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Los biocombustibles como alternativa de energ�a a partir de recursos renovables y/o desechos

 

Biofuels as an energy alternative from renewable resources and/or waste

 

Biocombust�veis como alternativa energ�tica a partir de recursos renov�veis ​​e/ou res�duos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: victor.toalombo@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de marzo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 8 de julio de 2022

 

1. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
2. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
3. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
4. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.

Resumen

El presente documento recopila informaci�n existente hasta el momento en lo que se refiere a obtenci�n, comercializaci�n, ventajas y desventajas del uso de biocombustibles como alternativa de combustibles a partir de recursos renovables y/o desechos. El estudio de biocombustibles tiene como principal objetivo la reducci�n de la contaminaci�n causada por los combustibles f�siles derivados del petr�leo y la b�squeda de alternativas energ�ticas. Para producir biocombustibles se tiene como base cualquier tipo de biomasa, de acuerdo a sus caracter�sticas se le aplica diferentes procedimientos para obtenci�n de biodiesel, existen adem�s nanoaditivos que ayudan a mejorar la eficiencia energ�tica de los biocombustibles para que cada vez se aumente el porcentaje del mismo en la mezcla di�sel-biodiesel por ejemplo: nanopart�culas de cerio, de al�mina, de silicio o de alof�n, las mismas que tienen en com�n el potenciar la capacidad energ�tica de biocombustibles aumentado el poder calor�fico y en el caso del alof�n reduciendo las emisiones de gases contaminantes productos de la combusti�n.� Dejando de lado las investigaciones de laboratorio se eval�an los par�metros que determinan si un proyecto de producci�n de biodiesel a gran escala resulta viable o no, dependiendo del pa�s, sus pol�ticas de estado con relaci�n a biocombustibles e impuestos.

Palabras Clave: biocombustible; biomasa; biodiesel; recursos renovables; contaminaci�n.

 

Abstract

This document compiles existing information to date regarding obtaining, marketing, advantages and disadvantages of the use of biofuels as an alternative fuel from renewable resources and/or waste. The study of biofuels has as its main objective the reduction of pollution caused by fossil fuels derived from oil and the search for energy alternatives. To produce biofuels, any type of biomass is based on it, according to its characteristics, different procedures are applied to obtain biodiesel, there are also nanoadditives that help improve the energy efficiency of biofuels so that the percentage thereof is increased each time. in the diesel-biodiesel mixture, for example: nanoparticles of cerium, alumina, silicon or allophane, the same ones that have in common that they enhance the energy capacity of biofuels by increasing the calorific power and, in the case of allophane, reducing gas emissions polluting products of combustion. Leaving aside laboratory research, the parameters that determine whether a large-scale biodiesel production project is viable or not are evaluated, depending on the country, its state policies in relation to biofuels and taxes.

Keywords: biofuel; biomass; biodiesel; renewable resources; pollution.

 

Resumo

Este documento compila as informa��es existentes at� o momento sobre obten��o, comercializa��o, vantagens e desvantagens do uso de biocombust�veis como combust�vel alternativo a partir de recursos renov�veis ​​e/ou res�duos. O estudo dos biocombust�veis tem como principal objetivo a redu��o da polui��o causada pelos combust�veis f�sseis derivados do petr�leo e a busca por alternativas energ�ticas. Para produzir biocombust�veis, qualquer tipo de biomassa se baseia nele, de acordo com suas caracter�sticas, diferentes procedimentos s�o aplicados para a obten��o do biodiesel, tamb�m existem nanoaditivos que ajudam a melhorar a efici�ncia energ�tica dos biocombust�veis para que sua porcentagem seja aumentada a cada vez. mistura diesel-biodiesel, por exemplo: nanopart�culas de c�rio, alumina, sil�cio ou alofano, as mesmas que t�m em comum aumentar a capacidade energ�tica dos biocombust�veis aumentando o poder calor�fico e, no caso do alofano, reduzindo as emiss�es de gases poluentes produtos da combust�o. Deixando de lado as pesquisas laboratoriais, s�o avaliados os par�metros que determinam se um projeto de produ��o de biodiesel em larga escala � vi�vel ou n�o, dependendo do pa�s, suas pol�ticas estaduais em rela��o aos biocombust�veis e impostos.

Palavras-chave: biocombust�vel; biomassa; biodiesel; recursos Renov�veis; polui��o.

