Biocombustibles – calentamiento global

Introducción

Se entiende por biocombustible a aquellos combustibles que se obtienen de biomasa, es decir, de organismos recientemente vivos (como plantas) o sus desechos metabólicos (como estiércol).

Recientemente ha surgido un gran interés por los biocombustibles, principalmente debido a que gobiernos pretenden disminuir su dependencia de los combustibles fósiles y así lograr mayor seguridad energética. Además, se mencionan diversas ventajas de los biocombustibles con respecto a otras energías, como la menor contaminación ambiental, la sustentabilidad de los mismos y las oportunidades para sectores rurales.

Los biocombustibles pueden reemplazar parcialmente a los combustibles fósiles. En comparación con otras energías alternativas, como la proporcionada por el hidrógeno, el reemplazo de los combustibles fósiles por biocombustibles en el sector de transporte carretero puede ser realizado con menores costos, debido a que no requieren grandes cambios en la tecnología actualmente utilizada, ni tampoco en el sistema de distribución. Utilizar otro tipo de energía, como la obtenida a través del hidrógeno, que se basa en una tecnología totalmente distinta, requeriría grandes cambios en el stock de capital. Esto no implica que se deban descartar nuevas fuentes de energía, sino que los biocombustibles serán los que tendrán más crecimiento en el corto plazo.

El calentamiento global, lo cuál es el aumento de la temperatura de la Tierra debido al uso de combustibles fósiles y a otros procesos industriales que llevan a una acumulación de gases causantes del efecto invernadero, en la atmósfera. Un problema que cada día está afectando más a la humanidad, interviniendo gradualmente en sus condiciones de vida, afectando de una forma progresiva y en ascenso los factores que intervienen en el desarrollo y el equilibrio de los seres que rodean al ser humano incluyéndole a él como principal afectado y causante de que esta situación, que amenaza con la vida en el planeta de una manera radical y sin vuelta atrás.

Esto debido a que estos gases y sustancias producidas por el hombre y que no han sido erradicadas siguen interviniendo en los cambios atmosféricos que presenta el planeta desde tiempos pasados y que actualmente están causando graves consecuencias para la estabilidad y desarrollo de las diferentes formas de vida.

La presencia de diferentes cambios en el clima y condiciones climáticas que se conocen actualmente y que actúan de forma gradual y definida ha presentado grandes variaciones originando desastres ambientales que atacan directamente la vida del ser humano y sus condiciones de vida

Biocombustibles

Los biocombustibles son combustibles de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos. Estos restos orgánicos proceden habitualmente del azucar, trigo, maiz o semillas oleaginosas.

Todos ellos reducen el volumen total de CO2 que se emite en la atmósfera, ya que lo absorben a medida que crecen y emiten prácticamente la misma cantidad que los combustibles convencionales cuando se queman, por lo que se produce un proceso de ciclo cerrado.

Los biocombustibles son a menudo mezclados con otros combustibles en pequeñas proporciones, 5 o 10%, proporcionando una reducción útil pero limitada de gases de efecto invernadero. En Europa y Estados Unidos, se ha implantado una legislación que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta unos niveles determinados. Esta legislación ha sido copiada luego por muchos otros paises que creen que estos combustibles ayudarán al mejoramiento del planeta a través de la reducción de gases que producen el denominado "Efecto Invernadero".

Clasificación de las distintas clases de biocombustibles

BIOETANOL

El bioetanol es un alcohol que se fabrica en su mayor parte mediante un procedimiento similar al de la cerveza. A lo largo de este proceso los almidones son convertidos en azúcares, éstos sufren una fermentación que los transforma en etanol, y éste es destilado en su forma final.

Es producido principalmente a partir de caña de azúcar o maíz (el maíz es mezclado con un poco de cebada o trigo en algunos casos), cuyos hidratos de carbono son fermentados a etanol por las levaduras del género Saccharomyces.

