
92
CUADRO 4.2.
La producción de etanol de caña de azúcar en cifras
1 ha de cultivo de caña de azúcar produce anualmente
que permiten producir
1000 litros de etanol:
Para producir 1000 litros de etanol se requieren
que producen
con un consumo energético de
el proceso industrial consume
Producir 1000 litros de etanol cuesta en total
La energía contenida en los 1000 l de etanol equivale a
21560
5700
kg de azúcar
litros de etanol
0.18
3782
708
3899
4607
5610
253
1170
1423
hectáreas
kilos de azúcar
Mcal en el cultivo
Mcal más
Mcal
Mcal
veces la energía invertida en el
cultivo
por ciento
Mcal más
veces la energía invertida en el
cultivo
kg de CO2
kg de CO2
kg de CO2
1.52
litros de etanol
8518
6995
2555
2160
kcal de 1 litro de gasolina
kcal
kg de CO2
kg de CO2
395
g de CO2
La producción de etanol representa
1.22
o sea que el balance neto de energía es de un
Los residuos de la destilación y del cultivo contienen
Si se aprovechan estos co-productos, el rendimiento se
eleva a
En el cultivo se emíten
En el proceso industrial se emíten
En la producción de 1000 litros de etanol se emíten
Para obtener la energía equivalente a 1 l de gasolina se
requieren
que contienen
en su producción se han invertido
La combustión de 1 l de gasolina emite a la atmósfera
En la producción y procesado del etanol se han emitido
Con lo que cada litro de gasolina que se substituye por
etanol supone un ahorro de
22
3030
1.88
proceso
industrial;
3899
ENERGÍA
cultivo; 708
energía del
etanol; 5610
coproductos;
3030
proceso
industrial;
1776
Emisiones de CO2
Arriba: Balance energético en la
producción de un litro de bioetanol a
partir de la caña de azúcar. En
términos energéticos la energía que
se debe de invertir en el cultivo más
la energía del proceso industrial
resultan
Abajo: Las emisiones de CO2 que se
producen en el cultivo más las que se
producen en el proceso industrial
resultan ligeramente inferiores a las
de la gasolina que puede substituir el
bioetanol con lo que el balance de
emisiones de CO2 resulta positivo.
Se emite algo menos CO2 a la
atmósfera en la producción de
bioetanol que con el uso de la propia
gasolina fósil convencional.
cultivo; 384
gasolina;
2555
Bioetanol obtenido a partir de la madera
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
93
En la madera, las moléculas de glucosa se enlazan entre sí a través de enlaces β-1,4-glucosídicos,
para formar cadenas de enorme longitud que forman las moléculas de celulosa. Las moléculas
que resultan de la polimerización de la glucosa, con fórmula empírica (C6H1005)n, son
enormemente resistentes e insolubles en agua.
La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa (figura 4.6). Los múltiples puentes de hidrógeno
entre los grupos hidroxilo, que se establecen entre distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa,
originan fibras compactas de mayores dimensiones denominada microfibrillas que constituyen
la pared celular de las células vegetales. La celulosa es el principal componente de las células de
las plantas y representa aproximadamente el 50 por ciento del peso seco de la madera.
pared celular
microfibrilla
fibrilla
O
O
O
Figura 4.6. Composición y
estructura de la pared celular
y estructura de la molécula de
celulosa. Las moléculas de
glucosa se unen entre sí
mediante
enlaces
β-1,4glucosídicos dando origen a
cadenas de enorme longitud
con
fórmula
empírica
(C6H1005)n, son enormemente
resistentes e insolubles en
agua.
El segundo componente químico de la madera, que constituye entre un 15 y un 25 por ciento de
su peso seco, es la hemicelulosa. A diferencia de la celulosa formada únicamente por moléculas
de glucosa, en la composición de la hemicelulosa intervienen glucosa y otros azúcares solubles
en agua que se originan durante la fotosíntesis. El grado de polimerización de la hemicelulosa es
notablemente menor que el de la celulosa y forma cadenas ramificadas a diferencia de las
cadenas lineales de la celulosa. La hemicelulosa interviene en la formación de las microfibrillas
en las que se dispone rodeando y manteniendo unidas las fibras de celulosa.
