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Oct-2007 Análisis del estado actual de las tecnologías de
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSÉ SIMEÓN CAÑAS” ANÁLISIS DEL ESTADO ACTUAL DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL. TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO QUÍMICO POR: LILIAN VANESSA AGUILAR MORALES LINDA HAZEL VÁSQUEZ VILLAFUERTE OCTUBRE 2007 ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A. RECTOR JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J. SECRETARIO GENERAL RENÉ ALBERTO ZELAYA DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA COORDINADORA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MARÍA DOLORES ROVIRA QUEZADA DIRECTORA DEL TRABAJO LEONEL ERNESTO HERNÁNDEZ CHÁVEZ LECTOR CARLOS GONZALO CAÑAS AGRADECIMIENTOS AL INGENIERO LEONEL HERNÁNDEZ, por la orientación brindada durante el desarrollo del presente trabajo y por la valiosa y decidida colaboración prestada para la realización del mismo. Por el apoyo solidario que nos brindó en los momentos difíciles que enfrentamos a lo largo de nuestra carrera, durante y después de su desempeño como coordinador de ésta. AL INGENIERO CARLOS CAÑAS, quien además de colaborar en la evaluación de este trabajo, nos brindó valiosos conocimientos durante el transcurso de nuestra carrera. A MARÍA TERESA GUERRERO, nuestra compañera, por su ayuda desinteresada, amistad incondicional y todas las vivencias que compartimos durante los años de estudio. Gracias MaT. DEDICATORIA A mi Padre Celestial, por amarme y llenar mi vida de bendiciones y oportunidades doradas. A mis padres, JOSÉ SAÚL VÁSQUEZ Y ROSA VICTORIA VILLAFUERTE DE VÁSQUEZ, por todo el amor, cuidados, consejos y apoyo incondicional brindado. Por creer en mi, por enseñarme a trazar metas altas; y a luchar con alma y corazón hasta conseguirlas. Por impulsarme cada día a ser mejor. A mi compañera de tesis, VANESSA AGUILAR, por su comprensión, amistad y apoyo incondicional brindado durante la elaboración del presente trabajo. Hazel A Dios y a la Virgen, por las innumerables bendiciones y oportunidades. A mi padre, LUIS ALFONSO AGUILAR, por ser mi inspiración y fortaleza, a quien agradezco lo que soy. A mi madre, BIKY YANET MORALES DE AGUILAR, por recordarme que en la vida no existen imposibles solo difíciles. “… Porque al que produce se le dará y tendrá en abundancia, pero al que no produce se le quitará hasta lo que tiene.” Parábola de los talentos. A mi hermano, OMAR AGUILAR, por haber hecho más fácil el camino que tuve que recorrer durante mis estudios. A mi compañera y principalmente amiga, HAZEL VÁSQUEZ, gracias por el apoyo, confianza y amistad durante estos años. Vanessa RESUMEN EJECUTIVO El acceso confiable a los servicios de energía por parte de los diferentes sectores de la sociedad es una condición esencial para el desarrollo y el crecimiento económico de largo plazo, ya que un suministro energético seguro, confiable y competitivo es un elemento vital para garantizar la calidad de vida de la población, el desarrollo sostenible de la sociedad y la competitividad de los sectores productivos. La creciente demanda de energía, sumando al escenario actual de altos precios del petróleo, configura un contexto que pone de manifiesto la necesidad de contar con una estrategia que garantice el suministro energético de los países a largo plazo; potenciando la producción interna de combustibles a partir de recursos naturales explotables en los mismos países, es entonces que los biocombustible adquieren su importancia. Los biocombustibles están constituidos por compuestos químicos provenientes de una fuente que no es de origen mineral o fósil sino biológico, conocida como biomasa. Entre los biocombustibles encontramos al biodiesel, de origen vegetal. A principios del siglo XXI en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía se impulsa el desarrollo de éste como combustible alternativo a los derivados del petróleo. Sin embargo, hasta la fecha, el tema relacionado al biodiesel y sus tecnologías es nuevo en nuestro país. Por lo que resulta indispensable para el impulso y la correcta implementación de proyectos relacionados al biodiesel en nuestro país, la recopilación de información y experiencia obtenida en otros países considerados pioneros y vanguardista en el tema. El presente incluye una introducción a los conceptos de biocombustibles y biodiesel. Además presenta una descripción detallada de cada tecnología de obtención de biodiesel, incluyendo para cada una, equipos, parámetros de control, reacciones químicas, demanda energética, materia prima, insumos y subproductos. Sin embargo, no se hará énfasis en el tratamiento ni usos de estos últimos. Para la elaboración del presente trabajo, se baso en lo realizado y estudiado a nivel internacional. La información fue recopilada a través de la consulta de revistas, artículos, investigaciones, etc., disponibles en la red. i Como objetivo principal, este escrito busca analizar y trata de determinar la viabilidad de aplicación de cada una de las tecnologías en el contexto nacional, tomando en cuenta política energética y legislaciones referentes a éstas. El panorama actual y las experiencias obtenidas a nivel mundial revelan que el biodiesel, o biocombustibles en general, son un recurso para mitigar el alza e inestabilidad en los precios del petróleo, mas no representan una alternativa para eliminar dicha crisis. Esto debido a que una sustitución total del combustible fósil por biodiesel sería agrícolamente imposible, la extensión de tierra necesaria para cultivar la materia prima destinada a la producción del biocombustible, es tan grande que pondría en riesgo y hasta podría llegar a desplazar a los cultivos con fines alimenticios. Además, hacer frente a los desafíos que enfrenta El Salvador en materia energética exige un esfuerzo concertado de los diferentes sectores de la sociedad, con el objetivo de compartir una misma visión sobre los objetivos y prioridades de política; estableciendo el marco legal y las condiciones que promuevan la producción y el uso de combustibles alternativos como biodiesel, utilizando principalmente materias primas nacionales o regionales. En cuanto a las tecnologías y su viabilidad a nivel nacional, podemos concluir que: La mayoría de los biocombustibles de primera generación son obtenidos a través de procesos ya muy bien adoptados por la industria de los países desarrollados, pero aún en vías de adaptación en países subdesarrollados como el nuestro. El potencial de los biocombustibles de primera generación de contribuir con la demanda de combustibles renovables en nuestro país estará limitado por la inversión en proyectos de investigación y desarrollo sobre los biocombustibles y sus respectivos procesos de obtención; la creación de un subsidio para éstos que permita disminuir el costo del consumo energético, y una regulación adecuada que permita su desarrollo equilibrado. Por lo que la tecnología de primera generación representa una opción aplicable, a nivel industrial, a mediano plazo. ii La tecnología de segunda generación es aplicable en El Salvador a mediano o largo plazo. Aunque ya hay plantas de producción en ciertos países, y este biodiesel ya se comercializa, sus procesos aún están en investigación y desarrollo. La tercera generación de biocombustibles actualmente no representa una opción viable, tanto a nivel mundial como nacional, aunque eventualmente podría llegar a serlo. Los biocombustibles de tercera generación se basan en tecnologías que aún no han sido totalmente investigadas, desarrolladas y mucho menos comercializadas. iii ÍNDICE RESUMEN EJECUTIVO........................................................................................................ i SIGLAS ................................................................................................................................. xi ABREVIATURAS............................................................................................................... xiii UNIDADES DE MEDIDA....................................................................................................xv SIMBOLOGÍA ................................................................................................................... xvii PRÓLOGO........................................................................................................................... xix CAPÍTULO 1: 1.1 BIOCOMBUSTIBLES ................................................................................1 Definición .................................................................................................................2 1.1.1 Fuentes de energía y su clasificación...................................................................2 1.1.2 Biomasa y biocombustibles .................................................................................2 1.1.3 Ejemplos de biomasa ...........................................................................................2 1.2 Historia de los biocombustibles................................................................................3 1.3 Estado actual, planes y proyecciones........................................................................4 1.3.1 1.4 Proyectos de investigación...................................................................................9 Ventajas y desventajas del uso de biocombustibles................................................10 1.4.1 Ventajas .............................................................................................................10 1.4.2 Desventajas ........................................................................................................11 1.5 Tipos de biocombustibles .......................................................................................13 1.5.1 Biocombustibles sólidos ....................................................................................13 1.5.2 Biocombustibles líquidos...................................................................................13 1.5.3 Biocombustibles gaseosos .................................................................................14 CAPÍTULO 2: PANORAMA ACTUAL DEL BIODIESEL.............................................17 2.1 Definición del biodiesel ..........................................................................................18 2.2 Propiedades .............................................................................................................20 2.2.1 Propiedades físico-químicas ..............................................................................20 2.3 Materia prima..........................................................................................................22 2.4 Parámetros técnicos del biodiesel ...........................................................................23 2.5 Ventajas y desventajas del biodiesel ...................................................................... 24 2.5.1 Ventajas............................................................................................................. 24 2.5.2 Desventajas........................................................................................................ 26 2.6 ¿Biodiesel, alternativa para el agro? ...................................................................... 27 2.7 Uso del biodiesel a nivel mundial .......................................................................... 29 2.8 Uso del biodiesel a nivel latinoamericano.............................................................. 30 2.9 Mercados del biodiesel........................................................................................... 31 CAPÍTULO 3: 3.1 TECNOLOGÍAS PARA LA OBTENCIÓN DEL BIODIESEL .............. 33 Biodiesel de primera generación ............................................................................ 33 3.1.1 Generalidades de la tecnología de los ésteres alcohólicos ................................ 33 3.1.2 Reacciones involucradas ................................................................................... 33 3.1.3 Catalizadores ..................................................................................................... 36 3.1.4 Variables que afectan el proceso de transesterificación.................................... 37 3.1.5 Proceso de producción industrial ...................................................................... 39 a. Proceso discontinuo........................................................................................... 41 b. Proceso continuo ............................................................................................... 42 3.2 Biodiesel de segunda generación ........................................................................... 44 3.2.1 Ventajas del biodiesel de segunda generación .................................................. 45 3.2.2 Biomasa líquida vía gasificación y Fischer-Tropsch ........................................ 46 3.2.3 Reacciones involucradas ................................................................................... 50 3.2.4 Tipos de reactores.............................................................................................. 53 3.2.5 El proceso H2CAR (hybrid hidrogen –carbon process).................................... 54 3.3 Biocombustibles de tercera generación.................................................................. 55 3.3.1 Tecnologías de producción de hidrógeno.......................................................... 55 a. Método clásico .................................................................................................. 55 b. Electrólisis del agua por electricidad ................................................................ 57 c. Gasificación de biomasa con posterior conversión ........................................... 57 d. Otros métodos en desarrollo.............................................................................. 58 3.3.2 Tecnologías de almacenamiento ....................................................................... 59 CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD DE LAS TECNOLOGÍAS................ 61 4.1 La realidad nacional................................................................................................61 4.2 Biodiesel como combustible alterno.......................................................................66 4.3 Biodiesel de primera generación.............................................................................67 4.4 Biodiesel de segunda generación ............................................................................68 4.5 Biocombustibles de tercera generación ..................................................................70 CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES .....................................................................................73 CAPÍTULO 6: RECOMENDACIONES............................................................................77 GLOSARIO ...........................................................................................................................79 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................91 ANEXO A. PROYECCIONES PARA EL PETRÓLEO ANEXO B. LOS BIOCOMBUSTIBLES ANEXO C. LA GASIFICACIÓN ANEXO D. SÍNTESIS DE FISCHER-TROPSCH ANEXO E. BIOCOMBUSTIBLES DE TERCERA GENERACIÓN ANEXO F. PROYECCIONES EN BASE A LA REALIDAD SALVADOREÑA ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Producción de Biodiesel en los principales países de Europa [García y García, 2007]. ...............................................................................................................................6 Tabla 2.1: Rendimiento de cultivos oleaginosos por hectárea aptos para la producción de biodiesel. Adaptado de Abatec [2002]...........................................................................19 Tabla 2.2: Comparación del biodiesel y diesel para algunos parámetros [FRAMES, 2002].21 Tabla 2.3: Evolución de la producción de biodiesel en la Unión Europea. Adaptado de [Hume et al., 2004]. .......................................................................................................30 Tabla 3.1: Ventajas e inconvenientes de los catalizadores utilizados en la transesterificación [García y García, 2007] .................................................................................................37 Tabla 3.2: Limpieza de gas requerida para síntesis de Fischer-Tropsch de gas a líquido [NERL, 2004]. ...............................................................................................................49 Tabla 3.3: Plantas Fischer-Tropsch en el mundo [NERL, 2004]...........................................53 Tabla 3.4: Fischer-Tropsch vrs H2CAR. Adaptado de Green Car Congreso [2005] ............55 Tabla 3.5: Repercusiones de las distintas tecnologías de producción de hidrógeno [Holst, 2007] ..............................................................................................................................58 Tabla 4.1: Supuestos Clave de Proyección – Escenarios Alternos [Rivas y Rovira, 2007]. .62 vii ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1.1: Participación en producción mundial de etanol en el año 2005. Adaptado de SAGPyA [2006]...............................................................................................................8 Fig. 1.2: Participación europea en producción de biodiesel durante el año 2005. Adaptado de SAGPyA [2006]..........................................................................................................9 Fig. 3.1: Reacción de transesterificación. Adaptado de García y García [2007]...................34 Fig. 3.2: Reacciones implicadas en la transesterificación. Adaptado de García y García [2007].............................................................................................................................35 Fig. 3.3: Reacción de saponificación [García y García, 2007]. .............................................35 Fig. 3.4: Reacción de neutralización de ácidos grasos libres [García y García, 2007]..........36 Fig. 3.5: Proceso de producción de biodiesel mediante esterificación/transesterificación. Proceso de catálisis ácida. Adaptado de García y García [2007]. .................................40 Fig. 3.6: Proceso de transesterificación discontinuo. Adaptado de García y García [2007]. 42 Fig. 3.7: Proceso de producción de biodiesel mediante reactores de flujo pistón. Adaptado de NREL [2004].............................................................................................................43 Fig. 3.8: Rutas de Conversión de la Biomasa [NERL, 2004]................................................44 Fig. 3.9: Proceso Producción de BTL vía Síntesis de Fischer-Tropsch [California Energy Commission, 2005]........................................................................................................47 Fig. 3.10: Reacciones de gasificación [NERL, 2004]............................................................47 Fig. 3.11: Gasificación [NERL, 2004]...................................................................................48 Fig. 3.12: Descripción general del proceso de “syngas to liquid” [NERL, 2004].................49 Fig. 3.13: Diagrama del Proceso de Fischer-Tropsch [NERL, 2004]....................................50 Fig.3.14: Reacciones químicas de la Síntesis de Fischer-Tropsch [NERL, 2004]. ...............52 Fig. 3.15: Opciones de Syngas to Liquid. Adapatado de NERL [2004]................................52 Fig. 3.16: Configuración propuesta para el proceso H2CAR [Green Car Congress, 2005]...54 ix Figura 3.17: Etapas habituales del proceso de obtención y purificación de hidrógeno [Botas et al., sin fecha]. ............................................................................................................ 