La caña de azúcar representa la fuente más atractiva para la producción de etanol, debido a que los azúcares que contiene son simples y fermentables directamente por las levaduras. Sin embargo, su mayor inconveniente es que resulta cara como materia prima debido a que los cultivos como el maíz son ricos en almidón, un hidrato de carbono complejo que necesita ser primero transformado en azúcares simples. Este proceso recibe el nombre de sacarificación y, al producirse un paso más en la producción, se aumenta el costo.

La producción puede llevarse a cabo tanto a partir de residuos agrícolas, forestales, industriales o urbanos. Los desechos agrícolas y forestales, materias primas ricas en celulosa, son las que más abundan y cuya utilización tiene un menor costo. A pesar de esto, no resulta rentable en la actualidad la obtención de etanol a partir de estos residuos, debido a que la conversión de la celulosa en azúcares fermentables es un proceso complejo y costoso.

En la actualidad, los principales productores de alcohol como combustible son Brasil, Estados Unidos y Canadá. Brasil realiza la producción a partir de la caña de azúcar y lo emplea tanto como "hidro-alcohol" (95% etanol), como de un aditivo de la gasolina (24% de etanol). Estados Unidos y Canadá basan su producción en el maíz (combinado con un poco de trigo y cebada) y es el biocombustible que más se utiliza en diferentes formulaciones que van desde el 5% al 85% de etanol. Más de 5.670 millones de litros aproximadamente (1.500 millones de galones.) se agregan por año a la gasolina con el objetivo de optimizar el rendimiento de los vehículos y disminuir la polución atmosférica.

BIODIÉSEL

Se denomina biodiésel al éster que se produce a partir de diversos tipos de grasa o aceite, que pueden ser tanto de origen vegetal, como los aceites de soja, colza o girasol, como de origen animal.

La elaboración del biodiésel está basada en la llamada transesterificación de los glicéridos, mediante la utilización de catalizadores. Desde el punto de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir tres cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el glicerol. En la reacción de transesterificación, una molécula de un triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de monoésteres y una de glicerol. Estos ésteres metílicos o etílicos (biodiésel) se mezclan con el combustible diésel convencional en cualquier proporción o se utilizan como combustible puro (biodiésel 100%) en cualquier motor diésel. El glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción.

BIOGÁS

Se denomina biogás a aquel gas creado mediante la fermentación bacteriana de la materia orgánica, en ausencia de oxígeno. Puede realizarse tanto en medios naturales como en dispositivos específicos para la creación del gas. El producto obtenido se encuentra conformado principalmente por metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, aunque también se encuentran otros gases en menor proporción.

Para su obtención, se puede utilizar como materia prima la excreta animal, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal.

Son cuatro los tipos de bacterias que intervienen en la fermentación:

• 1. Las hidrolíticas, que producen ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos policarbonados.

• 2. Las acetogénicas, productoras de hidrógeno.

• 3. Las homoacetogénicas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en ácido acético.

• 4. Las metanogénicas, productoras del gas metano, principal componente del biogás, con una proporción de 40 a 70 % de metano (CH4).

Obtención y producción

Los biocombustibles son productos obtenidos a partir del girasol, caña de azúcaro remolacha. El proceso de obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales, grasas animales y aceites de fritura usados, para su uso como combustible Diesel, se ha llevado a cabo en los Laboratorios de Desarrollo de Procesos Químicos y Bioquímicos Integrados del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Complutense de Madrid.

El proceso comprende la transesterificación del aceite o grasa con alcoholes ligeros, utilizándose un catalizador adecuado, para generar ésteres de ácidos grasos (biodiesel). El alcohol que generalmente se utiliza es metanol, aunque se pueden utilizar otros alcoholes ligeros, como etanol, propanol o butanol. Como coproducto se obtiene glicerina, que se puede utilizar en otros procesos de interés industrial, suponiendo un factor positivo desde el punto de vista económico. Para la producción de 1.005 kilos de biodiesel, son necesarios 110 kilos de metanol, 15 de catalizador y mil de aceite, además de 4,29 metros cúbicos de agua. Este procedimiento permite además la obtención de cien kilos de glicerina como subproducto. Estos datos indican que el balance energético de este procedimiento es positivo.