Por orden de importancia, el tercer componente de la madera es la lignina. Constituye entre un
15 y un 30 por ciento de la madera. Es un complejo químico formado por la deshidratación de
azúcares que origina estructuras aromáticas (figura 4.7). Las reacciones que intervienen en la
formación de estos compuestos aromáticos son irreversibles y, por tanto, los compuestos
resultantes son muy estables. La lignina es un polímero tridimensional que resulta de la unión
de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos y de múltiples azúcares.
Los tipos y proporciones que intervienen en la composición de la lignina de cada especie
dependen básicamente de la disponibilidad de los mismos en la naturaleza. El acoplamiento
aleatorio de estos radicales da origen a una estructura tridimensional no totalmente conocida ya
que existen muchos polímeros estructurales diferentes. Resulta conveniente utilizar el término
lignina en un sentido colectivo para señalar la fracción lignina de la fibra. Después de los
polisacáridos, la lignina es el polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal y es la
única fibra que se conoce que no posee estructura de polisacárido. La lignina posee un
importante papel en el transporte interno de agua, nutrientes y metabolitos. Proporciona rigidez
a la pared celular y actúa como puente de unión entre las células de la madera. La lignina, que
aumenta de manera ostensible en la pared celular de la planta con el curso de la maduración, es
resistente a la degradación bacteriana, y su contenido en fibra reduce la digestibilidad. Los
tejidos lignificados resisten el ataque de los microorganismos, impidiendo la penetración de las
enzimas destructivas en la pared celular.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
94
Figura 4.7. La lignina se forma a partir de estructuras aromáticas que se originan por deshidratación de
los azúcares. Existen muchos monómeros diferentes. En el esquema de la derecha se muestran tres de
estos monómeros. El esquema de la derecha muestra una fase inicial de la condensación de algunos
monómeros para formar la red tridimensional que constituye la lignina. Se muestran varios grupos en rojo
con capacidad para seguir reaccionando. Algunos pueden simplemente ampliar el polímero uniéndose a
otros monómeros mientras que otros pueden formar puentes cruzados entre sí dando origen a una
compleja estructura tridimensional. El monómero marcado en color naranja en la figura tiene tres de sus
grupos funcionales unidos a otros monómeros en la estructura
Los procesos anaeróbicos raramente descomponen los anillos aromáticos en tanto que la
descomposición aeróbica de la lignina es muy lenta requiriendo largos periodos de tiempo.
Además de la celulosa, hemicelulosa y ligninas, tanto en la pared como en el lúmen de las
células se encuentran otros compuestos orgánicos e inorgánicos aunque no forman parte de la
estructura de la pared celular. Representan entre un 2 y un 15 por ciento del peso de la madera y
le confieren las propiedades características de cada especie. Taninos, aceites esenciales, grasas,
resinas, ceras, terpenos, fenoles y un componente tan importante como el almidón constituyen
este conjunto que, colectivamente, recibe el nombre de substancias extractables ya que pueden
extraerse de la madera calentándola en agua, alcohol u otros disolventes.
Desde un punto de vista de la composición elemental carbono, oxígeno e hidrógeno, los
componentes básicos de los carbohidratos que intervienen en la composición de la celulosa,
hemicelulosa y ligninas, son los elementos más abundantes presentes en la madera.
El calcio, acostumbra a ser un elemento de presencia significativa dado su papel en los puentes
de calcio que unen las cadenas pécticas de la pared celular. Por el contrario, la presencia de
nitrógeno y fósforo apenas resulta testimonial. La mayor parte del nitrógeno y fósforo de la
planta se concentra en las raíces finas y en las hojas, los órganos fisiológicamente más activos
de la planta. La concentración de nitrógeno y de fósforo en las hojas puede ser hasta 20 veces
más elevada que en la madera (tabla 4.7).
