Aqui os dejo el tema de los bioalcoholes por si a alguien le interesa, es un trabajo que hicimos en la uni.
1. Historia y desarrollo de los bioalcoholes
Tras la crisis energética de principios de los años setenta (embargo petrolífero del año 1.973 petróleo), se propuso y se realizó a gran escala el uso de alcoholes en los motores de combustión como una alternativa a la gasolina. Pero pasada la euforia inicial, su uso decayó progresivamente y, en la actualidad, se proponen como aditivo de la gasolina y no como sustitutivos de ésta.
El uso de alcoholes como combustible no es completamente desconocido, pero hasta hace poco tiempo no han sido utilizados más que en pequeñas aplicaciones prácticas. Para usarlo en gran escala sería necesario que se diera una rara combinación de altos precios del petróleo a la vez que una caída de los precios de la materia prima empleada para la obtención de estos bioalcoholes.
A nivel mundial, se piensa en soluciones globales; así por ejemplo, para sustituir por metanol toda la gasolina y el gasoil empleado en locomoción en los Estados Unidos, se necesitarían unos 85 millones de hectáreas; desde luego, hoy no se puede pensar en sustituir la totalidad de este combustible, pero sí una parte del mismo.
Trasladando el estudio a España, con una sexta parte de habitantes, una utilización supuesta del 50 % en el total de motores o usos y si nuestra meta es, en principio, la sustitución del 15 % del combustible dedicado a locomoción, llegamos a una cifra de un millón de hectáreas. Se trataría, por lo tanto, del 2% de la superficie total del país, que podría representar la parte del terreno agrícola marginal, si bien muysuperior aún a las posibilidades que nos pudiera brindar la normativa europea.
En el marco del desarrollo sostenible en Europa y del Libro Verde «hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimiento energético», además de para incentiva la producción y uso de biocarburantes, la Comisión del Parlamento Europeo aprobó en julio de 2.004 una Directiva que establece que la utilización de los biocarburantes tendrá que llegar al 6% del consumo europeo de gasolina y gasóleo en 2.010, con un incremento progresivo hasta el 20% para el 2.020 (su puesta en marcha forma parte de las medidas necesarias para cumplir el Protocolo de Kioto sobre contaminación atmosférica, firmado en Japón por 52 países).
2. Descripción y características
Los bioalcoholes forman parte de los llamados biocarburantes o biocombustibles líquidos. Constituyen una fuente de energía renovable (a diferencia de otros combustibles naturales como el petróleo, el carbón o los combustibles radioactivos) que se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa (cualquier tipo de materia orgánica que haya tenido su origen inmediato en un proceso biológico, comprende productos tanto de origen vegetal como animal).
Se utilizan principalmente como combustible en motores de combustión, directamente (100%) o mezclado con combustibles derivados del petróleo. Ejemplos de bioalcoholes son:
- Etanol: E10 = 10% etanol + 90% gasolina; E85 = 85% etanol + 15% gasolina.
- Metanol: M85 = 85% metanol + 15% gasolina.
Los bioalcoholes (etanol y metanol principalmente), son una alternativa a los combustibles derivados del petróleo; su uso permite eliminar la dependencia del petróleo (y de los países productores), el cual constituye una fuente energética limitada. No hay que olvidar que este recurso es limitado y se agotará algún día, por lo que será necesario en el futuro encontrar un sustituyo a la gasolina y gasóleo.
Además, otro aspecto positivo de los bioalcoholes es que se reducen las emisiones de contaminantes atmosféricos y el impacto medioambiental de la extracción, transporte y procesamiento del petróleo para fabricar gasolina y gasóleo. Son combustibles muy limpios porque su combustión sólo genera CO2 y H2O, sin emisión de otros gases contaminantes como óxidos de S o de N, como los combustibles de origen fósil.
3. Obtención
A diferencia de los combustibles fósiles (formados por procesos geológicos, almacenados en la tierra), los bioalcoholes proceden de los vegetales (seres vivos), los cuales obtienen sus constituyentes del CO2 de la atmósfera a través del proceso de la fotosíntesis.