MATERIAS PRIMAS:

Las materias primas que se pueden emplear en la obtención de biodiesel son muy variadas y pueden clasificarse en:

• Aceites vegetales:

• Aceites de semillas oleaginosas: girasol, colza, soja y coco.

• Aceites de frutos oleaginosos: palma.

• Aceites de semillas oleaginosas alternativas: Brassica carinata, Camelina sativa, Pogianus

• Aceites de semillas oleaginosas modificadas genéticamente: Aceite de girasol de alto oleico.

• Aceites vegetales de final de campaña: Aceite de oliva de alta acidez.

• Aceites de fritura usados.

• Grasas animales: sebo de distintas calidades.

SECTORES IMPLICADOS:

Los sectores implicados en el proceso de obtención de biodiesel se detallan a continuación:

• Agrícola: Siembra y recogida del grano.

• Industrias aceiteras: Producción de aceite.

• Industria química: Transesterificación.

• Compañías petroleras: Mezcla con gasóleo y distribución del biodiesel.

• Cooperativas Agrícolas: Uso de biodiesel en tractores y maquinaria agrícola.

• Administraciones locales y autonómicas: Flotas de autobuses, taxis, calefacciones etc.

Áreas ambientalmente protegidas: Utilización de biodiesel en los medios de transporte de parques nacionales, lagos etc.

Ventajas

*Disminuir de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el mónoxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diesel. 

*La producción de biocarburantes supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores. 

*Supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte. 

El consumo mundial de biocarburantes se cifra en torno a 17 millones de toneladas anuales, correspondiendo la práctica totalidad de la producción y consumo al bioetanol. Brasil, con alrededor de 90 millones de toneladas anuales y Estados Unidos, con una producción estimada para este año de casi 50 millones de toneladas, son los países más importantes en la producción y uso de biocarburantes. En Brasil el bioetanol se obtiene de la caña de azúcar y su utilización se realiza principalmente en mezclas al 20% con la gasolina. En Estados Unidos el bioetanol se produce a partir del maíz y se emplea en mezclas con gasolina, generalmente al 10%. En la actualidad, este último país ha sustituido casi el 2% de su gasolina por bioetanol. 

El biodiesel, utilizado como combustible líquido, presenta ventajas energéticas, medioambientales y económicas:

• Desarrollo sostenible tanto en agricultura como en energía.

• Menor impacto ambiental:

• Reducción de las emisiones contaminantes: SO2, partículas, humos visibles, hidrocarburos y compuestos aromáticos.

• Mejor calidad del aire.

• Efectos positivos para la salud, ya que reduce compuestos cancerígenos como PAH y PADH.

• Reduce el calentamiento global:

• Reduce el CO2 en el ambiente cumpliendo el protocolo de Kyoto.

• Balance energético positivo (3,24:1).

• 80% del ciclo de vida decrece en CO2.

• Producto biodegradable: Se degrada el 85% en 28 días.

• Desarrollo local y regional:

• Cohesión económica y social.

• Creación de puestos de trabajo.

• Industrial:

• Puede sustituir a los gasóleos convencionales en motores, quemadores y turbinas.

• Se puede utilizar en flotas de autobuses, taxis y maquinaria agrícola.

• Favorece el mercado doméstico.

• Reducción de la importación de combustibles:

• Seguridad energética, cumpliendo las Actas de la Unión Europea. EPACT (1992). ECRA (19

Consumo

Muchos vehículos utilizan biocombustibles a base de metanol y etanol mezclado con gasolina. Se puede obtener etanol a partir de la caña de azúcar, de la remolacha o el maíz. En algunos países como la India y la China producen biogás a partir de la fermentación natural de desechos orgánicos (excrementos de animales y residuos vegetales).