56 x SIGLAS ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de materiales y pruebas) BID Banco Interamericano de Desarrollo CEN Comité Européen de Normalisation (Comité Europeo de Normalización) CEPAL Comisión Económica para América Latina DOE U.S. Department of Energy (Departamento de Energía de Los Estados Unidos) EPA United States Environmental Protection Agengy (Agencia de Protección Ambiental de Los Estados Unidos) FAO Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y alimentación IEA International Energy Agency (Agencia Internacional de Energía) ONU Organización de las Naciones Unidas OPEP Organización de países exportadores de petróleo PAC Política Agrícola Común de la Unión Europea SAGPyA Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentos de Argentina UE Unión Europea UIP Unión Industrial Paraguaya xi USDA United States Department of Agriculture (Departamento de Agricultura de Los Estados Unidos) WRM Movimiento Mundial por los Bosques xii ABREVIATURAS BTL Biomass to liquid fuel CNE Consejo Nacional de Energía CSTR Continuous stirred tank reactor DME Biodimetiléter ETBE Etil ter-butil éter EE. UU. Estados Unidos de América FFA Fatty Free Acids GLP Gas Licuado de Petróleo H2CAR Hybrid hidrogen –carbon process MDL Mecanismo de Desarrollo Limpio MTBE Metil ter-butil éter PEE Etil ester de palma PFR Plug Flow Reactor PIB Producto Interno Bruto PME Metil ester de palma PSA Pressure swing adsorption RME metil éster de aceite de semilla de colza TDI Motores Turbo de Inyección Directa xiii UNIDADES DE MEDIDA °C Grados Celsius atm Atmósfera bar Bares bboe Barril oil equivalent (Barril de petróleo equivalente= 42 galones) btu British thermal unit (Unidad Británica térmica) dm3 Decímetro cúbico gal Galones Ha Hectárea J Joules kg Kilogramo K Grados Kelvin l Litro M Molar m3 Metro cúbico mm Milímetro mm Hg Milímetros de mercurio Mpa Megapascal MW Mega Watt xv Pounds per square inch absolute (Libra fuerza por pulgada cuadrada psia absoluta) s Segundo ton Toneladas xvi SIMBOLOGÍA a Probabilidad de crecimiento de cadena n Átomos de carbono Wn Fracción en peso de producto $ Dólares americanos % Porcentaje xvii PRÓLOGO El presente texto tiene como finalidad contribuir a la formación de los lectores en el tema de energía alternativa, biodiesel específicamente. Así como presentar de forma general los procesos y tecnologías actuales para su producción. De manera particular el texto pretende introducir al lector en los aspectos ambientales, técnicos y socio-económicos que envuelven a esta temática; así como su papel en nuestro contexto nacional. El contenido temático del texto está dividido en tres partes, la primera de ellas se refiere a los “Biocombustibles”. La segunda hace referencia específica al “Biodiesel”, y la tercera a las “Tecnologías para la Obtención del Biodiesel”. Esta división, la cual es artificial, pretende introducir al lector en el tema de una forma gradual, brindándole toda la información necesaria para la comprensión y análisis total del texto. De manera específica, el capitulado del texto inicia con los “Biocombustibles”, capítulo en el cual se pretende responder a las interrogantes: ¿qué es un biocombustible?, ¿de dónde provienen los biocombustibles?, ¿cuáles son sus ventajas y desventajas? Su objetivo es proporcionar los conceptos básicos sobre los biocombustibles en general. Por su parte el Capítulo II, “Panorama Actual del Biodiesel”, guía al lector a la búsqueda de la respuesta de las interrogantes básicas: ¿qué es el biodiesel?, ¿cuáles son sus características y/o parámetros físico-químicos?, ¿cuál es el uso del biodiesel a nivel mundial?, ¿cuál es su uso a nivel latinoamericano? Este capítulo pretende informar al lector sobre el posicionamiento y desarrollo actual del biodiesel a nivel mundial, haciendo énfasis en el área de Latinoamérica; así como describir el panorama que el mercado proporciona a éste biocombustible. El capítulo III, “Tecnologías para la obtención del biodiesel”, guía al lector a través de las interrogantes básicas: ¿cuáles son los procesos disponibles para producir biodiesel?, ¿cuáles son los requerimientos, tanto técnicos como económicos de éstos?, ¿qué ventajas y desventajas presenta cada uno de ellos?, pues es un capítulo que pretende analizar los elementos técnicos, económicos y ambientales que involucra la producción de biodiesel. xix En ocasiones podría considerarse que cualquier tipo de tecnología puede ser aplicable y viable en cualquier contexto. Esto no es necesariamente cierto, y por eso el texto incorpora el capítulo titulado “Análisis de la viabilidad de la tecnologías” (Capítulo IV), el cual pretende permitir la reflexión si determinada tecnología y su aplicación son compatibles con nuestra realidad nacional. Se pretende que el lector analice los elementos relacionados con disponibilidad y abastecimiento de materia prima, parámetros técnicos, ambientales y económicos. Guía al lector a la búsqueda de respuesta a interrogantes tales como: ¿cuáles son las condiciones actuales en el país para la producción de biodiesel?, ¿existe materia prima disponible?, ¿los parámetros técnicos de control del proceso son muy complejos?, ¿es un proyecto económicamente viable? Los Capítulos V y VI presentan las principales conclusiones y recomendaciones, respectivamente, sobre el tema. La mayoría de capítulos se encuentran acompañados por anexos que pretenden facilitar la comprensión y el análisis del texto al lector. La finalidad del presente es proporcionar información que permita al lector reflexionar sobre las posibilidades mundiales y nacionales del biodiesel como combustible sustituto, ya sea parcial o total, del petróleo. xx CAPÍTULO 1: BIOCOMBUSTIBLES En la actualidad, la sustitución de los combustibles fósiles por otras alternativas renovables cobra una gran importancia por el hecho de disminuir la dependencia del petróleo, ser un instrumento de lucha contra el deterioro medioambiental y promover el desarrollo de la agricultura e industrias derivadas [Stratta, 2000]. Con respecto a la dependencia del petróleo, se conoce que actualmente el 80% del petróleo que se consume en el mundo proviene de pozos descubiertos en la década de 1970. El consumo de petróleo pasó de 2,753 millones de barriles, en 1973, a 3,767 millones en el 2004 [Carrere, 2006]. La extracción diaria de petróleo es del orden de los 75 millones de barriles, y se espera una demanda creciente de 2% anual para los próximos años; por lo que en 2020, según esas proyecciones, se necesitará unos 100 millones bboe/día. Para el 2025, según la IEA (International Energy Agency), el 82% de la población del planeta consumirá el 45% de la energía, mientras que en los países industrializados, el 14% de la población consumirá el 43%. Esto implica que para cumplir con la demanda proyectada, se necesitará hacer nuevos descubrimientos de reservas y/o empezar a sustituir por combustibles alternos, sin perder de vista que la población tiene que concientizarse y adquirir nuevos hábitos en lo que respecta al consumo de energía [Carrere, 2006]. El calentamiento global y muchos de los problemas ambientales se han debido, en gran medida al uso indiscriminado de combustibles fósiles. Debido a la preocupación por los problemas antes mencionados, la Organización de las Naciones Unidas ONU aprobó en 1992 la Convención Marco sobre el Cambio Climático, cuyo objetivo declarado fue que los gases causantes del efecto invernadero debían estabilizarse en valores que no supongan un riesgo. En 1997, el Protocolo de Kyoto fijó obligaciones de reducción de dichos gases que afectan básicamente a los países industrializados [Carrere, 2006]. Una de las soluciones planteadas es la sustitución de los combustibles fósiles por biocombustibles obtenidos de los cultivos energéticos. Sin embargo, el tema de los biocombustibles es polémico y sus ventajas y desventajas se siguen discutiendo, tal y como 1 se mostrará más adelante. Debido a esto, muchos piensan que a menos que se cambie el modelo de desarrollo y se inicie una transición hacia una sociedad post petrolera, con nuevos patrones de consumo de energía, los biocombustibles no serán una solución para frenar el cambio climático [Carrere, 2006]. 1.1 Definición 1.1.1 Fuentes de energía y su clasificación Las fuentes de energía se pueden clasificar como renovables y no renovables. La energía solar, la eólica, la geotérmica, la biomasa de las plantas y la energía hidráulica son consideradas fuentes renovables inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen o por ser capaces de regenerarse por medios naturales. Por otro lado, las no renovables, una vez consumidas en su totalidad, no pueden reponerse a corto o mediano plazo, como en el caso de los combustibles fósiles y los combustibles nucleares [Carrere, 2006]. 1.1.2 Biomasa y biocombustibles Los biocombustibles están constituidos por alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos químicos provenientes de una fuente que no es de origen mineral o fósil sino biológica, conocida como biomasa [Sánchez Macías, 2006]; y son obtenidos por molturación de productos de origen agrícola y destilación de líquidos [Clarimón et al., 2007]. Estos al combinarse con el oxígeno generan la combustión y liberan energía [Fernández, 2006]. 1.1.3 Ejemplos de biomasa Algunos ejemplos de biomasa utilizada en obtención de biocombustibles son [García, sin fecha]: Cultivos energéticos Residuos vegetales de origen agrícola y forestal Residuos vegetales provenientes de la industria de elaboración de alimentos 2 Residuos vegetales fibrosos procedentes de la producción de pulpa virgen y de la producción de papel a partir de pulpa Residuos de corcho Residuos de madera, con excepción de aquellos que puedan contener compuestos órgano halogenados o metales pesados como consecuencia de algún tipo de tratamiento con sustancias protectoras de la madera o de revestimiento, lo que incluye, en particular, los residuos de madera procedentes de residuos de construcción y demolición. 1.2 Historia de los biocombustibles La idea de utilizar productos vegetales como combustible no es algo nuevo y como ejemplo se puede mencionar al creador del motor de encendido por compresión, o motor diesel, Rudolf Diesel, quien experimentó con combustibles alternos [Stratta, 2000]. Durante la Segunda Guerra Mundial, las dificultades de aprovisionamiento llevaron a diversos países al desarrollo de proyectos, como el de obtención de etanol a partir de celulosa, para obtener combustibles alternativos, los cuales quedaron prácticamente relegados por falta de competitividad en términos de costes al finalizar guerra. Uno de estos países fue Brasil, en el cual se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua sobre el diesel de origen vegetal; pero no fue hasta 1970 que se desarrollo de forma significativa a raíz de la crisis energética y al elevado costo del petróleo [Sánchez Macías, 2006]. Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, y solo hasta el año de 1985 se construyó la primera planta piloto productora de RME (metil éster de aceite de semilla de colza) en Silberberg, Austria. Hoy en día países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción, ensayo y uso de biodiesel en automóviles [Eco2site, 2004]. Para Brasil, la producción de bioetanol a partir de la fermentación del azúcar de caña y de biodiesel a partir de la palma ha sido una excelente alternativa desde el punto de vista 3 agrario, ante un clima internacional proteccionista que imponía restricciones al comercio en productos agrícolas [Sánchez Macías, 2006]. En el año 2000, el CEN (Comité Européen de Normalisation) constituye el comité de biocombustibles sólidos TC 335 con el fin de desarrollar 30 especificaciones técnicas necesarias para la producción, comercio y uso de biocombustibles sólidos que se pudieran integrar a las Normas Europeas [García, sin fecha]. El 16 de febrero de 2005 entra en vigor el Protocolo de Kyoto que compromete a la UE (Unión Europea) a reducir las emisiones de gases causantes del efecto invernadero. Dentro del compromiso adquirido, el estado español tenía asignada la obligación de no aumentar sus emisiones por encima de un 15% de lo que emitía en 1990; sin embargo, estas aumentaron en el 2004 en un 46%. Esto permitió que se aprobara el Plan Nacional de Asignación de derechos de emisión de Gases de Efecto Invernadero 2005-2007 con la intención de reducir dichas emisiones en 398 millones de ton/año de CO2, además de mejorar la eficiencia energética de los vehículos y utilizar combustibles alternativos [Clarimón et al., 2007]. El fomento del uso de biocarburantes, respetando las prácticas sostenibles en la agricultura, podría crear nuevas oportunidades de desarrollo rural sostenible y contribuir al respeto de una vida rural próspera y una agricultura multifuncional, abriendo un mercado nuevo para productos agrícolas innovadores [Clarimón et al., 2007]. Estos son una excelente opción considerando que un precio elevado para el petróleo garantiza la rentabilidad de su producción que es escasa o nulamente subsidiada [Sánchez Macías, 2006]. 1.3 Estado actual, planes y proyecciones En Europa y los EE.UU. (Estados Unidos de América), el biodiesel es producido y utilizado en cantidades comerciales. En 1998, la DOE (U.S. Department of Energy) designó al biodiesel puro como un combustible alternativo y estableció un programa de créditos para el uso de biodiesel. Sin embargo las mezclas no han sido designadas como un combustible alternativo. 4 Los Nación Norteamericana utiliza una mezcla que contiene 10% de etanol. Este producto le otorga un valor agregado al maíz, y además, genera co-productos en el proceso, como por ejemplo CO2 para el uso de bebidas carbonatadas, y granos destilados con alta concentración de proteínas para alimentación ganadera [Clarimón et al., 2007]. En el viejo continente, el biodiesel es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de canola (también conocida como colza o “rapeseed”) y el metanol, denominado comercialmente como RME (Metil Ester de canola), el cual es utilizado en las máquinas diesel puro o mezclado con aceite diesel, en proporciones que van desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usa puro para máximo beneficio ambiental [Clarimón et al., 2007]. Además de la colza, en los últimos años se ha producido biodiesel a partir de soya, girasol y palma, siendo esta última la principal fuente vegetal utilizada en Malasia para la producción de biodiesel PME (Metil Ester de Palma) y PEE (Etil Ester de Palma). En Alemania, donde el biodiesel está disponible en cerca de 1,000 de un total de 16,000 estaciones de llenado de combustible, su participación está en el orden de 0.3 % del diesel vendido, lo cual equivale a 100,000 toneladas. Se espera que esto se eleve a quizás 300,000 toneladas en el futuro cercano. La primera bio-refinería alemana se construirá en Emden con financiación de una asociación holandesa. El objetivo de la fábrica es convertir 430,000 toneladas de aceite de palma, probablemente de origen indonesio, en más de 400 millones l/año de biodiesel [Carrere, 2006]. España es uno de los países de la Unión Europea con más consumo de aceite vegetal por habitante. El bioetanol posee salida como materia prima para la fabricación de ETBE (Etil ter-butil éter), un aditivo oxigenado de elevado índice de octano, aunque se usa de forma habitual en mezclas con gasolinas [Clarimón et al., 2007]. La tabla 1.1 muestra los principales países de Europa productores de Biodiesel, siendo Alemania, Francia e Italia los de mayor producción. 5 Tabla 1.1: Producción de Biodiesel en los principales países de Europa [García y García, 2007]. La Directiva Europea sobre biocombustibles establece que para el año 2010 los biocombustibles deberán constituir el 5.75% del combustible utilizado para el transporte en Europa. Esta cifra podría aumentar al 20% para 2020. El denominado plan de acción europeo sobre la biomasa aspira a aumentar el porcentaje de bioenergías hasta alcanzar el 8% en el 2010 [Carrere, 2006]. Malasia, junto con Indonesia, son los principales productores a nivel mundial de aceite de palma puro para la exportación. Según un informe de 2005 de Amigos de la Tierra, el 87 % de la deforestación reciente en Malasia tuvo lugar con el fin de hacer espacio para las plantaciones de palma aceitera. Dado que los bosques tropicales malayos se cuentan entre los ecosistemas más diversos del planeta, la tala de esas zonas plantea graves amenazas a un sin número de especies vegetales y animales. La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y alimentación FAO calcula que la deforestación ocasiona entre 25 y 30% de los gases de efecto invernadero que cada año se liberan a la atmósfera (alrededor de 1,600 millones de toneladas). Solamente en el 2006, el gobierno aprobó 54 proyectos de producción de B100 (biodiesel puro) fabricado exclusivamente con aceite de palma. 6 Malasia anunció un emprendimiento conjunto con socios privados para construir tres plantas que producirán el nuevo combustible para exportar a Europa [Carrere, 2006]. Hoy en día, el gobierno indonesio está promoviendo la producción de biodiesel de aceite de palma tanto para uso interno como para la exportación. Estas tendencias, planes y proyecciones podrían tener importantes consecuencias para los bosques indonesios y los pueblos que dependen de ellos. La tala de bosques para el cultivo de palma aceitera es uno de los principales motores de la deforestación en dicho país y una causa de los incendios forestales; otra razón importante es la explotación maderera por parte de los especuladores [Carrere, 2006]. En América Latina, Venezuela, pese a poseer importantes reservas de petróleo, se dispone a integrarse con Brasil y Argentina en el desarrollo de combustibles de origen vegetal como alternativa energética. La búsqueda de tecnologías para producir combustibles alternativos, entre ellos el biodiesel, se incluye también en un acuerdo recientemente firmado por Venezuela y otros 13 países caribeños para la creación de Petrocaribe. La empresa española Repsol, que ya produce biodiesel en España, invertirá 30 millones de dólares en una primera planta de biodiesel en Argentina, que comenzará a construir en el 2007. La capacidad instalada será de 120,000 m3/año [Carrere, 2006]. En Brasil, en la actualidad el mercado doméstico de biodiesel se estima en cerca de 840 millones l/año, según el ministerio de Energía. Este informó que el gobierno podría introducir un 5% de mezcla biodiesel en el 2010, tres años antes de lo planeado. Se proyecta que se estará invirtiendo 1,900 millones de dólares en plantas de biodiesel en los próximos cuatro años. La mayor parte de los combustibles que poseen alcohol en estado puro o en mezclas en Brasil son producidos por refinerías de Petrobrás, la empresa estatal. Cabe mencionar que los cultivos de palma y de soya han sido responsables en gran medida en la deforestación de las selvas amazonias [Carrere, 2006]. En 2001, se expidió en Colombia la ley 693, que se articula con la ley 939 del 2004, con lo que se abrió el camino a la producción de biocombustibles. La ley 693 estipula que la gasolina colombiana deberá tener 10% de etanol en 2009 y que en un período entre 15 y 20 años deberá alcanzar gradualmente una proporción del 25%. Mientras que la ley 939 del 7 2004, estimula la producción y comercialización de biodiesel en motores diesel, con un 5%. Se habla del montaje de 27 plantas esparcidas en 17 departamentos del país, para extender la mezcla del 10% con la gasolina a todo el territorio colombiano. De acuerdo con las proyecciones de la Federación Nacional de Combustibles en Colombia, para 2010 se podría duplicar el consumo interno con sólo elevar el porcentaje de la mezcla al 15%. Colombia, para entonces, tendrá una capacidad de exportación cifrada en 2,300,000 l/día de etanol. Colombia es el principal productor de aceite de palma en América y el cuarto a nivel mundial [Carrere, 2006]. En la Fig. 1.1 se muestra la producción mundial de etanol en el 2005, la cual fue de 36.9 millones de toneladas, con un crecimiento de 13%, respecto al 2004; siendo Brasil y Estados Unidos los productores del 70% del etanol en el mundo. Fig. 1.1: Participación en producción mundial de etanol en el año 2005. Adaptado de SAGPyA [2006]. En la Fig. 1.2 se observa la producción de biodiesel en la UE para el 2005, la cual va aumentando significativamente. El crecimiento de la producción total de la UE en el 2005 respecto a la registrada en el año 2004, fue del 65%. A la cabeza se encuentra Alemania con el 52% de la producción, seguida lejanamente por Francia con un 15%. 