Biocarburant

Biocarburant

La canya de sucre (Saccharum officinarum) és utilisada en Brasil com a principal insumo per a produir bioetanol.

Energies renovables
logotip per a les energies renovables logotip per a les energies renovables
Biocarburant Biomassa Energia geotèrmica Energia hidroelèctrica Energia solar Energia mareomotriz Energia eòlica

Un biocarburant o biocombustible és una mescla de substàncies orgàniques que s'utilisa com combustible en els motors de combustió interna. Deriva de la biomassa, matèria orgànica originada en un procés biològic, espontàneu o provocat, utilisable com a font d'energia.

Per a molts autors, lo correcte per a referir-se a este tipo de combustibles és parlar de «agrocombustibles», el prefix bio- s'utilisa en tota l'Unió Europea per a referir-se als productes agrícoles en la producció dels quals no intervenen productes de síntesis. La paraula «biocombustible», per lo tant, es presta a confusió i dota al final d'unes connotacions positives de les que carix.

Per a l'obtenció dels biocarburants es poden utilisar espècies d'us agrícola com el dacsa o la mandioca, riques en carbohidrats, o plantes oleaginosas com la soya, girasol i palmeres. També es poden amprar espècies forestals com l'eucalipto i els pins.

En utilisar estos materials es reduïx considerablement el diòxit de carbono que és enviat a l'atmòsfera terrestre, ya que estos materials ho van absorbint a mida que es van desenrollant, mentres que emeten una cantitat similar que els carburants convencionals en el moment de la combustió. Per això forma part de lo que es coneixen com alternatives als combustibles fòssils.

En Europa, Argentina i Estats Units ha sorgit diversa normativa que exigix als proveïdors mesclar biocombustibles fins a un nivell determinat. Generalment els biocombustibles es mesclen en atres combustibles en cantitats que varien del 5 al 10 %.

Els combustibles d'orige biològic poden substituir part del consum en combustibles fòssils tradicionals, com el petròleu o el carbó.

Els biocarburants més usats i desenrollats són el bioetanol i biodiésel. Per al 2024, més del 80% d'estos dos productes són produït solament per 5 països/regions, sent Estats Units el principal productor, representant el 38% de la producció mundial. Ho seguix Brasil en un 22%, l'Unió Europea en 13%, Indonèsia en 9% i China en 5%.

Atres alternatives, com el biopropanol o el biobutanol, que són menys populars, pero no pert importància l'investigació en estes àrees per l'alt preu dels combustibles fòssils i el seu eventual agotament.

Taxonomia

Els biocarburants han segut classificats segons dos criteris de diferent orige, pero que poden resultar complementaris.

Generacional

En principi, es basava en la compatibilitat entre aliments i biocombustibles, recolzats que abdós depenen dels mateixos cultius base: lípits, sacáridos o amiláceos. En este criteri es definix:

• Primera generació: Els biocarburants són obtinguts en terres de cultiu aptes per a la producció d'aliments: Cereals, oleaginosas, forraje, etc.
• Segona generació: Biocarburants que no competixen per terra fèrtil: Lignocelulosa, algues, residus, etc.

Estes dos categories serien suficients per a definir en claritat la resposta a la que va constituir principal objecció a l'us d'estos recursos renovables. No obstant, en alguns autors, aixina com en la promoció de productes o processos, es troben órdens més alts (tercera i quarta generació) a on es tenen en conte atres factors no tan evidents com el criteri fonamental. Ha segut la més utilisada fins al moment, habitual en l'Unió Europea. L'any 2009, pròxim a publicar-se l'esperada Directiva de l'Unió Europea sobre Energies renovables es va agudisar la polèmica entre defensors i detractors dels biocarburants. L'element clau del desacort va ser decantant-se en consideracions sobre la disponibilitat i destí de les terres fèrtils, que, finalment, va ser un dels principals condicionants del text aprovat. Pese a que la citada Directiva no ho expressa de manera explícita, de la seua llectura es deduïx en claritat:

tot biocombustible, que per a la seua fabricació utilisara sols aptes per a la producció d'aliments, deuria ser considerat de primera generació; en cas contrari, procedix aplicar ordinals superiors.