Efectos de los biocombustibles en el medio ambiente

No cabe duda que el asunto más discutido sobre la posible bondad de los BC es su capacidad para reducir las emisiones de CO2. Las corporaciones y asociaciones de biocarburantes han promovido estudios científicos que demuestran que la sustitución de etanol y biodiesel por gasolina y gasoil respectivamente reducen las emisiones de CO2 entre un 50% y un 75% según los estudios. Se ha de tener en cuenta que el carbono ni se crea ni se destruye y todo el que se emite en la quema de un BC, antes fue absorbido por una planta, es lo que se llama efecto neutro o balance cero. Estos estudios descuentan la emisión previsible de CO2 en la producción del cultivo y transformación del mismo en BC, lo que de partida indica que el efecto neutro no es tal.

Pero investigadores "independientes" de las universidades de Cornell en Nueva York (Pimentel) y Berkeley en California (Patzek) llegan a conclusiones muy diferentes.

Según ellos, los estudios realizados no tienen en cuenta todas las energías ocultas utilizadas. Por ejemplo los abonos químicos. Un kilogramo de abono nitrogenado requiere de 1"8 litros de gasoil para su producción. Se han de sumar todas las energías requeridas para fabricación y mantenimiento de la maquinaria (y no solo para su movimiento), para el riego necesario en muchos casos, para la producción y distribución de semillas, herbicidas, etc. Falta además contabilizar una energía variable, pero en aumento, la del transporte de los BC o de sus materias orígenes, cada vez más desde el hemisferio sur al norte. En el mejor de los casos, deducen que para producir una caloría son necesarias 1, 29 con el maíz, 1,59 con madera, 1,27 con soja y 2,18 con girasol.

CALENTAMIENTO GLOBAL

Es el fenómeno del aumento en la temperatura de la atmósfera terrestre y de los océanos en las últimas décadas. Los contaminantes del aire se acumulan en la atmósfera formando una capa cada vez más gruesa, atrapando el calor del sol y causando el calentamiento del planeta. 

Los principales agentes contaminantes son el bióxido de carbono (generados por las plantas de generación de energía a base de carbón) y el dióxido de carbono CO2 (emitidos por los automóviles). Los países que más contaminan son: Estados Unidos. China, India y Japón. 

El calentamiento global está provocando consecuencias irreparables:

• El derretimiento de glaciares;

• Sequías severas que causan mayor escasez de agua;

• Deforestación que aumenta o hace surgir desiertos;

• Huracanes, ciclones, el calentamiento hace con que se evapore más agua de los océanos potenciando estos tipos de catástrofes;

• El aumento en los niveles del mar producirá inundaciones costeras;

• El trastorno de hábitats como los arrecifes de coral y los bosques podrían llevar a la extinción muchas especies vegetales y animales ocasionado variaciones en el ecosistema.

• Olas de calor que provoca la muerte de ancianos y niños, especialmente en Europa;

• Los bosques, los campos y las ciudades enfrentarán nuevas plagas problemáticas y más enfermedades transmitidas por mosquitos.

COMO EVITAR:

• Reduciendo la contaminación de los vehículos utilizando catalizadores en los escapes;

• Usar al máximo la iluminación natural dentro de los ambientes domésticos;

• Utilizar lámparas bajo consumo;

• Disminuir el uso de combustibles fósiles (gasoil, diesel, querosene, nafta) y aumentar el uso de biocombustibles (biodiesel, etanol)

• Instalación de sistemas de control de emisión de gases dañinos en las industrias.

• Ampliar la generación de energía a través de fuentes limpias y renovables: hidroeléctrica, eólica, solar, nuclear y mareomotriz;

• Colaborar con el sistema de recolección selectiva de basura y de reciclaje;

• No practicar deforestación ni quemadas. Al plantar más árboles, ayuda a disminuir el calentamiento global.

• Uso de técnicas limpias y avanzadas en la agricultura para evitar la emisión de carbono.

• Construcción de edificios con la implantación de sistemas que procuren ahorrar energía (uso de energía solar para calentamiento de agua y refrigeración).