Dada la relativa escasez de estos elementos en la naturaleza, con frecuencia limitantes para la
producción, que un tejido tan abundante como la madera se pueda construir sin apenas la
intervención de éstos elementos, condujo a Margalef a interpretar la madera como una vía que
utilizan las plantas para aprovechar la capacidad reductora de la fotosíntesis.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
95
Tabla 4.6. Concentración de carbono, nitrógeno y fósforo (valor medio, desviación estándar () y
número de muestras (n) analizadas en cada caso) en la madera y en las hojas de diferentes especies
forestales. Datos del Inventario Ecológico y Forestal de Cataluña.
madera
CARBONO
Coníferas
Abies alba
Pinus halepensis
Pinus nigra
Pinus pinaster
Pinus pinea
Pinus sylvestris
Pinus uncinata
Frondosas
Castanea sativa
Fagus sylvatica
Populus nigra
Quercus petraea
Quercus suber
NITRÓGENO
Coníferas
Abies alba
Pinus halepensis
Pinus nigra
Pinus pinaster
Pinus pinea
Pinus sylvestris
Pinus uncinata
Frondosas
Castanea sativa
Fagus sylvatica
Populus nigra
Quercus petraea
Quercus suber
FÓSFORO
Coníferas
Abies alba
Pinus halepensis
Pinus nigra
Pinus pinaster
Pinus pinea
Pinus sylvestris
Pinus uncinata
Frondosas
Castanea sativa
Fagus sylvatica
Populus nigra
Quercus petraea
Quercus suber
hojas
Concentración
g/100g

n
Concentración
g/100g

n
49.39
49.67
50.67
50.97
50.78
50.56
50.30
1.41
1.65
1.50
1.77
1.2
1.73
3.05
3
211
196
22
39
310
41
47.26
52.26
51.90
50.07
50.06
51.26
51.25
10.26
3.97
1.50
1.24
1.15
3.11
1.91
22
417
276
33
63
392
95
48.42
48.59
48.30
48.40
47.16
2.46
1.39
0.25
0.52
1.66
24
44
3
14
67
48.83
48.23
45.96
48.28
49.65
1.00
1.88
1.24
1.08
2.18
21
38
3
12
111
0.10
0.11
0.11
0.09
0.09
0.10
0.08
0.03
0.06
0.04
0.05
0.04
0.04
0.02
3
212
196
22
39
314
41
1.06
1.19
1.00
1.00
1.17
1.26
1.09
0.30
0.23
0.16
0.31
0.21
0.23
0.19
22
417
276
33
63
392
95
0.13
0.13
0.14
0.14
0.28
0.05
0.05
0.07
0.04
0.10
24
44
3
14
67
2.22
2.32
2.34
2.16
1.59
0.64
0.55
0.74
0.52
0.20
21
38
3
12
111
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.00
0.00
1
169
157
21
38
232
24
0.10
0.09
0.09
0.07
0.08
0.11
0.10
0.04
0.03
0.02
0.04
0.03
0.03
0.02
3
292
234
19
46
322
48
0.01
0.01
0.01
0.01
0.05
0.01
0.01
0.01
0.00
0.04
24
43
3
14
68
0.19
0.15
0.13
0.18
0.12
0.09
0.07
-0.06
0.04
19
25
1
7
67
En efecto, la capacidad fotosintética de las plantas es muy elevada y, en muchos casos la
disponibilidad de nutrientes actúa como factor limitante ya que, al no disponer de éstos en
abundancia, las rutas metabólicas que conducen a la formación de aminoácidos y otras
moléculas nitrogenadas o fosforadas, se ven limitadas.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
96
Hemos visto en el capítulo 2 que una reducción en la tasa de utilización de las triosas para la
síntesis de otros polisacáridos actúa limitando la fotosíntesis. La síntesis de la madera garantiza
la utilización de la glucosa producida en la fotosíntesis para producir además un tejido que, por
sus propiedades de resistencia a la descomposición, dureza y capacidad de transporte de agua,
ha permitido a los árboles un éxito evolutivo considerable. La supervivencia de las plantas
depende, en buena parte de su capacidad para incrementar la fotosíntesis neta. La solución
adoptada por los árboles ha sido la de situar las hojas cada vez más altas compitiendo con otras
plantas por la luz aún a costa de tener que elevar el agua desde las raíces hasta alturas cada vez
mayores en contra de la gravedad. Esta estrategia implica la formación de una estructura rígida
y resistente, el tronco, que soporta la bóveda foliar y que puede construirse con escasa
aportación de nitrógeno y fósforo lo que permite aprovechar la capacidad reductora de la
fotosíntesis a la que antes hacíamos referencia.