Se obtienen a partir de la fermentación alcohólica de los azucares que se encuentran en los productos vegetales ricos en almidón, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar y materiales lignocelulósicos, los cuales están combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa.
Las plantas, fuente de materia prima para la obtención de los bioalcoholes, crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta.
Los principales bioalcoholes son el etanol, el metanol y el butanol.
4. Etanol (alcohol etílico)
4.1. Descripción
El etanol es un alcohol líquido compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno, que resulta de la fermentación de azúcar o de almidón convertido en azúcar, extraídos ambos de la biomasa. También puede producirse a partir de la celulosa contenida, principalmente, en los desechos agrícolas, urbanos o forestales. El etanol es un alcohol con características de alto octano, pero bajo cetano. Tiene condiciones para ser mezclado con gasolina para su uso en motores de ignición por chispa. Para su uso comercial e industrial, siempre es desnaturalizado (es decir, se le adicionan pequeñas cantidades de substancias nocivas) para evitar su mal uso como bebida alcohólica.
Actualmente, el bioetanol es el biocombustible con mayor producción mundial. Para su fabricación se pueden utilizar una gran cantidad de materias primas.
Brasil produce bioetanol principalmente de la caña de azúcar, EE.UU. lo hace mayormente del almidón del maíz, por resaltar a los dos mayores productores a nivel mundial, pero también se utiliza remolacha, cereal o residuos forestales.
También se está estudiando la posibilidad de cultivar árboles, con alto contenido de celulosa, con el único fin de producir etanol, como pueden ser el chopo o el sauce. Igualmente el cultivo específico de algunas plantas con el fin de producir combustible podría ser una alternativa a las tierras sin cultivo.
La producción de etanol a partir de melazas o almidón es relativamente sencilla, pero si se desea aumentar de modo significativo el uso del etanol como combustible es necesario utilizar los materiales lignocelulósicos, al ser la única fuente suficientemente abundante para sustituir los combustibles fósiles en un porcentaje apreciable (Kim y Dale, 2006).
Además, el coste para fabricar etanol en el proceso tradicional a partir de almidón y sacarosa es alto, debido al coste del grano y del azúcar, además de lo limitado de su producción mundial para atender a la demanda energética.
De ahí el especial interés en la biomasa procedente de los materiales lignocelulósicos, especialmente los forestales y agrícolas. La biomasa lingocelulósica es una fuente abundante y renovable, estimándose una producción anual de 10-50 billones de toneladas (en base seca), cifra que representa, aproximadamente, la mitad de la producción global mundial de biomasa.
Otra alternativa a las cosechas dedicadas a fines energéticos, es el uso de residuos de procesos agrícolas, forestales o industriales, con alto contenido en biomasa. Estos residuos pueden ir desde la paja de cereal a las “limpias” forestales, pasando por los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) o las cáscaras de cereal o de arroz.
Los residuos tienen la ventaja de su bajo coste, ya que son la parte no necesaria de otros productos o procesos, salvo cuando son utilizados en la alimentación del ganado. Los RSU tienen un alto contenido en materia orgánica, como papel o madera, que los hace una potencial fuente de materia prima, aunque debido a su diversa procedencia pueden contener otros materiales cuyo preproceso de separación incremente mucho el precio de la obtención del bioalcohol.
La utilización del etanol como combustible ha pasado por varias etapas a través de los años. En los orígenes de la industria automovilística fue el principal combustible: los motores de ciclo Otto se diseñaron en principio para utilizarlo, pero posteriormente con el desarrollo de la industria basada en el petróleo los fabricantes de motores se decantaron por esta segunda opción.
Cuando se temió por la estabilidad de estos mercados en los años 20 y el posterior embargo petrolífero del año 1.973 se volvió a invertir en el desarrollo de bioetanol. El primer país que asumió este reto fue Brasil que a partir de ese año comenzó a mezclar etanol y gasolina en la proporción de 22:78. En 1.979 Brasil produjo los primeros automóviles que podían funcionar con alcohol hidratado (95% de etanol y 5% de agua), más tarde, en 1.980 la mayor parte de los coches fabricados estaban diseñados para funcionar exclusivamente con etanol.