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Introducci�n

Se denomina biocombustible a aquel combustible que provenga o se derive de la biomasa, sabiendo que la energ�a de la biomasa es de origen animal o vegetal (ej: la madera o viruta de los bosques y aserraderos, los residuos de procesos agr�colas y forestales, de la basura industrial, humana o animal). (1). Al hablar de biocombustibles se est� refiriendo a una alternativa energ�tica que en corto y mediano plazo ofrecen soluci�n a los problemas ambientales de la actualidad. (2). Son tambi�n una fuente de mercado para productores agr�colas siempre y cuando se eval�en minuciosamente las ventajas y desventajas antes de pensar en una producci�n a gran escala de estos biocombustibles a mediano y largo plazo, considerando que seg�n expertos las reservas de petr�leo se extinguir�n en 50 a�os. (3)

El uso de biocombustibles tiene como objetivo principal reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que sobrecalientan la superficie terrestre y aceleran el cambio clim�tico. El uso de la biomasa para consumo energ�tico reduce las emisiones de CO2 en la atm�sfera a diferencia del uso de hidrocarburos, lo que permite disminuir el impacto negativo que se tiene por parte de los combustibles f�siles sobre el cambio clim�tico.(4)

 

Metodolog�a

Por considerarse una revisi�n bibliogr�fica este documento se desarrolla en base al estado del arte de investigaciones con relaci�n a los tipos, producci�n, eficiencia energ�tica y rentabilidad de los biocombustibles, en diferentes pa�ses del mundo.

 

Desarrollo y discusi�n

3.1 Biocombustibles

Los combustibles que m�s se consumen en el mundo son la gasolina o el di�sel, que se derivan del petr�leo el cual es un recurso no renovable y al ser utilizados emiten grandes cantidades de gases contaminantes a la atm�sfera, por lo que a lo largo de varios a�os se han venido obteniendo nuevos combustibles basados en la utilizaci�n de recursos renovables como son los biocombustibles de aceites vegetales (biodiesel), o los biocombustibles de biomasa (bioetanol). (1,5)

Los biocombustibles se componen de alcoholes, �theres, �steres y otros compuestos qu�micos, que se producen a partir de biomasa, como son las plantas herb�ceas y le�osas, los residuos de la agricultura y actividad forestal, y una gran cantidad de desechos industriales, como los desperdicios de la industria alimenticia.(1)

3.2 Biomasa

La biomasa involucra un conjunto de materias org�nicas, constituye una fuente de energ�a renovable que se basa en la utilizaci�n de la materia org�nica formada por v�a biol�gica en un pasado inmediato o de los productos que se derivan de la misma. Adem�s, el material org�nico presente en las aguas residuales, lodos de depuraci�n, fracciones org�nicas presentes en los residuos s�lidos, constituyen biomasa. En s�, el contenido energ�tico de la biomasa procede en de la energ�a solar fijada por los vegetales en el proceso de la fotos�ntesis en su �ltima instancia. (6)

Como resultado de biocombustibles a partir de biomasa de puede obtener seg�n su estado f�sico, biocombustibles s�lidos, como referencia a los que se usan b�sicamente para fines t�rmicos y el�ctricos, y biocombustibles l�quidos como sin�nimo de los biocarburantes usados para automoci�n.(6)

La biomasa es considerada como una excelente alternativa energ�tica debido a que a partir de ella se pueden obtener una gran variedad� de productos; y tambi�n porque se adapta muy bien a todos los campos de utilizaci�n de los combustibles en la actualidad. A trav�s de diferentes procesos de transformaci�n , se puede obtener una serie de biocombustibles que pueden estar en estado s�lido, l�quido o gaseoso; y que pueden ser utilizados para cubrir necesidades energ�ticas en diversas �reas como, por ejemplo: de confort, transporte, cocina, industria y electricidad.(6)

La reducci�n de los gases de efecto invernadero que se obtienes con la utilizaci�n de biocombustibles se puede resumir en la siguiente tabla:

 

Tabla 1. Ahorro en la emisi�n de gases de efecto invernadero a partir de la sustituci�n de combustibles f�siles por biocombustibles.(7)

3.3 Clasificaci�n de los biocombustibles

Los biocombustibles se clasifican de acuerdo al tipo de materia prima que se utiliza para la elaboraci�n del mismo. Esta clasificaci�n corresponde a biocombustibles de primera, segunda y tercera generaci�n. Los biocombustibles de primera generaci�n se obtienen por fermentaci�n o por transesterificaci�n, los de segunda generaci�n se obtienen a trav�s de bioqu�mica y termoqu�mica y por ultimo los de tercera generaci�n se obtienen a partir de organismos que producen su propio alimento y utilizan la energ�a solar y CO₂ como por ejemplo las algas. (2). Existe tambi�n una cuarta generaci�n de biocombustibles, de la cual solo se conoce la fase te�rica, en donde las bacterias modificadas son capaces de transformar anhidrido carb�nico en biocombustible.(8)

3.3.1 Biocombustibles de primera generaci�n

Los biocombustibles de primera generaci�n se producen a partir de cultivos alimenticios, y requieren de tecnolog�a convencional para ello, dentro de los biocombustibles de este tipo est�n: el bioetanol, biodiesel y biog�s. (9)

El proceso qu�mico de transesterificaci�n consiste en mezclar el aceite vegetal con metanol y un catalizador de manera que se separen biodiesel y glicerina como producto residual. El biodiesel se obtiene a trav�s de la reacci�n de transesterificaci�n que consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, para este proceso se debe disminuir la viscosidad del aceite para lo que se requieren temperaturas entre 40 y 60�C.(10)

