Bioetanol: Proceso de fabricación y su importancia

¿QUE ES?
El etanol puede utilizarse como combustible para automóviles solo, y también puede mezclarse con gasolina en cantidades variables para reducir el consumo de derivados del petróleo. El combustible resultante se conoce como gasohol y en otros países denominado alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, que contienen el etanol al 10% y al 85%, respectivamente.
El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar, como reemplazo para el metil tert-butil éter. Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. El etanol también puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.
El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles. Se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, por ejemplo. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía comparada al valor de la energía del combustible producido. Por esta razón, no es factible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.
Contrariamente a lo que suele creerse, en la combustión el etanol produce más gases de efecto invernadero que la gasolina. Por cada gigajulio (GJ) obtenido del etanol puro al arder, produce 71,35 kg de dióxido de carbono. Si se considera la gasolina como octano puro, la producción sería de 67,05 kilogramos por gigajulio: a igualdad de energía producida en la combustión, el etanol produce un 6% más de dióxido de carbono que la gasolina, lo cual puede poner en duda la idea de que es más ecológico.
Para buscar una ventaja ambiental en este combustible, habría que recurrir al dióxido de la atmósfera absorbido durante el crecimiento de la planta que produce el etanol, así como en los procesos de transformación que sufren las materias primas antes de ser un combustible utilizable, o también demostrando que los motores que utilicen etanol tengan un rendimiento mayor que los de gasolina. Sin entrar en cifras, a menudo muy discutidas, desde un punto de vista a largo plazo no se debe despreciar el hecho de que sea un combustible renovable, y por lo tanto inagotable, al contrario que el petróleo. Este punto de vista resulta quizá un poco superficial, puesto que había que calcular la cantidad de tierras que habría que labrar para conseguir suplir las inmensas cantidades de combustible que requiere, y requerirá, la actividad humana.


BIOCOMBUSTIBLES Y PRODUCTOS OBTENIDOS DEL BIOETANOL
EL Bioetanol ofrece diversas posibilidades de mezclas para la obtención de biocombustibles con los siguientes nombres y propiedades:

• E5: El Biocombustible E5 significa una mezcla del 5% de Bioetanol y el 95% de Gasolina normal. Esta es la mezcla habitual y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación europea, sin embargo, es previsible una modificación de la normativa europea que aumentará este limite al 10% ( E10 ) ya que diferentes estudios constatan que los vehículos actuales toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de Bioetanol y los beneficios para el medioambiente son significativos.
• E10: El Biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de Bioetanol y el 90% de Gasolina normal. Esta mezcla es la más utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción de mezcla los motores de los vehículos no requieren ninguna modificación y e incluso produce la elevación del un octano en la gasolina mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en la emisión de gases contaminantes.
• E85: Mezcla de 85% de Bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada en vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más conocidas ofrecen vehículos adaptados a estas mezclas. Tambien se comercializan, en algunos paises (EEUU, Brasil, Suecia,…) los llamados vehículos FFV (Flexible Fuel Vehicles) o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas.
• E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de Bioetanol son utilizados en algunos paises como Brasil con motores especiales.
• E-DIESEL: El Bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy buenas características en cuanto a combustión y reducción de contaminación ofreciendo así otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehículos Diesel. El E-Diesel ya se comercializa con éxito en EEUU y Brasil y pronto hará su aparición en España y Europa.
• ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se utiliza como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil ter-butil eter) se obtiene por síntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilación del petróleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para aumentar el índice de octano de la gasolina, evitando la adición de sales de plomo.

PROCESO DE FABRICACIÓN
Los sistemas de extracción y refinado de biocombustibles, por la necesidad de inversión que exige, están más orientados a capitales importantes disponibles en empresas que quieren entrar en el sector de los biocombustibles, cooperativas agrarias que tengan la intención de dinamizar una determina
Fermentación: Se utilizan tres tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

• Sustancias con alto contenido de sacarosa: caña de azúcar, remolacha, melazas, sorgo dulce
• Sustancias con alto contenido de almidón: maíz, patata, yuca,
• Sustancias con alto contenido de celulosa: madera y algunos residuos agrícolas

El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa porque el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlos en azúcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido) y se calienta la papilla obtenida a 120 – 150ºC. Luego se cuela la masa, en un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación. A partir de celulosa es aun más complejo porque primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.
La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y produce etanol así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas. Actualmente tres países han desarrollado programas significativos para la fabricación de bioetanol como combustible: Estados Unidos (maíz), Brasil y Colombia (caña de azúcar).
Purificación: El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente metanol, formado en reacciones secundarias. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano.
Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%. El valor exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación entre las fases agua e hidrocarburos. Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación aceotrópica en una mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el aceótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares. A escala de laboratorio también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.
Síntesis química: El etanol para uso industrial se suele sintetizar mediante hidratación catalítica del etileno con ácido sulfúrico como catalizador. El etileno suele provenir del etano (un componente del gas natural) o de nafta (un derivado del petróleo). Tras la síntesis se obtiene una mezcla de etanol y agua que posteriormente hay que purificar mediante alguno de los procesos descritos más arriba. Según algunas fuentes, este proceso es más barato que la fermentación tradicional pero en la actualidad representa sólo un 5% de la capacidad mundial de producción de etanol.