Hasta los años 80 la principal motivación para la producción de etanol fue su uso como combustible alternativo para la automoción, y así disminuir la dependencia de las importaciones de crudo y minimizar el impacto que las fluctuaciones del mercado ocasionan en los precios. A partir de mediados de los 80, a esta motivación se ha unido las políticas de mejoras medioambientales, principalmente en lo relativo a emisiones gaseosas.
El creciente interés que han generado en los últimos años los problemas derivados del cambio climático, producido por las emisiones de gases de “efecto invernadero”, ha hecho que se busquen combustibles más respetuosos con el medio ambiente. Al igual que en el caso del biodiesel, la combustión del bioetanol produce el mismo CO2 que absorbió la planta durante su crecimiento, si se exceptúa el emitido debido a la actividad energética necesaria en el proceso de su producción, por lo que algunos autores dicen que el balance es cero, en cuanto a las emisiones de CO2.
El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones en los motores actuales. Un obstáculo importante es la legislación europea sobre la volatilidad de las gasolinas que
fija la proporción de etanol en mezclas E5.
Concentraciones más elevadas, autorizadas en Suecia y Estados Unidos, permitirían disponer de un vehículo flexible, con un depósito, motor y sistema de combustible único capaz de funcionar con gasolina y etanol, solos o mezclados en cualquier proporción. La otra alternativa para su uso es en forma de aditivo de la gasolina como etil-tercbutil éter (ETBE).
4.2. Producción
Hay tres principales caminos para producir alcohol etílico a partir de materiales biológicos; todos ellos incluyen una ulterior fase de fermentación por levaduras, seguida de una posterior destilación mediante la aplicación de calor. La duración de cada sistema es distinta, así como la producción de alcohol y su coste, dependiendo del elemento inicial, que puede ser un producto azucarado, almidón o material celulósico.
El método más sencillo es el que usa un producto azucarado, como puede ser caña de azúcar o sorgo dulce. El jugo azucarado fermenta en un tanque hasta convertirse en alcohol de bajo grado, que contiene demasiada agua para poderse usar como combustible. La mayor parte del agua se elimina en columnas de destilación. La última parte es más costosa. Para usar en mezclas con gasolina, el alcohol debe ser totalmente anhidro. Cuando se usa sólo, puede contener hasta un 10 % de agua, o incluso más, dependiendo del tipo de motor.
Cuando se trata de productos que contienen almidón (grano ó tubérculo), se necesita un camino más largo. Antes de la fermentación, el almidón debe ser convertido en azúcar, para lo que se requiere un tratamiento enzimático en un tanque
especial.
En el caso de partir de material celulósico, para convertir la celulosa en azúcares hay que empezar por una disgregación de tipo mecánico (hidrólisis) seguida de la utilización de enzimas de alta tecnología. De la fermentación de esos azúcares, resulta el etanol.
El material celulósico puede provenir de pastos perennes (como el switchgrass), restos de cosechas, tallos de maíz, bagazo de caña, árboles de rápido crecimiento, residuos orgánicos municipales y de casi cualquier otro material orgánico. De este modo, casi todo residuo vegetal será susceptible de ser transformado en azúcar y luego gracias a la fermentación por levaduras obtener el alcohol destilando el producto obtenido.
Las materias primas ricas en celulosa son las más abundantes; sin embargo, la complejidad de sus azúcares hacen que la conversión a carbohidratos fermentables sea difícil y costosa, hace falta un sistema para romper la larga cadena de carbohidratos en sus eslabones de monómeros que la constituyen. De hecho, la celulosa es la que da rigidez a las plantas, son como “ladrillos” para ellas.
Últimos estudios con algas nos indican que presentan una tasa de crecimiento mucho mayor y que la producción de aceite es hasta 30 veces mayor que los mayores cultivos terrestres. Las algas son una fuente de producción de energía en continuo, inagotable y no contaminante porque no moviliza carbono fósil, sino que utiliza el exceso de carbono (CO2), de esta forma contribuye a paliar el efecto invernadero y a restablecer el equilibrio térmico del planeta.
Las plantas, fuente de materia prima para la obtención de los bioalcoholes, crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta.