8 Fig. 1.2: Participación europea en producción de biodiesel durante el año 2005. Adaptado de SAGPyA [2006]. 1.3.1 Proyectos de investigación El Banco Interamericano de Desarrollo BID tiene planes de invertir un total de $300 millones de dólares en la producción de etanol y biodiesel, así como en un Programa de Energía Limpia y asistencia técnica en la región centroamericana, pues reconoce que los biocombustibles son una oportunidad para atraer inversión, desarrollo y trabajo en zonas rurales con altos niveles de pobreza en países miembros. El BID está analizando cuidadosamente los aspectos relacionados a costos, subsidios, condiciones laborales e impacto sobre el uso de la tierra y la producción de alimentos. Entre los planes está apoyar al gobierno brasileño en convertir su país en un centro mundial de primer nivel para investigación y desarrollo de biocombustibles, facilitando la transferencia de tecnología y asistencia técnica que permita que países de la región se puedan beneficiar con la experiencia y conocimientos que tiene Brasil en este campo [Constance, 2007]. La Dirección de investigaciones biológicas y ambientales del Ministerio estadounidense de Energía está financiando un estudio de 3 años de $1.4 millones de dólares que realizan los miembros de la Universidad de Purdue, con el cual los científicos buscan la forma de 9 modificar genéticamente el álamo híbrido para lograr que la lignina no impida la extracción de la celulosa y su degradación en azúcares fermentables, los cuales pueden ser convertidos a su vez en etanol, así como averiguar si estos cambios genéticos afectan la calidad de las plantas utilizadas para producir biocombustibles [Carrere, 2006]. Adicionalmente, se está empezando a probar nuevas variedades transgénicas específicamente diseñadas para la producción de biocombustibles. Royal Dutch Shell apunta a desarrollar una segunda generación de biocombustibles, y ha estado experimentando en la refinación de bio-etanol a partir de lignina y celulosa en cooperación con la empresa canadiense Iongen en los países del Sur [Carrere, 2006]. Funcionarios de la DOE y USDA (Departamento de Agricultura de Estados Unidos), de los Estados Unidos, anunciaron que se invertiría $17.5 millones de dólares para 17 investigaciones de biomasa, proyectos de desarrollo y demostración; más de $13 millones para financiar nueva investigación en tecnología solar y $4 millones de dólares para investigar los biocombustibles y genomas de plantas que podrían incluir la modificación genética para producir mejores combustibles como el etanol o químicos renovables basados en forraje. Los fondos son para desarrollar las tecnologías para hacer que los combustibles de base biológica tengan precios competitivos en el mercado en relación con los combustibles a base de fósiles y encontrar técnicas de producción menos intensivas en tierras de menor calidad, evitando la competencia con la producción alimenticia en las tierras más fértiles. La iniciativa busca mejorar las propuestas creativas para desarrollar la siguiente generación de tecnologías avanzadas y promover asociaciones de investigación entre colegios, universidades, laboratorios nacionales, agencias federales y estatales de investigación y el sector privado [USINFO, 2006]. 1.4 Ventajas y desventajas del uso de biocombustibles 1.4.1 Ventajas La introducción de los biocarburantes en lugar de los combustibles fósiles tradicionales, presenta un gran potencial como fuente de abastecimiento para el sector del transporte por lo siguiente: 10 Mejora la posibilidad de autoabastecimiento energético en un marco regional [Clarimón et al., 2007]. Tiene un potencial ambiental beneficioso asociado a la sustitución de los combustibles minerales o fósiles por biocombustibles. Son de bajo contenido de azufre, cloro, partículas de gases de escape, producen menores emisiones de monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), y óxido de nitrógeno (NOx), respecto a los combustibles fósiles. Su emisión de dióxido de carbono es considerada como neutra, ya que las plantas, en su etapa de crecimiento, consumen la misma cantidad de CO2 que la emitida por el biocombustible [Clarimón et al., 2007]. Reduce la dependencia de los combustibles minerales que además de producirse de fuentes no renovables tienen un precio muy variable en el mercado [SAGPyA, 2006]. La utilización de productos agrarios, muchas veces desperdiciados, en los procesos de fabricación puede impulsar la actividad agrícola en muchos países, diversificando su economía. Aquellos países que no tienen ventaja competitiva en la producción de alimentos podrían impulsar los cultivos energéticos [SAGPyA, 2006]. No requiere de generación de grandes infraestructuras, ya que emplea materia prima, maquinaria y logística existentes en la actualidad [Sánchez Macías, 2006]. Genera empleos, no sólo por el proceso de elaboración propiamente dicho, sino también por la generación de la materia prima para elaborar los mismos [SAGPYA, 2006]. 1.4.2 Desventajas La introducción de los biocombustibles ha sido un tema controversial, pues muchos piensan que el modelo a gran escala, caracterizado por monocultivos y el uso masivo de insumos externos, así como los organismos modificados genéticamente, dentro de una sociedad que no ha aceptado que vivirá en una era post-petróleo y no se ha planteado la creciente necesidad de disminuir el consumo energético, puede tener una serie de desventajas como las que se mencionan a continuación: 11 El aumento del uso de fertilizantes nitrogenados, especialmente en los casos en que se trabaje con árboles de rápido crecimiento, liberará más óxido nitroso en la atmósfera, el cual tiene un efecto que es 310 veces más poderoso que el del dióxido de carbono en lo que respecta al calentamiento global [Carrere, 2006]. Para cultivar las especies energéticas, es necesario limpiar tierras quemando la vegetación existente. Esto podría generar que el balance neto de carbono en las áreas destinadas a la producción de biocombustibles sea negativo, aumentando así la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, que es precisamente lo que se pretende evitar con este cambio [Carrere, 2006]. En países como El Salvador, esta práctica puede combatirse con reglamentos adecuados y dando alternativas al agricultor sobre qué hacer con esa biomasa que deberá remover. El uso de tecnologías destinadas a convertir la madera en etanol está impulsando la expansión de monocultivos de árboles de rápido crecimiento en áreas boscosas y sabanas, aumentando la deforestación. Por ejemplo, el cultivo de soja ha sido la causa principal de deforestación en la Amazonia Brasilera y Paraguay; mientras que el cultivo de palma lo está siendo en Indonesia y Malasia [Carrere, 2006]. Debido a eso, la Unión Europea no está aceptando proyectos de cultivos energéticos en esas áreas. Lejos de ser esto una solución, evita el desarrollo de proyectos que pueden ser útiles. Por esto es necesario impulsar campañas de concientización, reglamentación y apoyo gubernamental. Tecnología como la antes mencionada está impulsando el uso de materia prima modificada genéticamente, de lo cual no se conoce con certeza los efectos negativos. Además, esto promueve la creación de patentes, como es el caso de la soya RR en Brasil, cuya patente está a nombre de la empresa Monsanto, que a la larga podría hacer los procesos mucho más costosos [Carrere, 2006]. La promoción y apoyo a proyectos locales de investigación e hibridación podría ser la solución para países en los cuales la producción de biodiesel es una alternativa viable, no se queden fuera del mercado. Algunos biocombustibles suponen un incremento de determinado tipo de emisiones, como los aldehídos en el caso del bioetanol, para los que no se dispone aún de 12 información suficiente para valorar el impacto que supondrían emisiones masivas de los mismos [Sánchez-Macías, 2006]. Los cultivos energéticos pueden llegar a sustituir en un porcentaje importante los cultivos alimenticios en aquellas naciones que no cuenten como mucha extensión territorial, como es el caso de El Salvador. Si no se cuenta con una política reguladora, puede generar convulsiones sociales, políticas y económicas por el alza en los precios de la canasta básica 1.5 Tipos de biocombustibles 1.5.1 Biocombustibles sólidos Son de origen no fósil, procedentes directa o indirectamente de la biomasa, susceptibles a ser utilizados en aplicaciones energéticas. Están formados por materia orgánica de origen vegetal o animal, en su mayoría celulosa, hemicelulosa y lignina, o producidos a partir de la misma mediante procesos mecánicos, químicos o biológicos. La utilización de estos requiere de mucha inversión y esfuerzos en investigación y desarrollo en conseguir cultivos energéticos adecuados, crear sistemas de secado de bajo consumo energético, procesos de pirólisis, procesos de gasificación, mejora del control de procesos de combustión, procesos de transformación de la biomasa y procesos de mejora continua [García, sin fecha]. Algunos ejemplos de biocombustibles sólidos son la leña sin procesar, astillas, aserrín y triturados finos de menos de 2mm, pelets, briquetas y carbón vegetal, entre otros [Fernández, 2006]. 1.5.2 Biocombustibles líquidos Ejemplos de estos son los alcoholes, biogasóleo, (biodiesel, diéster), aceites vegetales, aceites de pirólisis y biohidrocarburos, entre otros [Fernández, 2006]. El bioetanol es un alcohol etílico deshidratado producido a partir de la fermentación de elementos de la biomasa ricos en componentes azucarados, amiláceos y, últimamente, lignocelulósicos. Entre los insumos agrarios empleados en la producción de bioetanol se encuentran la caña de azúcar, la remolacha el maíz, el sorgo, el trigo, la cebada, así 13 como tallos de maíz y residuos celulósicos. Se utiliza como sustitutivo de la gasolina, o en mezcla con ésta, en los motores de explosión [Sánchez Macías, 2006]. Como subproducto se puede obtener fertilizantes y alimento balanceado para el ganado [Rugiera y Achille, 2006]. El biodiesel es un éster metílico que se obtiene principalmente a partir de aceites vegetales como el de colza, girasol, palma, soja; aceites de fritura usados y las grasas animales a los que se aplican operaciones de esterificación y refino [Sánchez Macías, 2006]. Puede utilizarse como un sustituto del diesel convencional, reduciendo la contaminación y alargando la vida del motor en los vehículos [Clarimón et al., 2007]. Como subproducto se puede obtener glicerina y fertilizantes [Rugiera y Achille, 2006]. Biometanol obtenido a partir de la biomasa o residuos [Sánchez Macías, 2006]. Biodimetiléter (DME) producido, para uso como biocarburante, a partir de la biomasa [Sánchez Macías, 2006]. Aceite vegetal. En determinados motores, es posible la utilización de aceites vegetales en un porcentaje variable junto con diésel o biodiésel [Sánchez Macías, 2006]. BioETBE (Etil ter-butil éter) y BioMTBE (Metil ter-butil éter): Aditivos obtenidos a partir del bioetanol o biometanol y el isobutileno utilizados en la formulación de las gasolinas. Han tenido una importante expansión en la sustitución de los aditivos con plomo. Al obtenerse de la combinación de un carburante biológico y un hidrocarburo, la fracción volumétrica de bioETBE que se computa como biocarburante es del 47%, esto es, el volumen de etanol contenido en el producto final ETBE, mientras que para el BioMTBE es del 36% [Sánchez Macías, 2006]. Biocarburantes sintéticos. hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, producidos a partir de la biomasa [Sánchez Macías, 2006]. 1.5.3 Biocombustibles gaseosos Ejemplos de estos son: gas de gasógeno, biogás y biohidrógeno [Fernández, 2006]. 14 El biogás es un combustible gaseoso producido a partir de la biomasa y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos por descomposición bacteriana en condiciones anaeróbicas y que puede ser purificado hasta alcanzar una calidad similar a la del gas natural, para uso como biocarburante, o gas de madera [Sánchez Macías, 2006]. Como materia prima se puede utilizar la cachaza de caña de azúcar, los residuos provenientes de mataderos, destilerías y fábricas de levaduras, pulpa y cáscara de café, excreta de animales, materia seca vegetal y aserrín, entre otros. Como subproducto se puede obtener fertilizante/compostaje [Rugiera y Achille, 2006]. El biohidrógeno consiste en la separación, mediante diversos procesos biológicos, del oxígeno e hidrógeno del agua. Actualmente, su grado de desarrollo se sitúa en fases iniciales, con rendimientos energéticos muy reducidos, siendo éste el principal reto para su utilización operativa, de forma que permita reducir la dimensión de las instalaciones [Sánchez Macías, 2006]. 15 CAPÍTULO 2: PANORAMA ACTUAL DEL BIODIESEL El biodiesel es un combustible vegetal conocido desde mediados del siglo XIX gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, inventor del motor, quien utilizó aceite de maní como combustible durante una demostración de la adaptabilidad de dicho motor. Entre los años 1930 y 1940 se realizaron diversas investigaciones sobre los combustibles de origen vegetal. Sin embargo, no es sino hasta principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía como respuesta a la crisis del petróleo y otros recursos no renovables que se impulsa el desarrollo del biodiesel como combustible alternativo a los derivados del petróleo [FRAMES, 2002]. Además, la creciente preocupación por el calentamiento global ha permitido que la generación de energía mediante el aprovechamiento de productos naturales o de residuos sea considerada como una de las industrias del futuro. El sector oleícola es el que mejor puede aprovechar dicha posibilidad de generar energía limpia. Por ejemplo, el biodiesel es un combustible ecológico y biodegradable que se obtiene a partir de materias primas renovables como las grasas vegetales, su producción es limpia y no genera residuos [Carlstein, 2006b]. En varios países de Europa y en Estados Unidos, el biodiesel está siendo utilizado como alternativa ecológica, gracias a su bajo porcentaje de emisiones contaminantes. Empresas como Ford, Renault, Volkswagen y otras han fabricado autos que poseen un sistema de tanques adaptados para recibir un combustible tradicional y el biodiesel [Carlstein, 2006b]. Actualmente, el impacto medioambiental y las consecuencias sociales de su producción y comercialización masiva, es a nivel mundial, uno de los principales objetos de debate entre los diferentes agentes sociales, gubernamentales, internacionales y especialistas, quienes buscan la manera de conseguir incentivos estatales, programas de investigación y desarrollo; así como leyes que ayuden a regular una mejor producción y utilización del mismo. Debido a la importancia que ha tomado este tema, es previsible que el sustituto del diesel convencional será en pocos años algo habitual en la mayoría de países, 17 principalmente en los países desarrollados o del Primer Mundo [Wikimedia Foundation, 2007]. 2.1 Definición del biodiesel El término Biodiesel se refiere a los aceites vegetales, grasas animales y/o sus ésteres metílicos que pueden ser utilizados como combustibles. La ASTM (American Society for Testing and Materials)define al biodiesel como un éster monoalquílico de cadena larga de ácidos grasos derivados de recursos renovables, como por ejemplo aceites vegetales o grasas animales, para utilizarlos en motores Diesel [FRAMES, 2002]. Diversos aceites han sido probados para la producción del Biodiesel, generalmente los que abundan en la zona o país de investigación. En Estados Unidos se utiliza principalmente el aceite de Soja, mientras que en Europa el de colza. Otros países como Nicaragua han explorado el tempate y Malasia la palma africana. Países tropicales investigan la utilización del aceite de palma y el de coco. En ocasiones se ha probado grasas animales y aceites de cocina usados, pero no todos han tenido resultados satisfactorios, apareciendo problemas de incrustaciones y depósitos de sólidos en los conductos, problemas de combustión y de temperatura [FRAMES, 2002]. La tabla 2.1 muestra el rendimiento, por hectárea, de cultivos oleaginosos aptos para la producción de biodiesel. Los más comunes son [Abatec, 2002]: 18 Tabla 2.1: Rendimiento de cultivos oleaginosos por hectárea aptos para la producción de biodiesel. Adaptado de Abatec [2002] Para la producción del biodiesel, el aceite se extrae de la semilla cultivada. El aceite es refinado y luego sometido al proceso de transesterificación que deja como subproducto la glicerina. El proceso debe realizarse a temperaturas moderadas para separar en dos fases inmiscibles y obtener el biodiesel que requiere filtrado previo antes de ser utilizado [Musmanni, 2005]. En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se puede obtener biodiesel. Los más importantes son [Wikimedia Foundation, 2007]: Proceso base-base que utiliza como catalizador un hidróxido el cual puede ser de sodio o potasio. Proceso ácido-base que consiste en hacer primero una esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base) y es, generalmente utilizado, para aceites con alto índice de acidez. 19 Procesos supercríticos, que no necesita de la presencia de catalizador, pues se trabaja a presiones elevadas en las que el aceite y el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo, como el hidróxido, actúe en la reacción. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto costo el cual impide que se produzca biodiesel en grandes cantidades. El biodiesel se diferencia técnicamente del gasoil convencional, en que es un combustible obtenido mediante un proceso sustentable a partir de materias primas renovables, mientras que los derivados del petróleo dependen de reservorios fósiles. Como sus propiedades son similares al combustible diesel de petróleo, se pueden mezclar ambos en cualquier proporción, sin ningún tipo de problema. Al porcentaje de biodiesel puro que se encuentra en el combustible, se le denomina porcentaje de biomasicidad o, simplemente, bioesteraje. Así, el biodiesel B30 tiene un 30% de ésteres grasos y un 70% de diesel petrolífero. El biodiesel B100 sólo contiene ésteres grasos. La EPA (United States Environmental Protection Agengy), lo tiene registrado para utilización como combustible puro (B100), como mezcla-base (B20), o como aditivo de combustibles derivados del petróleo en proporciones del 1 al 5% [López, 2005]. 2.2 2.2.1 Propiedades Propiedades físico-químicas Gracias a que las propiedades del biodiesel son muy similares a las del diesel del petróleo, los motores no necesitan ninguna modificación para poder utilizarlo. La tabla 2.2 muestra una comparación entre diesel y biodiesel [FRAMES, 2002]. 20 Tabla 2.2: Comparación del biodiesel y diesel para algunos parámetros [FRAMES, 2002]. El poder calorífico es aproximadamente un 10% inferior al del petrodiesel, sin embargo en la práctica esto es despreciable [López, 2005]. Las emisiones de dióxido de azufre (SO2) producidas por el biodiesel son prácticamente nulas, ya que contiene una cantidad despreciable de azufre. Las emisiones de todos los contaminantes principales (con la excepción de los óxidos de nitrógeno, NOx) son netamente más bajas, habiéndose reportado reducciones de hasta 90% en los hidrocarburos no quemados, 40% en el monóxido de carbono (CO) y de 30 a 50% en la materia particulada. Además, el biodiesel tiene propiedades lubricantes muy importantes lo cual hace innecesaria la adición de productos que puedan contribuir a las emisiones [Carlstein, 2006b]. El biodiesel presenta un punto de ignición significativamente más alto que el petrodiesel, siendo su uso mucho más seguro. El número de cetano del biodiesel tiende a ser más alto, ayudando al proceso de arranque del motor y evitando el cascabeleo [Carlstein, 2006b]. Entre otras propiedades del biodiesel se puede mencionar: Peso molecular aproximado: 296 21 Aspecto: amarillo claro brillante (según el aceite utilizado) Punto de inflamación: mayor a 100 ºC Presión de vapor: menor a 5 mm Hg [Facultad de Agronomía, 2006]. 