universidad veracruzana facultad de ingenieria quimica

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
“PANORAMICA DE LAS ENERGIAS RENOVABLES: MARCO
LEGISLATIVO Y ASPECTOS MEDIO AMBIENTALES”
MONOGRAFIA
PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:
EXPERIENCIA RECEPCIONAL
PROGRAMA EDUCATIVO:
INGENIERÍA QUÍMICA
PRESENTA
JULIO CESAR ORTIZ SANCHEZ.
DIRECTOR DE MONOGRAFIA:
IQ. ALEJANDRO ORTIZ VIDAL
XALAPA, VER., JUNIO DE 2013.
Agradecimientos:
A dios, por darme esa fuerza llamada voluntad para concluir todos mis estudios.
A mis Padres, Crescencio Ortiz y Sofía Sánchez, por darme la vida y permitirme
estudiar una carrera profesional. Gracias por todo el apoyo y confianza que
depositaron en mí, sin sus consejos yo no sería lo que soy.
A mi esposa Gaby Contreras, No hay palabras suficientes para agradecerte el
inmenso apoyo que me has dado, gracias por el tiempo que has compartido
conmigo en las buenas y en la malas.
A hija Abrilita, eres mi motivación a seguir, eres la alegría que llego a nuestra
familia.
A mis Hermanos, Ricardo y Oyuki, por el apoyo incondicional y por estar dando
ánimos en esos momentos difíciles. Solo faltas tú oyu.
Al MC. Joaquín Jiménez Huerta y al IQ. José María Domínguez Canto por el
apoyo en la revisión y autorización de este trabajo.
Un agradecimiento especial para el IQ. Alejandro Ortiz Vidal. Ya que sin su ayuda
ni consejos, hubiera sido difícil concluir este trabajo.
2
Contenido
Contenido................................................................................................................................. 3
Índice de Figuras. ................................................................................................................... 5
Índice de Tablas. .................................................................................................................... 5
Introducción. ........................................................................................................................... 6
Justificación. ........................................................................................................................... 7
Objetivos Generales. .............................................................................................................. 7
Objetivos Específicos. ............................................................................................................ 7
1.
Antecedentes. ................................................................................................................ 8
1.1 Energía y desarrollo sostenible. ................................................................................... 8
1.2 Energías Renovables. .................................................................................................. 8
1.2.1 Energía Eólica. ....................................................................................................... 9
1.2.2 Energía Hidráulica.................................................................................................. 9
1.2.3 Energía Solar. .......................................................................................................10
1.3 ¿Qué hace México?.....................................................................................................10
2.
Biocombustibles...........................................................................................................11
2.1 Reseña Histórica..........................................................................................................11
2.2 Definición de biocombustible. ......................................................................................12
2.3 Biocombustibles de 1ra Generación. ..........................................................................13
2.4 Biocombustibles de 2da Generación...........................................................................13
2.5 Biocombustibles de 3ra Generación: ..........................................................................13
3.
Etanol. ............................................................................................................................14
3.1 Aspectos Generales. ...................................................................................................14
3.2 Producción de Etanol...................................................................................................15
3.3 Etanol por Caña de azúcar. .........................................................................................15
3.4 Etanol producido por maíz...........................................................................................17
3.4.1 Molienda húmeda. .................................................................................................17
3.4.2 Molienda en seco. .................................................................................................19
3.5 Usos de Etanol.............................................................................................................21
3.5.1 Etanol como único combustible. ...........................................................................22
3.5.2 Vehículos Flex Fuel...............................................................................................22
3.6 Ventajas y desventajas de usar etanol en lugar de gasolina. ....................................22
3
3.6.1 Ventajas:................................................................................................................22
3.6.2 Desventajas:..........................................................................................................23
4.
Biodiesel........................................................................................................................24
4.1 Aspectos generales. ....................................................................................................24
4.2 Producción de Biodiesel. .............................................................................................26
4.3 Procesos en la producción industrial de biodiesel. .....................................................27
4.3.1 Proceso general de transesterificacion.................................................................27
4.3.1.1 Proceso discontinuo. ..........................................................................................27
4.3.1.2 Proceso Continuo...............................................................................................28
4.4 Usos del biodiesel........................................................................................................30
4.4.1 Motores Elsbett. ....................................................................................................30
4.5 Ventajas y desventajas de usar biodiesel en lugar de diésel. ....................................30
4.5.1 Ventajas:................................................................................................................30
4.5.2 Desventajas:..........................................................................................................31
5.
Marco energético Actual. ............................................................................................32
5.1 Protocolo de Kioto........................................................................................................32
5.2 Gases de Efecto Invernadero. .....................................................................................32
5.3 Acuerdo de Copenhague.............................................................................................32
5.4 Acuerdos de Cancún. ..................................................................................................33
6.
Situación actual de los biocombustibles en México. ..............................................34
6.1 Marco legislativo. .........................................................................................................34
6.2 Etanol en México. ........................................................................................................35
6.3 Situación actual de biodiesel en México. ....................................................................36
7.
Situación actual en algunos países de América. .....................................................37
7.1 Nicaragua. ....................................................................................................................37
7.2 Panamá. .......................................................................................................................38
7.3 Ecuador. .......................................................................................................................39
7.4 Guatemala....................................................................................................................40
7.5 Situación actual de Brasil. ...........................................................................................41
7.5.1 Bioetanol en Brasil. ...............................................................................................42
7.6 Biocombustibles en Estados Unidos. ..........................................................................43
8.
Impactos ambientales por biocombustibles.............................................................45
4
8.1 Otros impactos: suelos, agua y aire. ...........................................................................47
8.1.1 Degradación de suelos. ........................................................................................48
8.1.2 Consumo de agua. ................................................................................................48
8.1.3 Contaminación del aire. ........................................................................................49
9.
Futuro de los Biocombustibles. .................................................................................50
Conclusiones: ......................................................................................................................51
Bibliografía. ..........................................................................................................................54
Índice de Figuras.
Fig. 1
Capacidad instalada por fuentes renovables de energía.
Fig. 2
Principales países productores de etanol en 2010.
Fig. 3
Esquema de producción industrial de etanol y azúcar.
Fig. 4
Molienda en húmedo
Fig. 5
Molienda en Seco
Fig. 6
Clasificación de etanol según su uso
Fig. 7
Producción anual de biodiesel.
Fig. 8
Principales países productores de biodiesel
Fig. 9
Proceso de transesterificacion en discontinuo
Fig. 10
Producción de biodiesel mediante reactor flujo pistón
Fig. 11
Evolución de la producción de etanol en Brasil
Fig. 12
Estándar de combustible renovable
Fig. 13
Reducciones de emisiones de GEI de biocombustibles
Fig. 14
Consumo de agua virtual
10
15
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18
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21
26
27
28
29
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46
49
Índice de Tablas.
Tabla 1 Principales productos utilizando molienda húmeda
Tabla 2 Principales productos utilizando molienda seca
Tabla 3 Panorámica general de los biocombustibles
Tabla 4 Ranking de 25 países productores de etanol
Tabla 5 Ranking de 25 países productores de biodiesel
19
20
24
25
25
5
Introducción.
La energía es fundamental para el desarrollo y para proporcionar muchos servicios
esenciales que mejoren la condición humana. (IEA, 2009).
Sin embargo, el uso de ciertas energías, como las producidas por recursos fósiles,
produce un riesgo ambiental considerable, por el alto número de gases
contaminantes emitidos a la atmosfera, principalmente el dióxido de Carbono
(CO2). Es por ello la importancia de desarrollo de energías alternativas para evitar
mayores contaminantes como los generados por las energías fósiles.
Las energías renovables se refieren a fuentes energéticas basadas en la
utilización del sol, viento, agua y la biomasa vegetal o animal. Su impacto
ambiental es de menor magnitud comparado con la energía generada con
recursos fósiles y sus recursos con capaces de renovarse ilimitadamente.
(SENER, 2006)
En este trabajo de recopilación bibliográfica se enfocara la revisión a los
biocombustibles (biomasa), que son un tipo de energía renovable muy importante
ya que sus principales productos son el etanol y el biodiesel, que son los
candidatos ideales hasta ahora en sustituir a la gasolina y al diésel,
respectivamente.
La biomasa es la fuente de energía más antigua utilizada por el hombre, es un
conjunto de materiales de naturaleza biológica susceptible de ser aprovechado
para la producción de energía térmica y eléctrica, su producción es mucho más
rápida y barata que la formación de combustible fósiles. (Iglesias y luna, 2010)
Brasil, país pionero en la utilización de etanol como combustible ya que en 1931
utilizo por primera vez la dilución de gasolina con etanol, utilizando un 95% de
gasolina y 5% de etanol lo que se le conoce como (E5).
En la actualidad el principal país en producir etanol y biodiesel es Estados Unidos,
que en la última década ha tenido un importante crecimiento en producción de
biocombustibles, dejando atrás a Brasil. (GBC, 2011)
México, tiene un retraso en la producción y uso de biocombustibles, y las leyes
existentes no indican un plan para el aprovechamiento de los recursos de biomasa
que se genera en el país, como por ejemplo las mieles de azúcar producidas en
los 57 ingenios que existen en el país.
Por ello es importante revisar la información existente en México y así lograr
obtener una conclusión y observar algunos errores que se puedan estar
cometiendo en la legislación y aprovechamiento de la biomasa.
6
Justificación.
Las energías renovables son las nuevas y futuras fuentes de energía del planeta,
y se puede predecir que serán las fuentes principales de energías sustituyendo a
los fósiles cuando éstos se extingan, además que su producción es más
económica y sus impactos ambientales son menores. Por tales motivos se hace la
siguiente recopilación para revisar la historia, presente y futuro de los
Biocombustibles que es una energía renovable en crecimiento. Así mismo
identificar su impacto ambiental y la legislación vigente.
Con este trabajo de investigación se pretende que el estudiante de ingeniería
química pueda observar algunos aspectos relacionados con el proceso de
producción de biocombustibles, como pueden ser el uso de algunas operaciones
unitarias durante el proceso y la utilización de algunos procesos unitarios. Y que
también entienda que la carrera de Ingeniería Química puede abarcar muchas
áreas como lo son: la producción de un biocombustible, su correcta legislación la
cual conllevaría a mantener un medio ambiente estable.
Objetivos Generales.
El objetivo general de éste trabajo es dar una panorámica de las energías
renovables, tomando en cuenta su marco legal y aspectos medio ambientales,
revisando su pasado, presente y futuro.
Objetivos Específicos.
Revisar el estado actual de los biocombustibles como energía renovable
principalmente el etanol y el biodiesel, su producción en México y hacer una
comparación con los principales países de América Latina productores de etanol y
biodiesel. Incluyendo sus aspectos ambientales y el marco legal que rige a los
biocombustibles.
7
1. Antecedentes.
1.1 Energía y desarrollo sostenible.
Energía, la podemos definir como la capacidad para efectuar un trabajo, tal es el
caso de explotar y convertir los recursos naturales para el aprovechamiento y
desarrollo de las actividades necesarias de la humanidad. (Sangabriel, 2013)
Las fuentes de energía se clasifican en renovable y no renovable. La no renovable
es toda aquella que una vez usada ya no es posible su reutilización y además es
la fuente de energía que afecta al medio ambiente. La energía renovable puede
encontrarse en combustibles fósiles: Carbón, petróleo y gas natural; otra forma de
energía no renovable y además peligrosa debido a la manera en que se obtiene es
la energía nuclear.
Algunas de las consecuencias causadas por el excesivo uso de combustibles
fósiles son la emisión de gases de efecto invernadero. El carbón, el petróleo y el
gas natural son formas de energía que al ser aprovechadas tienen que quemarse
y así de manera inevitable emiten gases llamados de efecto invernadero.
(Sangabriel, 2013)
El concepto de desarrollo sostenible fue formulado por la Comisión Mundial sobre
el Medio Ambiente y Desarrollo, en 1987 en el informe titulado Nuestro futuro
común, más conocido por el nombre de la presidenta de la Comisión como
Informe Brundtland. (UNED, 2012)
La Comisión Brundtland definió el desarrollo sostenible como aquel "que satisface
las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones
futuras de satisfacer sus propias necesidades". De esta definición podemos
extraer algunas conclusiones. Si hasta entonces se consideraba que en el
desarrollo intervenían exclusivamente variables de tipo económico y social, a partir
de ese momento entraron en juego otro tipo de consideraciones relativas al medio
ambiente.
1.2 Energías Renovables.
La energía renovable es aquella derivada de recursos que son regenerativos,
siendo, por esta razón, fundamentalmente diferentes de los combustibles fósiles.
(Monteiro, 2010).
Energía Renovable, consiste en la energía producida y/o derivada de fuentes que
se renuevan ilimitadamente (hídrica, solar y eólica) o generada por combustibles
renovables (biomasa producida en forma sostenible); se expresa generalmente en
unidades de energía y, en el caso de los combustibles, se basan en valores
caloríficos netos. (Texo et al. 2009).
8
Las energías renovables son aquellas cuya fuente reside en fenómenos de la
naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser trasformados en energía
aprovechable por la humanidad, y que se regeneran naturalmente, por lo que se
encuentras disponibles de manera continua. Las fuentes renovables de energía
perduraran por miles de años. Las energías renovables se pueden clasificar de
distintas formas: por su origen primario de energía, por el nivel de desarrollo de las
tecnologías y por las aplicaciones de las energías. (CRE, 2007)
Las energías renovables se basan en los flujos y ciclos implícitos en la naturaleza.
Son aquellas que se regeneran y se espera que perduren por cientos o miles de
años. Además, se distribuyen en amplias zonas y su adecuada utilización tiene un
impacto ambiental favorable en el entorno, elemento que hoy se convierte en una
herramienta de gran importancia, ante la necesidad de disminuir significativamente
la emisión de gases de efecto invernadero a nivel mundial. (SENER, 2009)
La energía en cualquiera de sus formas no puede crearse ni destruirse; solo se
puede cambiar de una forma a otra (Primera ley de la termodinámica). Aunque la
energía no se pierde, si se degrada en un proceso irreversible (Segunda ley de la
termodinámica). Por ello en rigor la energía no puede considerarse renovable. Lo
que puede renovarse es su fuente, por ejemplo el viento, o una caída de agua. Sin
embargo, el uso del lenguaje ha llevado a las fuentes renovables de energía a
denominarse simplemente energías renovables. (CRE, 2007).
1.2.1 Energía Eólica.
La energía Eólica es la que se obtiene mediante el movimiento de las diferentes
masas de aire de diferente densidad.
La energía eólica procede de la energía del sol, ya que son los cambios de
presiones y de temperaturas en la atmósfera quienes provocan que el aire se
ponga en movimiento generando el viento que los aerogeneradores o turbinas
eólicas aprovechan para poder transformar la energía generada por el viento en
energía eléctrica (de Juana, 2007).
1.2.2 Energía Hidráulica.
El agua almacena energía según las características de su flujo y su posición. La
obtención de energía hidráulica se da en lugares donde se disponga de suficiente
cantidad de agua para poderla aprovechar como recurso energético, siendo esta
transformación por medio de presas hidroeléctricas que cuentan con equipamiento
de grandes turbinas y equipamiento para la transformación a energía eléctrica
(SENER, 2009).
9
Esta energía también tiene su origen en el Sol, ya que para que se lleve a cabo el
ciclo hidráulico es necesaria la energía del Sol, primero para evaporar el agua de
los océanos y luego, una vez formadas las nubes, transportarlas mediante el
viento para proceder a la lluvia y así repetir el ciclo.
1.2.3 Energía Solar.
El Sol produce de manera constante energía electromagnética que es transmitida
todo el tiempo hacia la Tierra en forma de radiación. La radiación solar es la fuente
principal de energía sobre la Tierra y, sin la cual, no sería posible la vida en ella.
La energía que proviene del sol, es aprovechada de dos maneras en la Tierra, se
les conoce como energía solar térmica y energía solar fotovoltaica. La energía
solar térmica es usada en colectores solares para calentar agua en algunas
comunidades rurales donde no se cuenta con el recurso económico necesario
para usar gas natural, también es utilizada para sistemas de aire acondicionado en
las viviendas. Por otro lado, la energía solar fotovoltaica es la que al caer la
radiación proveniente del Sol sobre una superficie, ésta es aprovechada para
convertirla en energía eléctrica. (Sangabriel, 2013)
1.3 ¿Qué hace México?
Según la definición de fuentes renovables de energías del Programa Especial para
el Aprovechamiento de Energías Renovable, lo cual no contempla plantas
hidroeléctricas con una capacidad mayor a 30 MW, se cuenta con una capacidad
instalada a partir de dichas fuentes de 2,365 MW o 4%.
Fig. 1 Capacidad instalada por fuentes Renovables de Energía MW. (CFE & CRE,
2011)
10
Estudios previos indican que México posee un gran potencial para generar energía
a través de fuentes renovables, ya que contamos con:






Altos niveles de insolación;
Recursos hidráulicos para la instalación de plantas mini hidráulicas;
Vapor y agua para el desarrollo de campos geotérmicos;
Zonas con intensos y constantes vientos prevalecientes;
Grandes volúmenes de esquilmos agrícolas, e
Importantes cantidades de los desperdicios orgánicos en las ciudades y el
campo, cuyo destino final debe manejarse de forma sustentable.
Por sí misma, la diversificación de las fuentes energéticas a partir del uso de
energías renovables representará un mecanismo para reducir la dependencia de
México en los combustibles fósiles, y así fomentar la seguridad energética. Sin
embargo, el aprovechamiento de las energías renovables también representa
beneficios indiscutibles en otros temas prioritarios, no sólo para nuestro país, sino
para todo el mundo.
2. Biocombustibles.
2.1 Reseña Histórica.
Por milenios las sociedades han utilizado materiales biológicos para energía.
Plantas y aceites de origen animal o vegetal siempre han sido quemados para
producción de calor, y animales son usados en el transporte. Solamente al final del
siglo XIX se inició la transición para uso de combustibles fósiles para la generación
de calor y energía motriz. (Monteiro, 2010)
La historia de los biocombustibles y la idea de utilizarlos como combustibles no es
nueva, la misma se remonta a principios del siglo XX. Es necesario recordar lo que
han dicho y han hecho dos de los padres de la industria automotriz: Sir Rudolph
Diésel y Henry Ford. (Texo et al. 2009)
“El uso de aceites vegetales como combustibles puede parecer insignificante
ahora. Pero estos aceites pueden convertirse con el paso del tiempo en tan
importantes como los productos del petróleo o el carbón son ahora”. (Diésel, 1895)
Diésel construyo el primer motor que quemaba aceite vegetal (aceite de palma) en
condiciones de trabajo. Usó aceite de cacahuate en sus motores de compresión,
para impulsar una de sus creaciones en la exposición de Paris de 1900.
11
Por otra parte, según se indicó en 1925 en el New York Times, Henry Ford predijo
que el etanol seria el combustible del futuro: “Existe combustible en cada partícula
de materia vegetal que puede ser fermentable. Existe suficiente alcohol en la
cosecha de un año de un acre de papas como para movilizar la maquinaria
necesaria para cultivarla por 100 años.”
Pero el descubrimiento de inmensos depósitos de petróleo mantuvo la gasolina y
el diésel muy baratos durante décadas, lo que relego a los biocombustibles al
olvido. Sin embargo, con la reciente subida de los precios del petróleo, junto a la
creciente preocupación sobre el calentamiento global causado por las emisiones
de dióxido de carbono, los biocombustibles han vuelto a subir.
(NationalGeographic, 2012)
Fue a partir de la década de los 70, que los biocombustibles comenzaron a
desarrollarse de forma significativa a raíz de la crisis energética que tuvo lugar en
esos años, en donde el precio del petróleo alcanzo niveles muy altos.
En 1975, con el lanzamiento del Programa Nacional de Alcohol (PROALCOOL),
en Brasil, se puso en marcha el que es considerado como el primer y mayor
programa de energías renovables a gran escala, cuyo objetivo era la de estimular
la sustitución de las gasolinas por alcohol, y en consecuencia, reducir la
dependencia a la utilización de combustibles fósiles.
Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se realizaron en 1982, en Austria y
Alemania, y fue en 1985 cuando en Austria se construyó la primera planta piloto
de producción del mismo. Actualmente países como Alemania, Francia, Austria,
Estados Unidos, Canadá, Suecia y Brasil son pioneros en desarrollo, producción y
utilización de biodiesel. (Texo et al. 2009)
Hoy en día, los biocombustibles se han transformado en una fuente natural e
importante de energía alternativa. Debido a los altos precios del petróleo, al
eventual agotamiento de los combustibles fósiles y al calentamiento global, estos
combustibles son cada vez más utilizados a nivel mundial.
2.2 Definición de biocombustible.
Desde una perspectiva etimológica, serían los combustibles de origen biológico,
pero esta definición incluiría el petróleo, ya que este procede de restos fósiles que
existen desde hace millones de años. Una mejor definición sería que son los
combustibles de origen biológico obtenidos de manera renovable a partir de restos
orgánicos. Los biocombustibles constituyen la primera fuente de energía que
conoció la humanidad. Entre las fuentes de los biocombustibles, están la biomasa
proveniente de cultivos como caña de azúcar, maíz, sorgo, yuca y otros, usada
para producir etanol, y los aceites provenientes de palma africana, soya, higuerilla,
12
Jatropha curcas, colza y otras plantas, utilizados para producir biodiesel.(IICA,
2007)
El término biocombustible se refiere a los combustibles líquidos o gaseosos para
el sector de transporte, que son predominantemente producidos por la biomasa
(Demirbas, 2008).
Los biocombustibles líquidos pueden ser definidos como aquellos combustibles
líquidos producidos a partir de biomasa con fines de transporte o producción de
calor. Estos pueden ser producidos a partir de productos agrícolas, forestales y de
la parte biodegradable de los residuos industriales y municipales (Dufey, 2006).
Una clasificación recientemente nombrada incluye los términos biocombustibles de
1ra, 2da y 3ra generación, pero no hay definición técnica estricta para tales
designaciones. De hecho existe una considerable controversia entre las
definiciones de esas “generaciones de biocombustibles”, pero, en general, la
principal distinción entre ellos es la materia prima utilizada y los avances
tecnológicos necesarios para obtenerlos.
2.3 Biocombustibles de 1ra Generación.
Son producidos de azúcar, amida y aceites de plantas tradicionales como caña de
azúcar, trigo, maíz, palma aceitera y soya. Esos biocombustibles (etanol y
biodiesel) ya son producidos y comercializados en cantidades significativas por
diversos países.
2.4 Biocombustibles de 2da Generación.
También llamados biocombustibles celulósicos, son producidos de materias
primas no alimentares como residuos agroindustriales de alta producción de
biomasa. Su producción es más compleja. Se clasifican según el proceso utilizado
en la conversión de biomasa:


Bioquímicos: hidrolisis enzimática y fermentación.
Termoquímicos: Pirolisis, gasificación y síntesis de Fischer-Tropsch.
Las tecnologías para la conversión de biomasa celulósica a biocombustibles son
existentes, pero no son aplicadas a gran escala.
2.5 Biocombustibles de 3ra Generación:
Son producidos a partir de la materia prima modificada genéticamente de modo
que facilita los procesos siguientes. Los agentes de conversión (microorganismos,
13
algas) también modificados genéticamente para que el proceso sea más eficiente.
(Monteiro, 2010)
Hoy en día los únicos biocombustibles producidos y utilizados en gran escala en el
mundo son el etanol y biodiesel, cuyas tecnologías de producción serán
brevemente mostradas a continuación.
3. Etanol.
3.1 Aspectos Generales.
Actualmente el biocombustible más utilizado es el etanol, cuya fermentación es
una tecnología bastante antigua. (Monteiro, 2010)
El etanol es el alcohol producido a partir de la fermentación de los azucares que
se encuentran en los productos vegetales combinados en forma de sacarosa,
almidón, hemi celulosa y celulosa. Dependiendo de su fuente de obtención, su
producción implica fundamentalmente molienda, fermentación y destilación de las
mismas. Se puede obtener a partir de 3 principales tipos de materias primas,
como: Materia rica en sacarosa (la melaza de caña de azúcar y sorgo dulce),
materia rica en almidón (cereales y tubérculos), materia rica en celulosa (madera y
residuos agrícolas). (Donato y Beltrán, 2008)
El etanol es caracterizado como un líquido incoloro, de olor ardiente, fácilmente
inflamable, de llama azulada, muy higroscópico.
Existen 2 tipos de etanol:


Etanol Anhidro: Contiene aproximadamente 0.5% de agua.
Etanol Hidratado: Contiene un valor cercano al 5% de agua.
El Etanol anhidro se utiliza mezclando con gasolinas de origen fósil, mientras que
el etanol hidratado se utiliza puro en los vehículos que han sido adaptados para
este combustible. (IICA, 2007)
Adicionando Etanol anhidro a la gasolina, éste le confiere poder antidetonante,
teniendo en vista su elevado octanaje. Así, se revela un buen sustituto al tetra etilo
de plomo mejorando la eliminación de los efectos dañinos provocados por estos
compuestos al medio ambiente.
Los datos de producción de etanol revelan importantes tendencias de expansión y
diversificación, en 2007 la producción total mundial de ese biocombustible fue de
49.6 billones de litros y para el año 2008 fue de 65.3 billones de litros. (EIA, 2009).
14
3.2 Producción de Etanol.
Así como en la producción de bebidas alcohólicas, que normalmente se realiza de
diferentes maneras, la producción de biocombustibles a base de materias primas
vegetales se puede efectuar por medio de distintas rutas tecnológicas. En 2006, el
bioetanol representó una oferta energética cercana a un 3% de la demanda
mundial de gasolina. (EIA, 2008).
Fig.2 Principales países productores de etanol estimación 2010. (Brown, 2011).
3.3 Etanol por Caña de azúcar.
La caña de azúcar, caña miel o caña dulce, su nombre científico es
“SacchaumOfficinarum”. Es una gramínea tropical perenne con tallos gruesos y
fibrosos que pueden crecer entre 3 y 5 metros de altura. (Ramírez, 2008).
La caña de azúcar es una materia prima para la producción de azúcar y de etanol
con características relevantes que la sitúan como la planta comercial de mayores
rendimientos en biomasa energética, debido a las cantidades de azúcar y fibra.
(Silva &Iturra, 2010).
El principal producto de este cultivo ha sido comúnmente el azúcar. En este caso,
el azúcar y el etanol se consideran co-productos. El bagazo de la caña es uno de
los subproductos y se usa como fuente de energía. Por cada tonelada de caña se
producen aproximadamente 264 kg de bagazo (con un 50% de humedad), que se
puede utilizar para la producción de energía eléctrica y calorífica por medio de la
cogeneración. (SENER, 2006).
15
Analizando éste dato puedo calcular que por cada tonelada de caña de azúcar una
tercera parte se utiliza para la producción de azúcar y una cuarta parte puede ser
utilizada para producir energía eléctrica, lo cual es una fuente de energía
renovable ya que con ese bagazo se puede generar electricidad tal vez para el
mismo ingenio.
Unos de los subproductos de la fabricación de etanol es la vinaza. Se estima que
por cada litro de alcohol se producen entre 10 y 15 litros de vinaza. (Quintero et al.
2006).
La vinaza tiene una carga orgánica muy alta por lo que puede ser potencialmente
contaminante si no recibe algún tipo de tratamiento. Uno de los usos que se le da
es como fertilizante y también se le puede dar un tratamiento anaerobio para la
producción de biogás.
Diagrama de flujo para producir etanol y azúcar.
Fig.3 Esquema de producción industrial de Etanol y Azúcar. (Manzanares, 2012)
16
3.4 Etanol producido por maíz.
La producción de etanol a partir de maíz ha sido refinada y actualizada en años
recientes, ganando en eficacia. Esta se realiza por dos procesos convencionales
de molienda en húmedo y en seco. Esta última, ha sido modificada con el objetivo
de aumentar el valor y la calidad de los coproductos. (Donato &Beltran, 2008).
3.4.1 Molienda húmeda.
La producción de etanol por medio de maíz cuenta con distintos procesos, a
continuación se detallan los pasos a seguir para la obtención de etanol en
molienda húmeda:







Recepción y limpieza: la materia prima se recibe y se analiza el contenido
de humedad. Si cumple con los controles de calidad se envía a un sistema
de limpieza y almacenamiento.
Maceración del grano: el grano se remoja en tanques por 30-50 horas a
temperaturas de 49-54°C en agua que contiene del 0.1 al 0.2 % de dióxido
de Azufre, éste ayuda a separar el almidón y la proteína soluble, y permite
prevenir el crecimiento de microorganismos no deseados manteniendo el
pH cerca de 4.
Molienda gruesa: se muele el grano ablandado en un molino de fricción y se
libera el germen sin fragmentarlo, el cual se separa del resto del grano con
hidrociclon, se lava para quitarle el almidón adherido y se deseca para la
posterior producción de aceite.
Molienda fina: el material restante se muele con molinos de impacto. Con el
objetivo de separar el almidón y las proteínas de la fibra. La fibra (salvado)
se elimina por tamizado y se lava para quitar el almidón adherido, se
escurre con presión y se deseca para su utilización como alimento animal.
Separación del gluten y almidón. La mezcla almidón-proteínas (gluten) se
separa mediante centrifugas continuas. El gluten con un 60% de proteína
es centrifugado y secado. Este es utilizado como alimento animal.
El almidón es purificado por re centrifugación para reducir el contenido de
proteínas a menos de 0.3%. Este puede ser enviado a la etapa de hidrolisis
o secado y modificado químicamente para su venta.
Licuefacción: el almidón mezclado con agua de proceso y enzimas (alfaamilasa), es calentado para permitir la licuefacción a 83°C. Posteriormente
se agregan componentes químicos (nutrientes y regulación de pH) y se
esteriliza a 110°C.
Sacarificación: la solución es enfriada a 60°C tras el agregado de otra
enzima (glucoamilasa) que convierte las moléculas de almidón en azucares
simples.
17




Fermentación: al mosto enfriado a 35°C se le adiciona levadura. Esta
mezcla es fermentado por 2 días donde los azucares simples son
convertidos en etanol y dióxido de carbono.
Recuperación de la levadura: el producto de la fermentación se pasa a
través de una centrifuga donde se separa la levadura del resto. Esta es
concentrada y tratada con ácido para eliminar las bacterias con el objetivo
de ser utilizada.
Destilación: el mosto, en una primera etapa, es concentrado hasta 60%.
Luego es enviado a una columna de purificación donde se separa por
cabeza las impurezas (aldehídos y algunos esteres) y por la parte inferior
un líquido residual que es conducido a la columna de rectificación. En esta
se obtiene los aceites de fusel constituidos por ácidos y alcoholes
superiores y el etanol azeotropico.
Almacenamiento: el alcohol se condensa y se envía a tanque de
almacenamiento.
En la siguiente figura se observa el diagrama de flujo del proceso de etanol a
partir de maíz:
Fig.4 Molienda en húmedo (Singh, 2004)
En un proceso normal en molienda húmeda con 1 tonelada de maíz se obtienen
los siguientes productos.
18
Tabla 1. Principales productos utilizando molienda húmeda en producción de
etanol. (NCGA, 2004)
Etanol
Gluten Feed
Gluten Meal
Aceite de maíz
Dióxido de Carbono
372.58 L
241.08 kg
46.43 kg
26.79 kg
303.58 kg
Los productos derivados se describen a continuación:





Germen: se obtiene en menor cantidad y es el co-producto más valioso. Se
utiliza en la producción de aceite de maíz. El residuo de la extracción, al
tener una proporción de aceite incluida, se utiliza como componente de
alimentación animal adicionada al gluten fedd o como harina de germen de
maíz.
Gluten Meal: (harina de gluten de maíz) es un producto de alto contenido
proteico y energético. Consiste en un 60% de proteínas y pequeñas
cantidades de almidón y fibras no recuperadas en el proceso.
Gluten Feed: (alimento de gluten) es un producto de proteína intermedio
rico en fibra altamente digerible. Contiene aproximadamente 21% de
proteína, 2.5% de grasa, 8% de fibra, y en menor producción vitaminas y
aminoácidos
Licor de remojo: se conoce también como elementos extractivos
fermentados de maíz condensados. Éste contiene disuelto un 6% de
materia seca que se concentra hasta un 50%, para luego ser combinado
con el alimento gluten de maíz.
Dióxido de Carbono: en la actualidad se captura solo un tercio de la
producción. En general son las plantas de mayor capacidad de producción
las que lo aprovechan comercialmente. (Donato &Beltran, 2008).
3.4.2 Molienda en seco.
Como se mencionó anteriormente existen dos tipos de procesos
convencionales para producir etanol a partir de maíz, una es en molienda
húmeda como se acaba de mencionar, y a continuación se explica el proceso
cuando se hace molienda en seco.


Recepción y limpieza
Molienda: se utiliza un molino martillo con el propósito de romper el
grano facilitando la penetración del agua en la etapa de cocción.
19



Licuefacción, Sacarificación y Fermentación: son semejantes a las
correspondientes en la molienda húmeda, diferenciándose en que el
total de los componentes del grano son utilizados en estas etapas.
Destilación: se carga el mosto fermentado en la primer columna donde
se separa el material solido depositado en el fondo, continuando las
etapas de concentración, purificación y rectificación, coincidiendo estas
con las de molienda en húmedo.
Almacenamiento.
El diagrama del proceso en la producción de etanol a partir de maíz en molienda
en seco se indica en la siguiente figura.
Fig.5 Molienda en Seco. (Singh, 2004)
En la siguiente tabla se indican los principales productos obtenidos en la molienda
en seco.
Tabla 2. Principales productos utilizando molienda en seco en producción de
etanol. Fuente: (NCGA, 2004)
Etanol
405.27 L
DDGS
321.44 kg
Dióxido de Carbono 321.44 kg
Co-producto principal son los granos de destilerías, que pueden ser procesados
para obtener algunos de los siguientes suplementos:
20
El residuo procedente de la primer columna de destilación se bombea a los
decantadores de centrifugación donde se separan la mayor parte de los sólidos en
suspensión en forma de una torta denominados granos de destilados húmedos y
un líquido llamado solubles de destilerías (DDS). Éstos se pueden reciclar una
fracción, a la conversión de almidón y el resto se concentra en evaporadores para
formar un jarabe espeso (CDS) que es utilizado para alimentación de ganado.
(Donato &Beltrán, 2008).
Analizando los procesos y datos obtenidos en las dos maneras de obtener etanol,
la mayor producción de etanol se obtiene en la molienda en seco con (405.27
L/Ton) a diferencia de la molienda en húmedo con (372.53 L/Ton), esta
disminución se debe a la perdida de almidón durante la recuperación de
coproductos.
La molienda en seco es la que tiene menor requerimiento de capital tanto en el
momento de construir como de operar la planta, en cambio la molienda en
húmeda es un proceso de capital intensivo debido a la tecnología aplicada.
(Donato &Beltrán, 2008).
3.5 Usos de Etanol.
Etanol
Alcohol Hidratado
96%
Alcohol Puro 99.6%
ETBE
Mezclado con
gasolina
Aditivo a la gasolina
96%
Utilizado como
combustible único
Fig.6 Clasificación de Etanol Según su uso. (Manzanares, 2012)