EFECTO ENERGÉTICO
Para que el etanol contribuya perceptiblemente a las necesidades de combustible para el transporte, necesitaría tener un balance energético neto positivo. Para evaluar la energía neta del etanol hay que considerar cuatro variables: la cantidad de energía contenida en el producto final del etanol, la cantidad de energía consumida directamente para hacer el etanol (tal como el diesel usado en tractores), la calidad del etanol que resultaba comparado a la calidad de la gasolina refinada y la energía consumida indirectamente (para hacer la planta de proceso de etanol, etc). Aunque es un asunto que crea discusión, algunas investigaciones que hagan caso de la calidad de la energía sugieren que el proceso toma tanta o más energía combustible fósil (en las formas de gas diesel, natural y de carbón) para crear una cantidad equivalente de energía bajo la forma de etanol. Es decir la energía necesitada para funcionar los tractores, para producir el fertilizante, para procesar el etanol, y la energía asociada al desgaste y al rasgón en todo el equipo usado en el proceso (conocido como amortización del activo por los economistas) puede ser mayor que la energía derivada del etanol al quemarse.


VENTAJAS

• Fuente de combustible renovable y doméstico.
• Reduce dependencia del petróleo del extranjero.
• Una fuente más limpia de combustible.
• Aumenta el octano del combustible con un coste pequeño.
• Virtualmente utilizable en todos los vehículos.
• Fácil de producir y almacenar.
• Los biocarburantes emiten un 40-80% menos de gases invernaderos que los combustibles fósiles.
• El bioetanol es superior medioambientalmente al resto de los carburantes más importantes.

Otras ventajas medioambientales incluyen:

• Reducción de la lluvia ácida
• Mejora de la calidad del aire en zonas urbanas.
• No contamina el agua
• Reducción de Residuos

IMPORTANCIA DEL BIOETANOL
Podría decirse que hoy en día el concepto de bioetanol nos suena a tecnología complicada, algo teórico aun alejado de la práctica real. Sin duda nos equivocamos. Hoy en día el etanol se utiliza como aditivo en nuestras gasolinas, está presente por tanto en todos los sitios, todos los días.
El origen del etanol como combustible parte de muy lejos, de los orígenes de los actuales coches y su implantación inicial parte desde los Estados Unidos. Cuando Henry Ford hizo su primer diseño de su automóvil modelo T en 1908, esperaba que el combustible de mayor uso fuera el etanol, fabricado a partir de fuentes renovables. De 1920 a 1924, la Standard Oil Company comercializó un 25% de etanol en la gasolina vendida en el área de Baltimore pero los altos precios del maíz, combinados con dificultades en el almacenamiento y transporte, hicieron concluir el proyecto. A finales de la década de 1920 y durante los 30 se hicieron subsecuentes esfuerzos para reavivar un programa de combustible con etanol, basado en legislación federal y estatal, particularmente en el Cinturón Maicero de los Estados Unidos, pero sin éxito. Entonces, Henry Ford y varios expertos unieron fuerzas para promover el uso del etanol; se construyó una planta de fermentación en Atchison, Kansas, para fabricar 38.000 litros diarios de etanol, específicamente para combustible de motores. Durante los 30, más de 2.000 estaciones de servicio en el Medio Oeste vendieron este etanol hecho de maíz y que llamaron “gasohol”. Los bajos precios del petróleo llevaron al cierre de la planta de producción de etanol en los 40, llevándose consigo el negocio de los granjeros americanos; el gasohol fue reemplazado por el petróleo.
Hoy en día la situación podría decirse que se mantiene. Sin embargo los actuales problemas ambientales y la sobreexplotación petrolífera, ponen de manifiesto la necesidad de buscar combustibles más ecológicos y de producción natural. Es decir, volvemos un poco al principio y de nuevo cobra una gran importancia el etanol, que junto con el biodiesel son los biocombustibles mas utilizados y desarrollados. En concreto el etanol es el más ampliamente utilizado hoy en día en los Estados Unidos. Más de 1.500 millones de galones (5.670 millones de litros aproximadamente) se agregan anualmente a la gasolina para mejorar el rendimiento de los vehículos y reducir la polución atmosférica.. Cuando este etanol es fabricado a partir de materiales con biomasa celulósica en lugar de los forrajes tradicionales (cultivos ricos en almidones) tenemos bioetanol.


El bioetanol se utiliza en vehículos como sustitutivo de la gasolina, bien como único combustible o en mezclas que, por razones de miscibilidad entre ambos productos, no deben sobrepasar el 5-10% en volumen de etanol en climas fríos y templados, pudiendo llegar a un 20% en zonas más cálidas. El empleo del etanol como único combustible debe realizarse en motores específicamente diseñados para el biocombustible. Sin embargo, el uso de mezclas no requiere cambios significativos en los vehículos, si bien, en estos casos el alcohol debe ser deshidratado a fin de eliminar los efectos indeseables sobre la mezcla producidos por el agua.
Por tanto vemos que el bioetanol es una apuesta fuerte para el futuro de los combustibles. Sin embargo podemos ir mucho más lejos con la cuestión para ver que se puede considerar claramente un tema económico, científico, medio ambiental y social, es decir una primera plana en el conocimiento actual.