2.3 Materia prima El biodiesel se obtiene a partir de grasas de origen vegetal o animal. Esta materia grasa está formada principalmente por moléculas denominadas triglicéridos que se unen a una molécula de glicerol y que están compuestas por tres cadenas de ácidos grasos. Entre las principales materias primas para la elaboración de biodiesel se puede mencionar: Aceites vegetales convencionales: estos han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol, la colza, la soja y el coco [García y García, 2007]. Aceites vegetales alternativos: en la mayoría de los países se están haciendo estudios con el fin de encontrar cultivos específicos nuevos que se adapten mejor a las condiciones particulares de los suelos y, a su vez, presenten buenas propiedades para su aprovechamiento por parte del sector energético. En estas especies destacan la Camelina sativa, Caribe abyssinica y Cynara cardunculus. La Cynara cardunculus es un cultivo plurianual y permanente, con una ocupación del terreno de alrededor de diez años. El cultivo de dichas especies está orientado fundamentalmente para fines energéticos, no alimentarios [García y García, 2007]. Aceites vegetales modificados genéticamente: los aceites y las grasas se diferencian principalmente en su contenido en ácidos grasos. Los aceites con proporciones altas de ácidos grasos insaturados disminuyen su estabilidad a la oxidación, ocasionando un mayor índice de yodo. Por lo tanto, los aceites con elevado contenido de instauraciones pueden ser modificados genéticamente para reducir esta proporción. Un ejemplo es el aceite de girasol de alto oleico [García y García, 2007]. Aceites de fritura usados: esta constituye la materia prima más barata, y con su utilización se evitan los costos de tratamiento como residuo. Sin embargo, este aceite 22 suele incluir un elevado porcentaje de impurezas y de humedad, lo que obliga a un pretratamiento para limpiarlo. Dicha limpieza requiere altos niveles energéticos, debido a las elevadas temperaturas, decantación y eliminación de humedad, implícitos en el proceso. Además, la recolección de estos aceites es problemática y con él no se podría cubrir más que un pequeño porcentaje de la demanda del biodiesel. Por lo tanto, la producción de biodiesel a partir de aceites de fritura usados es una cuestión más relacionada con el reciclado y aporte ecológico que una verdadera alternativa energética [García y García, 2007]. Grasas animales, como por ejemplo el sebo de vaca [García y García, 2007]. Aceites de otras fuentes: en la actualidad se ha desarrollado una producción de lípidos de composiciones similares a los aceites vegetales, mediante procesos microbianos, a partir de algas, microalgas, bacterias y hongos [García y García, 2007]. 2.4 Parámetros técnicos del biodiesel ASTM ha especificado las siguientes pruebas que se debe hacer a los combustibles para asegurar su correcto funcionamiento [Hume et al., 2004]: “Flash Point”: se utiliza como mecanismo limitante del exceso de alcohol en el combustible. Es de vital importancia debido a los requerimientos legales en lo que corresponde a la seguridad en el manejo y almacenamiento del combustible. Cenizas sulfatadas: la formación de cenizas se presenta como sólidos abrasivos, jabones metálicos y catalizador remanente. Los sólidos abrasivos y el catalizador remanente son causantes de desgaste prematuro del inyector, la bomba inyectora, pistones y aros, y formación de depósitos en el motor. Corrosión al cobre: este parámetro es importante ya que se puede determinar la presencia de ácidos o contenido de sulfuros que puede provocar corrosión en el motor. Número de Cetanos: es una medida de la calidad de ignición del combustible y de la presencia de humos negros y rudeza de marcha. Los requerimientos de este parámetro dependen del diseño, tamaño, variación de carga y velocidad. Define la temperatura a la 23 cual comienza a formarse pequeños cristales dentro del combustible. Esta propiedad es especialmente importantes para el uso del biocombustible en países con temperaturas bajas. Número ácido: determina el nivel de ácidos grasos libres presentes en el combustible, los cuales pueden incrementar los depósitos y la corrosión. Glicerina libre: determina la cantidad de glicerina libre dentro del combustible. Un alto contenido de ésta puede bloquear los inyectores y obstruir los conductos de combustible. 2.5 Ventajas y desventajas del biodiesel La producción y utilización del biodiesel presenta una serie de ventajas respecto a los combustibles de origen fósil, las cuales se discuten a continuación. 2.5.1 Ventajas Ventajas medioambientales: El ciclo biológico en la producción y el uso del Biodiesel reduce aproximadamente en 80% las emisiones de anhídrido carbónico, y casi 100% las de dióxido de azufre. La combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados, y entre 75 y 90% en los hidrocarburos aromáticos. Además, proporciona significativas reducciones en la emanación de partículas y de monóxido de carbono, cuando se le compara con el diesel de petróleo [FRAMES, 2002]. Distintos estudios en EE.UU., han demostrado que el uso del biodiesel reduce en 90% los riesgos de contraer cáncer, debido a que no contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos [Landa, 2004]. El biodiesel no incide negativamente en la contaminación de suelos o de aguas debido a su carácter biodegradable. Además, su producción supone una alternativa de uso de aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los 24 agricultores, evitando así los fenómenos de erosión y desertificación [Wikimedia Foundation, 2007]. El hecho del que el biodiesel sea biodegradable hace su manejo y transporte tan seguro como el caso del azúcar, 10 veces menos tóxico que la sal de mesa. Por ejemplo, su flash point es de aproximadamente 150°C, mientras que el del diesel de petróleo es de de 50°C [FRAMES, 2002]. Ventajas económicas: El uso de biodiesel puede extender la vida útil de los motores, ya que posee mejores cualidades lubricantes que el combustible de diesel petróleo; mientras que el consumo, encendido, torque y rendimiento del motor se mantienen prácticamente iguales. Además, es el único combustible alternativo que funciona en cualquier motor diesel convencional, sin ser necesaria ninguna modificación. Este puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporción con el combustible diesel de petróleo. La mezcla más común es B20. Se ha visto que puede producirse a partir de una gran variedad de cultivos, muchos de los cuales se adaptan a condiciones climáticas diversas y que muchas veces se dan en tierras que no son tan fértiles y que por lo tanto, están prácticamente en el abandono [FRAMES, 2002]. La oficina de presupuesto del Congreso, y el Departamento Americano de Agricultura, junto con otros organismos han determinado que el biodiesel es la opción más económica de combustible alternativo que reúne todos los requisitos del Energy Policy Act [FRAMES, 2002]. Su utilización permitirá sustituir o disminuir la importación de gasoil, por lo tanto de los combustibles fósiles, otorgando una mayor seguridad en cuanto al abastecimiento energético [Facultad de Agronomía, 2006]. Sin embargo, una sustitución total, en el contexto actual se perfila agrícolamente imposible. Según WRM (Movimiento Mundial por los Bosques) para mover los coches y autobuses europeos con biodiesel se requerirían 25.9 millones de hectáreas. A nivel mundial, una sustitución completa del petróleo por biodiesel, implicaría que la mayor parte de la superficie cultivable del planeta y enormes 25 consumos de agua potable deberían dedicarse a producir biocombustibles y no alimentos para las personas [Llacog, 2007]. Ventajas socioeconómicas: La producción de biodiesel constituye una alternativa para aquellas tierras agrícolas muertas. De esta forma, se fijaría la población en el ámbito rural, manteniendo los niveles de trabajo y renta, y fomentando la creación de diferentes industrias [Ecoproma, 2006]. Igualmente, mejora la relación productos primarios/petróleo, y representa la única respuesta económicamente válida a los subsidios del sector agropecuario en los países industriales [Gonzáles, 2003]. 2.5.2 Desventajas A pesar de sus muchas ventajas, el uso del biodiesel también presenta algunos problemas: Debido a su mejor capacidad solvente que el petrodiesel, los residuos existentes son disueltos y enviados por la línea de combustible, pudiendo atascar los filtros. Su carácter hidrófilo y degradable hace necesario una planificación exacta de su producción y expedición. Aunque hasta el momento todavía no está claro el tiempo de vida útil del biodiesel, algunos dicen que posee un tiempo de vida muy corto (meses) y otros que su vida útil llega incluso a 10 años o más. Pero todos concuerdan que depende de su manipulación y almacenamiento [Wikimedia Foundation, 2007]. El rendimiento promedio para oleaginosos es alrededor de 900 l/Ha. de biodiesel por cosecha [Wikimedia Foundation, 2007], lo que puede traer dificultades a países con poca superficie cultivable, como es el caso de El Salvador. En algunos casos se ha detectado una pérdida de viscosidad en el aceite de lubricación, pero siempre en valores inferiores al 5% [Hume et al., 2004]. Los puntos de enturbiamiento de los ésteres, superiores en algunos casos a los del gasóleo, pueden provocar problemas de funcionamiento en climas fríos. Éstos empiezan 26 a solidificar y formar cristales, que pueden obstruir los conductos del combustible [Hume et al., 2004]. Los ésteres son más agresivos que el gasóleo y pueden atacar al caucho y a los tipos comunes de pinturas. Para evitar el riesgo de estos ataques, es conveniente utilizar pinturas acrílicas y sustituir las conducciones de caucho por teflón o caucho fluorado [Hume et al., 2004]. Sus enlaces insaturados presentan una mayor facilidad para descomponerse en las reacciones que se producen antes de la combustión [Hume et al., 2004]. Su mayor desventaja actual es que su producción es mucho más cara que la del diesel convencional fósil. Como medida, en algunos países el biodiesel no paga impuestos al Estado, por lo que puede ser vendido a un menor precio a los consumidores. En EE.UU., el Departamento de Agricultura ha establecido un subsidio para los refinadores que usen aceite de soya como una materia base del biodiesel. Por lo tanto, el precio dependerá de los recursos estatales y el fomento o incentivo que se le de a su uso [Ecosofia.org, 2006]. 2.6 ¿Biodiesel, alternativa para el agro? El biodiesel ha recibido un impulso adicional gracias a factores como los elevados precios del petróleo, la crisis en la agricultura y las bajas en los precios internacionales de los aceites. En este marco, el biodiesel se perfila como una opción agroindustrial con capacidad de estimular la producción agrícola, crear nuevas actividades industriales y generar nuevos puestos de trabajo e ingresos adicionales para el Estado [Merello et al., 2003]. El sector agropecuario tiene un amplio potencial como proveedor de materias primas para la generación de energía a partir de productos y de residuos resultantes de dicha actividad sectorial. Estas materias primas, aptas para la producción de biodiesel, pueden ser obtenidas del procesamiento de productos agropecuarios como aceites vegetales y sebo vacuno [Methol y Souto, 2006]. Los impactos más favorables para el sector agropecuario podrían ser: 27 La posibilidad de ampliar el mercado doméstico de los aceites, dando lugar a mayores niveles de ocupación de las plantas instaladas y eventualmente, la ampliación de las escalas de planta. Todo esto podría causar reducciones en los costos [Methol y Souto, 2006]. La ampliación del nivel de molienda oleaginosa, la cual derivaría en un aumento de la oferta de harinas proteicas, bajando los altos precios, usualmente de escasez, favoreciendo a las agroindustrias de productos de origen animal. Aumento del empleo en el medio rural, debido a una expansión de la actividad a nivel primario [Methol y Souto, 2006]. El fortalecimiento de los precios agrícolas. La revista Oil World relaciona cada vez más el precio de los aceites vegetales (materia prima del biodiesel) con el del gasoil [Huergo, 2006]. Según el vicegobernador argentino Jaliff, el biodiesel da la posibilidad al agro de sumar un nuevo rol, pues aparte de ser el proveedor de alimentos a la población y el sostén de la balanza comercial, tendrá la posibilidad de contribuir a mejorar el aire, al ser la futura fuente de insumos para la producción de combustibles ecológicos provenientes de recursos renovables [Stratta, 2000]. Sin embargo es indiscutible que la activación de zonas agrícolas para un mercado de energía debe realizarse con una buena planificación para evitar los efectos de monocultivo [Musmanni, 2005]. En países centroamericanos y del Caribe, cuya dieta está basada en el maíz, la disponibilidad de éste podría ser afectada por la falta de tierras disponibles y aptas para dedicarlas a los cultivos energéticos [EFE, 2007]. Estudios realizados por la Comisión Económica para América Latina CEPAL y la FAO señalan que es importante que los países diseñen políticas que promuevan y aseguren la rentabilidad de la bioenergía, así como también que los beneficios de la producción 28 alcancen a las zonas rurales y garanticen y promuevan el acceso a alimentos a los sectores más desposeídos [EFE, 2007]. 2.7 Uso del biodiesel a nivel mundial En la actualidad, existen muchos artículos e investigaciones sobre la utilización de aceites vegetales como combustibles alrededor del mundo. Éstos han pasado de ser experimentales a formar parte de los combustibles habituales [FRAMES, 2002]. En los últimos 10 años muchos de estos países se han enfocado en acciones y legislaciones que permitan la expansión del biodiesel en todo el mundo. Ejemplo de esto es que a nivel Europeo el biodiesel está experimentando un crecimiento sostenido del 35% anual [Hilbert, 2006]. En Francia, todos los combustibles diesel poseen un mínimo del 1% de biodiesel. En Alemania, el biocombustible se comercializa en un gran número de estaciones de servicio y su empleo es común en los cruceros turísticos que navegan en sus lagos [Eco2site, 2004]. Actualmente la Unión Europea ejecuta un proyecto denominado “Local and Innovative Biodiesel”, cuyo objetivo es contribuir al cumplimiento de que la cuota del mercado del biodiesel en la región sea del 5.75% para el 2010. Este porcentaje pretende ser alcanzado a través de la eliminación de barreras por la escasez de materia prima y alto costo de la misma, ampliando el suministro a los aceites vírgenes y usados. Además de demostrar la importancia del uso del biodiesel en los mercados de transporte público y comercial, donde los beneficios medioambientales son más necesarios [Carlstein, 2006a]. El Proyecto consta de distintas fases, en las que están incluidas experiencias piloto de recogida, definición de estrategias, estudios potenciales y difusión del proyecto. La duración del mismo es de 26 meses [Carlstein, 2006a]. La evolución de la producción de biodiesel en la Unión Europea a través de la década de los años 90 se muestra en la tabla 2.3: 29 Tabla 2.3: Evolución de la producción de biodiesel en la Unión Europea. Adaptado de [Hume et al., 2004]. La evolución de la producción de biodiesel en Europa queda ejemplificada con dos de las plantas industriales de gran tamaño que se encuentran en producción continua desde mediados de los 90’s, sobre la base del aceite de girasol: una en Livorno, Italia, con una capacidad instalada de 80,000 ton/año, y la otra en Rouen, Francia, cuya producción de 120,000 ton/año la convierte en la mayor del mundo [López, 2005]. EE.UU es el principal productor de biodiesel, con 25 millones de galones producidos y vendidos en el año 2003. Desde entonces, la producción y venta aumenta gradualmente, sobre todo porque el combustible está siendo usado y recomendado para los vehículos TDI (con motores Turbo Inyección Directa) por los grandes de la empresa automotriz. En Kentucky, Griffin Industries ha montado la más moderna planta actual de biodiesel, que emplea aceite de soja como materia prima [Ecosofia.org, 2006]. 2.8 Uso del biodiesel a nivel latinoamericano Colombia, Uruguay y Argentina se ubican a la vanguardia en el uso y producción de biodiesel en Latinoamérica. Sin embargo, los países de esta región Argentina principalmente, se han enfrentado a una devaluación sumada a la constante inestabilidad 30 jurídica respecto a las medidas de fomento que se había dictado para este tipo de combustibles en su expansión inicial en el año 2000 [Hilbert, 2006]. Hoy en día se vive una nueva etapa de expansión. Se estima que existe en Argentina una capacidad instalada de producción de 50,000 ton/año de biodiesel. Los diferentes gobiernos de este país han tomado iniciativas para el impulso de la actividad relacionada al biodiesel y en los últimos años se ha trabajado sobre un marco regulado por una ley nacional, aprobada en el año 2005. Esta ley establece como meta la inclusión de biodiesel en proporciones del 5% en todo el gasoil comercializado en ese territorio para el año 2010. Existen entre 30 y 50 plantas de pequeña escala, cuyas capacidades alcanzan los 200,000 gal/año [Hilbert, 2006]. En Perú la empresa Heaven Petroleum Operators inició su producción en una planta en Lurin, a principios del año 2006 con una capacidad de 20 millones de gal/año. Además, hay planes de construir una refinería de biodiesel cerca del Puerto Callao en Lima, con una capacidad de producción de 16.8 millones de gal/año [Hilbert, 2006]. 2.9 Mercados del biodiesel La Asociación Americana de Biocombustibles pronostica que la producción de biodiesel proveniente de aceites de semillas puede alcanzar aproximadamente 2,000 millones de gal/año, lo que equivaldría a un poco más del 8% del diesel automotor consumido en la primera década del siglo XXI. Esto siempre y cuando se cuente con los incentivos gubernamentales comparables a los dados al etanol. Esta penetración al mercado, sería principalmente del biodiesel como combustible en flotas de autobús y camiones, en mezclas con diesel fósil de 20% [Hernández, sin año]. En Estados Unidos la demanda de biodiesel ha aumentado dramáticamente, gracias a la exitosa campaña a favor de éste. Se ha incrementado su uso tanto en el transporte escolar, recolectores de basura, vehículos militares sencillos (camiones, jeeps, etc), así como en la administración de parques [Gonzáles, 2003]. Según la Unión Industrial Paraguaya UIP, el biodiesel podría llegar a reemplazar el 8% del diesel convencional en flotas de transporte de mercaderías y pasajeros, mezclado con 31 combustible fósil en una proporción de ocho litros de diesel por cada dos de biodiesel. El uso podría extenderse a embarcaciones, generadores eléctricos, vehículos de construcción y agrícolas; y para los países fríos, en los calefactores [Gonzáles, 2003]. El biodiesel enfrenta varias barreras a vencer para extender su uso comercial, ya que si se piensa en una penetración exitosa se deben cumplir algunos requisitos, entre los que se puede mencionar [Hilbert, 2006]: Pocas modificaciones a los motores en uso. Baja reducción de la potencia o limitaciones en las condiciones de empleo. Bajas inversiones en el proceso de sustitución. Disponibilidad a corto plazo. Superar obstáculos de regulación, y lograr un precio más competitivo antes de que alcance una penetración significativa del mercado. Esto se logrará a través de las acciones de los grandes actores, como son las petroleras y grupos inversores, quienes plantean ya inversiones de importancia a mediano plazo, lo cual permitirá una oferta a gran escala de este producto [Hilbert, 2006]. 