Las características de un cultivo para ser considerado con “vocación agroenergética” son:
- Vigor y precocidad de crecimiento, es decir, producir mucha masa por unidad
de superficie.
- Acumulación de energía, o sea, mucha energía por unidad de masa.
- Capacidad de rebrote, para evitar la resiembra.
- Rusticidad, para adaptarse a terrenos marginales, pues estos terrenos son los que vamos a poder usar para este tipo de cultivos.
De acuerdo con esta vocación, los cultivos susceptibles de ser usados como fuente energética a corto plazo los podemos dividir en azucareros, oleaginosos y productores de biomasa, siendo los dos primeros los que nos atañen, por llevarnos directamente a productos líquidos.
5. Metanol (alcohol metílico)
El etanol es, con diferencia, el más usado hasta ahora, pero se empieza a pensar en serio en la alternativa del metanol, aunque con la principal desventaja de la peligrosidad.
El metanol tiene un octanaje mucho más alto que la gasolina, lo que permite a los motores proporciones más altas relaciones de compresión, logrando aumentar su potencia. Se quema con una temperatura más baja que la gasolina y el gasóleo, por lo que las emisiones de NOx son reducidas; además, como se quema completamente las emisiones de HC y CO son también reducidas.
Este bioalcohol tiene en contra que emite otros contaminantes (formaldehído), tiene baja volatilidad por lo que hace difícil arrancar a los motores en frío, es altamente tóxico y tiene la mitad de la energía que la gasolina (esto exige depósitos mayores en los vehículos o reduce la distancia a recorrer). Algunos de los problemas del metanol pueden desaparecer si se mezcla con gasolina, como el M85.
6. Ventajas
Son las siguientes:
- Mejores prestaciones globales de los bioalcoholes que los combustibles, en algunos casos.
- Incremento del par y de la energía por unidad de volumen de mezcla.
- Combustión más completa, y menores residuos en general.
- Aumentaría el número de puestos de trabajo en el campo.
- Mejor distribución de la riqueza debido a la elevada superficie de cultivos necesaria y la población implicada en el parcelario.
- Con respecto las emisiones de CO2, el quemar combustibles de biomasa el carbón liberado a la atmósfera equivale al carbón que fue quitado durante la fotosíntesis, equilibrio que se contrarresta, sin embargo, por los combustibles fósiles necesarios para accionar la maquinaria de la granja, fabricar sustancias químicas y los abonos, el proceso y transporte del combustible de biomasa, etc.
- Etanol: Compite por el terreno con las cosechas de alimentos, pero su ratio de equilibrio de energía (energía obtenida dividida por la energía aportada en la producción) es mucho más alto que para el maíz o la caña de azúcar.
- Por lo que lograríamos una producción de energía mucho mayor por unidad de superficie con el etanol que con otros alimentos.
- Metanol: Se quema más completamente que los combustibles, por lo que las emisiones de HC y CO son reducidas.
7. Inconvenientes
Son las siguientes:
- Mayor consumo, teniendo en cuenta el menor poder calorífico de los bioalcoholes frente a otros combustibles.
- La emisión de aldehídos, y posible contenido en ácido sulfúrico.
- Problemas de almacenamiento, sobre todo en el caso del metanol.
- Inconvenientes del Metanol en particular:
- Emisiones mucho más altas en formaldehído, una sustancia irritante de los ojos y un posible cancerígeno.
- Debido a su baja volatilidad son difíciles de arrancar los motores en frío (se puede solucionar haciendo una mezcla metanol/gasolina a 85%/15% respectivamente).
- Es altamente tóxico.
- Puede provocar situaciones especialmente peligrosas en un accidente que implique fuego.
- Su contenido en energía es sólo cerca de la mitad de la de la gasolina, por lo que los depósitos que requiere son mucho más grandes o tramo a recorrer debe ser más corto.
ESCUELA UNIVERSITARIA POLITÉCNICA DE DONOSTIA-SAN SEBASTIÁN-----> Trabajo de clase
PD: Abstenganse de hacer repost sobre este post, que este es el único post completo sobre bioalcoholes que hay en Taringa! (y sabría q es respost ya que algunos puntos los e omitido para meter solo lo imprescindible).
Comenten y saludos a todos!