Tecnologies

Considerades en un sentit ampli, comprén matèries primeres i processos. Atén al desenroll dels diversos factors característics de cada biocarburant. Es definixen:

• Convencionals. Formats per les dos o tres procediments en que s'assenta la producció actual. Com a eixemple:

Biogasóleo: Transesterificación d'olis vegetals o grasses animals

Biogasolinas: Etanol a partir de la fermentació de sucres o almidó.

• Alvançats:Comprén a les nous desenrolls

Biogasóleo: Algues com a matèria primera, hidrogenació de lípits o residus, gasificació de lignocelulosa i posterior síntesis de Fischer-Tropsch, dimetiléter, etc.

Biogasolinas: Etanol per hidrólisis del material lignocelulósico seguida de fermentació, atres oxigenados (biobutanol, éter, etc.)

La valoració tecnològica és el procediment preferit per l'Agència Internacional de l'Energia.

Els dos criteris simples anteriorment exposts presenten algunes dificultats per a enquadrar en certa exactitut a determinats productes. No obstant, una combinació d'abdós, pot proporcionar una visió prou completa de les característiques fonamentals de les distintes vies de producció. En esta proposta mixta es resolen algunes inconsistencias dels procediments simples. Com a eixemples de dita dificultat de classificació tenim:

• Hidrobiodiésel: Biocarburant alvançat de primera generació
• Biodiésel a partir de les algues: Resulta biogasóleo de segona generació (per la matèria primera) mentres que la tecnologia de producció pot ser convencional.
• Biodiesel o bioalcohol a partir de residus: La matèria primera no està definida en la convenció clàssica estant més pròxima a segona generació, mentres que el producte final és idèntic als de primera generació

Generacions de Biocombustibles

Tipos i generació de biocarburants

Biocombustibles de primera generació

Són els provinents o fets per mig de sucre, almidó o oli vegetal, que estan continguts en infinitat de matèries com lo són: el suc de la canya de sucre, grans de dacsa, suc de remolacha o betabel, oli de llavor de girasol, de soya, de palma, de ricino, de llavor de cotó, de coco, de maní o cacahuate, entre uns atres. També s'ampren com insumos a les grasses animals, grasses i olis de rebuig provinents de la cocció i elaboració d'aliments.

Estos tipos de biocombustibles són produïts amprant tecnologia convencional com la fermentació (per a sucres i carbohidrats), transesterificación (per als olis i grasses), i la digestió anaerobio (per als desperdicis orgànics).

Entre estos estan:

Bioalcoholes

Artícul principal → Bioalcohol.

Són alcohols produïts biològicament per l'acció de microorganismes i enzimes a través de la fermentació de sucres o almidó (més fàcil), o celulosa (que és més difícil). El biobutanol (també cridada biogasolina) és declarat com una tongada directa de la gasolina, ya que este pot ser usat directament en un motor de gasolina (en una manera similar al biodiésel en els motors de diésel). El combustible d'etanol és el biocombustible més comú mundialment, particularment en Brasil. Mentres que els menys comuns són el propanol i butanol.

Obtenció de biocombustible a partir de la fusta.

Els combustibles d'alcohol són produïts per fermentació de sucres derivats pel blat, dacsa, betabel, canya, melaça i qualsevol sucre o almidó per les quals les begudes alcohòliques poden ser fetes (com la creïlla i els rebujos frutales, etc.). Els métodos de producció d'etanol utilisats són la digestió enzimàtica (per a lliberació de sucres d'almidó almagasenat), fermentació de sucres, destilació i secat. El procés de destilació requerix de proporcionar una gran cantitat d'energia.