32 CAPÍTULO 3: TECNOLOGÍAS PARA LA OBTENCIÓN DEL BIODIESEL 3.1 Biodiesel de primera generación 3.1.1 Generalidades de la tecnología de los ésteres alcohólicos El aceite extraído de la materia prima es refinado y luego sometido a la transesterificación, proceso en el que los aceites vegetales se mezclan con un catalítico básico (NaOH o KOH) en presencia de exceso de alcohol que sustituye el glicerol, ya sea etanol o metanol, y son químicamente alterados para formar ésteres grasos, como etil o metilester, respectivamente. Debido a ello, se define al biodiesel como una mezcla de ácidos grasos esterificados con cadenas lineales alifáticas. La composición final de estos ésteres grasos y sus propiedades depende de la fuente de materia prima [Musmanni, 2005]. Un subproducto del proceso es la glicerina que puede ser purificada para ser comercializada como otro producto industrial. Dependiendo del método empleado, se puede recuperar parte del catalizador, así como el alcohol para ser reciclado en sucesivas reacciones [Sánchez Macías, 2006]. 3.1.2 Reacciones involucradas Fundamentalmente, el proceso de transesterificación se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos que cuentan con una cantidad de átomos que varía entre 15 y 23, siendo el más común 18, con alcoholes de bajo peso molecular, entre los cuales se puede mencionar al metanol, etanol, propanol y butanol, para producir ésteres y glicerina. La reacción de transesterificación se lleva a cabo en una proporción molar de alcohol a triglicérido de 3:1, es decir reacciona un mol de triglicérido con 3 moles de alcohol, aunque se añade alcohol en exceso con el fin de desplazar la reacción hacia la formación del éster alcohólico. Además, la formación de la base de glicerina, inmiscible con los ésteres alcohólicos acentúa el desplazamiento de la reacción hacia la derecha, permitiendo conversiones cercanas al 100% [García y García, 2007]. La Fig. 3.1 presenta la reacción general de transesterificación, utilizando metanol y obteniendo éster metílico: 33 Fig. 3.1: Reacción de transesterificación. Adaptado de García y García [2007]. Son tres reacciones reversibles de forma consecutiva las que se dan en este proceso, las cuales se muestran en la Fig 3.2. Tal y como se observa, el triglicérido es convertido en diglicérido, monoglicérido y glicerina, liberándose en cada caso un mol de éster metílico [García y García, 2007]. En esta reacción se utiliza un catalizador que mejora la velocidad de reacción y el rendimiento final [García y García, 2007]. Las reacciones secundarias en el proceso de transesterificación son [García y García, 2007]: Reacción de saponificación Reacción de neutralización de ácidos grasos libres La saponificación es favorecida cuando se utiliza hidróxido de sodio o de potasio, ya que sus moléculas contienen los grupos hidroxilo, que permiten dicha reacción. La producción de jabones por saponificación se da en presencia de agua, por lo que los glicéridos y el alcohol deben ser anhidros y se debe eliminar el agua en los aceites con altos contenidos de humedad antes de llevar a cabo este proceso. Además, al utilizar estos catalizadores se debe controlar otras condiciones de reacción, como la temperatura y la cantidad de catalizador básico, con el fin de reducir al máximo esta reacción indeseada [García y García, 2007]. 34 Fig. 3.2: Reacciones implicadas en la transesterificación. Adaptado de García y García [2007]. Las figuras 3.3 y 3.4 muestras las reacciones secundarias de saponificación y neutralización de ácidos grasos libres, respectivamente. Fig. 3.3: Reacción de saponificación [García y García, 2007]. 35 Fig. 3.4: Reacción de neutralización de ácidos grasos libres [García y García, 2007]. 3.1.3 Catalizadores Resulta indispensable contar con catalizadores para que la reacción de transesterificación sea posible desde un punto de vista cinético. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos (H2SO4, HCl, H3PO4), ácidos heterogéneos (zeolitas, resinas sulfónicas, SO4/ZrO2), básicos heterogéneos (MgO, CaO), básicos homogéneos (KOH, NaOH) o enzimas (lipasas: Candida, Penicillium, Pseudomonas) [García y García, 2007]. Los catalizadores básicos homogéneos son los que se utilizan principalmente a nivel industrial. Asimismo, se pueden utilizar catalizadores ácidos de Bronsted, preferiblemente sulfúricos y sulfónicos, y aunque estos catalizadores producen rendimientos muy altos al trabajar con ésteres alquílicos, las reacciones son lentas y se necesitan más de 3 horas de reacción y temperaturas superiores a 100°C [García y García, 2007]. La tabla 3.1 muestra las ventajas y desventajas de utilización de los distintos tipos de catalizadores para el proceso de transesterificación. 36 Tabla 3.1: Ventajas e inconvenientes de los catalizadores utilizados en la transesterificación [García y García, 2007] 3.1.4 Variables que afectan el proceso de transesterificación El proceso de transesterificación puede ser afectado por diferentes variables, entre las que se puede mencionar: Acidez y humedad: la acidez, determinada por la cantidad de ácidos grasos libres o Fatty Free Acids (FFA), y la humedad son parámetros determinantes para la viabilidad del proceso de transesterificación. Para obtener una reacción completa es necesario un valor de FFA menor al 3%. A mayor acidez, menor conversión. Existen muchos aceites de bajo costo y grasas animales que pueden ser utilizados para producir biodiesel, sin embargo, suelen contener gran cantidad de ácidos grasos que no se pueden convertir en biodiesel utilizando catalizadores alcalinos. En estos casos la esterificación consta de dos etapas: pretratamiento para convertir los FFA en esteres metílicos con un catalizador ácido y la transesterificación con un catalizador alcalino, que complete la 37 reacción. Por su parte, la humedad disminuye el rendimiento de la reacción, ya que el agua reacciona con los catalizadores formando jabones. La adición de catalizadores de hidróxido de sodio compensa la alta acidez, pero el jabón resultante provoca un aumento de viscosidad o de formación de geles que interfieren en la reacción y en la separación del glicerol. En general, los triglicéridos deben tener un valor ácido bajo y los materiales deben contener baja humedad para evitar que los rendimientos de la reacción se reduzcan significativamente [García y García, 2007]. Tipo de catalizador y concentración: los catalizadores utilizados en el proceso de transesterificación se clasifican en alcalinos, ácidos, enzimáticos o heterogéneos. Los catalizadores básicos, principalmente los hidróxidos, son los más utilizados. En el caso en el que el aceite tiene un alto grado de ácidos grasos y elevada humedad, los catalizadores ácidos son los adecuados, ya sean sulfúrico, fosfórico o ácido sulfónico orgánico [Sánchez Macías, 2006]. La actividad catalítica ácida ha sido estudiada con aceites vegetales reutilizados. Para los experimentos se han utilizado cuatro concentraciones 0.5, 1, 1.5 y 2.25 M de HCl y los resultados se compararon con una concentración de 2.25 M de H2SO4. Se obtuvo una mejor actividad catalítica con el ácido sulfúrico en un rango de concentración de 1.5 – 2.25 M [García y García, 2007]. Los catalizadores enzimáticos pueden obtener resultados significativos en medios tanto acuosos como no acuosos, el glicerol se puede separar fácilmente y, además, los ácidos grasos contenidos en el aceite se pueden convertir completamente en esteres alquílicos. Sin embargo, el uso de catalizadores enzimáticos implica un costo superior que el de los otros [García y García, 2007]. Relación molar de alcohol / aceite y tipo de alcohol: el rendimiento del proceso de transesterificación se ve significativamente afectado por la relación molar del alcohol y los triglicéridos. La relación estequiométrica requiere tres moles de alcohol y un mol de triglicérido para que se produzcan tres moles de esteres y un mol de glicerol. Para una conversión máxima se debe utilizar una relación molar de 6:1, ya la transesterificación es una reacción de equilibrio y el exceso de alcohol permite conducir la reacción al lado derecho [García y García, 2007]. 38 Tiempo de reacción y temperatura: investigaciones realizadas revelaron que la conversión aumenta con el tiempo de reacción [García y García, 2007]. En el proceso de transesterificación del aceite de semilla de girasol y soja, con una relación molar 6:1 de metanol a 60°C, después de un minuto se observó un rendimiento aproximado del 80%, una hora después la conversión aumento a un valor aproximadamente del 93%, para amabas especies. Según el tipo de aceite, la transesterificación se puede llevar a cabo a diferentes temperaturas. Se estudió el caso de aceite refinado, con relación molar 6:1 de metanol y al 1% NaOH como catalizador, a temperaturas de 60, 45 y 32°C. Después de seis minutos los rendimientos fueron 94, 87, y 64%, respectivamente. Luego de una hora el rendimiento era idéntico para 60 y 45°C y ligeramente menor para 32°C. 3.1.5 Proceso de producción industrial El proceso de producción de biodiesel se inicia con el prensado de las semillas para la obtención del correspondiente aceite vegetal. Básicamente la extracción se realiza por compresión y extracción con solventes. La compresión se realiza con prensas continuas de tornillo que pueden trabajar con calentamiento o no del material original. Para una extracción total se emplea en forma combinada con solventes como el hexano comercial, el cual elimina todo el aceite dejando un residual del 0.5 al 1%. Luego de ser extraído, generalmente, el aceite pasa por un proceso de purificación o refinado. Este es tratado con álcali para eliminar los ácidos grasos libres, la materia colorante y los mucílagos, quedando como subproducto las llamadas tortas de material sólido que poseen un alto contenido proteico para ser utilizadas como alimento animal [Hilbert, sin fecha]. El aceite, una vez extraído y refinado, pasa a la fase de esterificación, donde son refinados los ácidos grasos libres. El producto de la reacción se separa mediante centrifugación. Los aceites refinados son secados y enviados a la unidad de transesterificación. Inicialmente, se mezcla el alcohol (metanol) y el hidróxido de sodio para formar metóxido de sodio. El metóxido es agregado al aceite a una temperatura alrededor a los 60°C y a 1.4 bares. Estas condiciones permiten que los triglicéridos se rompan con mayor facilidad [García y García, 2007]. 39 La parte final del proceso consiste en la sedimentación de la glicerina, la cual se deposita en el fondo del recipiente en el que se ha producido la reacción, mientras que los ésteres se separan en la parte de arriba. Estos últimos son sometidos a una fase final de lavado con agua, para eliminar posibles restos e impurezas en el producto final, pues la persistencia de estos en el producto final ocasionaría una disminución del rendimiento de la ignición del combustible en el interior de los cilindros. El producto, también puede ser sometido a destilación para garantizar un mayor grado de pureza [García y García, 2007]. La Fig. 3.5 presenta un diagrama de flujo de un proceso de esterificación/transesterificación. Fig. 3.5: Proceso de producción de biodiesel mediante esterificación/transesterificación. Proceso de catálisis ácida. Adaptado de García y García [2007]. Existen múltiples opciones de operación viables para el proceso de transesterificación, muchas tecnologías pueden ser combinadas de diferentes maneras variando las condiciones del proceso y la alimentación del mismo. Sin embargo todas ellas tienen en común los aspectos mencionados anteriormente. La elección de la tecnología se hace en función de la capacidad de producción deseada, calidad, alimentación, recuperación del alcohol y catalizador. Por lo general, plantas de menor capacidad y diferente calidad en la alimentación suelen utilizar procesos discontinuos o Batch. Las plantas de mayor capacidad y que requieren una alimentación más uniforme utilizan procesos continuos [García y García, 2007]. 40 a. Proceso discontinuo Es el más simple de los métodos en la producción de biodiesel. Este consiste en reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un condensador de reflujo. Por lo general, se trabajo a temperaturas de 65°C, aunque también se han reportado temperaturas desde 25°C hasta 85°C. El catalizador más común es el hidróxido de sodio, aunque también se utiliza el hidróxido de potasio, en un rango de 0.3 a 1.5%. En el reactor es indispensable una agitación rápida para obtener una correcta mezcla del aceite, catalizador y el alcohol; sin embargo ésta se reduce hacia el final de la reacción para permitir al glicerol separarse de la fase éster. El tiempo de reacción suele ser entre 20 minutos y una hora, reportando eficiencias entre el 85 y el 94%. Algunas plantas utilizan reacciones en dos etapas, con eliminación del glicerol entre ellas, esto aumenta el rendimiento final hasta porcentajes superiores al 95% [García y García, 2007]. El proceso discontinuo presenta una serie de ventajas [Ávila Gómez, sin fecha]: Tiene gran flexibilidad para la realización de ajustes, cuando se presentan variaciones de materia prima o de condiciones de proceso. La tecnología requerida para este tipo de procesamiento es de fácil adquisición operación y mantenimiento. Permite el manejo de producciones de biodiesel en cantidades pequeñas. Sin embargo, también plantea ciertos inconvenientes [Ávila Gómez, sin fecha]: Los tiempos de producción son grandes. Hay dificultades para garantizar uniformidad de la calidad del combustible entre diferentes lotes. Hay una gran dificultad para evitar la presencia de contaminantes y productos intermedios en el producto final. 41 Elevados requerimientos de espacio. No es viable técnicamente ni económicamente para producciones a gran escala. La Fig. 3.6 presenta un diagrama de flujo de un proceso de transesterificación discontinuo. Fig. 3.6: Proceso de transesterificación discontinuo. Adaptado de García y García [2007]. b. Proceso continuo El proceso continuo difiere del discontinuo en la utilización de reactores continuos del tipo tanque agitado, llamados CSTR por sus siglas en inglés (Continuous stirred tank reactor). Este tipo de reactores puede variar su volumen para permitir diversos tiempos de residencia. Luego de la decantación de glicerol, la reacción es mucho más rápida en el segundo CSTR, y con un porcentaje de eficiencia del 98% [García y García, 2007]. El diseño de los reactores CSTR debe garantizar que la mezcla se realice y tiende que aumentar la dispersión del glicerol en la fase éster, incrementando así el tiempo requerido para la separación de fases [García y García, 2007]. 42 Algunas de las ventajas del proceso de transesterificación continuo son [Ávila Gómez, sin fecha]: Flujo permanente de materia prima, lo que evita pérdidas de tiempo o calor. Menor costo de mano de obra. Disponibilidad de espacios limitado Mayor capacidad de producción. Mayor control de calidad del producto final. Por otra parte, este proceso presenta algunos inconvenientes, entre los cuales tenemos [Ávila Gómez, sin fecha]: Mayor costo de inversión inicial. No permite ajustes al variar las condiciones de materia prima. La Fig. 3.7 representa un diagrama de flujo de un proceso de transesterificación continuo, mediante reactores de flujo en pistón. Este tipo de reactor de flujo pistón, Plug Flow Reactor (PFR), se comporta como pequeños reactores CSTR conectados en serie [García y García, 2007]. Fig. 3.7: Proceso de producción de biodiesel mediante reactores de flujo pistón. Adaptado de NREL [2004] 43 3.2 Biodiesel de segunda generación Mientras los biocombustibles de primera generación utilizan solo ciertas partes de la planta, los de segunda generación la utilizan toda, por lo que requieren menos área cultivada por unidad producida [USDA, 2005]. Son dos métodos principales los que se utilizan: conversión termoquímica, como la gasificación; y el proceso de Fischer-Tropsch. La combinación de estas tecnologías, con sus variedades de sistemas y opciones, hace que su desarrollo económico y ambiental sea mucho más complejo. En la Fig. 3.8 se muestran las alternativas. Termal Exceso de aire Combustión Biológico Físico A/D Porcentaje de oxígeno Gasificación Atmósfera inerte Pretratamiento Hidrólisis (Calor y presión) Pirólisis Fermentación Metano Calor CO + H2 Líquidos Líquidos Etanol Fig. 3.8: Rutas de Conversión de la Biomasa [NERL, 2004]. Estos permiten la obtención de una variedad de biocombustibles muy amplia, como por ejemplo: hidrógeno, metanol, etanol, éter dimetil y combustibles de Fischer-Tropsch. Estos últimos son conocidos como BTL (Biomass to liquid fuel) y son los que adquirirán más importancia en el mundo en los próximos años, especialmente el biodiesel [Green Car Congress, 2005]. La gasificación de la biomasa produce un gas de síntesis formado por CO e hidrógeno, que en presencia de un catalizador es transformado en hidrocarburos (Síntesis de Fischer Tropsch), los cuales se tratan para obtener una mezcla de gasolina, jet fuel y diesel [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. 44 Aunque el proceso es económicamente viable, tanto el gasoil como la gasolina y los otros productos de la síntesis pueden obtenerse de forma más sencilla y barata mediante el refino de petróleo, ya que se requiere de una elevada inversión para montar una planta de FischerTropsch, aunque hay muchas optimizaciones pendientes respecto a la gasificación de diferentes materias primas y purificación del gas de síntesis, lo cual se cree que podría ayudar a disminuir costos [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. Para producir biodicombustibles de segunda generación, es importante [Green Car Congress, 2005]: Decidir la ruta termoquímica y la tecnología apropiada. De ello dependerán los requerimientos de oxígeno y temperaturas que se deben seguir. Operaciones requeridas por el hecho de usar biomasa en un gasificador, como por ejemplo, forma de alimentación y pretratamiento de las corrientes Flexibilidad del combustible Optimización de la calidad del gas de síntesis 3.2.1 Ventajas del biodiesel de segunda generación Permite utilizar cualquier material orgánico, como por ejemplo desechos forestales, cultivos agrícolas alimenticios y no alimenticios, y desechos urbanos, para obtener un diesel de calidad Premium que puede ser utilizado puro o mezclado con diesel proveniente del petróleo. Esto permite abaratar costos en materia prima. Se pueden utilizar híbridos de primera y segunda generación. Por ejemplo, Fortum (Finlandia) planea expandir su refinería Porvoo para utilizar aceite vegetal y grasa animal como materia prima en un proceso convencional de hidrogenación, permitiendo obtener un BTL de alta calidad pero con una inversión más baja, aunque con mayores costos de materia prima [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. El proceso de cultivo, de ser necesario, sería menos intensivo que los cultivos agrícolas ordinarios, lo cual contribuiría a disminuir las emisiones de gases invernadero [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. El proceso de conversión de biomasa 45 a líquido, por ejemplo, aumenta la producción agrícola en un factor de 3, sin afectar la producción destinada a la alimentación y a otros productos [Volkswagen, 2007]. Las emisiones de CO2 dependen de si la fuente de energía de conversión es biomasa o si se utiliza una fuerte externa; así como de la naturaleza de la biomasa (cultivo, o desperdicio, como por ejemplo, la paja). En el caso que la materia prima sea biomasa, las emisiones se ven notablemente reducidas, no así para otro tipo de materia prima [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. Pueden coproducirse con electricidad [Green Car Congress, 2005]. Son básicamente libres de sulfuros y compuestos aromáticos. Los sulfuros en los combustibles son quemados y convertidos a óxidos de azufre los cuales son contaminantes que contribuyen a una baja calidad del aire y provocan el problema de la lluvia acida. Sin embargo, el azufre provee lubricación, reduciendo el desgaste de las partes del motor. Este biodiesel es bajo en azufre pero de alta lubricación. Por eso, mezclándose puede ser utilizado como aditivo de biocombustible sintético o reducir la cantidad de azufre en el diesel proveniente del petróleo [USDA, 2005]. Además, los biocombustibles resultantes son de alta calidad y limpios, con perfiles de emisiones de CO2 mucho menores que los de otros combustibles [Green Car Congress, 2005]. 