• Economía: La industria petrolera que económicamente resulta una de las mayores potencias mundiales se ve intimidad por las nuevas opciones aparentemente viables que ofrece el biocarburantes, aunque no por ello deja de mirarlo con ojos escépticos. Si la investigación sigue adelante con buenos resultados, las posibilidades económicas de futuro del bioetanol son enormes. También pueden ser utilizados para la producción de electricidad, térmica y de frío.
• Científico: Es a la ciencia, en concreto a la microbiología, a quien se debe el avance y estudio de la materia. Las nuevas líneas de investigación nos aportan nuevos derivados del propio bioetanol o procesos perfeccionados para la producción del mismo.
• Medio ambiental: Los automóviles son una de las principales fuentes de contaminación. Los ecocarburantes podrían dar un respiro de aire limpio a las ciudades.
• Social: La industria de los biocarburantes ofrece salidas a productos agrícolas que habían quedando estancados, podría favorecer especialmente a países en vías de desarrollo de la zona ecuatorial, donde el clima favorece especialmente los cultivos, crear nuevos puestos de trabajo y industrializar zonas eminentemente agrícolas. Además, con la fabricación del biocarburante se corta la dependencia con países productores de petróleo que varían el precio del crudo en función del estado del mercado mundial.

Reflejaremos esta situación a través de la utilización del bioetanol como aditivo, como combustible, la industria azucarera y una nueva línea de investigación que muestra la clara relación entre ambas.


PROBLEMÁTICA DEL BIOETANOL: IMPACTO AMBIENTAL
Contaminación del aire: Comparado con la gasolina sin plomo convencional, el etanol es una fuente de combustible que arde formando dióxido de carbono y agua, como la gasolina. Para cumplir la normativa de emisiones se requiere la adición de oxigeno para reducir emisiones del monóxido de carbono. El aditivo metil tert-butil éter actualmente se está eliminado debido a la contaminación del agua subterránea, por lo tanto el etanol se convierte en un atractivo aditivo alternativo. Como aditivo de la gasolina, el etanol al ser más volátil, se lleva consigo gasolina, lanzando así más compuestos orgánicos volátiles (VOCs Volatil Organic Compounds).
El uso de etanol puro en lugar de gasolina en un vehículo aumenta las emisiones totales del dióxido de carbono, por cada kilómetro, en un 6%. Si de algún modo se reduce la emisión total, pudiera deberse al proceso agrícola que se necesita para crear el biofuel que produce ciertas emisiones del CO. Considerando el potencial del etanol para reducir la contaminación, es igualmente importante considerar el potencial de contaminación del medio ambiente que provenga de la fabricación del etanol. En 2002, la supervisión de las plantas del etanol reveló que lanzaron VOCs en una tasa mucho más alta que la que se había divulgado anteriormente. Se producen VOCs cuando el puré fermentado de maíz se seca para venderlo como suplemento para la alimentación del ganado. Se pueden unir a las plantas oxidantes termales u oxidantes catalíticos para consumir los gases peligrosos.
Efectos del etanol en la agricultura: Los ecologistas han hecho algunas objeciones a muchas prácticas agrícolas modernas, incluyendo algunas prácticas útiles para hacer el bioetanol más competitivo. Los efectos a los campos afectaría negativamente a la producción para consumo alimetario de la población.
Recurso renovable: El etanol puede convertirse en una opción interesante a medida que la humanidad se acerque al fin de otras fuentes como el petróleo o el gas natural. De todas formas para que pueda considerárselo un recurso realmente renovable el balance energético debe ser positivo. Es importante que en los debates aún abiertos las versiones pesimistas advierten del uso de pesticidas y fertilizantes. De todas formas la cantidad de pesticidas utilizados varía mucho de si el maíz va dirigido a las personas o a los motores, ya que es en la primera opción en el que se hace un uso más intenso de los pesticidas.
Plomo: En el pasado, cuando los granjeros destilaban su propio etanol, utilizaban a veces los radiadores como parte del alambique. Los radiadores contenían a menudo plomo, que contaminaba el etanol. El plomo pasaba al aire al quemarse el combustible contaminado, generando problemas de salud (saturnismo). Sin embargo ésta era una fuente de plomo menos importante que el tetraetilo de plomo que se empleaba como aditivo corriente de la gasolina, como antidetonante (hoy prohibido en la mayoría de los países). Hoy día, el etanol para uso como combustible se produce casi exclusivamente en plantas construidas ad-hoc, evitando así cualquier remanente de plomo.

Citar este texto en formato APA: _______. (2011). WEBSCOLAR. Bioetanol: Proceso de fabricación y su importancia. https://www.webscolar.com/bioetanol-proceso-de-fabricacion-y-su-importancia. Fecha de consulta: 22 de diciembre de 2024.