L'etanol pot ser usat en motors de petròleu en tongada de la gasolina, també pot ser mesclat en gasolina en qualsevol percentage. Molts dels motorés de carros existents (que usen petròleu) poden treballar i entrar en marcha en combinacions de més de 15 % de bioetanol en petròleu/gasolina. L'etanol té una densitat energètica menor al de la gasolina; açò significa que pren més combustible (volum i massa) per a produir la mateixa cantitat de treball. Una ventaja de l'etanol (CH3CH2OH) és que té major valor d'octano que la gasolina lliure d'etanol disponible en les estacions de gas en carretera, lo que permet un aument en l'índex de compressió del motor per a incrementar l'eficiència tèrmica. En llocs de gran altitut (a on l'aire és llauger), alguns estats exigixen una mescla de gasolina i etanol com un oxidant hivern que reduïx les emissions de contaminants atmosfèrics. L'etanol,a la seua volta, és també usat com a combustible de fumerals de bioetanol.

En desventaja, l'etanol sec té rudamente un terç d'energia per unitat de volum menys comparat a la gasolina. En els actuals grans, insostenibles i no escalables subsidis, el combustible d'etanol costa més per distància viajada que els actuals i alts preus de gasolina en Estats Units.

El metanol és actualment produït del gas natural, un combustible fòssil no renovable. Pero a la seua volta poden ser produïts per la biomassa del bioetanol. L'economia del metanol és una alternativa a la de l'hidrogen, comparada a l'actual producció d'hidrogen per gas natural.

El butanol (C4H9OH) és generat per la fermentació ABE (acetona, butanol, etanol) i modificacions experimentals del procés mostren un gran potencial d'energia neta guanyada en butanol com l'únic producte líquit. Est produiria més energia i supostament pot ser cremat «directament» en motors de gasolina existent (sense tindre que modificar el motor o el carro), i és menys corroent i soluble en aigua que l'etanol. A la seua volta pot ser distribuït a través de les actuals infraestructures. DuPont i BP estan treballant junts per a ajudar a desenrollar el butanol. Les traces de Escherichia coli han tingut també una ingenieria exitosa per a produir butanol en interceptar els aminoàcits dels seus metabolisme.

Biodiésel

Artícul principal → Biodiésel.

És el biocombustible més comú en Europa. Est és un biocombustible líquit compost de alquil-éster d'alcohols de cadena curta com l'etanol i metanol, en àcit grassos de cadena llarga obtinguts a partir de biomassa renovable: olis vegetals, grasses animals o oli de microalgas. Les seues principals matèries primeres inclouen olis vegetals com: soya, jatropha, llavor de colza, mahua, mostaça, lli, girasol, oli de palma, cànem, algues, entre unes atres. El biodiésel pur (B100) és el combustible diésel de menor emissió.

El biogasóleo pot ser usat en qualsevol motor de diésel quan és mesclat en diésel mineral. En alguns països, les companyies manufactureras construïxen els seus motors de diésel baix la garantia de que puguen utilisar el B100. En molts països Europeus, un 5 % de la mescla de biodiésel és àmpliament usada i està disponible en mils d'estacions de gas. Ademés, est és un combustible oxigenado, és dir, que est conté una cantitat reduïda de carbono i un contingut alt d'hidrogen i oxigen més que el diésel fòssil. Açò millora la combustió del biogasóleo i reduïx les partícules d'emissió del carbono no cremat.

També el biodiésel és segur de manejar i transportar, ya que és tan biodegradable com el sucre, un dècim de tòxic com la sal de taula, i posseïx un punt d'ignició de l'al voltant de 148 °C (300 °F) en comparació al petròleu a pur de diésel, el qual conté un punt d'inflamació de 52 °C (125 °F).

En Estats Units, més del 80 % dels camions comercials i autobusos de la ciutat funcionen en gasoil. L'emergent mercat de biodiésel en Estats Units estima que tindrà un creiximent del 200 % del 2004 al 2005. “Per a finals del 2006, hi havia un estimat que la producció de biodiésel creixeria quatre voltes més (a partir del 2004) a més de 1 billó de galons (3 800 000 metros cúbics)”.

Hidrobiodiésel

Artícul principal → Hidrobiodiésel.