EFECTOS EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS

El cambio climático y la agricultura son procesos interrelacionados que tienen lugar a escala mundial. El calentamiento global está enfocado a tener un impacto significativo sobre las condiciones que afectan a la agricultura, y también por supuesto a la temperatura y precipitaciones. Estas condiciones son las que determinan la capacidad de la biosfera para producir suficientes alimentos para la población humana y para los animales domésticos. Así por ejemplo, el aumento de los niveles de dióxido de carbono también tendría efectos tanto beneficiosos como perjudiciales sobre el rendimiento de los cultivos.

IMPACTO DE LA AGRICULTURA EN EL CALENTAMIENTO GLOBAL

Cerca de un tercio del calentamiento de la atmósfera y el cambio climático obedece a la agricultura. En general se reconoce que gran parte del principal gas que produce el efecto invernadero, el dióxido de carbono, procede de la agricultura, sobre todo de la deforestación y la quema de biomasa. Los rumiantes domésticos, los incendios forestales, el cultivo de arroz en los humedales y los productos de desecho producen la mayor parte del metano que hay en la atmósfera, a la vez que la labranza convencional y la utilización de fertilizantes generan un alto porcentaje de los óxidos nitrosos.

En conjunto, estos procesos agrícolas comprenden el 54% de las emisiones de metano, aproximadamente el 80% de las emisiones de óxido nitroso, y prácticamente todas las emisiones de dióxido de carbono vinculadas a la utilización de la tierra. Según el IPCC (Intergubernamental Panel on Climate Change), la agricultura se encuentra entre las 3 causas principales del aumento del efecto invernadero observado en los últimos 250 años.

En Islandia el aumento de temperaturas han hecho posible una siembra generalizada de cebada, cosa que era impensable hace 20 años. Una parte de este calentamiento se debe a un efecto local (posiblemente temporal) procedente de las corrientes oceánicas del Caribe, las cuales también afectan a muchas poblaciones de peces.

IMPACTO DEL CALENTAMIENTO GLOBAL EN LA AGRICULTURA

La temperatura media de la superficie de la tierra ha aumentado en 1 grado F en el último siglo. En Islandia este aumento de temperaturas han hecho posible una siembra generalizada de cebada, cosa que era impensable hace 20 años. Una parte de este calentamiento se debe a un efecto local (posiblemente temporal) procedente de las corrientes oceánicas del Caribe, las cuales también afectan a muchas poblaciones de peces. Si bien se podían sentir beneficios locales de este calentamiento global en algunas regiones (tales como Siberia), las evidencias más recientes dicen que el rendimiento global de los cultivos y cosechas serán afectados negativamente. "El crecimiento de las temperaturas atmosféricas, las grandes sequías, los efectos secundarios de ambos tales como los altos niveles de ozono a nivel de tierra, contribuirán a una substancial reducción del rendimiento de los cultivos de los alimentos básicos en la próximas décadas lo que podría ser insuficiente para hacer frente a un aumento de la población situado en torno a 2000 millones de personas más para el 2025 sino se realiza un cambio inmediato".

La región que probablemente haya sido la más afectada es África porque su situación geográfica hace que sea particularmente vulnerable y porque el 70% de la población dependen de la agricultura de secano para su subsistencia. El informe oficial de Tanzania sobre el cambio climático dice que las zonas que normalmente tienen dos temporadas de lluvia al año probablemente tengan algo más y aquellas zonas que están acostumbradas a tener una sola temporada de lluvias tendrán mucho menos. El resultado neto de esto significa que el cultivo del maíz – el cultivo básico del país – disminuirá un 33%.

Algunos estudios sostienen que el sur de África podría perder más del 30% de su cultivo principal, el maíz, en 2030. En el sur de Asia las pérdidas de productos básicos tales como el arroz, el mijo y el maíz podrían llegar al 10%.