(Pimentel and Patzek 2005) han analizado el costo energético de producir bioetanol a partir de
la madera. El etanol se obtiene convirtiendo enzimáticamente la celulosa de la madera en
glucosa, la hemicelulosa en xilosa y fermentando ambos azúcares para obtener etanol. El etanol
resultante tiene una concentración de, aproximadamente el 8 por ciento, similar al que se
obtiene a partir del almidón del maíz o de la sacarosa de la caña de azúcar. Análogamente, este
etanol se destila hasta alcanzar una concentración del 95%, proceso que requiere 4560
kilocalorías por cada litro de etanol obtenido.
La cantidad de madera necesaria para producir una cantidad determinada de etanol varía
considerablemente según las técnicas industriales aplicadas. (Badger 2002) calcula el
rendimiento de etanol que puede obtenerse partiendo de celulosa y hemicelulosa. Un kg de
madera contiene el 45 por ciento de su peso en celulosa y un 30 por ciento de hemicelulosa que,
en teoría, pueden transformarse en etanol con una eficiencia del 51 por ciento (ver el caso del
maíz). La cantidad teórica de etanol que podría obtenerse de cada kg de madera seca vendría
dada por 1000 g x (0.45+0.30) x 0.51= 382 gramos de etanol, con lo que para obtener 1000
litros de etanol (=787 kg) se requieren poco más de 2000 kg de madera.
Sin embargo, la eficiencia conjunta de la conversión enzimática de la celulosa y hemicelulosa
en glucosa y otros azúcares y, posteriormente, de la fermentación de la glucosa, arrojan un valor
del 52 por ciento, con lo que, en la práctica se obtienen 200 g de etanol por cada kg de madera y,
por lo tanto, para obtener 1000 litros de etanol se requieren cerca de 4000 kg de madera seca
que equivale a 8000 kg de madera en pie (humedad  50 por ciento). En la actualidad se
investiga aplicando técnicas sofisticadas de ingeniería metabólica para desarrollar
microorganismos que puedan fermentar más eficientemente los azúcares presentes en la
biomasa vegetal. Los tejidos vegetales fibrosos, ricos en lignocelulosa, contienen azúcares de
cinco carbonos tales como la xilosa, procedente de la hemicelulosa junto a otros carbohidratos
de seis átomos de carbono que son comunes en los granos de los cereales y tejidos de reserva.
El tratamiento de estas mezclas resulta complejo y constituye un reto para la tecnología actual.
Mientras algunas refinerías pueden tratar estas mezclas de manera selectiva y dar origen a
diferentes productos, otras menos desarrolladas tecnológicamente, cofermentan todos los
azúcares en una mezcla simple, reduciendo la eficiencia final del proceso. Uno de los retos a los
que se enfrenta la tecnología actual consiste en desarrollar microorganismos que puedan
cofermentar de manera eficiente todos los azúcares presentes en los tejidos vegetales para
mejorar el rendimiento de la fermentación y la producción de bioetanol. Algunas de estas
investigaciones se llevan a cabo sobre microorganismos como Zymomonas mobilis, una especie
capaz de cofermentar xilosa y arabinosa a la vez que glucosa.
La etapa inicial del procesado de la madera consiste en su trituración para obtener pelets que
resultan mucho más fáciles de transportar y de almacenar que la madera talada. (Theka and
Obernbergera 2004) han analizado el costo de producir pelets bajo diferentes escenarios
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
97
(eficiencia, distancia de transporte, etc), en términos energéticos, para concluir que el costo de
la trituración de la madera supone una inversión de entre 1420 y 2150 kcal/kg de pelets.