La transesterificaci�n se da al mezclar el 80 % de aceite vegetal que puede ser nuevo o usado, mas el 20 % de metanol y 3,5 gramos de sosa c�ustica que act�a como catalizador. Estas 3 sustancias deben ser agitados durante una hora y dejar reposar durante 8 horas para que se separen el biodiesel y la glicerina. El biocombustible obtenido es de color �mbar; la glicerina es de color marr�n obscuro, teniendo una consistencia gelatinosa que queda en el fondo del recipiente y para ser retirado se puede aplicar bombeo o drenaje.(11)

3.3.2 Biocombustibles de segunda generaci�n

Los biocombustibles de segunda generaci�n, son aquellos que permiten la transformaci�n de la biomasa lignocelul�sica en energ�a. Se refiere a biomasa lignocelul�sica a la que se obtiene de residuos forestales, residuos de cultivos, maderas de bajo precio o aserr�n. La transformaci�n de la madera en biocombustibles puede llevarse a cabo por v�as qu�micas. Entre las cuales existen tres posibilidades, puede ser por gasificaci�n, pir�lisis o hidr�lisis. (12)

La hidr�lisis consiste en romper los enlaces β-1,4-glicos�dicos que unen las mol�culas de celulosa y hemicelulosa, obteniendo los mon�meros de az�car correspondientes. El proceso Scholler es la primera tecnolog�a desarrollada en este aspecto, el mismo que inici� su desarrollo en Alemania en el a�o de 1920 y se considera actualmente como la principal v�a de entrada de la biomasa en un proceso de biorrefiner�a (14)

3.3.3 Biocombustibles de tercera generaci�n

Los biocombustibles de tercera generaci�n tienen procesos de obtenci�n similares a los anteriormente vistos, su diferencia radica en la aplicaci�n, ya que estos se inclinan hacia cultivos bioenerg�ticos dise�ados espec�ficamente para mejorar la transformaci�n de biomasa a biocombustible. En este tipo se destaca el cultivo de las diferentes especies de microalgas, cuyo aceite puede ser utilizado como materia prima en la producci�n de biodiesel a trav�s de procesos de transesterificaci�n.(15)

Se toman como estudio las algas debido a su elevada tasa de crecimiento, puesto que tiene la capacidad de doblar su poblaci�n en un periodo de 24 horas adem�s de que crecen en ambientes de aguas marinas o aguas residuales, a comparaci�n de otros cultivos que no se desarrollan en estas condiciones. (16,17)

En el proceso de transesterificaci�n de algas marinas se altera el catalizador, que para el caso de chlorella protothecoide se utiliza �fundamentando la decisi�n en base a las propiedades �cidas del aceite de este tipo de microalgas, mientras que para las microalgas de especie nannochloropsis oculata se utilizan dos catalizadores que son: �soportados en al�mina, de los cuales el uso de un catalizador de CaO soportado en al�mina, con 80% �de carga inicial, y exceso de metanol garantiza una conversi�n cercana al 98% de biodiesel. (15)

Otra clasificaci�n de los biocombustibles se adapta de acuerdo al estado f�sico de los mismos pudiendo ser l�quido, s�lido o gaseoso.(6)

3.3.4 Biocombustibles s�lidos

�Dentro de este grupo, los m�s importantes son los de tipo primario, constituidos por materias lignocelul�sicas que proceden del sector agr�cola, del sector forestal y de las industrias de transformaci�n que producen residuos de esta naturaleza como por ejemplo la paja y los restos de poda de �rboles y arbustos en jardines, �rboles de olivo y/o frutales, la le�a, las cortezas que se desprenden de los �rboles son materiales t�picos para obtenci�n de biocombustibles s�lidos de origen agr�cola. A esto adem�s se le suman desechos caseros como las c�scaras de frutos secos, la pepa de la aceituna y otros frutos, corchos, los muebles de madera que se desechan, todo esto constituye la materia prima para la fabricaci�n de biocombustibles s�lidos en base a desechos. Otro grupo de biocombustibles s�lidos lo constituye el carb�n vegetal, que resulta de un tratamiento t�rmico con bajo contenido en ox�geno, pero por ser un subproceso de materia prima ya tiene un costo adicional adem�s de ser considerado producto secundario(6)

3.3.5 Biocombustibles l�quidos

Esta denominaci�n de biocombustibles l�quidos se le da a una serie de productos de origen biol�gico que se usan como combustibles de sustituci�n de los combustibles derivados del petr�leo (di�sel y gasolina) o como aditivos de los mismos para su uso en motores (mezclas BX), con el af�n de reducir la emisi�n de gases de efecto invernadero. En este grupo tenemos directamente los biodiesel y el bioetanol. (6)

3.3.6 Biocombustibles gaseosos

Dentro de los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa est�n: el gas de gas�geno, el biog�s y el hidr�geno.