3.2.2 Biomasa líquida vía gasificación y Fischer-Tropsch Este proceso es una modificación del proceso original de Franz Fischer y Hans Tropsch, desarrollado para obtener combustibles líquidos alternos a partir del carbón [California Energy Commission, 2005], el cual se describe en la Fig. 3.9: 46 Fig. 3.9: Proceso Producción de BTL vía Síntesis de Fischer-Tropsch [California Energy Commission, 2005]. Este comienza con un molido y secado de la biomasa para formar pellets. Los pellets de biomasa son transformados en gas y en una fracción sólida a través de un proceso de gasificación de bajas temperaturas entre 800ºC y 859ºC y presiones entre 24 y 31 atm (350 a 450 psia) [USDA, 2005]. Las reacciones que se dan en el proceso de gasificación son las que se presentan en la Fig. 3.10: Fig. 3.10: Reacciones de gasificación [NERL, 2004] Cuando la biomasa es calentada en atmósfera inerte o con una cantidad menor a la tercera parte de oxígeno necesaria para una combustión eficiente, se gasifica a una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, conocida como gas de síntesis o syngas [EERE, 2005], cuya composición se muestra en la Fig. 3.11: 47 Fig. 3.11: Gasificación [NERL, 2004] La combustión es una función de la proporción de oxígeno que se mezcla con el hidrocarburo. Combustibles gaseosos se mezclan con oxígeno más fácilmente que los líquidos, los que a su vez se mezclan más fácilmente con oxígeno que los combustibles sólidos. Por lo tanto, el syngas se quema más eficientemente y de manera más limpia que la biomasa de la cual se ha obtenido [EERE, 2005]. La gasificación de la biomasa puede mejorar la eficiencia a gran escala, especialmente cuando se trata de utilizar los residuos forestales industriales como material prima, como por ejemplo la pulpa y los licores negros provenientes de la industria del papel [EERE, 2005]. Este gas sintético puede utilizarse directamente como combustible. Si se quiere un combustible líquido, se puede aplicar el proceso de Fischer-Tropsch. Previo a su aplicación, el gas debe someterse a remoción de calor y purificación para remover alquitrán, CO2 y H2S. Al licuarse el gas, se permite que el CO e H2 reaccionen y formen cadenas hidrocarbonadas, caso en el cual es necesario utilizar un catalizador como el hierro o cobalto [USDA, 2005]. La Fig. 3.12 muestra una descripción general del proceso. 48 Fig. 3.12: Descripción general del proceso de “syngas to liquid” [NERL, 2004]. Tabla 3.2: Limpieza de gas requerida para síntesis de Fischer-Tropsch de gas a líquido [NERL, 2004]. El gas pasa a través de un lecho catalítico contenido en tubos verticales. El calor desprendido lo absorbe el agua caliente que circula afuera de los tubos. El gas de alimentación posee una relación H2/CO del orden de 2 y las condiciones de operación son aproximadamente 221 a 254ºC y 360 psia. Los gases de síntesis de lecho fijo y de lecho fluido son contactados con vapor para aumentar la razón H2/CO a 6. El gas reformado penetra a un lecho fluido, en el cual, el catalizador circula con el gas de síntesis. El gas y el catalizador que dejan el reactor, son separados por medio de ciclones y posteriormente el catalizador es reciclado. Las condiciones de operación son aproximadamente 316 a 329 ºC y 330 psia. Los productos que se obtienen de la síntesis son hidrocarburos de bajo punto de fusión y gasolina de bajo, medio y alto rango; además de productos oxigenados, solventes aromáticos y combustibles de alquitrán. En la Fig.3.13 se muestra el diagrama general del proceso de Fischer-Tropsch: 49 Fig. 3.13: Diagrama del Proceso de Fischer-Tropsch [NERL, 2004]. El líquido resultante es isomerizado para incrementar su estabilidad y luego destilado o hidrotratado. Es en este paso en que se logra que el producto final cumpla con los requerimientos de los motores, alterando la forma y largo de las moléculas del combustible. Esto no es posible en otros procesos de obtención de biocombustibles. Por esta razón, el BTL es conocido como “diseñador de combustible”. 60% del destilado puede utilizarse directamente como combustible, mientras que el resto de las fracciones puede utilizarse en la industria química o puede ser procesado para obtener gasolina o keroseno [USDA, 2005]. 3.2.3 Reacciones involucradas Las reacciones principales de Fischer-Tropsch son las siguientes [NERL, 2004]: 1. Adsorción de CO sobre la superficie del catalizador 50 2. Iniciación de la polimerización mediante formación de radical metilo (por disociación del CO e hidrogenación) 3. Polimerización por condensación (adición de CO y H2 y liberación de agua) 4. Terminación 5. Desorción del producto La velocidad de reacción está limitada por la cinética y en particular por el paso de polimerización por condensación. Una aproximación de la distribución de pesos moleculares en el producto se puede predecir con el modelo de Anderson-Shulz-Flory [NERL, 2004]: Wn = n(1 − a ) × a × (n − 1) 2 Ec.3.1 donde: Wn es la fracción en peso de producto n átomos de carbono a es la probabilidad de crecimiento de cadena, función de las condiciones de reacción, como el tipo de catalizador, temperatura, presión y composición del gas. Las reacciones que se dan en la síntesis de Fischer-Tropsch son las que se presenta en la Fig. 3.14: 51 Fig.3.14: Reacciones químicas de la Síntesis de Fischer-Tropsch [NERL, 2004]. Las reacciones principales son reacciones muy exotérmicas, que se llevan a cabo sobre catalizadores de cobalto o hierro. Para un buen rendimiento se requiere alta presión (típicamente 20 - 30 bar) y temperatura (200 - 350ºC). Por encima de los 400ºC la formación de metano resulta excesiva. En la Fig. 3.15 se mencionan ejemplos de catalizadore utilizados: Fig. 3.15: Opciones de Syngas to Liquid. Adapatado de NERL [2004] 52 Cabe mencionar que las reacciones secundarias son indeseables. 3.2.4 Tipos de reactores Existen cuatro tipos principales de reactores industriales utilizados en la síntesis [NERL, 2004]: Reactor tubular en lecho fijo. Generalmente se opera a 220-260ºC y 20-30 bar. Reactor de lecho circulante, operado a 350ºC y 25 bar. Este produce sobre todo gasolina olefínica. Reactor de lecho fluidizado, similar al de lecho circulante pero de menor tamaño para misma capacidad de producción. Reactor “slurry”, en el que el catalizador se encuentra en suspensión en un líquido (a menudo ceras producidas por la propia reacción) en el cual se burbujea el gas de síntesis. Normalmente estos reactores trabajan a baja temperatura para producir un máximo de productos de alto peso molecular. Algunas plantas Fischer-Tropsch en el mundo se presentan en la Tabla 3.3: Tabla 3.3: Plantas Fischer-Tropsch en el mundo [NERL, 2004] 53 3.2.5 El proceso H2CAR (hybrid hidrogen –carbon process) Este proceso es una modificación, propuesta por los ingenieros químicos de la universidad de Purdue, al convencional BTL de Fischer-Tropsch. Este requiere de una fuente abundante de hidrógeno, de 239 a 276 billones de kg/año de hidrógeno, para producir 13.8 millón bboe/día; propone una co-alimentación de hidrógeno combinada con una fuente de energía libre de carbón, como por ejemplo la energía solar o nuclear, y CO2 reciclado del syngas [Green Car Congress, 2005]. El proceso H2CAR presenta ciertas ventajas en relación con BTL, entre las cuales se pueden mencionar [Green Car Congress, 2005]: El CO2 es aprovechado en el mismo proceso Consume aproximadamente un 40% de la biomasa utilizada con otros métodos, entregando la misma cantidad de biocombustible Por esto mismo, el impacto en los cultivos es mucho más bajo. El líquido sintetizado almacena hidrógeno en un sistema de circuito abierto. La adición de átomos de hidrógeno a los del carbono proveniente de la biomasa, provee un método de almacenamiento de alta densidad para cantidad masivas de hidrógeno. En una base de átomo de carbono, la energía contenida en el líquido es muy mayor que en el carbono o biomasa solos. La configuración propuesta para el proceso H2CAR se muestra en la Fig. 3.16: Fig. 3.16: Configuración propuesta para el proceso H2CAR [Green Car Congress, 2005]. 54 En la tabla 3.4 se observa que el método convencional requiere más del doble de la superficie de biomasa con respecto al método H2CAR; sin embargo, éste último necesita grandes cantidades de hidrógeno, cuyo almacenamiento y manejo incrementa los costos y riesgos. Tabla 3.4: Fischer-Tropsch vrs H2CAR. Adaptado de Green Car Congreso [2005] 3.3 Biocombustibles de tercera generación El hidrógeno generalmente es referido como combustible de tercera generación. Las tecnologías del hidrógeno abarcan diversas etapas, desde la producción, el almacenamiento y la distribución de uso final en distintos campos de aplicación [Holst, 2007]. 3.3.1 Tecnologías de producción de hidrógeno. a. Método clásico El 96% de la producción industrial actual del hidrógeno se genera a partir de la conversión de hidrocarburos. Dentro de este método, existen diversos procesos para la obtención del gas de síntesis en el que se dan las reacciones principales [Botas et al., Sin fecha]: Reformado con vapor de gas natural: 55 Oxidación de fracciones petrolíferas pesadas y (gasificación) carbón: El gas de síntesis consiste en mezclas de hidrógeno, monóxido de carbono (productos principales), dióxido de carbono, vapor de agua añadido en exceso y otros productos formados en reacciones secundarias. La proporción entre los componentes varía según las materias primas utilizadas en el proceso de obtención. Sin embargo, las posteriores aplicaciones del hidrógeno exigen un alto grado de pureza, por lo que es necesario eliminar los componentes restantes [Botas et al., Sin fecha]. La figura 3.17 muestra un diagrama de bloques en el que se resume las etapas habituales del proceso global de purificación del gas de síntesis. En la última etapa se presentan dos procesos habituales: metanación y PSA (pressure swing adsorption), aunque recientemente se ha desarrollado la oxidación selectiva de CO. Figura 3.17: Etapas habituales del proceso de obtención y purificación de hidrógeno [Botas et al., sin fecha]. 56 b. Electrólisis del agua por electricidad Actualmente se pretende que el hidrógeno sustituya a los combustibles fósiles como fuente de energía, por lo que resulta lógico desligarlo completamente de dicho tipo de materias primas. Bajo este propósito se ha desarrollado un proceso alternativo, mediante electrólisis del agua, el cual representa un 4% de la producción mundial de hidrógeno [Botas et al., Sin fecha]. En este proceso se utilizan principalmente electrolizadores alcalinos, cuyo electrolito es una disolución alcalina, generalmente de hidróxido de potasio. Las reacciones que tienen lugar en dicho sistema son las que se muestran a continuación [Botas et al., Sin fecha]: Las investigaciones se dirigen a electrolizadores halogenados y de membrana de intercambio protónico y métodos electrolíticos no convencionales como la electrolisis de vapor a alta temperatura, 900 a 1000 °C. Esta última tiene la ventaja de proporcionar la energía de reacción necesaria en forma de calor y electricidad [Botas et al., Sin fecha]. E.E.U.U ha impulsado investigaciones sobre la producción fotoelectroquímica, cuyo sistema es capaz de dividir la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno, usando únicamente luz solar. Este sistema, a diferencia del los sistemas fotovoltaicos, no necesita cables o convertidores externos, ya que puede generar suficiente voltaje para descomponer el agua [Botas et al., Sin fecha]. c. Gasificación de biomasa con posterior conversión Debido a su carácter de renovable, la biomasa es una de las fuentes más prometedoras para la obtención de hidrógeno. Este método se basa en la gasificación de biomasa combinada 57 con conversión a través de desplazamiento de monóxido de carbono, tal y como se muestra a continuación [Botas et al., Sin fecha]: Los desafíos y ventajas de cada tecnología son muy distintos en términos de costo, seguridad de abastecimiento y emisiones de gases de efecto de invernadero. La tabla 3.5 indica algunas de dichas repercusiones [Holst, 2007]: Tabla 3.5: Repercusiones de las distintas tecnologías de producción de hidrógeno [Holst, 2007] d. Otros métodos en desarrollo Determinadas algas y bacterias fotosintéticas pueden producir hidrógeno bajo ciertas condiciones. Los pigmentos en las algas absorben la energía del sol y las enzimas de la célula actúan como catalizadores para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno [Botas et al., Sin fecha]. Otro método en desarrollo son los ciclos termoquímicos, los cuales combinan una serie de reacciones químicas a altas temperaturas que producen la rotura de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno. Este método ha alcanzado eficacias de alrededor del 40%. Entre las posibles combinaciones, las más eficientes son las que se muestra a continuación [Botas et al., Sin fecha]: 58 3.3.2 Tecnologías de almacenamiento El uso del hidrógeno como fuente de energía se logrará a medida su transporte y almacenamiento sean de forma económica. Esto representa un cambio considerable con respecto al transporte y almacenamiento de los combustibles fósiles, debido a la baja densidad energética del gas. Por lo tanto, para aplicaciones móviles, el reto técnico es almacenar el suficiente hidrógeno requerido para un intervalo de conducción convencional. Para aplicaciones fijas, las limitaciones de peso y volumen son menores [Holst, 2007]. En la actualidad las tecnologías de almacenamiento ofrecen las siguientes opciones: hidrógeno comprimido, hidrógeno líquido, combinación química (hidruros metálicos) y almacenamiento por adsorción en sólidos porosos [Holst, 2007]. a. Almacenamiento en forma gaseosa Algunas aplicaciones del hidrógeno requieren que se encuentre en estado gaseoso. La forma más simple para su almacenamiento es a presiones altas, superiores a 20 MPa. Sin embargo, este tipo de almacenamiento requiere que los depósitos sean pesados y voluminosos, además de un proceso de compresión del gas con un alto costo; por lo que no resulta competitivo frente al empleo de otros combustibles [Botas et al., Sin fecha]. 59 b. Almacenamiento en forma líquida La opción de almacenamiento de hidrógeno en estado líquido demanda recipientes criogénicos y alcanzar temperaturas de almacenamiento muy bajas de hasta 21.2 K, lo que resulta en un consumo energético de aproximadamente el 30% de la energía almacenada. Este factor, así como la inevitable pérdida por volatilización, incluso empleando las mejores técnicas de aislamiento, hace que esta opción resulte inviable en la práctica desde un punto de vista económico [Botas et al., Sin fecha]. c. Combinación química (hidruros metálicos) El hidrógeno puede ser almacenado mediante la formación de hidruros metálicos. Estos hidruros se forman mediante la reacción de diversos metales de transición, y sus aleaciones, con hidrógeno. El hidrógeno es absorbido en la estructura metálica y puede ser desorbido gracias a pequeñas variaciones de presión. Esta alternativa presenta un serio problema relacionado con el elevado peso del sistema de almacenamiento, debido a los bajos niveles de retención de hidrógeno que se obtienen, menores al 2% o a temperaturas inferiores a 423 K [Botas et al., Sin fecha]. d. Adsorción en sólidos porosos (nanoestructuras de carbono) Esta opción plantea el almacenamiento de hidrógeno mediante su adsorción en un sólido poroso. Este método presentaría la ventaja de un manejo más seguro y sencillo del gas, así como la reducción de la presión necesaria para su almacenamiento. En la actualidad se estudia la adsorción en nanoestructuras de carbono con elevada superficie específica [Botas et al., Sin fecha]. Se considera que la técnica de almacenar hidrógeno en hidruros metálicos es la más prometedora en el campo de transporte, pero los productos siguen siendo demasiado pesados y caros, y se deterioran a lo largo del tiempo. Por su parte, el hidrógeno líquido tiene mejor densidad de energía que el gas comprimido, debido a las bajas temperaturas que pueden llegar a los 20 K. Además debe mejorarse la eficacia del aislamiento y las pérdidas por evaporación [Holst, 2007]. 60 CAPÍTULO 4: 4.1 ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD DE LAS TECNOLOGÍAS La realidad nacional El entorno energético mundial ejerce una gran influencia en la realidad nacional. En los últimos años, el precio internacional del barril de crudo se ha triplicado, impactando en la factura petrolera del país, así como en la economía de los consumidores. Este ambiente de altos e inestables precios del petróleo ha provocado una reflexión a nivel nacional y mundial sobre la capacidad de abastecimiento en el mediano plazo. Además del impacto económico, están los cada vez más evidentes efectos ambientales de la contaminación, producto de la emisión de combustibles fósiles [Rivas y Rovira, 2007]. Pese a los esfuerzos de los países desarrollados, el mundo es todavía altamente dependiente del petróleo, y como muestra de ello, se ha determinado que el petróleo abarca un 40% del consumo energético mundial, el carbón un 26%, el gas natural 24%, la energía nuclear 7% y la hidráulica un 3% [Rivas y Rovira, 2007]. A nivel nacional, la demanda por energía muestra un claro carácter creciente. Con el objetivo de dimensionar las necesidades de energía en los próximos trece años, se han desarrollado diferentes escenarios basados en su comportamiento pasado y en expectativas del desempeño de las variables económicas, demográficas y de precio de energía. Estas proyecciones no contemplan cambios que pudiesen darse en las políticas de energía y medio ambiente de El Salvador que pudieran alterar las tendencias del consumo [Rivas y Rovira, 2007]. Para la proyección base, se asumió que El Salvador tendría un crecimiento del Producto Interno Bruto (PIB) del 3% anual, y que los precios de energía crecerían en un 1% por año. La tabla 4.1 resume los supuestos utilizados y escenarios alternos de proyección; así como las proyecciones de demanda resultantes correspondientes a cada escenario [Rivas y Rovira, 2007]. 