Aunque el equivalente energético de esta madera supone unos 12 millones de kilocalorías,
tomaremos en consideración solamente la energía del combustible necesario para la tala y
troceado de los árboles que se estima en 400000 kcal (unos 40 litros de combustible). La
retirada de las 8 toneladas de madera, que contiene, en promedio 1.25 g de N /kg de madera
seca (tabla 3.6) supone 5 kg de nitrógeno que deben de ser reemplazados si no se quiere
amenazar la fertilidad del suelo y que equivalen a 75000 kcal. En el procesado de la madera, se
comienza por disgregar las fibras antes de proceder a su hidrólisis, para lo que se utilizan 118 kg
de ácido sulfúrico cuya fabricación supone un costo energético de XXXX kilocalorías.
La producción de 1000 litros de etanol, que contienen 5 millones de kcal, supone un consumo
de energía de 13 millones de kilocalorías con lo que también en este caso, la producción de
etanol es negativa en términos energéticos. En términos de balance de CO2, los 1000 litros de
bioetanol pueden reemplazar a unos 550 litros de gasolina. La combustión de esta gasolina
supone unas emisiones de 1.5 toneladas de CO2 mientras que la producción de los 1000 litros de
etanol supone unas emisiones cercanas a las 4 toneladas con lo que concluimos que, el balance
de la producción de etanol a partir de la celulosa y hemicelulosa de la madera, resulta
enormemente deficitario.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
98
Tabla 4.7. Energía invertida en el cultivo y en el procesado industrial de obtención de bioetanol a partir de
la madera.
CULTIVO (1 ha)
Kcal/ha
CO2 kg/ha
Semillas para la siembra del cultivo (kg/ha)
(a)
Maquinaria pesada (kg/ha/año)
(b)
Fertilizantes
Nitrógeno (kg/ha)
(r)
5
63444
19
Fósforo (kg/ha)
1
2266
1
Potasio (kg/ha)
5
9931
3
Cal viva (kg/ha)
Herbicidas (kg/ha)
Pesticidas (kg/ha)
Transporte de materiales (kg)
(c)
Trabajo Personal (horas/ha/año)
(d)
Irrigación (mm)
(e)
Combustibles
Gasoil (kg/ha)
Gasolina (kg/ha)
(q)
75641
22.7
TOTAL cultivo:
Rendimiento del cultivo (kg de MP/ha):
0.20
Producción (l de etanol/kg de MP):
Producción de etanol (l de etanol/ha):
PROCESADO INDUSTRIAL (1000 l)
Costo del cultivo para producir 1000 litros de etanol
Semillas (o MP) para producir 1000 l de etanol (kg)
Transporte (a):
Peso de grano y etanol final (kg)
Distancia de transporte en camión (km)
Transporte en barco (solo el etanol) (km)
Planta de producción (kcal/l de etanol)
Combustible para la tala de madera (l)
Trituración de la madera
Ácido sulfúrico
Agua (15 l/l de etanol) (litros)
Destilación del etanol (litros)
Concentración al 99.5% (kcal/l)
Electricidad (kwh)
Depuración de aguas residuales (kg de DBO)
TOTAL procesado industrial:
TOTAL GENERAL (kcal/1000 l de etanol):
Energía del bioetanol:
Rendimiento:
Productos secundarios:
Coproductos (kg)
Energía total (bioetanol+Coproductos):
Rendimiento final:
litros de bioetanol equiv a 1l de gasolina
Emisiones de CO2 del bioetanol respecto del gasoil
Considerandolas emisiones por la extraccion y refinado
del petróleo (2.8 kg de CO2/l de gasolina)
Notas a pié de tabla: ver las notas de la tabla 4.2.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
kcal/1000
litros
75641
23
544367
260220
6984
335749
7094884
472000
10000
1430793
9000
1726272
207360
12097629
12173270
5609736
0.46
163
78
2
101
2128
142
3
429
3
518
62
3629
3652
1683
0.46
3942
(f)
(g)
(n)
(o)
(p)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
4942
500
3000
7.0
39.4
3941.6
118.0
25000
16000
9
666
20
(m)
907
1.52
4523414
10133150
0.83
5545
2.17
1.98
99
En este punto debemos hacer notar que no se ha incluido en el cálculo coste alguno referido al
establecimiento, mantenimiento y gestión de la plantación. Hemos supuesto que en la
elaboración del bioetanol se utilizan los restos de tala y otros desechos de la plantación. La
repercusión de cualquier costo añadido no haría sino tornar aún más negativo el balance de la
producción.