3.3.6.1 Gas de Gas�geno

Este gas se obtiene al someter a la biomasa a temperaturas elevadas entre los 800 [�C] y 1 500 [�C] en condiciones libres de ox�geno con el fin de producir gases, estos gases tienen bajo poder calor�fico es decir que est�n en el rango de 1 000 [Kcal/m³] a 1 200 [Kcal/m³]. Este biog�s es utilizado con fines t�rmicos o se combina con motores para generar energ�a mec�nica y el�ctrica, las principales aplicaciones de ese gas son para combusti�n directa en un quemador o puede ser utilizado en un generador el�ctrico a trav�s de una turbina. Siempre se debe considerar la limpieza de los gases para que no obstruyan los sistemas en los que van a ser utilizados. (6)

3.3.6.2 Biog�s

El denominado biog�s es origina en base a la digesti�n de la biomasa, la composici�n de biog�s es variable, pero est� sus principales componentes son: metano con rango de porcentaje entre (55-65),� di�xido de carbono con rango en porcentaje entre (35-45), nitr�geno con rango de porcentaje entre (0-3), hidr�geno con rango de porcentaje entre (0-1), ox�geno con rango de porcentaje entre (0-1) y sulfuro de hidr�geno en calidad de part�culas s�lidas medidas en trazas. (6)

En base a la eficiencia energ�tica del biog�s, el poder calor�fico del biog�s se determina seg�n la concentraci�n de metano que tiene un poder calor�fico de 9 500 [Kcal/m³], se puede aumentar este valor, si se elimina el porcentaje de di�xido de carbono que le acompa�a puede ser total o parcialmente esta eliminaci�n. Este tipo de transformaci�n se da espont�neamente en pantanos, fondos de lagunas, lagos en los que haya dep�sitos de material org�nico. Por tal motivo al metano se le conoce tambi�n como el �gas de los pantanos�. El biog�s se suele utilizar para generar electricidad. En el caso de los vertederos, su uso para este fin tiene como ventajas a�adidas la quema del metano y su transformaci�n en CO2 y agua. De esta forma se reduce el efecto perjudicial del metano como gas de efecto invernadero. (6)

Se puede producir biog�s a partir de esti�rcol porcino y residuos org�nicos, por fermentaci�n semicontinua. Este experimento lo llevaron a cabo en el INPREX; en la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la� Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna. El proceso consiste en prefermentar el substrato fermentativo formado por excremento de cerdo, resto de vegetales del mercado (desechos agr�colas), hojas de pecana y agua para obtener un compost que constituy� el material fermentativo que se carg� al biodigestor para la producci�n de biog�s. La fermentaci�n se la hizo a temperatura de ambiente por un per�odo de 4 meses del cual se obtuvo una producci�n diaria en promedio de 14,864 [cm³], ��a partir de los 18 d�as de iniciada la fermentaci�n y una producci�n acumulada, hasta los 58 d�as en que se termin� la fermentaci�n completa de la biomasa; Se obtuvo un volumen total de biog�s de 644,668 [cm³], �durante la etapa del experimento. Este tipo de experimentos sirven como iniciativa para lugares rurales en los que la energ�a el�ctrica p�blica no alcanza, como se puede observar se requiere de tiempo para la fermentaci�n y el abastecimiento es suficiente para una vivienda b�sica.(9)

3.3.6.3 Hidr�geno

El hidr�geno est� considerado como un vector energ�tico muy potencial. Los productos de esta combusti�n son el agua y una gran cantidad de energ�a 27 [Kcal/g], �por lo que resulta ideal para un sin n�mero de aplicaciones en la industria, el transporte e incluso dentro del hogar. La obtenci�n del hidr�geno a partir de compuestos org�nicos hidrogenados, tales como hidrocarburos o alcoholes, se realiza mediante un proceso denominado �reformado�. El mismo que consiste en destruir las mol�culas org�nicas y separar sus componentes elementales (carbono,� hidr�geno y ox�geno) mediante reacciones con vapor de agua en presencia de un catalizador. Los elementos de los cuales se puede obtener hidr�geno limpio es el bioetanol, el mismo que se puede obtener de biomasas alcohol�genas inclusive a gran escala. (6)

1.4  Comercio de biocombustibles

En ciertos pa�ses que buscan la independencia energ�tica se han introducido dentro del mercado internacional de biocombustibles, siempre y cuando se apliquen determinadas pol�ticas que exigen el cumplimiento de compromisos ambientales. A pesar de que el objetivo es cuidar o reducir la contaminaci�n ambiental, �aparecen nueva amenazas o ciertos riesgos para la seguridad alimentaria de estos pa�ses y a nivel mundial. El comercio internacional de este producto y el derecho de la Organizaci�n Mundial del Comercio cumplen un rol en la disciplina de los biocombustibles que merecen ser destacados. (18)

En los Estados Unidos el comercio y producci�n de los biocombustibles responde a su inter�s de alcanzar mayores grados de seguridad energ�tica y principalmente reducir la dependencia al petr�leo que proviene de Medio Oriente, por otra parte, Europa tiene intereses principalmente ambientales y su intento por cumplir con el Protocolo de Kyoto. (19)

En Brasil se inici� con la producci�n del etanol a partir de los a�os 70 desde que este pa�s atraves� una crisis de petr�leo y e vio impulsado a desarrollar combustibles alternativos que mejoren la econom�a interna del pa�s, en la actualidad Brasil es indiscutiblemente el mayor promotor del comercio internacional de biocombustibles. (18,20)