61 Tabla 4.1: Supuestos Clave de Proyección – Escenarios Alternos [Rivas y Rovira, 2007]. Según estos cálculos, la Demanda Total de Energía crecerá a 3% para el escenario base, 6%, 4% y 2% para los escenarios de alto, moderado, y bajo crecimiento, respectivamente [Rivas y Rovira, 2007]. Ante esta realidad y por el problema de abastecimiento de largo plazo del petróleo, los países importadores netos como El Salvador, necesitan idear estrategias para reducir la participación de los combustibles fósiles en la matriz energética. El acceso confiable a los servicios de energía por parte de los diferentes sectores de la sociedad es una condición esencial para el desarrollo y el crecimiento económico a largo plazo [Harem, 2007]. Es necesario estar concientes que el desarrollo de los biocombustibles no necesariamente implicará una disminución en los gastos por consumo energético, por lo menos no a corto plazo. Tal y como se mencionó con anterioridad, el hecho de que estos no estén subsidiados y la complejidad de ciertos procesos utilizados en su producción, hacen que los precios se mantengan iguales o mayores a los del crudo. La Política Energética diagnostica la situación energética actual y las proyecciones de demanda a futuro, e identifica medidas factibles de ser implementadas a corto, mediano y 62 largo plazo con el objetivo de contribuir a aumentar las fuentes de suministro energético del país [Rivas y Rovira, 2007]. Sin embargo, hacer frente a los desafíos que enfrenta El Salvador en materia energética exige un esfuerzo unificado de los diferentes sectores de la sociedad. Por lo que es importante analizar el marco institucional en el que actualmente se diseñan las políticas energéticas [Rivas y Rovira, 2007]. El Ministerio de Economía es el ente estatal a cargo de diseñar las estrategias del país correspondientes a materia energética. Su estructura organizativa cuenta con dos direcciones: La Dirección de Energía Eléctrica y la Dirección de Hidrocarburos y Minas [Rivas y Rovira, 2007]. La Dirección de Hidrocarburos es la encargada de elaborar y aprobar las políticas del Sector: importación, transporte, distribución y comercialización. Las actividades de comercialización se rigen por la Ley Reguladora del Depósito, Transporte y Distribución de Productos de Petróleo, establecida en 1970. Sin embargo, en el presente no existe regulación de precios en el sector, con excepción del gas licuado de petróleo (GLP), cuyo precio está regulado por estar sujeto a un subsidio Estatal [Rivas y Rovira, 2007]. Debido a la crisis de precios del petróleo en el mercado internacional, en Julio del 2005 se formó la Comisión Nacional de Emergencia para Atender los Altos Precios del Petróleo, la cual en el 2006 se juramentaría como el Consejo Nacional de Energía (CNE). Esta comisión, de carácter público-privada, tiene la tarea de analizar la situación energética y las propuestas del Gobierno, además de recomendar la incorporación de nuevas acciones. Es así como se promovió el establecimiento de horarios de trabajo escalonados para reducir el tráfico vehicular, medida que sigue vigente hasta la fecha [Rivas y Rovira, 2007]. La Política Energética de El Salvador tiene como objetivos generales [Rivas y Rovira, 2007]: Asegurar un abastecimiento oportuno, continuo, de calidad y a precios razonables. 63 Reducir la vulnerabilidad en el aprovisionamiento de energía, diversificando las fuentes de energía del país. Minimizar los impactos ambientales. Ampliar la cobertura de los servicios de energía a la población y los sectores económicos. Uno de los principales lineamientos estratégicos de dicha política, con el fin de reducir la dependencia de factores externos, es la diversificación e incremento de las fuentes de energía, principalmente a través de la energía renovable, como la hidráulica, geotérmica, solar, eólica y biocombustibles, entre otros; así como con el carbón mineral y el gas natural, compatibles con el medio ambiente [Rivas y Rovira, 2007]. A partir de estudios realizados, en los próximos 10 años se prevé un incremento de 50 MW adicionales en la generación de energía con recursos renovables. Para lo cual, se han iniciado diversas acciones, entre la cuales está la Ley de Incentivos Fiscales para Energías Renovables. Esta ley otorgará incentivos fiscales con el objetivo de hacer rentable pequeños proyectos de hasta 20 MW de capacidad [Ayala, 2007]. Además, el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) incentiva la ejecución de proyectos de energías renovables, a través de la venta de certificados de carbono, lo que representa un ingreso adicional para nuevos proyectos de energías renovables [Ayala, 2007]. La estrategia de diversificación en el sector de hidrocarburos se está trabajando en dos partes [Rivas y Rovira, 2007]: Utilización de combustibles Fósiles Alternativos, a través del establecimiento de un marco legal que permita el uso de GLP como combustible para automotores y la introducción del gas natural a la matriz energética del país. Promoción y uso de biocombustibles, estableciendo el marco legal y las condiciones que promuevan la producción y el uso de combustibles alternativos como biodiesel y etanol, utilizando principalmente materias primas nacionales o regionales. 64 Las condiciones requeridas para la promoción del biodiesel son: crear el mercado por medio de una ley de mezcla de biodiesel con el diesel convencional, organizar la producción de materia prima, financiamiento y facilitar el establecimiento de convenios de compra del biodiesel [Haylem, 2007]. En la medida en que se planifique de manera integral, se lograrán los resultados deseados. Esto implica, apoyo y participación de parte del Estado, como por ejemplo, subsidiar el uso de estos combustibles alternos, promover y apoyar nuevos proyectos de investigación y desarrollo; así como el establecimiento de una reglamentación adecuada para la producción, comercialización y uso de estos. Es importante recordar, tal y como se mencionó anteriormente, que los biocombustibles podrían ser una alternativa muy útil para diversificar la matriz energética, y por lo tanto, reducir la dependencia del petróleo, así como también combatir los problemas ambientales e impulsar la reactivación del agro, considerando que hay una disponibilidad de más de 400,000 manzanas de tierra ociosa en El Salvador [Haylem, 2007]. Esto, siempre y cuando, su producción y uso se haga de manera planificada y regulada. Esto implica educar a las nuevas generaciones con respecto al tipo de consumo energético, pues una demanda energética indiscriminada no solo no solucionará los problemas antes mencionados, sino que además, podría traer nuevos problemas como el aumento en los precios de la canasta básica y una mayor deforestación que la que actualmente enfrenta El Salvador. Hasta la fecha se están desarrollando algunos esfuerzos en estos campos: El Ministerio de Agricultura está desarrollando parcelas demostrativas con cultivos nativos como el higuerillo y el tempate; así como también llevando a cabo estudios de factibilidad técnica y económica para determinar el potencial del país en la producción de biodiesel a partir de estos cultivos. Todo esto con el objetivo de a mediano y largo plazo, producir la materia prima competitivamente. A corto plazo se tiene como opciones de materia prima la utilización de aceites provenientes de frituras, así como la importación de aceites, grasas vegetales y animales [Haylem, 2007]. Se ha apoyado el establecimiento de una planta laboratorio piloto a nivel experimental en la zona Oriental del país con el objetivo de obtener información que permita 65 determinar la viabilidad técnica y las características del biodiesel producido a partir de diferentes cultivos nativos y otros aceites disponibles en el mercado [Rivas y Rovira, 2007]. Con la finalidad de apoyar el nacimiento de esta nueva industria en el país se ha invertido en la primera planta industrial de biodiesel del país, Bio Energía S.A., la cual tiene una capacidad máxima instalada de producción de 25,000 gal/día, equivalente a cerca del 5% del consumo actual de diesel en el país. Esta planta demanda anualmente 24,375 toneladas de aceite vegetal, el cual se adquiere con un precio de compra de referencia de $550 por tonelada. Además, cuenta con un potencial de expansión de 45,000 galones diarios [Haylem, 2007]. 4.2 Biodiesel como combustible alterno En la obtención del biodiesel, el rango de materias primas es bien amplio, ya que cualquier triglicérido, ya sea de origen animal o vegetal, puede utilizarse. Esto implica que la oferta de biodiesel está estrechamente vinculada a la producción de materias primas derivadas del sector agropecuario, muchas veces destinadas al sector alimenticio, lo cual podría comprometer su disponibilidad. El aceite usado también puede utilizarse, lo cual puede contribuir a reducir costos en materia prima, además de brindar la ventaja de reutilizar un material de desecho que en la actualidad es causante de contaminación de ríos y suelos. Por otro lado, su utilización, requiere de una logística de recolección y almacenamiento en gran cantidad de puntos, lo cual puede incrementar los costos y todo ello con un aporte de materia prima muy reducido [Sánchez-Macías, 2006]. Además, el uso de aceites reciclados como materia prima, requiere de procesos adicionales destinados a la limpieza de los mismos, por contener cantidades de agua y otros compuestos que interfieren con el rendimiento y calidad del producto. El hecho de utilizar biomasa en la producción del biodiesel, contribuye a que las emisiones de CO2 se neutralicen y al final sean significativamente inferiores frente a las del gasóleo tradicional, pudiendo suponer una reducción de más de un 30%. 66 Su carácter biodegradable elimina importantes riesgos derivados de la manipulación y transporte. Se estima, aproximadamente, que el biodiesel se degrada en 30 días, lo que implica que los derrames de este combustible en las aguas de ríos y mares resultan menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los de los combustibles fósiles o de aceites usados [Sánchez M., 2006]. Por otro lado, su facilidad para degradarse, requiere que su manipulación y forma de almacenamiento sea cuidadosa. El biodiesel no debe almacenarse por largos períodos; este debe ser consumido a la mayor brevedad posible para evitar su degradación. El parecido que guarda el biodiesel con el diesel tradicional, permite emplearlo en elevadas concentraciones e incluso puro en la mayoría de los motores diesel, sin necesidad de adaptación previa [Sánchez M., 2006]. 4.3 Biodiesel de primera generación Los procesos utilizados para obtener biodiesel de primera generación utilizan generalmente metanol como alcohol, aunque también se utiliza etanol, propanol o butanol; e hidróxido de sodio o potasio como catalizador. Estos insumos son comunes en el mercado local y su costo no es alto [Coronado G., 2006]. Esta tecnología permite producción a pequeña, mediana y gran escala, por lo tanto, los costos productivos dependerá del tamaño, del equipo y de la materia prima a utilizar [Coronado G., 2006]. Los requerimientos tanto de temperatura como de presión del reactor en el que se lleva a cabo la esterificación no son exigentes, utilizandose una temperatura alrededor de 60°C y una presión de 1.4 bares. [Sánchez-Macías, 2006] El proceso de transesterificación permite obtener subproductos como la glicerina o residuos secos de semilla que son destinados a la producción de harinas valoradas en la cadena alimenticia animal. La glicerina de alta pureza es cotizada en la industria farmacéutica y cosmética, sin embargo, el exceso de oferta debido a la producción de biodiesel ha disminuido su precio en el mercado, incrementando al mismo tiempo, el costo neto del proceso de producción de métil éster. Sin embargo, la comercialización de estos 67 subproductos puede contribuir a lograr un proceso más atractivo económicamente [Coronado G., Fabrizio L., Patiño G., Pereyra L., Riba E. y Roussel F., 2006]. El proceso de producción requiere de procesos de limpieza y purificación, pues las impurezas, humedad, restos y residuos procedentes de la reacción afectan el rendimiento y la calidad del producto, por lo tanto, debe estimarse que se tendrá costos extras debido a estas operaciones [Coronado G., Fabrizio L., Patiño G., Pereyra L., Riba E. y Roussel F., 2006] 4.4 Biodiesel de segunda generación Esta tecnología permite utilizar una gran variedad de materia prima. Si se utiliza cultivos alimenticios o energéticos, los rendimientos son mayores que en el caso de la tecnología de primera generación, pues no utiliza ciertas partes de la planta, sino que se aprovecha toda. Esto hace que se requiera menos área cultivada por unidad producida [USDA, 2005]. Dynamotive Energy Systems Corporation ha estimado que procesando 200 ton/día de aserrín se puede producir el equivalente energético a 500 bboe/día de bio oil (1 ton de biomasa=2,2 bbbo) [IICA ,2005]. Adicionalmente, permite utilizar cualquier material orgánico, por ejemplo grasas animales y aceites vegetales, desechos forestales como madera, paja y partes de las plantas que no son aprovechadas; así como desechos urbanos entre los que se incluye basura y lodos provenientes de la alcantarilla. El tipo de materia prima a utilizar es una de las variantes que determina la viabilidad económica de esta tecnología. El hecho de que se pueda utilizar desechos forestales o urbanos permite abaratar los costos, además de constituir una solución ambiental al manejo y disposición de los mismos. Además, puede también utilizarse aceite vegetal y grasa animal que al ser procesadas por un proceso convencional de hidrogenación produce un BTL de alta calidad con una inversión más baja pero mayores costos en materia prima [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. Por otro lado, el tipo de materia prima a utilizar puede requerir pretratamientos especiales y operaciones adicionales de limpieza. 68 Los costos también dependerán del proceso necesario para la purificación del gas de síntesis y de los procesos termoquimicos para la licuefacción a los que se debe someter la materia prima [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. El proceso H2CAR requiere de una fuente abundante de hidrógeno, por lo que deberá considerarse los costos relacionados con el manejo seguro del mismo [Green Car Congress, 2005]. Es necesario tomar en cuenta los procesos y productos patentados, como lo es el caso del bio oil, biodiesel de segunda generación desarrollado por Dynamotive Energy Systems Corporation. El presidente de esta corporación, expresó que un millón de btu producido con bio oil cuesta $6 dólares, mientras que si se utiliza gas natural el costo de producción oscila entre $7.5 y $8.5 dólares; y se estima que el costo final de este combustible de uso industrial es entre un 10 y un 20% más bajo que el resto de los disponibles en el mercado [IICA ,2005]. Las emisiones de CO2 dependerá del tipo de fuente de energía de conversión que sea utilice. El proceso de cultivo, de ser necesario, seria menos intensivo que los cultivos agrícolas ordinarios, lo cual contribuiría a disminuir las emisiones de gases invernadero. En general, se estima que las emisiones de CO2 son un 90% más bajas [Comisión de las Comunidades Europeas, 2005]. El H2CAR consume aproximadamente un 40% de la biomasa utilizada con otros métodos, para lograr las mismas cantidades de biocombustible [California Energy Commission, 2005]. La tecnología de segunda generación produce un biodiesel de alta eficiencia y mucho más limpio que los otros tipos. Son básicamente libres de sulfuros y compuestos aromáticos, disminuyendo el problema de lluvias ácidas, así como riesgos de cáncer [USDA, 2005] El hecho de usar biomasa en un gasificador hace que se requiera de operaciones especiales de alimentación y pretratamiento de las corrientes, las cuales incrementan los costos de producción [Green Car Congress, 2005]. 69 En base a la tabla 3.4 que se presenta en el capítulo 3, se compara el proceso convencional y el H2CAR para la tecnología de segunda generación. Esta muestra que el H2CAR requiere menos de la mitad de superficie de cultivo que el convencional BTL. Por otro lado, al aprovechar dentro del mismo proceso el CO2 producido presenta una mayor eficiencia de carbono y es más de un 20% más eficiente energéticamente hablando [California Energy Commission, 2005]. 4.5 Biocombustibles de tercera generación La tecnología de tercera generación con la cual se obtiene hidrógeno, el cual se está empezando a utilizar más como biocombustible, permite utilizar diferentes fuentes de energía, entre las cuales se puede mencionar los combustibles fósiles, energías renovables y nucleares. La mayoría de los procesos utilizados son muy costosos y están en vías de investigación y desarrollo, lo cual no permite, por el momento, producir cantidades industriales de biocombustible [Botas et al., sin fecha]. Además, actualmente, la producción de hidrógeno está muy ligada a los hidrocarburos, por lo tanto, no se soluciona el problema de la dependencia al petróleo [Comisión Europea, 2007] Además, debe asociarse a la producción de hidrógeno, la compra de patentes. A nivel mundial las patentes relacionadas con la producción, distribución y almacenamiento de hidrógeno y con las pilas de combustible; son lideradas por Japón en un 33%, seguido de por los Estados Unidos con un 30% y Alemania con un 18% [Holst, 2007]. Las distintas aplicaciones de hidrógeno requieren un alto grado de pureza, por lo que es necesario eliminar los componentes restantes haciendo uso de operaciones adicionales de purificación y limpieza. Entre los compuestos que se remueve se encuentra el dióxido de carbono, por lo que tiene un impacto neutro-moderado en las emisiones de gases del efecto invernadero [Holst, 2007]. Sin embargo, la tecnología de pilas de combustible no presenta este problema porque genera agua como único residuo [Botas et al., sin fecha] Es importante recordar que el hidrógeno es un compuesto altamente inflamable y potencialmente explosivo si entra en contacto con el oxígeno del aire. Esto hace que las operaciones de manejo, almacenamiento y transporte seguro tengan costos elevados. 70 Además, sería necesario adoptar normativas de seguridad específicas diferentes a las que se aplican en la actualidad con los combustibles utilizados por el momento [Botas et al., sin fecha]. 71 CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Los biocombustibles pueden ayudar a reducir las emisiones de los gases del efecto invernadero provenientes del sector transporte, aunque en algunos casos únicamente en una pequeña proporción; además, permiten incrementar la seguridad del suministro energético, así como impulsar la diversificación y desarrollo del sector agrícola y las industrias asociadas a éste. Es por esto que existe un interés político global en convertir a la biomasa en parte del suministro energético del sector de transporte dentro los próximos 10 a 20 años. En la actualidad, una sustitución total del combustible fósil por biodiesel resulta en una utopía. Una sustitución total sería agrícolamente imposible, pues la extensión de tierra necesaria para cultivar la materia prima destinada a la producción del biocombustible sería tan grande que pondría en riesgo y hasta podría llegar a desplazar a los cultivos con fines alimenticios. Además, hoy por hoy, la obtención de materia prima representa los principales costos en el proceso de obtención de biodiesel. Los biocombustibles en general podrían ayudar a mitigar el alza e inestabilidad en los precios del petróleo, mas no representan una alternativa para eliminar dicha crisis, especialmente si la demanda energética sigue manteniendo su crecimiento acelerado; los biocombustibles, son entonces, un recurso de transición. El Salvador cuenta con una variada selección de materias primas que pueden utilizarse en la obtención del biodiesel, lo cual hace de éste un proyecto ambicioso e interesante. Esto ayudaría a reactivar el sector agrícola, permitiendo aprovechar tierras que actualmente no cumplen con los requisitos para los cultivos alimenticios, pero que pueden servir para los cultivos energéticos. Sin embargo, el desarrollo, tanto de la producción como del mercado nacional para el biodiesel, no será posible sin acciones como las siguientes: La inversión en proyectos de investigación y desarrollo sobre los biocombustibles y sus respectivos procesos de obtención. Esto permitirá que El Salvador esté lo suficientemente preparado para asumir el reto y comenzar a posicionarse dentro de esta nueva industria. 