Incorporado como alcohol :
Puro o en elevadas concentraciones: E85
Mezcla en proporción significativa: E5, E15

Incorporado como ETBE
Mejorador del índice de octano (gasolinas sin plomo)
21
3.5.1 Etanol como único combustible.
Cualquiera sea su origen, (biomasa o procesos petroquímicos y carboquimicos), el
etanol es un combustible, es decir, libera significativas cantidades de calor al
quemarse. Alguna diferencia importante respecto a los derivados del petróleo es
un elevado contenido de oxígeno, que constituye cerca del 35% en masa de
etanol. Las características del etanol posibilitan la combustión más limpia y mejor
desempeño de los motores, lo que contribuye a reducir las emisiones
contaminantes, aun al mezclarlo con la gasolina. (BNDES & CGEE, 2008)
Motores fabricados o adaptados específicamente proporcionan:




Índices de compresión más elevados
Cambios en sistema de alimentación de combustible e ignición.
Cambios de materiales en contacto con el combustible: tratamiento
anticorrosivo de superficies metálicas de tanques, filtros, etc.
Sustitución de tuberías.
3.5.2 Vehículos Flex Fuel.
Los vehículos Flex Fuel son aquellos que pueden funcionar con los dos
combustibles, tanto etanol como gasolina, y con la mezcla de ellos en cualquier
proporción.
Contiene un software en el sistema de control electrónico que determina la mezcla
y hace los ajustes automáticamente. El primer vehículo Flex fuel fue un
Volkswagen Gol, construido en Brasil en 2003. Actualmente el 85 % de los
vehículos de combustión interna vendidos en Brasil son Flex.
El sistema Flex fuel está siendo adoptado en vehículos híbridos (que operan con
un motor dual: eléctrico y de combustión interna), lo que incrementara aún más su
habilidad de reducir emisiones de CO2 y otros gases que contaminan el aire.
(IICA, 2007).
3.6 Ventajas y desventajas de usar etanol en lugar de gasolina.
3.6.1 Ventajas:
 Al ser renovable, disminuye la dependencia del petróleo, lo que mejora la
seguridad energética de los países.
 El etanol, al ser oxigenante de las gasolinas, mejora su octanaje de manera
considerable, lo que ayuda a descontaminar el ambiente y reducir las GEI.
 Al ser un aditivo oxigenante, el etanol también reemplaza a aditivos nocivos
para la salud humana, como el plomo y MTBE, que causan disminución de
capacidades mentales y cáncer, respectivamente.
22


El octanaje del etanol puro es de 113 y se quema mejor a altas
compresiones que la gasolina, por lo que da más poder a los motores.
El etanol actúa como anticongelante en los motores, mejorando el arranque
del motor en frio y previniendo el congelamiento.
3.6.2 Desventajas:
 El etanol se consume de un 25% a un 30% más rápidamente que la
gasolina; para ser competitivo debe tener un menor precio por litro.
 Cuando es producido a partir de caña de azúcar, en muchos lugares se
continua con la práctica de quemar la caña antes de la cosecha, lo que
libera grandes cantidades de metano y óxido nitroso, dos gases que
agravan el calentamiento global.
 Cuando el etanol es producido por maíz, en su proceso de elaboración se
utiliza gas natural o carbón para producir vapor y en el proceso de cultivo se
usan fertilizantes nitrogenados, herbicidas de origen fósil y maquinaria
agrícola pesada. (IICA, 2007)
23
4. Biodiesel.
4.1 Aspectos generales.
El biodiesel es un combustible renovable que se puede obtener principalmente a
partir de aceites vegetales, animales, así como de aceites reciclados. (CONAE,
2007)
El biodiesel es un derivado de ácidos grasos de cadena larga, obtenidos de
diferentes oleaginosas, así como también de aceite de fritura usado y de grasa
animal. (Monteiro, 2010)
Otra definición encontrada para biodiesel según la American Estándar forTesting
and Materials es la siguiente:
“Ésteres mono alquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos
renovables tales como los aceites vegetales y que se emplean en los motores
diésel o en calderas de calefacción” (ASTM, 2003).
El biodiesel tiene una ventaja ecológica, en comparación con el diésel de origen
fósil, ya que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. El uso de una
tonelada de biodiesel evita la producción de 2.5 toneladas de CO 2, y sobre todo
elimina, si se usa solo en motores las emisiones de azufre SO 2del diésel, evitando
lluvias acidas. (CONAE, 2007).
Físicamente es un líquido que puede tener un color que puede ir desde un tono
amarillo claro hasta uno oscuro, y que es prácticamente inmiscible con el agua;
además de tener una viscosidad similar a la del diésel que se obtiene del petróleo,
se puede mezclar con éste con la finalidad de reducir emisiones contaminantes de
vehículos automotores de ciclo Diésel.
Como resultado obtenemos que los biocombustibles principales sean el etanol y
biodiesel y que por separado según sus materias primas tengan un panorama
distinto como se indica en la siguiente tabla.
Tabla 3. Panorama general de los biocombustibles. (IEA,
biocombustible
Materia
Disminución Costo de la
Prima
en emisión producción.
de GEI.
Bioetanol
Granos
Moderado a Moderado
(trigos,
bajo.
maíz)
Bioetanol
Caña de
Alto
Bajo
azúcar
2005).
Producción
por
hectárea.
Moderado
Alto
Tierras
utilizadas.
Tierras
fértiles
Tierras
fértiles
24
Biodiesel
Biodiesel
Aceites de
semillas
(canola,
soya)
Aceite de
palma
Moderado
Moderado
Bajo
Tierras
fértiles
Moderado
Moderado
a bajo
Moderado
Tierras
costeras y
húmedas.
Según los datos que maneja el GBC (BlobalBiofuels Center). Estados Unidos
lideró en 2010 el ranking de la capacidad de producción por países, tanto en
bioetanol como en biodiesel. En este segundo caso, con una capacidad similar a
la de Alemania y España.
Tabla 4 y 5. Ranking de los 25 países por capacidad de producción de etanol y
biodiesel, respectivamente. (GBC, 2011)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Etanol
País
Millones
de litros.
Estados
51 415.97
unidos
Brasil
26 887.52
China
2 699.48
Francia
1 821.03
Canadá
1 494.50
India
1 420.92
Polonia
1 079
Alemania
916.97
Tailandia
868.50
Jamaica
832.70
Trinidad y
757
Tobago
Indonesia
683.38
España
546
Austria
485
Bélgica
485
Países
480
Bajos
Reino unido
470
Islas
387.50
Vírgenes
Colombia
352
Vietnam
318.11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Biodiesel
País
Millones de
litros.
Estados
5 912.17
Unidos
Alemania
5 047.81
España
5 023.19
Indonesia
4 262.31
Brasil
4 160.28
Malasia
4 091.18
China
3 906.09
Argentina
3 636.28
Francia
2 926.11
Tailandia
2 771
Italia
2 749.99
India
1715.64
Polonia
1 505.05
Países
1 124. 09
Bajos
Singapur
988.76
Austria
982.96
Reino
970
Unido
Bélgica
886.37
Grecia
850.26
Australia
797.81
Corea del
762.91
25
21
22
23
24
25
Australia
Republica
Checa
El Salvador
Paraguay
Argentina
292.70
280
247.10
237.25
237.20
22
23
24
25
Sur
Portugal
Colombia
Filipinas
Republica
checa.
590.92
584.82
478.23
459.77
4.2 Producción de Biodiesel.
Si bien la tecnología para la producción de biodiesel está bien establecida desde
hace tiempo, su producción a gran escala comenzó sólo durante los 90s,
especialmente en la UE. Desde entonces la producción ha aumentado
fuertemente, especialmente desde el año 2000, alcanzando un récord estimado en
20 mil millones de litros en el 2010. Como se indica en la siguiente figura. (Dufey,
2011)
Fig.7 Producción anual de Biodiesel, 1991-2010. (Brown, 2011)
La producción de biodiesel a nivel global, sin embargo, es relativamente pequeña
comparándola con la del bioetanol, pero su mercado es también altamente
concentrado. Del total proyectado para el 2010, casi dos tercios del biodiesel se
produjo sólo en cinco países: Estados Unidos (14,3%), Argentina (13,1%),
Alemania (12,6%), Francia (12%) y Brasil (9,7%), tal y como se indica en la
siguiente figura.
26
Fig. 8 Principales países productores de Biodiesel en 2010. (Brown, 2011)
4.3 Procesos en la producción industrial de biodiesel.
El proceso utilizado para la producción de biodiesel químicamente es la
transesterificacion, consiste en tres reacciones reversibles y consecutivas. El
triglicérido es convertido consecutivamente en di glicérido, mono glicérido y
glicerina. En cada reacción un mol de éster metílico es liberado. (García, 2006)
A continuación se describirá el proceso de transesterificacion.
4.3.1 Proceso general de transesterificacion.
Existen varias opciones de operación viable para la fabricación de biodiesel. la
elección de la tecnología será función de la capacidad deseada de producción,
alimentación, calidad y recuperación del alcohol y del catalizador.
En general plantas de menor capacidad y diferente calidad en la alimentación
suelen utilizar procesos Batch o discontinuos. Los procesos continuos, son
idóneos para plantas de mayor capacidad que justifique el mayor número de
personal y requieren una alimentación más uniforme.
4.3.1.1 Proceso discontinuo.
Es el método más simple para la producción de biodiesel donde se han reportado
ratios 4:1 (alcohol: triglicérido). Se trata de reactores con agitación, donde el
reactor puede estar sellado o equipado con un condensador de reflujo.
Las condiciones de operación más habituales son a temperaturas de 65°C.
El catalizador más común es el NaOH. Es necesaria una agitación rápida para una
correcta mezcla en el reactor del aceite, el catalizador y el alcohol. Hacia el fin de
la reacción, la agitación debe ser menor para permitir al glicerol separarse de la
27
fase éster. En la transesterificacion, cuando se utilizan catalizadores ácidos se
requiere temperaturas elevadas y tiempos largos de reacción.
Algunas plantas en operación utilizan reacciones en dos etapas, con la eliminación
del glicerol entre ellas, para aumentar el rendimiento final hasta porcentajes
superiores al 95%. Temperaturas superiores y ratios superiores de alcohol: aceite
pueden asimismo aumentar el rendimiento de la reacción. El tiempo de reacción
suele ser entre 20 minutos y una hora.
En la figura siguiente se indica el diagrama de bloques de un proceso de
transesterificacion en discontinuo.
Fig. 9 Proceso de transesterificacion en discontinuo. (GIQA, 2006)
4.3.1.2 Proceso Continuo.
La variación con el anterior proceso, es la utilización de reactores continuos del
tipo tanque agitado. Este tipo de reactores puede ser variado en volumen para
permitir mayores tiempos de residencia y lograr aumentar los resultados de la
reacción. Así, tras la decantación de glicerol en el decantador la reacción en
segundo reactor es mucho más rápida, con un porcentaje del 98% de producto de
reacción.
Un elemento esencial en el diseño de los reactores, es asegurarse que la mezcla
se realiza convenientemente para que la composición en el reactor sea
prácticamente constante. Esto tiene el efecto de aumentar la dispersión del glicerol
28
en la fase éster. El resultado es que el tiempo requerido para la separación de
fases se incrementa.
Existen diversos procesos que utilizan la mezcla intensa para favorecer la reacción
de esterificación. El reactor que se utiliza en este caso de tipo tubular, la mezcla
de reacción se mueve longitudinalmente por este tipo de reactores, con poca
mezcla en la dirección axial. Este tipo de reactor de flujo pistón, se comporta como
si fueran pequeños reactores de tanque agitado en serie.
El resultado es un sistema en continuo que requiere tiempos de residencia
menores (del orden de 6 a 10 minutos), con el consiguiente ahorro, al ser los
reactores menores para la realización de la reacción. Este tipo de reactor puede
operar a elevada temperatura y presión para aumentar el porcentaje de
conversión.
La siguiente figura indica un diagrama de bloques de un proceso de
transesterificacion mediante reactores de flujo pistón. En este proceso, se
introducen los triglicéridos con el alcohol y el catalizador y se somete a diferentes
operaciones (se utilizan dos reactores) para dar lugar al éster y glicerina.
Fig. 10 Proceso de producción de biodiesel mediante reactores de flujo pistón.
Fuente: (NREL, 2007)
Estos son solo algunos ejemplos de cómo se puede producir biodiesel de
diferentes maneras, utilizando diferentes equipos como en este caso fueron los
reactores de tanque agitado y los de tipo pistón, y la elección de la tecnología
dependerá del tipo y cantidad de producción que se desee.
29
4.4 Usos del biodiesel.
Las formas de utilización pueden variar dependiendo de distintos factores. Las
diferentes maneras de utilización para conseguir un óptimo rendimiento en el
motor, pueden ser:




Adaptación del motor diésel para uso de biodiesel
Motores específicos para uso de biodiesel (Motor Elsbett)
Mezclas de gasóleo con biodiesel.
Para sustituir al gasóleo C de calefacción.
4.4.1 Motores Elsbett.
La utilización de aceites sin trasformar requiere, bien realizar una serie de
transformaciones en los motores, o bien utilizar motores Elsbett diseñados por la
empresa Alemana ElsbettKonstruktion aplicables tanto en motores mono
cilíndricos como en motores de hasta doce cilindros.
Se trata de un motor adiabático, es decir, que intercambia muy poco calor con el
medio y evita el 25 y 50% de las pérdidas de energía a través del sistema de
refrigeración. No dispone del convencional sistema de enfriamiento y esto le
permite trabajar a una temperatura más alta y, por lo tanto, con un rendimiento
termodinámico más grande. Por otra parte tiene la característica de quemar la
totalidad del combustible lo que se puede considerar un motor prácticamente
limpio. Y tiene una eficiencia térmica superior al 40% (comparado a un motor a
gasolina o diésel convencional que no supera el 30%). Esto quiere decir que este
rendimiento más grande le permite proporcionar más energía mecánica útil.
(García, 2006)
4.5 Ventajas y desventajas de usar biodiesel en lugar de diésel.
4.5.1 Ventajas:
 El biodiesel tiene mayor lubricidad que el diésel de origen fósil, por lo que
extiende la vida útil de los motores.
 Es más seguro de transportar y almacenar, ya que tiene un punto de
inflamación de 100°C mayor que el diésel fósil. El biodiesel podría explotar
a una temperatura de 150°C.
 El biodiesel se degrada 5 veces más rápido que el diésel fósil y puede ser
usado como solvente para limpiar derrames de diésel fósil.
 Prácticamente no contiene azufre, por lo que no genera dióxido de azufre,
gas que contribuye en forma significativa a la contaminación ambiental. El
30

Consejo Internacional de Transporte Limpio, está considerando al azufre
como el “plomo” del próximo siglo.
El biodiesel no contamina fuentes de agua superficial ni acuíferos
subterráneos.
4.5.2 Desventajas:
 El biodiesel presenta problemas de fluidez y congelamiento a bajas
temperaturas (<0°C), especialmente el que se produce de palma africana.
 Los costos de materia prima son elevados. Dichos costos representan el
70% de los costos totales del biodiesel, por lo que este actualmente es un
producto relativamente costoso.
 Por su alto poder solvente, se recomienda almacenar en tanques limpios; si
esto no se hace, los motores podrían ser contaminados con impurezas
provenientes de los tanques.
 El biodiesel de baja calidad (bajo número de cetano) puede incrementar las
emisiones de Óxidos de Nitrógeno, pero si el número de cetanos es mayor
que 68, las emisiones serian iguales o menores que las provenientes de
diésel fósil.
 El contenido energético del biodiesel es algo menor que el del diésel (12%
menor en peso u 8% en volumen), por lo que su consumo es ligeramente
mayor. (IICA, 2007).
31
5. Marco energético Actual.
5.1 Protocolo de Kioto.
El protocolo de Kioto tiene su origen en la Convención Marco de las Naciones
Unidas sobre el Cambio Climático que fue aprobado en la Sede de las Naciones
Unidas el 11 de Diciembre de 1997. Esta convención es fruto de un proceso
internacional de negociación a raíz de la publicación del Primer Informe de
Evaluación del Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático
(IPCC por sus siglas en inglés). En este informe se confirmaba la existencia y
peligrosidad del fenómeno del cambio climático.(Vengoechea, 2012).
La convención Marco sobre el Cambio Climático busca: “la estabilización de la
concentración de gases de efecto invernadero en la atmosfera a un nivel que
impida interferencias antropogenicas peligrosas en el sistema climático”.
Reconoce que el sistema climático es un recurso compartido que puede verse
dañado por todas las actividades (incluyendo industriales) que emiten dióxido de
carbono y otros gases de efecto invernadero. (IPCC, 2012)
Su objetivo principal del protocolo de Kioto es reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero de los principales países industrializados. Y según la propuesta
inicial de 1997, los países firmantes debían lograr que en el plazo que va de 2008
a 2012 deberían descender sus emisiones considerablemente llegando a un 5.2%
por debajo de las registradas en 1990. Sin embargo la cifra se fijó a 1.8% ya que
de lo contrario se corría el riesgo de que el protocolo se ratificara.
5.2 Gases de Efecto Invernadero.
El protocolo de Kioto se aplica a las emisiones de 6 gases de efecto invernadero
que son:






Dióxido de Carbono (CO2)
Metano (CH4)
Óxido Nitroso (N2O)
Hidrofluorocarbonados (HFC)
Perfluorocarbonados (PFC)
Hexafloruro de Azufre (SF 6)
5.3 Acuerdo de Copenhague.
El acuerdo de Copenhague, acuerdo al que se llegó durante la conferencia y al
que los países con mayor número de emisiones y muchos otros se asociaron
subsecuentemente, establece puntos como:
32




Un objetivo no vinculatorio para limitar el incremento en la temperatura
global a no más de 2°C por arriba de los niveles preindustriales;
Una meta relacionada con la movilización de fondos por 100 mil millones de
dólares por año hacia 2020 para mitigación y adaptación climática de los
países industrializados hacia los países en vía de desarrollo, y requiere que
las economías industrializadas establezcan metas de emisiones para el
2020;
Alcanzar considerables reducciones en las emisiones de GEI hacia el 2050;
y,
El rol que desempeñara el avance tecnológico en la consecución de estas
metas.
Hacia mediados de 2010 cerca de 140 países, han adoptado este acuerdo, ya sea
al poner un límite a sus emisiones en 2020 o anunciando acciones para disminuir
sus emisiones.
De esta manera, aun cuando el Acuerdo de Copenhague establece el objetivo de
limitar el incremento de la temperatura a dos grados centígrados, no establece un
camino para alcanzar esta meta más allá de 2020 y deja muchas preguntas sin
resolver. A pesar de que 85 países han emitido compromisos para 2020, muchos
de estos carecen de transparencia y existe incertidumbre en su interpretación y
respecto a su impacto en las emisiones globales de gases, GEI. También hay una
serie de preguntas relacionadas con las disposiciones del Acuerdo y la evolución
de los mecanismos del Protocolo de Kioto. (Vengoechea, 2012)
5.4 Acuerdos de Cancún.
La Conferencia de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático llevada a cabo en
diciembre de 2010 en la ciudad de Cancún, México, arrojó un paquete equilibrado
de decisiones que coloca a todos los gobiernos en una posición más firme en el
camino hacia un futuro bajo en emisiones y apoya una mejor acción sobre cambio
climático en el mundo en desarrollo.
Los acuerdos de Cancún incluyen los siguientes elementos:



Los países industrializados crearan planes y estrategias de desarrollo bajo
en Carbono.
Se incluyó un total de 30 mil millones de dólares en financiamiento de
arranque rápido proveniente de los países industrializados para la acción
sobre el cambio climático en países en desarrollo hasta el año 2012 y la
intensión de recaudar 100 mil millones de dólares en fondos a largo plazo
para 2020.
Los gobiernos acordaron fomentar la acción para frenar las emisiones
debidas a la deforestación y la degradación forestal en los países en
desarrollo con soporte tecnológico y financiamiento.
33

Las Partes establecieron un mecanismo de tecnología con un Comité
Ejecutivo de Tecnología, así como con el Centro y la Red de Tecnología
Climática para aumentar la cooperación tecnológica para apoyar la acción
sobre adaptación y mitigación.
6. Situación actual de los biocombustibles en México.
6.1 Marco legislativo.
En México se tienen algunas leyes y normas que se han publicado en los últimos
años respecto al uso y producción de biocombustibles entre las más importantes
se encuentran las siguientes:







Ley de promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos de 1° de Febrero de
2008. Ley reglamentaria de los artículos 25 y 27, fracción XX de la
Constitución Federal. Establece incentivos para la promoción y desarrollo
de los bionergéticos.
PEMEX debe cumplir con la norma NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI2005, que establece que la gasolina de las zonas metropolitanas del Valle
de México, Guadalajara y Monterrey deben contener 2.7% de oxigeno (en
peso). Esto puede lograrse mezclando 11% de MTBE (en volumen), o 7.7%
(en volumen) de etanol anhídrido.
SENER anuncio (Mayo 2008) un programa para la sustitución del MTBE por
etanol (6% en la gasolina), a ser iniciado en 2010.
Decreto Regulatorio para la Ley de Promoción y Desarrollo de los
Bioenergéticos (2008).
Los estándares para cualquier producto o servicio son establecidos por las
“Normas Oficiales Mexicanas-NOM”, dependientes del Ministerio de
Economía, “Subsecretaria de Normas, Normatividad y Calidad”, publicadas
en el “Diario Oficial de la Federación”.
Las normas oficiales para la regulación en la producción de biocombustibles
serán especificados en el Decreto Regulatorio para la Ley de Promoción y
Desarrollo de los Bionergeticos. Esto es responsabilidad de la Comisión
Interministerial para el Desarrollo Bionergetico.
Para el Etanol en general, la NOM-076-SSA1-1993 (25/04/1996) tiene como
propósito:
“Establecer los requisitos sanitarios que debe de cumplir la elaboración,
producción, almacenamiento, envasado, etiquetado y el transporte del
etanol (alcohol etílico) para su uso industrial (no potable), y garantizar la
protección a la salud de la población laboral expuesta y general”. (Pareja,
2008).
34
En México existe un proyecto llamado “Potenciales y Viabilidad del Uso de
Bioetanol y Biodiesel para el transporte en México”
En el cual su objetivo principal es analizar el potencial y la viabilidad del bioetanol
y biodiesel como combustibles complementarios para el transporte en México,
incluyendo recomendaciones para la toma de decisiones sobre las estrategias de
su introducción en el mercado mexicano. (SENER, 2007).
6.2 Etanol en México.
Sus principales planes con bioetanol son:



Sustitución de la producción nacional de MTBE y TAME por ETBE y TAEE,
manteniendo las importaciones de MTBE necesarias para satisfacer la
demanda de las gasolinas oxigenadas de las zonas Metropolitanas del
Valle de México, Guadalajara y Monterrey.
Sustitución del empleo de éteres mediante la oxigenación de gasolinas con
etanol en las zonas metropolitanas.
Mezcla del 10% en volumen de etanol en las ventas totales de gasolinas del
país. (E10).
México es autosuficiente en la producción de azúcar, pero insuficiente en la
producción de etanol, su producción a partir de la caña de azúcar es una
tecnología conocida en el país.
La producción de caña se realiza en 664 mil hectáreas que abastecen a 57
ingenios de 15 estados de la república. (SENER, 2007).
La planta para producir etanol a base de maíz blanco: Destilmex, controlada por
grupo Zucarmex, en Navalato, Sinaloa.
Con capacidad para procesar 20 millones de toneladas de maíz al año; esto es
800 toneladas diarias de pasta de maíz, 350 mil litros de etanol al día, 127
millones de litros de etanol al año. (Ortiz, 2012)
Para la mezcla 5% de etanol como oxigenante de gasolina sería necesario
producir 2, 240, 508, 889.8 litros a partir de caña de azúcar, lo cual requerirá
cultivar 320, 072.7 Has.
Significaría moler 177, 818.17 toneladas de caña por día durante un periodo de
zafra de 6 meses y construir 18 ingenios con una capacidad de molienda de 9500
a 10000 toneladas por día. (Ortiz, 2012).
35
6.3 Situación actual de biodiesel en México.
Según el proyecto antes mencionado México utilizaría las siguientes mezclas:



Mezcla del 5% de biodiesel y 95% Pemex Diésel (B-5).
Mezcla del 10% de biodiesel y 90 % Pemex Diésel (B-10).
Mezcla del 20% de biodiesel y 80% Pemex Diésel (B-20)
En México el biodiesel al igual que el etanol está estancado en producción a gran
escala, al momento se tienen algunas plantas piloto construidas por Universidades
como:


La Universidad de Vasconcelos en Oaxaca que produce biodiesel a partir
de aceite usado; y
La Universidad Autónoma de Puebla que planean producir biodiesel a
partir de semilla de Ricino.
Con esto nos damos cuenta que por parte del gobierno no hay iniciativa para
invertir en biocombustibles, sin embargo, algunas universidades ya están iniciando
con estas pequeñas plantas piloto, que nosotros como estudiantes deberíamos
tomar el ejemplo, tener un plan o un proyecto de una planta piloto en cada
universidad, de hecho se me ocurre que tal vez a futuro esta pudiera ser una ley,
en donde cada universidad creara un proyecto de planta piloto para producir
biocombustibles, y que se contara con una aportación económica gubernamental,
para su construcción. También serviría para aquellos recién egresados que
puedan adquirir experiencia dentro de su misma facultad y por qué no, recibir un
salario por operarla.
36
7. Situación actual en algunos países de América.
7.1 Nicaragua.
Nicaragua cuenta con un Marco jurídico y regulatorio especifico a biocombustibles
vigente, en donde sus principales normas son las siguientes:



Decreto Ejecutivo 42-2006: Se declara de Interés Nacional Estratégico la
producción de Biocombustibles y Bioenergía. La Gaceta No. 133, publicado
10/07/2006.
Reglamento Técnico Centroamericano, NTON 14 020-07/RTCA75.07:
Biocombustibles. Biodiesel (B100) y sus mezclas con aceite. La Gaceta No.
229, publicado: 30/11/2010.
Ley 532. “Promoción de las energías renovables para la generación de
energía eléctrica”.
Como materias primas para producir biocombustibles en Nicaragua utilizan: caña
de azúcar, Tempate, palma Africana y suman en conjunto más de 10000 has
sembradas para la producción.
Cuentan con 4 ingenios azucareros con las siguientes capacidades de producción
de etanol:




Nicaragua Sugar con 450 mil L/d
Monte Rosa con 350 mil L/d
BenjamínZeledon 65 mil L/d
Montelimar 60 mil L/d
Entre otros objetivos que tienen en Nicaragua en productos a obtener son los
siguientes:




1700 Ton/año de aceite para usos combustible y comestible se semilla
procesada.
Fertilizantes: cascara de fruto.
Insecticida contra garrapatas: subproducto obtenido de la fase glicerol.
144 ton/año de glicerina: Materia prima para industrias farmacéutica y
cosmética.
Entre los diferentes usos que le pueden dar al biodiesel, en Nicaragua utilizan el
Biodiesel en Panaderías y en las cocinas domésticas. (Canales, 2012)
37
7.2 Panamá.
La Republica de Panamá con la puesta en marcha de su anteproyecto de
biocombustibles se suman a una gran lista de países que han visto en esta
propuesta energética una gran oportunidad para aplacar la casi indetenible alza de
los hidrocarburos.
Marco Legal.
Ley 42 del 20 de Abril de 2011:





El Órgano Ejecutivo, a través de la Secretaría Nacional de Energía,
considera necesario implementar políticas orientadas a promover la
producción sostenible de biocombustibles en Panamá, aprovechando las
oportunidades de desarrollo económico y social que ofrecen los mercados
emergentes de los biocombustibles, que a su vez contribuyen a la
generación de empleo, al desarrollo rural y a mitigar los efectos del cambio
climático.
Establece como una política nacional la producción, comercialización y
utilización de biocombustibles, así como la producción de energía eléctrica
a partir de biomasa.
Asigna a la Secretaria de Energía la función de desarrollar, impulsar y
ejecutar programas, proyectos y planes estratégicos para la promoción e
implementación del uso de biocombustibles en territorio nacional.
Por otro lado será el Ministerio de Desarrollo Agropecuario el encargado de
desarrollar mecanismos de fomento a la producción nacional de cualquier
cultivo que pueda utilizarse como materia prima para la obtención de
biocombustibles o para la producción de energía eléctrica, siempre
coordinada la actividad con la Secretaria De energía.
El artículo 14 de la citada ley, establece el uso de bioetanol anhidro como
aditivo oxigenante en mezcla de gasolinas será obligatorio en la República
de Panamá a partir del mes de abril de 2013. El porcentaje se incrementara
de acuerdo con el aumento de la capacidad instalada hasta llegar a un
10%.
Al 1 de Abril de 2013, la mezcla será del 2%
Al 1 de Abril de 2014, la mezcla será del 5%
Al 1 de Abril de 2015, la mezcla será del 7%
Al 1 de Abril de 2016, la mezcla será del 10%}
Las principales materias primas en Panamá son la Palma Africana y Jatropha
Curcas. Con lo cual esperan producir más de 750 mil TM al año de bioetanol.
(Tejeira, 2012)
38
7.3 Ecuador.
Políticas de Biocombustibles.







Consejo consultivo de biocombustibles.
2004: Decreto ejecutivo 2332 (2004), el estado declaro la producción,
comercialización y uso de biocombustibles como “interés nacional”.
2006: Resolución 025-DIR, programa de gasolina extra con bioetanol.
2007: Propuesta de ley de biocombustibles que no fue aprobada por los
congresistas.
2009: Transferencia de las competencias al Ministerio Coordinador de la
Producción, Competitividad y Comercialización.
2010: Inicia con el programa de mezclas como piloto en Guayaquil.
2012: (17 de septiembre 2012): Decreto para que en 8 meses el diésel en el
país tenga 5% de biodiesel.
En lo que se refiere a producción de biocombustibles, Ecuador produce biodiesel y
etanol. Los datos siguientes son referidos para la producción de biodiesel.





Primera exportación de biodiesel de palma africana: 2006 con 140 mil
toneladas.
Planta piloto: Biorefinería (Quito)
Planta piloto: Biocombustibles (Ibarra)
Planta piloto: Planta Pirolisis. (Santa Domingo)
Reciclaje de aceite de fritura en Quito para la producción de biodiesel y
exportación.
Y para la producción de etanol utilizan como materia prima la Caña de Azúcar.






Superficie sembrada: 135 mil has
Área para producción de azúcar: 80 mil has
Área para panela y aguardiente: 50 mil has
Cuentan con 6 ingenios azucareros.
3 plantas alcoholeras
Producen 120 mil litros/día de producción de alcohol
La demanda de etanol para gasolinas es de 6 500 000 litros/día
Demanda de etanol anhídrico: 650 000 litros/día. (Recalde, 2012)
39
7.4 Guatemala.
Situación Legal.

Ley existente Decreto 17-85 en vigencia.
Indica que toda gasolina debe estar mezclada con un mínimo de 5% de
alcohol.
El alcohol carburante exportado a Europa ya tiene certificación de sostenibilidad
por la ISCC (International Sustainability&CarbonCertification). Al año se producen
250 millones de litros. Los cuales el 80% es exportada y el 20% es para la
industria de bebidas.
Guatemala puede abastecer 10% de etanol para su parque vehicular ya que
cuenta con:




5 destilerías en operación
Una capacidad instalada para 2011 de 250 MM Litros/Año
Consumo estimado de gasolinas (2011) según MEM: 280 MM Gal/Año
Alcohol necesario para mezclar E-10: 28 MM Gal/Año.
En Guatemala el Etanol se produce de melaza, un subproducto de la industria
azucarera.
El biodiesel en Guatemala.




Existe investigación y desarrollo de materias primas.
Durante los últimos 6 años Guatemala se ha enfocado en el estudio de
jatropha curcas, pero no se tienen resultados alentadores.
Algunas universidades están empezando los estudios de algas para la
producción de biodiesel.
Guatemala no produce, consume o exporta aceite de palma para biodiesel.
La única forma de producción de biodiesel es a través de la recolección de aceite
reciclado y es utilizado para consumo en motores estacionarios y móviles. Ya que
una empresa privada que se dedica a la investigación genética y agronómica de la
jatropha curcas, tuvo sembradas 600 Has, pero la descontinuaron en el 2010.
Ahora solo se dedican a la investigación de la genética. (Lorenzo, 2012)
40
7.5 Situación actual de Brasil.
Brasil es considerado como uno de los pioneros y mayores productores de
biocombustibles en el mundo. Y cuenta actualmente con programas bien
estructurados sobre producción y uso de los biocombustibles. A continuación se
detallan algunos aspectos del programa de Biodiesel en Brasil.





Reducción de importaciones de petróleo y diésel.
Menores diferencias regionales, crear empleos en áreas rurales.
Menores emisiones de PM (PartículaMatter) en grandes ciudades, uso de
combustibles neutrales con el CO2y menor dependencia de combustibles
no renovables.
Uso de tecnologías variadas de producción, pero controlando
rigurosamente la calidad del producto final.
Variadas materias primas, palma, girasol, algodón, soya, jatropha,
cacahuate, aceites vegetales de desecho, micro algas, ricino, mostaza, etc.
Datos clave del programa Brasileño de biodiesel.