Un incremento del comercio de biocombustibles constituir�a a nivel mundial un aumento y expansi�n de cultivos en diferentes pa�ses lo que conlleva a plantearse un equilibrio ya que si bien tiene muchas ventajas a nivel ambiental como lo es la reducci�n de gases emitidos por la combusti�n en comparaci�n de los combustibles hidrocarburos, desarrollo de la zona rural, mitigaci�n de la pobreza en estas zonas, tambi�n se debe tomar en cuenta los aspectos negativos ya que el aumento de cultivos energ�ticos implican la reducci�n y deforestaci�n de bosques, induce al monocultivo, contaminaci�n del agua y problemas en la seguridad alimentaria. (21)

1.5  Mayores productores de biocombustibles a nivel mundial

Los principales productores de biocombustibles sean biodiesel o bioetanol a nivel mundial son: los Estados Unidos, Alemania, Francia, Brasil, China, India y Canad� cada uno con su materia prima caracter�stica y tipo de biocombustible producido. (18)

Los principales productores de etanol son Brasil utilizando ca�a de az�car, Estados unidos a base de ma�z amarillo y Europa que utiliza cereales y remolacha. Entre Estados Unidos y Brasil acogen el 80% de la producci�n mundial de etanol, de los cuales Brasil abarca m�s del 50 por ciento. Con escala de producci�n menor se encuentra la China y la India con una producci�n de etanol.

En el caso del biodiesel en Europa se produce el 87% de la producci�n mundial y el 90% de esto es consumido internamente; dentro de la uni�n europea Alemania y Francia son los mayores productores de este biodiesel, Alemania con el 67% de la producci�n. Tras estos pa�ses se encuentra Canad� que tambi�n produce biodiesel, pero en menor escala. (18)

En Estados adem�s de la producci�n de etanol a partir del ma�z, tambi�n se realizan a partir de celulosa, a pesar de que es costo de producci�n es elevado. En este pa�s y en otras partes del mundo se est�n desarrollando biocombustibles de segunda generaci�n de biomasa lignocelul�sica, para su degradaci�n lignocelul�sica se han venido desarrollando enzimas, el problema es la baja eficiencia y alto costo de producci�n, por lo que la producci�n a gran escala es limitada. para la comercializaci�n a gran escala. Se espera que para tiempos futuros se puedan corregir estos contras y poder introducir la producci�n de biodiesel a partir de residuos de cultivos y residuos forestales a gran escala.(22)

Se puede llegar a creer que los cultivos para biocombustibles reemplazar�n bosques y selvas debido a que podr�an llegar a convertirse en un gran mercado para el sector agr�cola con productos como ma�z, ca�a de az�car y plantas oleaginosas; dado que hay pa�ses que apoyan estas iniciativas como lo son Brasil, La Uni�n Europea y Estados Unidos olvidando por completo el objetivo de los biocombustibles, ya que al talar bosques no se est� defendiendo la reducci�n de contaminaci�n sino al contrario. (1)

A pesar de que Argentina inici� tarde la revoluci�n de los biocombustibles, una serie de medidas tomadas recientemente a nivel del gobierno federal y provincial han creado nuevas oportunidades para el desarrollo de biocombustibles dentro de ese pa�s. Estas nuevas leyes federales sobre la producci�n de biocombustibles han provocado un auge de la inversi�n. Primordialmente se ha dirigido el inter�s en el sector del biodiesel, esto se debe a que el Diesel es el sector de combustible que domina en Argentina, esto en conjunto a la revoluci�n agr�cola con respecto a la soya de los �ltimos 15 a�os, que le ha convertido en el mayor exportador mundial de aceite de soja y harina de soja. El biodiesel permite extender esta revoluci�n, desde la soja como alimento hasta la soja como combustible. La revoluci�n del biodiesel ahora en curso promete extender las ventajas de los reci�n llegados de Argentina al combinar una mayor escala y menores costos con innovaciones t�cnicas introducidas, como cultivos gen�ticamente modificados y agricultura sin labranza. De esta manera, se puede ver que Argentina demuestra la superioridad de la producci�n de biocombustibles en los pa�ses del Sur sobre las condiciones que se obtienen en los pa�ses del Norte, incluida la disponibilidad de recursos superiores, la energ�a superior y los costos m�s bajos. Mientras que Brasil ha demostrado su superioridad en etanol a base de ca�a de az�car, Argentina est� a punto de demostrar su superioridad en biodi�sel a base de soja.(30)

En Colombia se han realizado varias investigaciones, en el laboratorio y tambi�n se ha construido una planta piloto, con la finalidad de obtener biodiesel a partir de diferentes materias primas,� como son: aceite de palma, aceite de higuerilla, aceites de cocina usados y subproductos de la industria av�cola. En el caso del aceite de higuerilla se sabe que pertenece al grupo de materias primas consideradas como estrat�gicas para la producci�n de biodiesel en este pa�s. El biodiesel obtenido a partir de esta planta constituye una futura sustituci�n en la mayor�a de los derivados del petr�leo ya que posee altas propiedades energ�ticas que se comparan con la del di�sel. (2)