73 Asignación de subsidio a los biocombustibles, de tal manera que permita disminuir el costo del consumo energético, y así, empezar a sustituir parcialmente los combustibles fósiles. Formulación de una regulación adecuada que permita su desarrollo equilibrado, y de esta manera, no ocasionar más daños ambientales de los que se enfrentan en la actualidad ni afectar al sector alimenticio. La mayoría de los biocombustibles de primera generación son obtenidos a través de procesos ya muy bien adoptados por la industria de los países desarrollados, pero aún en vías de adaptación en países subdesarrollados como lo es el caso de El Salvador. La materia prima para dichos procesos proviene de la actividad agrícola y el procesamiento de alimentos. Esta materia prima incluye aceites vegetales, grasas animales y aceite de frituras. Por lo tanto, el potencial de los biocombustibles de primera generación de contribuir con la demanda de combustibles renovables estará limitado por las variedades de cosechas, clima y demanda nutricional actual y futura. La tecnología de segunda generación es aplicable en El Salvador a mediano o largo plazo. Aunque ya existen plantas de producción en ciertos países industrializados, y este biodiesel ya está comercializándose, sus procesos aún están en investigación y desarrollo. Esta tecnología posee la ventaja de aprovechar toda la planta, por lo tanto, el rendimiento es mayor, requiriendo un cultivo energético menos intensivo, y a su vez permitiendo que países con escasos recursos territoriales tengan una opción para entrar en este nuevo mercado. Además, también permite utilizar desechos orgánicos en la obtención del biodiesel, por lo que constituye una solución a la disposición inadecuada que se les da a los mismo. Esta amplia variedad de materias primas permite abaratar costos; sin embargo, la inversión en equipo, los requerimientos de los procesos y pretratamientos de las corrientes de alimentación y las operaciones de limpieza, las cuales dependen del tipo de materia prima, hacen que la inversión pueda incrementarse a niveles no sostenibles por el país. Además muchos de los procesos de segunda generación están registrados bajo patentes, lo que incrementa sus costos. Por otro lado, las condiciones de temperatura y presión que requieren los procesos son elevadas, y por lo tanto, su implementación es más riesgosa y el consumo energético es más alto. 74 La tercera generación de biocombustibles actualmente no representa una opción viable, tanto a nivel mundial como nacional, aunque eventualmente podría llegar a serlo. Los biocombustibles de tercera generación se basan en tecnologías que aún no han sido totalmente investigadas, desarrolladas y mucho menos comercializadas. Estas requerirán nuevos equipos e infraestructuras, estudio de las formas más seguras y convenientes de la manipulación del hidrógeno, incluyendo cadenas de distribución, estaciones de abastecimiento, y transporte. Sin lugar a duda necesitarán apoyo técnico y político durante su introducción y acogida por parte de los consumidores. La transición a una era del hidrógeno deberá ser gradual y muy bien planificada. 75 CAPÍTULO 6: RECOMENDACIONES Un estudio detallado que proyecte las necesidades energéticas actuales, a corto y mediano plazo, combinado con un análisis sobre la capacidad con que cuenta el sector agropecuario y la tecnología disponible, podría ayudar a determinar si El Salvador es capaz de satisfacer la demanda esperada. Adicionalmente, se deben estudiar las opciones de diversificación de cultivos y las oportunidades de reactivación del agro, para definir qué materia prima es más conveniente para el país. Generar la materia prima destinada a la obtención del biodiesel, permitirá abaratar costos y reducir la cantidad de importaciones, volviéndose las tecnologías de primera y segunda generación, aplicables en el país en un futuro más cercano. Además, determinando qué cultivos son aplicables en El Salvador y cuáles son los requerimientos respecto a la calidad de tierra, brinda la oportunidad de aprovechar más eficientemente aquellas tierras no aplicables para cultivos alimenticios y que están en el abandono, pero que talvez pueden funcionar para los cultivos energéticos. Para lograr producir un porcentaje significativo de biodiesel y poder ingresar, de manera más competitiva, al mercado generado por esta nueva industria de los cultivos energéticos, es conveniente establecer alianzas con universidades y con otros países de la región, de tal manera que se hagan negociaciones como bloque. Esto permitirá una producción del biodiesel en un porcentaje más significativo; además, de brindar la oportunidad de intercambiar experiencias y conocimientos que ayuden a mejorar procesos de producción. La producción y uso de biocombustibles se plantea como una alternativa con la que se puede lograr muchos beneficios, como por ejemplo, la disminución, tanto de la dependencia energética del petróleo, como de ciertos problemas ambientales que se enfrentan en la actualidad. Por ejemplo, contribuyen a la reducción de las emisiones de los gases del efecto invernadero y otros contaminantes; además de la posibilidad de aprovechar como materia prima, aquellos desechos orgánicos cuya disposición, en la actualidad, resulta inadecuada. Pero para obtener los resultados deseados y que sea una alternativa duradera, 77 se debe contar con trabajo en equipo entre el Estado y la empresa privada, de tal manera que se impulsen y desarrollen proyectos de investigación que permitan que El Salvador se posicione en este mercado. Adicionalmente, es necesario formular políticas regulatorias adecuadas que sirvan de apoyo para este tipo de proyectos pero asegurándose de que el sector alimenticio no se vea afectado ni se incremente el deterioro ambiental 78 GLOSARIO Anhidro: Proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material. En química, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido. Ácidos : Sustancia que al disociarse produce iones hidrógeno en disolución acuosa. Ácidos grasos: Unidades básicas de la mayoría de los lípidos que consisten en moléculas formadas por un larga cadena hidrocarbonada con un número par de átomos de carbono (12-22) y un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto de fusión. Los ácidos grasos se dividen en saturados e insaturados. Alcoholes: Grupo de compuestos químicos que resultan de la sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno (H) por grupos hidroxilo (-OH) en los hidrocarburos saturados o no saturados. Aldehídos: Compuestos orgánicos caracterizados por poseer el grupo funcional -CHO. Alquitrán: Sustancia bituminosa, grasa, oscura y de olor fuerte, que se obtiene de la destilación de ciertas materias orgánicas, principalmente de la hulla, turba, carbón, huesos y de algunas maderas resinosas. 79 También se utiliza como combustible. Anhidro: Sin agua. Azúcares: Diferentes monosacáridos, disacáridos, y polisacáridos, que generalmente tienen sabor dulce, aunque por extensión se refiere a todos los hidratos de carbono. Biocombustibles: Cualquier tipo de combustible que se derive de la biomasa organismos recientemente vivos o sus desechos metabólicos, tales como el estiércol de la vaca. Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón. Biodegradabilidad: Característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (por respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos. La biodegradación puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. Bioenergías: Energía obtenida a partir de la biomasa. Biomasa: Materia orgánica de origen vegetal o animal que puede convertirse a energía. Algunas aplicaciones bien conocidas de la biomasa incluyen la conversión de leña y residuos agrícolas y forestales por combustión directa para producir calor, vapor y/o electricidad, la conversión de caña de azúcar y granos por fermentación para producir alcohol combustible, la conversión de desechos orgánicos por biometanación para producir metano y bióxido de carbono 80 (biogás), la conversión de residuos agrícolas y madereros a combustibles líquidos, sólidos y gaseosos por medio de procesos termoquímicos, y la producción de aceites vegetales que pueden emplearse como sustitutos del diesel. Catalizador: Sustancia, compuesto o elemento capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado durante la reacción. Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química, sino que sólo permiten que se alcance el equilibrio con mayor o menor velocidad. Si el catalizador y el reactivo están en una misma fase, es homogéneo. Si el catalizador y el reactivo se encuentran en distintas fases, es heterogéneo. Combustión: Reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido. Esta es una reacción exotérmica debido a que su descomposición en los elementos libera calor al quemar y luz al arder. Es la combinación rápida de un material con el oxígeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía térmica y energía luminosa. Compuestos Derivados del almidón. amiláceos: Compuestos El benceno y los compuestos de comportamiento químico similar. aromáticos: La molécula bencénica es un anillo de un tipo muy especial. Hay ciertos compuestos, también anulares, que parecen diferir estructuralmente del benceno y sin embargo se comportan de manera similar. Resulta que estos compuestos se parecen 81 estructuralmente al benceno, en su estructura electrónica básica, por lo que también son aromáticos. Compuestos Compuestos cuya base es la celulosa, un homopolisacárido (es celulósicos: decir, compuesto de un único tipo de monómero) rígido, insoluble, que contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de glucosa. La celulosa corresponde a la biomolécula más abundante de la biomasa terrestre. Compuestos Compuestos cuya base es la hemicelulosa, un heteropolisacárido hemicelulósicos: (polisacárido compuesto por más de un tipo de monómero), formado, en este caso un tanto especial, por un conjunto heterogéneo de polisacáridos, a su vez formados por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces β (1-4), que forman una cadena lineal ramificada. Entre estos monosacáridos destacan la glucosa, la galactosa o la fructosa. Compuestos Compuestos orgánicos caracterizados por poseer como radical uno organohalogenados: o mas halógenos. COx: Óxidos de carbono. Criogénico: Fluidos que produce temperaturas muy bajas, y el cual es utilizado para almacenar productos. Desorción: Proceso contrario a la adsorción. Separación de una molécula o átomo adherido en una superficie. Destilación: Es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los 82 diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando las diferencias de volatilidades de los compuestos a separar. Efecto Fenómeno por el que determinados gases componentes de una Invernadero: atmósfera planetaria retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar. Afecta a todos los cuerpos planetarios dotados de atmósfera. El efecto invernadero se está viendo acentuado en la Tierra por la emisión de ciertos gases, como el dióxido de carbono y el metano, debida a la actividad económica humana. Este fenómeno evita que la energía del Sol recibida constantemente por la Tierra vuelva inmediatamente al espacio, produciendo a escala planetaria un efecto similar al observado en un invernadero. Electrodo Conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, etc. Electrólisis: Descomposición de una sustancia en disolución mediante la corriente eléctrica. Electrolito: Sustancia que se somete a la electrólisis. Ésteres: Es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un oxácido y un alcohol. Comúnmente cuando se habla de ésteres se hace alusión a los ésteres de ácidos carboxílicos, substancias cuya estructura es R-COOR', donde R y R' son grupos alquilo. Sin embargo, se pueden formar en principio ésteres de prácticamente todos los oxácidos. 83 Esterificación: Proceso por el cual se sintetiza un éster. ETBE: Aditivo oxigenado de la gasolina que mejora el octanaje y es miscible en esta en todas condiciones. Éteres: Grupo funcional del tipo R-O-R', en donde R y R' son grupos que contienen átomos de carbono, estando el átomo de oxígeno unido Fermentación: Desasimilación anaeróbica de compuestos orgánicos por la acción de microorganismos u otras células o de extractos celulares. Son un conjunto de reacciones bioquímicas a través de las cuales una sustancia orgánica se transforma en otras por acción de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias, células de levadura), que en general van acompañadas de un desprendimiento gaseoso y de un efecto calorífico. Gasificación: Proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (residuo orgánico) es transformado en un gas combustible de bajo poder calorífico, mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada en presencia de un agente gasificante (aire, oxígeno y/o vapor de agua). Genoma: Material genético contenido en las células de un organismo en particular. Híbrido: Descendiente del cruce entre especies, géneros o, en casos raros, familias, distintas. Como definición más imprecisa puede considerarse también un híbrido aquel que procede del cruce entre progenitores de subespecies distintas o variedades de una especie. 84 Hidrocarburos: Compuestos bioquímicos formados únicamente por carbono e hidrógeno. Consisten en un armazón de carbono al que se unen átomos de hidrógeno. Forman el esqueleto de la materia orgánica. Hidrófilo: Comportamiento de toda molécula que tiene afinidad por el agua. En una disolución o coloide, las partículas hidrófilas tienden a acercarse y mantener contacto con el agua. Hidrogenación: Tipo de reacción química (redox) cuyo resultado final visible es la adición de hidrógeno (H2) a otro compuesto. Los objetivos habituales de esta reacción son compuestos orgánicos insaturados, como alquenos, alquinos, cetonas, nitrilos, y aminas. La mayoría de las hidrogenaciones se producen mediante la adición directa de hidrógeno diatómico bajo presión y en presencia de un catalizador. Hidróxidos: Grupo de compuestos químicos formados por un metal y uno o varios aniones hidroxilos, en lugar de oxígeno como sucede con los óxidos. Índice de acidez: Miligramos de base necesarios para neutralizar los ácidos grasos libres en una muestra. Índice de Octano: Escala que mide la resistencia que presenta un combustible (como la gasolina) a detonar prematuramente cuando es comprimida dentro del cilindro de un motor. También se denomina RON (Research Octane Number). Índice de yodo: Gramos de yodo que se adicionan a 100 g de grasa o y que mide el grado de saturación de la grasa o aceite. 85 Inflamable: Sólido, líquido o gas con capacidad de encenderse al entrar en contacto con aire. Isomerización: Redistribución de los enlaces entre los átomos de un compuesto. Lecho: Columna formada por partículas sólidas, a través de las cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser librado de algunas impurezas y sufre una caída de presión. Lecho fijo: Las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras, esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la fracción de vacío en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso. Lecho fluido: Todas las partículas son removidas por el fluido, por lo que el lecho deja de existir como tal, mientras que la porosidad tiende a uno. Lípidos: Serie compuestos que cumplen una serie de funciones en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética. Son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, aunque las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. 86 Metales de Conjunto de elementos situados en la parte central del sistema transición: periódico, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica de orbital d parcialmente llenos de electrones. Metanación: Producción de metano. Molturación: Molido. Neutralización Neutralización es la reacción entre un ácido y una base para obtener ácido-base: la sal correspondiente y agua, generalmente. NOx: Óxidos de nitrógeno. Número de cetano: Cantidad presente (porcentaje en volumen) de cetano en una mezcla de referencia con igual punto de inflamación que el carburante (hidrocarburo) sometido a prueba. Cuanto más elevado es el número de cetano, menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión. Pirólisis: Descomposición química de materia orgánica causada por el calentamiento en ausencia de oxígeno u otros reactivos, excepto posiblemente el vapor de agua. La pirólisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización. La pirólisis es un caso especial de termólisis. Poder calorífico: Cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación. Expresa la energía máxima entre un combustible y el comburente y 87 es igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas de combustible, menos la energía utilizada en la formación de nuevas moléculas en las materias (generalmente gases) formadas en la combustión. Proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos Polimerización: de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional. Presión correspondiente a cada temperatura, que permite que la fase Presión de vapor: líquida y vapor se encuentren en equilibrio dinámico. Procesos Procesos en que la velocidad de reacción se ve afectada por la enzimáticos: presencia de enzimas. Procesos Procesos en que las condiciones de trabajo superan las condiciones supercríticos: del punto crítico. Punto de Temperatura a la cual la parafina empieza a formar nube de enturbiamiento: cristales de cera. Punto de Ignición: Momento más propicio para que se inicie el encendido del combustible en un motor de combustión interna (MCI). Punto de Temperatura mínima necesaria para que un material inflamable Inflamación o flash desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en point: presencia de una fuente ígnea, para volverse a extinguir rápidamente por sí sola. 88 Reacción Reacción química que desprende calor. exotérmica: Saponificación: Reacción química entre un ácido graso (o un lípido saponificable, portador de residuos de ácidos grasos) y una base o álcali, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho ácido y la base. SOx: Óxidos de azufre Sulfuros: Compuestos a base de azufre. Superficie Relación del área del sólido por gramo. específica: Transesterificación: Proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base. Transgénicos: También llamados organismos genéticamente modificados u OGMs- son aquellos organismos a los que se les ha injertado genes de otras especies utilizando técnicas de biotecnología, para generar propiedades ajenas a su estructura natural tales como resistencia al frío, a agroquímicos o a ciertas plagas de insectos. También se introducen frecuentemente otras características, como aumento de pro-vitaminas o inclusión de vacunas. Con esta técnica se trasladan, por ejemplo, genes de una planta a otra especie de planta o a un animal y viceversa. 89 BIBLIOGRAFÍA Abatec s.a. [2002]. Biodiesel: Combustible diesel renovable. Rendimiento de Semillas oleaginos. [En línea]. Buenos Aires, Argentina [ref. 5 de Agosto de 2007]. Disponible en el sitio web: <http://biodiesel.8k.com/#seeds> Ávila Gómez, A.E. [Sin fecha]. Procesos de Transesterificación. Foro: Biocombustibles. [En línea] Colombia, Instituto Desarrollo Sostenible, IDS [ref. 12 de Mayo de 2007]. 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LOS BIOCOMBUSTIBLES Figura B.1: Proyección de producción, consumo y reservas de granos en el mundo para el año 2010 Figura B.2: Tendencia de la producción mundial de etanol B-1 Figura B.3: Reducción de los gases del efecto invernadero por la sustitución de carburante Figura B.4: Consumo de biocombustibles en la UE B-2 Figura B.5: Costo de producción de algunas biocombustibles B-3 ANEXO C. LA GASIFICACIÓN Figura C.1: Definición del proceso de Gasificación Figura C.2: Diagrama del proceso de Gasificación C-1 Figura C.3: Diferentes diseños de gasificadotes . C-2 ANEXO D. SÍNTESIS DE FISCHER-TROPSCH Figura D.1: Propiedades de biocombustibles líquidos D-1 ANEXO E. BIOCOMBUSTIBLES DE TERCERA GENERACIÓN Figura E.1: Esquema de las distintas vías de producción de hidrógeno D-2 ANEXO F. PROYECCIONES EN BASE A LA REALIDAD SALVADOREÑA Figura F.1: Proyección base de demanda total de Energía para El Salvador en el escenario base. Figura F.2: Demanda total de Energía por escenario F-1 Figura F.3: Evolución del precio internacional del petróleo Figura F.4: Consumo de biodiesel, en galones, para 2005 F-2