El hidrobiodiésel es produïx a través del «hidrocraqueo biològic» de matèries primeres d'oli, com lo són els olis vegetals i les grasses animals. hidrocraqueo és un método de refineria que usa elevades temperatures i pressions en presència d'un catalisador per a trencar grans molècules, com les trobades en olis vegetals, en chicotetes cadenes hidrocarbonadas usades en els motors de diésel. El gasoil vert posseïx les mateixes propietats químiques que el petròleu basat en diésel i ademés no requerix de nous motors, oleoductes o infraestructura per a ser distribuït i usat. Encara que encara no ha segut produït a costs competitius contra el petròleu, les versions de gasolina estan encara en desenroll. A la seua volta el diésel vert està sent desenrollat en Louisiana i Singapur per ConocoPhillips, Neste Oil, Balero, Dynamic Fuels, i Honeywell UOP.

Biogasolina (Gasolina de biocombustible)

Artícul principal → Biogasolina.

Un estudi dirigit pel professor Lee Sang-yup en l'Institut Alvançat de Ciència i Tecnologia de Corea (KAIST) i publicat en la revista científica internacional Nature va utilisar una cep genèticament modificat de l'Escherichia coli alimentada en glucosa que es troba en plantes o atres cultius no alimentaris per a produir biogasolina en les enzimes produïdes. Les enzimes varen convertir el sucre en àcit grassos i després els varen convertir en hidrocarburs que eren química i estructuralment idèntics als que es troben en la gasolina comercial. És dir, varen conseguir transformar glucosa en gasolina de biocombustible que no necessita ser mesclada. Després en el 2013, investigadors d'UCLA varen dissenyar un nou camí metabòlic per a evitar la glucólisis i incrementar l'índex de conversió de sucre en biocombustible. Es creu que un futur va a ser possible modificar els gens (de la E. Coli) per a obtindre gasolina de palla o femta d'animal.^{cita requerida}

Bioéteres

Estos són components d'alt cost, pero efectivitat que actuen com potenciadores d'octano. També milloren el rendiment del motor, a l'hora que reduïx significativament el desgast del motor i les exhaustes emissions de tòxics. Reduint en gran medida la cantitat d'ozon en l'atmòsfera, contribuïxen aixina a la millora de la calitat de l'aire.

Biogás

Este s'obté del metà pel procés de digestió anaeròbica de matèria orgànica per anaerobio. Pot ser també obtingut de rebujos biodegradables o per l'us de collites energètiques en digestius anaeròbics per a suplir als camps de gas. El producte sòlit, «digestato», pot ser usat tant com a biocombustible com a fertilisants. El biogás pot ser recuperat a través d'un sistema de processament de rebujos (un tractament biològic-mecànic). Els grangers pot produir biogás de la femta del seu ganado a través de digestius anaeròbics.

Syngas

Este és una mescla de monòxit de carbono, hidrogen i uns atres hidrocarburs, produït per la combustió parcial de la biomassa, és dir, una combustió en una cantitat d'oxigen que no és suficient per a convertir la biomassa completament en diòxit de carbono i aigua. Abans de la combustió parcial, la biomassa és secada, i a voltes polarisada. La mescla de gas resultant, syngas, és més eficient que la combustió directa de biocombustible original; la majoria de l'energia continguda en este combustible és extreta.

-El Syngas pot ser cremat directament en un motor de combustió interna, turbines o en celes de combustible d'altes temperatures.

-Pot ser usat per a produir metanol, DME, hidrogen, i com a substitut del gasoil (a través del procés Fischer-Tropsch). A la seua volta pot ser usat en una mescla d'alcohols que pot ser mesclat en gasolina.

Biocombustibles de segona generació (alvançats)

Estos són produïts per matèria primera sostenible. La matèria sostenible és definida, entre moltes, per la disponibilitat d'esta i el seu impacte en les emissions d'efecte hivernàcul i en la biodiversitat i us del sol. Els seus insumos són cultius energètics, és dir, vegetals no alimenticis de creiximent ràpit i en una alta densitat i cantitat energètica almagasenada en els seus components químics. Molts dels biocombustibles de segona generació estan encara en desenroll, com lo són l'etanol de celulosa, el combustible d'Algues, el biohidrógeno, el biometanol, DMF, BioDME, diésel del procés Fischer-Tropsch, el diésel de biohidrógeno, mescles d'alcohol, diésel de fusta, entre uns atres.