1.6  Ventajas de los biocombustibles

La combusti�n de la biomasa al tener escaso o nulo contenido en azufre, no produce �xidos sulfurosos o sulf�ricos, que son los causantes de las lluvias �cidas, a diferencia de lo que ocurre en la quema de combustibles f�siles. (6)

En el caso de los biodi�seles utilizados en motores o de las mezclas di�sel biodiesel, las emisiones contienen menos part�culas s�lidas, menos porcentaje de emisi�n de gases de efecto invernadero y menor toxicidad que las emisiones que se producen al quemar hidrocarburos. (6)

Luego de la combusti�n de biomasa o biocombustibles s�lidos se puede recuperar en las cenizas de la combusti�n importantes elementos minerales de valor fertilizante, como lo son el f�sforo y el potasio.(6)

Si se consideran biomasa a ciertos tipos de residuos que tiene la necesidad de ser eliminados, su aprovechamiento energ�tico se convierte en un aprovechamiento al utilizarlo como materia prima de biocombustibles. (6)

Pa�ses como estados Unidos se han propuesto incluir en su producci�n nacional cierto porcentaje de biocombustible con la finalidad de ir reduciendo y sustituyendo el uso de hidrocarburos. (4)

Se habla de una reducci�n de CO₂ en el ambiente ya que para el aprovechamiento energ�tico de la biomasa se puede considerar que la emisi�n de CO₂ es la misma cantidad que fue captada por las plantas durante su crecimiento. Es decir, que no existe un incremento de este gas a la atm�sfera.(23)

De ser bien manejado el tema de los cultivos energ�ticos, puede representar una oportunidad econ�mica al sector agr�cola en pa�ses con escasas reservas de petr�leo.(9)

Permiten aumentar la diversificaci�n de la matriz energ�tica y reducir la dependencia del combustible f�sil lo que tendr� un impacto en seguridad energ�tica, es decir, la disponibilidad de energ�a en todo momento, en cantidades suficientes y en precios asequibles. Estas condiciones deben prevalecer a largo plazo para que la energ�a contribuya al desarrollo sostenible. Este es un tema cr�tico debido a la distribuci�n desigual de los recursos de combustibles f�siles entre los pa�ses. (24)

Las tendencias actuales indican que el mundo seguir� dependiendo de los combustibles f�siles en las pr�ximas d�cadas con la mayor parte de los recursos petroleros del mundo concentrados en algunas �reas del mundo.(24)

Los precios del mercado mundial para las fuentes de energ�a convencionales, en particular el petr�leo, son bastante vol�tiles. Esto plantea grandes riesgos para la estabilidad econ�mica y pol�tica del mundo, con efectos dram�ticos en los pa�ses en desarrollo importadores de energ�a. En este contexto, las energ�as renovables, incluidos los biocombustibles, pueden ayudar a diversificar el suministro de energ�a y aumentar la seguridad energ�tica.(24)

Las grandes �reas deforestadas en los pa�ses en desarrollo y pa�ses menos desarrollados podr�an recuperarse con cultivos de ca�a de az�car, o cualquier otro cultivo que produzca aceites vegetales como el aceite de ricino y otros, para producir biocombustibles, adem�s de las ventajas que ofrece la producci�n de biocombustibles, tambi�n tendr�a un impacto significativo en las oportunidades de empleo, principalmente en las zonas rurales. La proporci�n actual de empleos creados por unidad de energ�a producida es mucho mayor que en otros sectores de energ�a, y la generaci�n de empleo en la mayor�a de las otras industrias requiere mayores inversiones. (24)

En Brasil por ejemplo en el a�o 2004, el sector de la ca�a de az�car es responsable de 700,000 empleos y alrededor de 3.5 millones de empleos indirectos, correspondientes a la producci�n de 350 millones de toneladas de ca�a (25).

El �ndice de octano de etanol excede el de la gasolina y su presi�n de vapor es menor que la gasolina, resultando en emisiones de evaporaci�n m�s bajas. Su inflamabilidad tambi�n es mucho menor que la de la gasolina, lo que reduce el riesgo de que los veh�culos se incendien. Adem�s, no hay formaci�n de enc�as asociada con lo que no es necesario o no se requieren antioxidantes ni aditivos detergentes. (26 en 24)

Las emisiones de acetaldeh�dos generan menos efectos adversos para la salud en comparaci�n con los formaldeh�dos emitidos por motores de gasolina y di�sel y adem�s de esto, las emisiones de mon�xido de carbono se redujeron dr�sticamente. En un principio, cuando la gasolina era el �nico combustible en uso, las emisiones de CO eran superiores a 50 [ g / km]; pero con el tiempo baj� a menos de 5,8  [ g / km]. (27)