Los resultados de producir etanol a partir de maíz, caña de azúcar y restos de tala de madera se
comparan en la tabla 4.9. Hemos visto que la fracción de radiación solar incidente que
aprovecha un cultivo a través de la fotosíntesis es muy baja y se sitúa alrededor del 1 por ciento.
El etanol resultante al final del proceso productivo recupera, en el caso de la caña tan solo un
0.23 por ciento. El cultivo de los azúcares requiere la inversión de considerables cantidades de
energía en forma de fertilizantes, irrigación, transporte, maquinaria movida con combustibles,
etc. La fermentación microbiana de los carbohidratos obtenidos origina etanol que, en promedio,
alcanza una concentración del 8 por ciento. Este etanol se debe concentrar mediante un proceso
de destilación que requiere ingentes cantidades de energía dado que el volumen de agua es 15
veces superior al de etanol. Además el producto final se debe de desulfurar y deshidratar para
eliminar restos de compuestos que podrían afectar al buen funcionamiento de los motores. La
energía invertida por cada litro de etanol producido es menor en la caña de azúcar, algo más
elevada en el caso del maíz y crece considerablemente en el caso de la madera. En todo caso, el
litro de etanol producido contiene 5600 kcal con lo que resulta evidente que incluso la energía
que requiere la caña de azúcar que es de 4600 kilocalorías por litro de etanol producido, supone
una fracción muy elevada que llega a ser prohibitiva en el caso de la madera ya que se requiere
invertir 12173 calorías, es decir más del doble de la energía que se recupera con el etanol final.
En la producción de etanol se originan otros productos secundarios, que hemos denominado
genéricamente coproductos. No debe de perderse de vista que esta utilización no es gratuita ya
que un uso alternativo consiste en devolverlos al campo retornando una parte de los nutrientes.
Su utilización en otras aplicaciones obliga a aumentar la dosis de fertilizantes lo que conlleva un
coste energético y de emisiones de CO2 asociado. Si se toma en consideración la energía
contenida en estos coproductos además de la energía del etanol, el balance mejora notablemente.
La energía recuperada en el caso del maíz es 1.90 veces la energía invertida, 1.88 en el caso del
girasol pero en el caso de la madera el valor de 0.83 nos indica que se recupera un 17 por ciento
menos de energía de la que se invierte.
Estos aportes de energía llevan asociada una emisión de CO2 que se acerca o supera a las
emisiones que supuestamente reducen los biocombustibles. En todos los casos hemos
comparado las emisiones de la producción del etanol con las emisiones que produce la
utilización de un litro de gasolina incluidas las emisiones estimadas en el proceso de
exploración de yacimientos, extracción, transporte y refinado. A los 2500 g de CO2 que se
emiten a la atmósfera en la combustión de un litro de gasolina se suman 300 g/l más emitidos en
su obtención. La reducción de emisiones de CO2 que supone substituir un litro de gasolina fósil
por bioetanol de maíz es de 152 gramos, resulta bastante más favorable en el caso del bioetanol
de caña de azúcar (644 g) y claramente deficitaria con el bioetanol de madera cuyas emisiones
duplican a las de la propia gasolina.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
100
CUADRO 4.3.