La producció d'etanol de celulosa usa cultius o rebujos de productes no comestibles. Ademés no desvia aliments de la cadena alimentària animal o humana. La Lignocelulosa és una estructura material «boscosa» de les plantes. Esta matèria és abundant i diversa, i en alguns casos (com a clafolls de cítrics o aserrín) és en sí mateixa un problema significatiu per a la seua eliminació.

La producció d'etanol per celulosa és un problema tècnic de gran dificultat per resoldre. En la naturalea, la matèria primera rumiant (com lo és el ganado) menja pastura i despuix usen processos digestius enzimàtics llents per a trencar dins de la glucosa. En els laboratoris d'etanol per celulosa, varis processos d'experimentació estan sent desenrollats per a fer el mateix procés, i aixina les sucres lliberades puguen ser fermentades per a realisar combustible d'etanol. L'us d'altes temperatures ha segut identificat com un important factor per a incrementar la viabilitat econòmica global de l'indústria dels biocombustibles i l'identificació d'enzimes que siguen estables i puguen ser utilisades en eficiència a temperatures extremes és un àrea activa d'investigació.

El recent descobriment del fonc Glocladium roseum apunta cap a la producció del tan cridat myco-diésel de celulosa. Estos organismes (recentment descoberts en els boscs tropicals del nort de la Patagonia) tenen la capacitat única de convertir la celulosa en hidrocarbonos de llongitut mija típicament trobats en el combustible de diésel. Els científics també treballen en el disseny experimental de la recombinació genètica de el DNA de certs organismes que puga incrementar el seu potencial com a biocombustibles.

Científics que treballen en la companyia Nova Zelandesa Lanzatech han desenrollat una tecnologia per a usar els gasos industrials, com lo és el monòxit de carbono, com a matèria primera per a produir etanol a través d'un procés de fermentació microbiano. En octubre de 2011, Virgin Atlantic va anunciar que s'unia en Lanzatech per a encarregar-se d'una planta de demostració en Shanghái que produiria un combustible d'aviació a partir dels gasos residuals de la producció d'acer.

Planta de biodiésel en la província de Santa Fe.

Estratègies de l'indústria

El seguiment de les indústries del sector del biodiésel integrades verticalment ha mostrat com s'han anat perfeccionant en la producció de productes alimenticis de major complexitat aixina com especialisant-se en els requeriments de diferents mercats. L'aument del preu d'estos nous productes els ha permés sobreviure i créixer en este complex món globalizado sobretot a aquelles empreses que es troben localisades llunt dels ports tradicionals d'exportació. Per al cas de les noves plantes de bioetanol de dacsa l'estratègia ha segut multiplicar fonts d'energia i integrar diferents tecnologies com ser l'aprofitament de residus i cultius energètics en biodigestorés generant corrents de gas, electricitat i calor que poden optimisar els processos. Un eixemple d'açò es pot vore en Rio Quart en l'integració entre les empreses bioeléctricas dedicada al biogás i Bio4 productora de burlanda i bioetanol.

Un atre eixemple és la de la multiplicació i aprofitament de coproductos com és el cas del diòxit de carbono produït en grans cantitats i en una purea important en els processos de fermentació. En este cas l'aprofitament redunda en un aforro considerable d'energia que usen plantes generadores de diòxit de carbono per mig de la crema de gas en calderes. Un eixemple es dona en Vila María en l'integració entre l'empresa Gas carbónico Chantore i ACABIO. Pel costat dels destilats humits i secs de dacsa (DDGS i DGS) s'ha generat un nou producte i s'han trobat mercats internacionals que demanden el mateix. Del costat de les plantes de biodiésel el refinat i obtenció de parafina li ha permés a l'Argentina ingressar en un nou mercat internacional. El camí a recórrer en el escalamiento de valor d'estes fonts riques en proteïnas o en els productes derivats de la alcoquímica i oleoquímica recent estan en els seus començos.