Para ser una alternativa viable, un biocombustible debe proporcionar una ganancia neta de energ�a, tener beneficios ambientales, ser econ�micamente competitivo y ser producible en grandes cantidades sin reducir el suministro de alimentos. Con estos criterios se eval�a, a trav�s de la contabilidad del ciclo de vida, el etanol del grano de ma�z y el biodiesel de la soja. El etanol produce un 25% m�s de energ�a que la energ�a invertida en su producci�n, mientras que el biodi�sel produce un 93% m�s. En comparaci�n con el etanol, el biodiesel libera solo 1.0%, 8.3% y 13% de los contaminantes agr�colas de nitr�geno, f�sforo y pesticidas, respectivamente, por ganancia neta de energ�a. En relaci�n con los combustibles f�siles que desplazan, las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen en un 12% por la producci�n y combusti�n de etanol y en un 41% por biodi�sel. El biodiesel tambi�n libera menos contaminantes del aire por ganancia neta de energ�a que el etanol. Estas ventajas del biodiesel sobre el etanol provienen de menores insumos agr�colas y una conversi�n m�s eficiente de las materias primas en combustible. Incluso dedicar toda la producci�n estadounidense de ma�z y soja a los biocombustibles satisfar�a solo el 12% de la demanda de gasolina y el 6% de la demanda de diesel. Hasta los recientes aumentos en los precios del petr�leo, los altos costos de producci�n hicieron que los biocombustibles no fueran rentables sin subsidios. El biodiesel proporciona suficientes ventajas ambientales para merecer el subsidio. Los biocombustibles de transporte, como los hidrocarburos sinfuel o el etanol celul�sico, si se producen a partir de biomasa de bajos insumos cultivados en tierras agr�colas marginales o de biomasa residual, podr�an proporcionar suministros mucho mayores y beneficios ambientales que los biocombustibles basados ​​en alimentos. (28)

Las proyecciones son herramientas importantes para la planificaci�n a largo plazo en pa�ses no desarrollados o en v�as de desarrollo adem�s de la configuraci�n de pol�ticas. Las fuentes de energ�a renovables que utilizan recursos ind�genas tienen el potencial de proporcionar servicios energ�ticos con casi cero emisiones de contaminantes atmosf�ricos y gases de efecto invernadero. Se espera que los biocombustibles reduzcan la dependencia del petr�leo importado, reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, y reactiven la econom�a aumentando la demanda y los precios de los productos agr�colas.(29)

El biodiesel es menos inflamable en comparaci�n al di�sel f�sil, lo que brinda seguridad en el almacenamiento del mismo.(24)

3.7 Desventajas de los biocombustibles

Uno de los problemas principales es la disponibilidad del recurso biomasa, su recolecta, el transporte, el almacenamiento, la limpieza y el tratamiento de la materia prima. Ya que conllevan gastos que incrementar�an el costo de producci�n lo que les quita rentabilidad a los proyectos de este tipo. (6)

La Evaluaci�n Mundial de Energ�a (WEA) ha se�alado que: "Lo puntos de vista sobre la disponibilidad a largo plazo del petr�leo y el gas natural contin�an generando controversia y debate � (31)

La dependencia de los combustibles importados deja a muchos pa�ses vulnerables a cualquier posible interrupci�n en suministros; Si esto sucediera, podr�a resultar en dificultades f�sicas y cargas econ�micas, especialmente en pa�ses donde la proporci�n de importaciones de combustibles f�siles en su balanza de pagos es relativamente alta. (24)

No es utilizable a bajas temperaturas, necesita de un precalentamiento debido a su bajo punto de fusi�n. (24)

En el caso del biodiesel obtenido por el proceso de transesterificaci�n se tiene como residuo la glicerina, este producto al ser desechado a la basura o a las ca�er�as tambi�n se transforma en un problema de contaminaci�n, a pesar de ello este material es utilizado como base para la fabricaci�n de otros productos como son las velas o el jab�n, el problema radica en el costo de producci�n de estos subproductos ya que al ser obtenido mediante metanol y otras sustancias t�xicas, se requiere primero de un proceso de purificaci�n para que pueda ser utilizado por el ser humano. (5)

Los biodiesel tienen la propiedad de aumentar los porcentajes de emisiones de NOx, y las part�culas suspendidas, a la larga lo que provocan es la acumulaci�n de holl�n en el escape del motor.(24)

3.8 Mezclas BX

Para denominar una mezcla entre di�sel premium y biodiesel, la Agencia de Regulacion y Control Hidrocarbur�fero� se utilizar� �X� para indicar el porcentaje de biodiesel en la mezcla, por ejemplo: B10 indica que la mezcla contiene 10% biodiesel y el 90% restante es di�sel premium. Esto se debe a que el poder calorifico del B100 (biodiesel puro) es relativamente bajo y no es utilizable como sustituyente del di�sel premiun porque no enciende o no produce chispa sin un calentamiento previo, se utilizan estas mezclas BX, en pa�ses como Estados Unidos �ya circulan estas mezclas en las estaciones de servicio, son subcidiadas por el estado por lo que son mas baratas y los consumidores optan por este combustibles. (5)