La producción de etanol a partir de madera en cifras
1000 litros de etanol:
Para producir 1000 litros de etanol se requieren 3942
con un consumo energético de
76
el proceso industrial consume 12098
Producir 1000 litros de etanol cuesta en total 12173
La energía contenida en los 1000 l de etanol equivale a 5610
La producción de etanol representa 1.22
o sea que el balance neto de energía es de un
22
Los residuos de la destilación DDGS contienen 4523
Si se aprovechan estos co-productos, el rendimiento se
0.83
eleva a
En el cultivo se emíten
23
En el proceso industrial se emíten 3629
En la producción de 1000 litros de etanol se emíten 3652
Para producir la energía en el coche equivalente a 1 l de
1.52
gasolina se requieren
que contienen 8518
en su producción se han invertido 18484
La combustión en el motor del coche de 1 l de gasolina
supone la emisión a la atmósfera de 2555
En la producción y procesado del etanol se han emitido 5545
Con lo que el supuesto ahorro de emisiones supone
2.17
emitir
ENERGÍA
veces la energía invertida en el cultivo
kg de CO2
kg de CO2
kg de CO2
litros de etanol
kcal de 1 litro de gasolina
kcal
kg de CO2
kg de CO2
veces más CO2 a la atmósfera
proceso
industrial;
12098
cultivo; 76
energía del
etanol; 5610
coproductos;
4523
Emisiones de CO2
proceso
industrial;
5511
cultivo; 34
gasolina;
2555
C. Gracia
kg de madera
Mcal en el cultivo
Mcal más
Mcal
Mcal
veces la energía invertida en el cultivo
por ciento
Mcal más
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
Arriba: Balance energético en la
producción de un litro de bioetanol a
partir de madera. En términos
energéticos la energía que se debe de
invertir en el cultivo más la energía
del proceso industrial resultan
Abajo: Las emisiones de CO2 que se
producen en el cultivo más las que se
producen en el proceso industrial
resultan ligeramente inferiores a las
de la gasolina que puede substituir el
bioetanol con lo que el balance de
emisiones de CO2 resulta positivo.
Se emite algo menos CO2 a la
atmósfera en la producción de
bioetanol que con el uso de la propia
gasolina fósil convencional.
101
Tabla 4.9. Balance de energía y de emisiones de CO2 en la producción de bioetanol a partir de las tres
materias primas analizadas. El balance de energía se refiere a una hectárea de terreno salvo en el caso
de la madera. En este caso, se considera un balance basado en el aprovechamiento de restos de tala por
lo que el coste del cultivo se imputa a la producción principal de madera salvo por lo que se refiere al
costo de reposición de la fracción de nutrientes que se extraen con los restos de tala aprovechados para
la producción de 1000 litros de bioetanol. Nótese el rendimiento negativo de las emisiones de CO2 en
el caso de la madera. Por cada litro de gasolina que se substituye por etanol de madera se emiten 2475
g más de CO2 a la atmósfera. En el caso del etanol de maíz supone una reducción de emisiones de 152
g y de 640, el caso más favorable, con el etanol de girasol.
Maíz
Caña de
azúcar
Madera
Litros de etanol producidos por hectárea
3141
5700
---
Energía invertida en el cultivo de 1 ha (Mcal/ha)
5145
4036
76
Energía invertida en el proceso industrial para producir 1000
litros de etanol (Mcal)
5610
4036
76
Energía total Mcal/1000 l de etanol
5435
4607
12173
Rendimiento final: energía recuperada / energía invertida
incluidos los co-productos
1.90
1.88
0.83
-152
-640
2745
Balance de energía
Balance de CO2
Emisiones de CO2 del bioetanol - emisiones de la gasolina
equivalente, incluidas las emisiones derivadas de la
extracción y refinado (g de CO2 /litro de gasolina)
Estos resultados obligan a reconsiderar el papel de los biocombustibles. Incluso en el caso de
materias primas cuyo balance pueda resultar favorable, los escasos márgenes de mejora
energética y reducción de emisiones nos obligan a pagar un precio muy elevado en forma de
eutrofización de las aguas como consecuencia de la lixiviación de los fertilizantes, deforestación
para abrir nuevos espacios de cultivos o los efectos nocivos de la desviación de productos
agrícolas de la alimentación humana a la alimentación de nuestros vehículos. Algunos de estos
efectos se discuten en el capítulo 6.
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
102
C. Gracia
Biocombustibles: ¿energía o alimento
4: Bioetanol
103