En 2001 la IPCC subrayó que los países más pobres serían los más duramente afectados con fuertes reducciones del rendimiento de los cultivos en muchas regiones tropicales y subtropicales debido a la dificultad de traer agua y a las nuevas plagas de insectos. En África y Latinoamérica muchos de los cultivos de secano están muy cerca de sus máximas temperaturas permitidas, lo que está produciendo que el rendimiento caiga bruscamente. Está previsto que durante el siglo 21 la productividad caiga por encima del 30%. También la industria del pescado se verá muy afectada en muchos lugares.

En 2007, el aumento de los incentivos a los agricultores a cultivar productos no alimentarios de biocombustibles junto con otros factores (como el aumento de los costos de transporte, el cambio climático, el aumento de la demanda de los consumidores en China y la India, y el crecimiento de la población) ha causado la escasez de alimentos en Asia, el Oriente Medio, África, y México, así como el aumento de los precios de los alimentos en todo el mundo. En diciembre de 2007, 37 países se enfrentan a crisis de alimentos, y 20 habían impuesto algún tipo de control de precios a los alimentos (véase: crisis alimentaria).

Otro punto importante a considerar es que las malas hierbas también realizan el mismo ciclo que los cultivos y por tanto también se beneficiarían de la fertilización de carbono. Dado que la mayoría de las malezas son plantas C3(Se llaman así porque en las de tipo C3 el primer compuesto orgánico fabricado en la fotosíntesis tiene 3 átomos de carbono y en el tipo C4 tiene 4), están compitiendo contra los cultivos C4 tales como el tomate. Sin embargo, algunos resultados hacen posible pensar que los herbicidas pueden ganar en eficacia con el aumento de la temperatura. El calentamiento global podría causar un aumento en las precipitaciones en algunas zonas, lo que llevaría a un aumento de la humedad atmosférica y la duración de las estaciones húmedas. Combinado esto con las altas temperaturas, podría favorecer el desarrollo de enfermedades fungosas. El estado Barinas (Venezuela) está sufriendo este efecto,sobre todo en el cultivo de la Yuca. También el aumento de temperatura y de la humedad está favoreciendo el incremento de las plagas de insectos.

Conclusiones

• El sector de biocombustibles está creciendo aceleradamente. Por tratarse las cuestiones energéticas y alimentarias de suma importancia para la población mundial, es necesario prestar gran atención a la rápida expansión del sector de biocombustibles, teniendo en cuenta no solo los beneficios, sino también las posibles consecuencias negativas de la expansión del sector.

• Debido a las interrelaciones entre los sectores agropecuarios, energéticos y de alimentos y a que tanto los alimentos como los biocombustibles son bienes transables, las políticas económicas pueden tener consecuencias difíciles de predecir o no previstas y es necesaria cierta coordinación internacional para evitar que la mayor demanda de biocombustibles por parte de economías ricas tengan consecuencias negativas en sectores de bajos recursos de países pobres o que aumenten excesivamente la demanda de recursos naturales de estos países, teniendo consecuencias indirectas como la menor disponibilidad de agua, la tala de bosques naturales o el aumento de precios del ganado o de cultivos no energéticos.

• También surgen dudas sobre la conveniencia de la aplicación de subsidios para la producción de biocombustibles en el caso de un país que exporte los mismos y utilice internamente combustibles fósiles

• El calentamiento global es un mal que nos está afectando permanentemente de diferentes maneras, causando pérdidas humanas y materiales, si no se toman medidas inmediatas para detenerlo en aproximadamente 100 años habrá grandes consecuencias para la humanidad y todos los seres vivos.

• La excesiva expulsión de gases invernadero como lo son el gas metano, CO2, entre otros es una de las principales causas del calentamiento global, además de la tala indiscriminada de los bosques que son los "pulmones" del planeta.

• Se requiere atención urgente de todos los gobiernos de todos los países del mundo para que pongan en práctica planes, y medidas ambientales para evitar que éste problema continúe, además de poner en vigencia leyes contra la emisión excesiva de gases invernadero, por parte de grandes industrias y fábricas, así como promover planes que apoyen el uso del gas natural, en vez de combustibles fósiles.

Autor:

Ricarte Tapia Vitón