Como se menciono dentro de los objetivos tambi�n en la actualidad en la busqueda de mejorar las propiedades energeticas de estos biocombustibles, en especial del biodiesel en estado l�quido que tiene como objetivo ser utilizado para sustituir� y reducir en porcentaje el consumo de di�sel puro,con la finalidad de reducir las emisiones de efecto invernadero, existen investigaciones de nanoaditivos que repotencian estas propiedades y de estos estudios se ha podido determinar que con ayuda de nanopart�culas de al�mina es posible reemplazar un amezcla B5 por una B20 con concentraciones de 25 particulas por millon de al�mina; o a su vez un B20 por un B30 con concentrcion de 50 particulas por millon de nanopart�culas de alof�n. (5)

Poder calor�fico es el porcentaje de energ�a desprendida en el proceso de combusti�n, referente a la unidad de masa de combustible. Es la cantidad de calor que entrega un kg o m³ de combustible al oxidarse por completo. (11)

3.9 Mezclas EX

As� como existen mesclas de biodiesel � di�sel, existen tambi�n mezclas de gasolina� bioetanol. El etanol se puede utilizar en estado puro lo que constituye un E100, pero tambi�n se puede utilizar en mezclas con gasolina, como por ejemplo el compuesto E20 que corresponde a 20% de etanol y 80% de gasolina. Estas mezclas pueden ser utilizados en veh�culos y motores a gasolina con peque�as adaptaciones. (7)

 

Conclusiones

• El estudio y desarrollo de biocombustibles nace como necesidad de una alternativa energ�tica diferente a los combustibles f�siles.
• Los biocombustibles constituyen una reducci�n de emisiones de gases contaminantes a la atm�sfera ya que el CO2 que emiten al combustionar es el mismo que absorbieron del ambiente durante el crecimiento de las plantas.
• Se puede llegar a creer que los cultivos para biocombustibles reemplazar�n bosques y selvas debido a que podr�an llegar a convertirse en un gran mercado para el sector agr�cola con productos como ma�z, ca�a de az�car y plantas oleaginosas como cultivos energ�ticos.
• Se presentan hip�tesis de desventaja en cuanto a los cultivos con fines alimenticios o energ�ticos. Lo que se deber�a hacer en cada pa�s y bajo cada condici�n de densidad poblacional es establecer porcentajes de cultivos para producci�n de biocombustibles y tambi�n para la demanda alimenticia sin que el segundo mercado se vea afectado por elevaci�n de costos de estos productos.
• Se concluye que a medida que escasee las reservas de petr�leo, la demanda de biocombustibles aumentar� de forma sostenida, lo que muestra un nuevo camino para los pa�ses en v�as de desarrollo.
• Los impactos positivos de los cultivos energ�ticos var�an dependiendo del tipo de cultivo y la tecnolog�a de conversi�n de los mismos
• Para garantizar la sostenibilidad dentro de un pa�s con cultivos energ�ticos se debe tomar muy claramente en cuenta la relaci�n costo beneficio.
• Aun en la actualidad no se puede hablar de sustituci�n completa de los hidrocarburos por biocombustibles, debido al costo de producci�n y a la demanda de materia prima que se requiere no se puede garantizar la sostenibilidad del negocio de cultivos energ�ticos. Ninguno de los biocombustibles puede reemplazar mucho petr�leo sin afectar los suministros de alimentos
• Las fuentes de energ�a renovables que utilizan recursos ind�genas tienen el potencial de proporcionar servicios energ�ticos y posiblemente reactiven la econom�a de pa�ses subdesarrollados o en v�as de desarrollo aumentando la demanda y los precios de los productos agr�colas.
• En pa�ses como M�xico que basan su alimentaci�n en el ma�z, se empiezan a notar las dificultades que presentan los cultivos energ�ticos debido a la elevaci�n del costo de este producto, netamente porque Estados Unidos enfoca los cultivos energ�ticos �nicamente con esperanzas pol�ticas � energ�ticas y dejando de lado al sector alimenticio.
• Se debe evitar desviar mucho espacio de tierra de la producci�n de alimentos a cultivos energ�ticos.
• Se debe evitar y controlar el aumento en los precios de los alimentos que sirven como cultivos energ�ticos, especialmente en los pa�ses en desarrollo que son principales importadores de estos productos.
• Buscar asegurar que los peque�os agricultores para que no se enfrenten barreras indebidas para la participaci�n en el sector productivo de cultivos energ�ticos, puesto en a peque�a escala no se puede competir con los mayoristas.
• Es propicio que los nuevos proyectos de producci�n de biocombustibles est�n en constante investigaci�n para tener acceso a tecnolog�a energ�tica relevante, incluidas tecnolog�as avanzadas que se espera cosechen mayores beneficios ambientales en beneficio del planeta.
• Ser� necesario tomar decisiones conscientes, compartir informaci�n y recopilar datos, estrategias organizativas, servicios de apoyo del gobierno, asistencia t�cnica y financiera para minimizar los riesgos y mejorar los beneficios que los mercados emergentes de biocombustibles pueden presentar a los pa�ses en desarrollo.

El recurso natural estrat�gico llamado "suelo" que es el portados de los cultivos energ�ticos y de todas las formas de biomasa como materia prima para la producci�n de cualquier tipo de biocombustible no puede cuantificar a corto plazo el da�o que pueda causar en el caso de pr�cticas no sostenibles. �

 

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).