109 mil familias de productores resultan beneficiadas
1,300,000 empleos se crearon en la producción desde 2005 hasta 2010
Salud pública: 12945 menos hospitalizaciones y 1839 menos decesos
relacionados con la contaminación del aire.
El gobierno federal invirtió más de 65 Millones USD para desarrollar la Red
Tecnológica de Biodiesel con acciones en (agricultura, control de calidad,
producción, almacenamiento, sub-productos, nuevas materias primas)
67 plantas de biodiesel construidas con inversiones de 2.4 Billones USD en
todas las regiones Brasileñas.
Incremento de capacidad de producción +60x a 5.1 millones m3(5 años)
Ahorros de combustible con el uso de biodiesel: 3.4 Billones USD (5.6
Millones de m3de diésel.
2doproductor mundial en 2010 y 1 er consumidor en 2011. (Wahnfried, 2012)
41
7.5.1 Bioetanol en Brasil.
Brasil es pionero en la utilización del etanol carburante E5 en 1931. (Martinez,
2009).
En 1975 en Brasil inicia el Programa Nacional del Etanol (Proalcool), donde sus
primeras metas y medios son los siguientes:







Reducir las importaciones de petróleo
Introducir en el mercado la mezcla gasolina/etanol
Incentivar el desarrollo de motores 100% etanol
Estimular la producción de alcohol a través de la expansión de la
producción agrícola local.
Modernización y ampliación de las destilerías existentes.
Instalación de nuevas unidades productoras
Creación de infraestructura (unidades de almacenamiento y distribución por
todo el país)
Evolución de la producción de etanol.
Fig.11Evolución de la producción de Etanol en Brasil. Fuente: (MME, BEN 2008)
42
7.6 Biocombustibles en Estados Unidos.
Dentro del escenario global de los biocombustibles los principales actores y con
más larga experiencia junto a Brasil y algunos países de la unión Europea son los
Estados Unidos.
Los primeros esfuerzos por incentivar el desarrollo de los biocombustibles fueron
en la década de los 70s, durante la administración de Carter como respuesta a la
crisis del petróleo, aprobando una legislación para promover la producción y uso
de bioetanol en el transporte. (FAO, 2008).
En los 80s con la prohibición de plomo en la gasolina, el etanol comenzó a cobrar
un mayor interés debido a sus propiedades como agente para mejorar el octanaje.
En los 90s con la prohibición del MTBE fue cuando el etanol comenzó a ser
ampliamente utilizado. (Dufey, 2006).
En el año 2000 se llevó a cabo el Acta de Investigación y Desarrollo de la
Biomasa, que busca la “creación continua de oportunidades de expansión para los
participantes en todos los tipos de biocombustibles existentes mediante la
búsqueda sinergias y continuidad con las tecnologías y practicas actuales, tales
como el uso de granos secos como fuente de materia prima” (U.S. Congress,
2006).
La ley de política energética del 2005, introdujo metas cuantitativas a los
combustibles renovables. Ella corresponde a uno de los cambios regulatorios y
esfuerzos más notables de los últimos años para incluir a los biocombustibles
dentro de la matriz del transporte. (Dufey, 2008)
Introducen el Estándar de Combustibles Renovables (RFS por sus siglas en
Ingles) el cual requiere que la producción de combustible en Estados Unidos,
incluya un mínimo de combustibles en base a fuentes renovables. El cual nos
indica la siguiente producción:



En 2007 4 billones de galones (15 000 millones de litros).
En 2008 9 billones de galones (34 000 millones de litros).
Y tienen estimado que para el año 2022 será de 36 billones de galones
(136 000 millones de litros)
De la producción del 2022 estiman un 75% a partir de celulosa y un 25% de caña
de azúcar.
43
Fig.12Estándar de Combustibles Renovables. (RFS) EE.UU, 2006-2022. (Tyner,
2008).
El programa RFS se basa en gran porcentaje en la existencia de biocombustibles
celulósicos, en especial el bioetanol celulósico. Por esta razón surge la Ley de
Independencia y Seguridad Energética en el 2007, que a través de su Programa
de Biomasa ha otorgado más de US$500 millones para el periodo 2008-2015 para
promocionar el desarrollo y uso de biotecnologías y otros procesos para la
producción de biocombustibles avanzados a partir de cultivos celulósicos de forma
que sean competitivos. (FAO, 2008)
Asimismo, se estableció un programa de subvenciones por US$200 millones para
la instalación de una infraestructura de reabastecimiento de E85. (Dufey, 2008).
Recientemente, en febrero de 2010, considerando atrasos en la disponibilidad
comercial de los biocombustibles de segunda generación, Estados Unidos tomó la
resolución de disminuir la producción de biocombustible celulósico de 100 millones
de galones a 6.5 millones de galones equivalentes de bioetanol. (Gibson, 2010).
44
8. Impactos ambientales por biocombustibles.
La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es, por ejemplo,
uno de los objetivos explícitos de algunas medidas reglamentarias de apoyo a la
producción de biocombustibles.
Hasta hace poco tiempo, muchas autoridades legisladoras asumían que la
sustitución de los combustibles fósiles por combustibles obtenidos a partir de
biomasa tendría unos efectos importantes y positivos sobre el cambio climático
mediante la generación de unos niveles menores de gases de efecto invernadero,
contribuidores al calentamiento global. Los biocultivos pueden reducir o
compensar las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la
eliminación directa del dióxido de carbono del aire a medida que crecen y lo
almacenan en la biomasa y el suelo. Además de los biocombustibles, muchos de
estos cultivos generan productos complementarios como proteínas para la
alimentación animal, y ahorran así la energía que se emplearía para elaborar
alimentos de otra manera. (FAO, 2008)
A pesar de estos posibles beneficios, los estudios científicos han mostrado que las
compensaciones de gases de efecto invernadero varían en gran medida de
acuerdo con cada biocombustible en comparación con el petróleo. En función de
los métodos empleados para producir la materia prima y elaborar el combustible,
algunos cultivos pueden generar aún más gases de efecto invernadero que los
combustibles fósiles.
Los gases de efecto invernadero también pueden emitirse mediante cambios en
los usos de la tierra, directos o indirectos, causados por el aumento de la
producción de biocombustibles; por ejemplo, el carbono almacenado en los
bosques o en los pastizales se libera del suelo durante la conversión de la tierra
para la producción de cultivos.
Mientras que el maíz destinado a la producción de etanol puede generar un ahorro
de gases de efecto invernadero de unas 1,8 toneladas de dióxido de carbono por
hectárea al año. (Farglone et al. 2008).
Dada la gran variedad de biocombustibles, materias primas y tecnologías de
producción y conversión, sería razonable esperar un número similar de resultados
en términos de reducción de emisiones, lo que ocurre efectivamente. La mayoría
de los estudios han puesto de manifiesto que la producción de biocombustibles de
primera generación a partir de materias primas actuales resulta en una reducción
de las emisiones del orden del 20-60 por ciento en comparación con los
45
combustibles fósiles, siempre que se empleen los sistemas más eficientes y que
se excluya el carbono originado por el cambio del uso de la tierra.
En la siguiente figura se muestran los niveles estimados de reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero para diversos cultivos y ubicaciones,
excluyendo los efectos del cambio del uso de la tierra.
Fig.13 Reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero de determinados
biocombustibles en comparación con los combustibles fósiles. (Farglone et al. 2008)
Brasil, un país que cuenta con una amplia experiencia en la producción de etanol
a partir de la caña de azúcar, presenta unas reducciones mayores.
A la hora de examinar los balances de gases de efecto invernadero, los datos de
las emisiones provenientes del cambio del uso de la tierra son cruciales para que
los resultados sean completos y exactos. Tales emisiones tienen lugar en las
primeras fases del ciclo de producción de biocombustibles y, en función de su
magnitud, pueden llegar a requerir muchos años para ser compensadas por los
ahorros de emisiones conseguidos en fases subsiguientes de producción y uso.
Si se incluyen los cambios de uso de la tierra en el análisis, las emisiones de
gases de invernadero para algunas materias primas y sistemas de producción de
biocombustibles podrían ser mayores incluso que las de los combustibles fósiles.
Fargioneet al. (2008) estimaron que la conversión de selvas lluviosas, turberas,
sabanas y pastizales para producir etanol y biodiesel en Brasil, Indonesia, Malasia
46
o los Estados Unidos de América libera al menos 17 veces más dióxido de
carbono que lo que estos biocombustibles ahorran anualmente al sustituir a los
combustibles fósiles. Estos autores consideran que serán necesarios 48 años para
compensar esta “deuda de carbono” si la tierra perteneciente al Programa de
conservación de reservas se volviera a destinar a la producción de etanol a partir
de maíz en los Estados Unidos de América, más de 300 años si la selva lluviosa
amazónica se destinara a la producción de biodiesel a partir de soya, y más de
400 años si las selvas lluviosas y turberas tropicales de Indonesia o Malasia se
destinaran a la producción de biodiesel a partir de aceite de palma.
Righelato y Spracklen (2007) realizaron un cálculo aproximado de las emisiones
de carbono evitadas por el cultivo de diversas materias primas para la producción
de etanol y biodiesel en tierras ya cultivadas (es decir, caña de azúcar, maíz, trigo
y azúcar de remolacha para producir etanol y colza y biomasa de la madera para
obtener diésel). Constataron que, en cada caso, se captaría más carbono en un
período de 30 años mediante la conversión de la tierra de cultivo en bosques.
Estos autores exponen que si el objetivo de las políticas que apoyan el biodiesel
es mitigar el calentamiento global, la eficiencia del combustible y la conservación y
restauración de los bosques son alternativas más eficaces.
Entre las opciones existentes para reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero que se están debatiendo en la actualidad, los biocombustibles son
una alternativa importante pero, en muchos casos, la mejora de la eficiencia y la
conservación energéticas, el aumento de la captura de carbono mediante la
reforestación, los cambios en las prácticas agrícolas o el empleo de otras formas
de energía renovable pueden ser medidas más rentables. En los Estados Unidos
de América, por ejemplo, la mejora de la eficiencia media de combustible por
vehículo en una milla por galón (1,61 km por 3,79 l) podría reducir las emisiones
de gases de efecto invernadero tanto como la producción total de etanol a partir de
maíz en este país (Tollefson, 2008).
8.1 Otros impactos: suelos, agua y aire.
Agroquímicos: pesticidas, fertilizantes y extracción de nutrientes del suelo.
Algunos de los impactos ambientales más importantes en la fase de producción
agrícola se relacionan con la intensidad de cultivo y con determinadas prácticas
culturales. La obtención de altos rendimientos por hectárea requiere, además de
buen materia genético (que comúnmente se han utilizado semillas de maíz, soya
47
transgénicas), del uso intensivo de agroquímicos (fertilizantes, pesticidas) y agua.
(Gómez et al. 2008).
Los impactos ambientales asociados al uso de fertilizantes nitrogenados son de
tres tipos:



Arrastre del nitrógeno y del fosforo hacia cuerpos de agua provocando la
proliferación de algas y la disminución del oxígeno disponible
(Eutrofización);
Problemas graves a la salud si la lixiviación de nitratos y fósforos llega a
acuíferos usados para abastecimiento de poblaciones;
El uso de fertilizantes incrementa las emisiones de gases de efecto
invernadero a través de dos vías: durante el proceso de producción de los
fertilizantes sintéticos y en su aplicación al cultivo a través de la liberación
de N2O. (uno de los gases de efecto invernadero).
8.1.1 Degradación de suelos.
Según el tipo de cultivo utilizado como materia prima, también se pueden anticipar
algunos impactos ambientales.
Datos de Brasil para caña de azúcar muestran que las pérdidas de suelo por
erosión (12,4 ton/ha/año) son relativamente pequeñas en comparación con otros
cultivos como arroz, soya o frijol que presentan pérdidas de 25.1 ton/ha/año, 20.1
ton/ha/año y 38.1 ton/ha/año, respectivamente. (Macedo, 2005)
8.1.2 Consumo de agua.
Actualmente, la mayor parte de la producción agrícola destinada a
biocombustibles depende principalmente de agua de lluvia. En el siguiente grafico
se presenta la utilización de agua virtual con cada cultivo por unidad de energía
asociada al biodiesel o etanol. Esta información se obtuvo a partir de datos sobre
el promedio mundial de uso de agua por tonelada de cada producto y utilizando
los rendimientos por hectárea.
El agua virtual se define como el volumen de agua requerido para producir un bien
o servicio. El contenido de agua virtual de productos agrícolas se calcula con base
en los requerimientos de agua y en los rendimientos de los cultivos.
(Chapagan&Hoekstra, 2004).
48
Fig.14 Consumo de agua virtual en la producción agrícola por unidad de energía
generada. (Litros de agua/MJ)
Como se puede observar en la figura la caña de azúcar en etanol y la palma en
biodiesel son los cultivos más eficientes en el uso de agua.
La producción de biodiesel a partir de aceites usados y grasas animales tiene
impactos positivos en la calidad de agua ya que desde un punto de vista ambiental
la principal ventaja es el reciclaje de estos productos, evitando su vertido, la
contaminación de cuerpos de agua y el incremento en los costos de depuración de
aguas residuales donde existen estos sistemas. (Gómez et al. 2008).
8.1.3 Contaminación del aire.
Respecto a prácticas culturales, en muchos países es una práctica habitual la
quema de las plantaciones de caña para eliminar residuos vegetales y malezas
que reducen la eficiencia de la cosecha. Este tipo de práctica afecta a las
poblaciones y ecosistemas cercanos y constituye uno de los factores de emisión
de gases de efecto invernadero. El impacto en el aumento de enfermedades
respiratorias está en discusión; otros impactos, como contaminación visual y
aumento en la suciedad de ropa por las partículas y pavesas del aire generan
molestias en las poblaciones. Se trata de una práctica generalmente regulada, y
en algunos países como Brasil se está prohibiendo de manera progresiva (para
alcanzar el 100% en 2018) en zonas donde sea posible la cosecha mecanizada
(Kojima& Johnson, 2005).
49
9. Futuro de los Biocombustibles.
Las reservas de petróleo han disminuido significativamente: a finales del siglo XIX
eran de 2,2 trillones de barriles y actualmente apenas llegan a 1,13 trillones de
barriles. Además, el consumo sigue en aumento, sobre todo de países en
desarrollo como la India y China. Es muy difícil determinar cuántos años más
pueden durar las reservas de petróleo, pero debemos disminuir la dependencia del
mismo, en especial en los países que no lo producen, pero que sí poseen las
condiciones naturales idóneas para sembrar cultivos con vocación agro
energética. (IICA, 2007)
Y según fuentes como la IEA, estiman que el petróleo actual se agotara en el
2040, aunque este dato puede variar ya que aún se pueden encontrar nuevos
yacimientos de crudo en el mundo.
Las proyecciones de la Agencia Internacional de Energía señalan que la
participación de los biocombustibles en el mercado energético mundial pasaría del
1% actual al 4% en 2030. (Carrizo et al. 2009).
Los biocombustibles ofrecen una posible alternativa a los combustibles fósiles,
pero necesitan mucho terreno para su desarrollo, amenazando de esta manera a
la biodiversidad y el medio ambiente natural. Si se desarrollan de la manera
correcta, podrían llegar a ser una importante parte de la solución, pero si se
producen de una manera intensiva pueden empeorar los ya críticos problemas
ambientales.
Los biocombustibles representan una oportunidad en la lucha contra el cambio
climático, pero solo si se establecen las políticas adecuadas. Los biocombustibles
pueden ser ineficientes e incluso perjudiciales sin las medidas de garantía
adecuadas. Solo manejando cuidadosamente su desarrollo y dentro de las
limitaciones impuestas por la disponibilidad de tierras, pueden convertirse en una
importante fuente de energía para el futuro. (BirdLife International, 2009).
En la actualidad, producción de biocombustibles se centra en materias primas que
compiten con la seguridad alimentaria. Sin embargo se han venido desarrollando
nuevas generaciones de biocombustibles que permitan la utilización de materias
primas consideradas como desechos y otras materias primas como las micro
algas (caracterizadas por su capacidad energética y tiempos cortos de
reproducción) y las bacterias, este desarrollo requiere de investigación e inversión.
(Jaramillo et al. 2011).
El futuro de los biocombustibles, apunta al desarrollo de tecnologías que permitan
su obtención de una forma más limpia y eficiente, desde su materia prima hasta el
producto final. Desarrollando biocombustibles que no compitan con la seguridad
alimentaria, no acaben con fuentes hídricas y reduzcan realmente las emisiones
de gases de efecto invernadero.
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Este desarrollo dependerá de las reservas petroleras y que tan indispensables con
el paso de los años lleguen a ser los biocombustibles.
Conclusiones:
Las energías renovables eran, son y serán la principal alternativa ante la futura
extinción de los recursos fósiles. Según las fuentes mencionadas, las reservas de
petróleo podrán llegar aproximadamente al año 2040. Aunque este dato puede
variar ya que en la actualidad aún se sigue explorando y encontrando nuevos
yacimientos, pero no hay que olvidar que son un recurso no renovable y algún día
se tienen que terminar.
Este trabajo de revisión bibliográfica se basó en el estudio de biocombustibles,
principalmente etanol y biodiesel. Que en términos generales es una opción viable
como sustitutos de gasolina y diésel respectivamente.
Pero en unos inicios esta no era la realidad, ya que el primer auto diseñado por
Henry Ford estaba construido para funcionar con etanol, sin embargo con el
descubrimiento de inmensos yacimientos de petróleo, y con los diferentes
productos que se derivan de él, la gasolina era muy barata y se convirtió en el
combustible ideal en aquellas épocas, dejando al etanol en un segundo plano.
Pero con el paso de los años y el aumento del precio del petróleo seguido de los
notables efectos causados al medio ambiente, se ha regresado a esos inicios
donde el etanol era una opción como combustible ya que el mismo Henry Ford
predijo que era el combustible del futuro.
En la actualidad ha llegado a ser el combustible ideal que combinado ahora con
gasolina mejora el desempeño de los motores y tiene un menor grado de
emisiones de gases de efecto invernadero. Y que también se puede utilizar como
único combustible con lo que las emisiones de gases de efecto invernadero son
muchos menores y tienen un rendimiento parecido al de la gasolina.
Los impactos ambientales que los biocombustibles puedan generar la mayoría
están siendo estudiados, a la fecha son algunos los que se puedan comprobar
como el uso del suelo con riesgo a erosión, o el uso excesivo de agua en el riego
de algunas materias primas, la emisión de dióxido de carbono en algunos
procesos.
En general como todo en la vida, los biocombustibles tienen sus ventajas y
desventajas, sin embargo la producción y uso adecuado de biocombustibles
acompañado con la legislación correcta, permitirán que sean el combustible de un
futuro no muy lejano, para contrarrestar los efectos causados por algunos
combustibles fósiles.
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El país pionero en producción de etanol es Brasil que en 1931 ya utilizaba en
algunos de sus autos la mezcla de 95% de gasolina con 5% de etanol. Iniciando
así una planeación exitosa de biocombustibles a nivel mundial, aprovechando
adecuadamente las materias primas, legislando correctamente para un mejor
desempeño de combustibles.
En la actualidad el país con mayor producción tanto en etanol como biodiesel es
Estados Unidos, que gracias a una correcta legislación y una inversión bien
planeada ha logrado convertirse en potencia mundial en biocombustibles, logrando
llegar a la cima de producción en 40 años.
El caso de Estados Unidos me parece ejemplar, ya que su legislación fue paso a
paso, creciendo cada año en la producción e invirtiendo sin temor a perdidas, al
contrario esas inversiones se ven reflejadas en los billones de galones producidos
anualmente, y que obviamente es un crecimiento económico, son fuentes de
empleo y también son inversiones para seguir investigando en el campo de
producción de biocombustibles con nuevas materias primas.
A diferencia de lo que pasa con otros países, como son Nicaragua, Panamá,
Guatemala, Ecuador etc, que si producen, usan y legislan a favor de
biocombustibles, en México las cosas son muy diferentes.
En México las leyes que hay sobre uso y aprovechamiento de las energías
renovables son del 2008, pero esas leyes no se cumplen, ya que en lo que se
refiere a uso de etanol como aditivo en gasolinas en algunas partes de México
como Monterrey, Guadalajara y la Ciudad de México, no es utilizado.
Según las leyes Mexicanas en un periodo a corto plazo se utilizarían la mezcla de
gasolina con etanol E5, en un plazo a mediano plazo la mezcla E10 y a largo plazo
la mezcla E20. Pero solo para el primer caso que es el E5, si se quisiera utilizar la
mezcla y según la demanda de gasolina anual en el país se necesitarían una
producción de caña de 320 072.7 ha, para producir la cantidad de etanol de 2 240
508 889.8 litros, por lo que se necesitarían construir 18 ingenios nuevos para
poder satisfacer la demanda de gasolina.
Esto nos indica que no se tienen los fundamentos correctos para formular las
leyes en México y que solo legislan por legislar para cumplir con el trabajo que se
supone deberían de cumplir.
No sé si hay de por medio algún interés del tipo económico por el cual en México
no hay evolución en generar biocombustibles a gran escala, tal vez por ahora no
se pueda invertir en la construcción de 18 nuevos ingenios, pero lo que creo que si
se puede hacer, es aprovechar esos residuos de todos los ingenios azucareros,
esas mieles de azúcar que se están exportando, y en lugar de exportarlas
aprovecharlas para producir un biocombustible como etanol para poder lograr
empezar la sustitución de la gasolina.
El camino es largo, pero paso a paso se podrá lograr un avance, y cualquier
avance es mejor que lo que tenemos hasta ahora.
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Me es increíble saber que países como Jamaica, Trinidad y Tobago, Guatemala,
El Salvador, entre otros se encuentren entre los primeros 25 productores de
biocombustibles a nivel mundial. Y son países con una extensión territorial mucho
menor a México, con una población menor y con una economía menor. Pero sin
embargo trabajan en conjunto la población y el gobierno para lograr metas que
satisfacen sus necesidades.
Es por ello la importancia de este trabajo de revisión bibliográfica ya que el
Ingeniero Químico puede colocarse y trabajar en cualquier área en la sociedad, ya
sea innovando procesos, legislando para un buen funcionamiento y
aprovechamiento de nuevas materias primas, en la docencia compartiendo
experiencias y conocimientos para así motivar a los futuros profesionistas.
Yo como futuro Ingeniero Químico, como lo mencione anteriormente, legislaría a
favor de una ley que obligara a las Universidades del país a desarrollar plantas
pilotos de producción de biocombustibles, con una aportación económica del
gobierno como apoyo para su construcción y desarrollo. Y con estas plantas se
podrían producir por ejemplo biodiesel con aceite usado, con lo cual se atacaría el
problema de contaminación por derrames de aceite a la coladera.
Estas plantas piloto, aparte de producir biocombustibles, servirían como
experiencia para los recién egresados de Ingeniería en donde podrán poner en
practica algunos de los conocimientos adquiridos en la facultad y tal vez con una
adecuada administración se podría recibir un salario.
Lo importante es empezar con algo, si el gobierno no tiene interés de invertir a
gran escala, mínimo lo que podemos exigirles es una legislación para
universidades aunque sean autónomas, y repito lo mismo lo importante es iniciar
con producción de biocombustibles.
Y según la definición de un Ingeniero Químico, nosotros estamos preparados para
solucionar problemas en ramas de la física, química, matemáticas y áreas de la
sociedad que nos requiera. Así como la planeación, desarrollo y operación de
procesos que tengan un beneficio para la sociedad. Y los biocombustibles es uno
de ellos.
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