BIOCOMBUSTIBLES QUIMICA ORGANICA II
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ESPE
CARRERA DE INGENIERIA EN BIOTECNOLOGIA
QUIMICA ORGANICA II
Nombres: Paralelo: 418 “B”
Gerardo Armijos
Danilo Granda
Fecha: 2010-03-30
Tema: Biocombustibles
Objetivo:
- Identificar los tipos de biocombustibles que en la actualidad existen.
- Dar un análisis crítico sobre el uso de los biocombustibles, tomando en
cuentas ventajas y desventajas.
- Tener una perspectiva del futuro con el uso del los biocombustibles.
Marco teórico:
¿Que son los biocombustibles?
Podemos definir a biocombustibles tales como el biodiesel, bioetanol y biogás que
se produce de origen biológico ya sea agropecuarios, agroindustrial o desechos
orgánicos obtenidos de manera renovable. Siendo esta la primera forma en la que
la humanidad conoce para obtener una fuente de energía. Y la cual se la utiliza
para motores además que su uso genera menor contaminación ambiental
permitiendo así una alternativa viable a las fuentes de energía ya conocidos como
lo es el petróleo y gas. La fuente de los biocombustibles es la biomasa proveniente
de cultivos como caña de azúcar, maíz entre otros. (Wikipedia, 2010),(APER, p.
1), (IICA, 2007, p.3 )
¿Qué es la biomasa?
Se la define según el Diccionario de la Real Academia Española como:
“materia orgánica en un proceso biológico, espontaneo o provocado utilizable
como fuente de energía”.
Es decir una planta después de hacer fotosíntesis parte de la energía química
sobrante la almacena en forma de energía orgánica la cual podemos utilizar
quemándola directamente o transformándola en combustible. (Wikipedia, 2010).
Bioetanol
El uso del etanol ha sido ahora como combustible siendo así una de las maneras
para remplazar el consumo de derivados del petróleo, aunque hay una mezcla de
los dos, conocida como “gasohol o alconafta” en un porcentaje de 10 % de etanol
con un 85% de gasolina reemplazando así el “éter metil tert-butilico (MTBE)” hay
dos formas viables para la formación de etanol la manera mayoritaria es el
procesamiento de materia biológica o por la modificación química del etileno, por
hidratación. (Wikipedia, 2010),(APER, p.2 ), (IICA, 2007, p.11 )
Proceso de elaboración
Para producir etanol en el caso de la caña de azúcar, el proceso es un poco más
simple, pues no se requieren las enzimas, ya que aproximadamente el 20% de la
caña ya es azúcar y por lo cual se fermenta desde que es cortada aunque debe
ser sometido a un proceso de destilación y fermentación más riguroso. (Wikipedia,
2010),(APER, p.2 ).
Al contrario de los granos del maíz que deber ser hidrolizado previamente para
convertirlo en azucares para lo cual se lo mezcla con agua y una enzima y se lo
calienta a 120- 150°C, y luego se cuela la masa en proceso llamado escarificación
y se envía a reactores de fermentación. Si queremos obtener a partir de de
celulosa es aun más complejo ya que se tienes que pre-tratar la materia vegetal
para que la celulosa pueda ser atacada por las enzimas hidrolizantes, siendo
dicho pre-tratamiento la combinación de trituración, pirolisis y ataque con ácidos y
otras sustancias. En ciertas ocasiones, es transformado en un “etil terciario-butil
éter (ETBE)” el cual presenta propiedades oxigenativas de los combustibles y el
cual se utiliza para incrementar el octanaje y mejorar la calidad de las emisiones
de la gasolina. (Wikipedia, 2010),(APER, p. ), (IICA, 2007, p.2 )
El bioetanol lo podemos extraer de cereales maíz, trigo, avena, cebada, caña de
azúcar, biomasa forestal, residuos pecuarios entre otros. (Wikipedia, 2010),
(APER, p. 2), (IICA, 2007, p.11 )
Purificación
Al etanol mezclado con gasolina hay que eliminar el agua hasta alcanzar una
purreza del 99,5 al 99,9% dependiendo de la temperatura además que se aplica
benceno o ciclo hexano. Otro método de purificación es la absorción física
mediante tamices moleculares. (Wikipedia, 2010).
Ventajas
1. Al ser renovable y producido localmente, el etanol permite disminuir la
dependencia del petróleo, lo que mejora la seguridad energética de los
países. Esto es aún más importante para los países no productores de
petróleo, dado que la mayoría de este se encuentra en zonas de alta
inestabilidad política, como el Medio Oriente, y que la tendencia de los
precios es continuar aumentando o manteniéndose elevados.
2. El etanol, al ser un oxigenante de las gasolinas, mejora su octanaje de
manera considerable, lo que ayuda a descontaminar nuestras ciudades y a
reducir los gases causantes del efecto invernadero.
3. Al ser un aditivo oxigenante, el etanol también reemplaza a aditivos nocivos
para la salud humana, como el plomo y el MTBE, los cuales han causado el
incrementado del porcentaje de personas afectadas por cáncer (MTBE) y la
disminución de capacidades mentales, especialmente en niños (plomo).
4. El octanaje del etanol puro es de 113 y se quema mejor a altas
compresiones que la gasolina, por lo que da más poder a los motores.
5. El etanol actúa como un anticongelante en los motores, mejorando el
arranque del motor en frío y previniendo el congelamiento.
6. Aumenta el valor de los productos agrícolas de los que procede, mejorando
así los ingresos de los habitantes rurales y, por ende, elevando su nivel de
vida. (IICA,2007, p.6 )
Desventajas
1. El etanol se consume de un 25% a un 30% más rápidamente que la
gasolina; para ser competitivo, por tanto, debe tener un menor precio por
galón.
2. Cuando es producido a partir de caña de azúcar, en muchos lugares se
continúa con la práctica de quemar la caña antes de la cosecha, lo que
libera grandes cantidades de metano y óxido nitroso, dos gases que
agravan el calentamiento global. Esto se solucionaría mecanizando el
proceso de cosecha, pero disminuiría el empleo rural, a pesar de las críticas
que se han hecho a las condiciones de este.
3. Cuando el etanol es producido a partir de maíz, en su proceso de
elaboración se está utilizando gas natural o carbón para producir vapor y en
el proceso de cultivo se usan fertilizantes nitrogenados, herbicidas de
origen fósil y maquinaria agrícola pesada. Esto podría solucionarse
mediante el uso de sistemas de producción agrícola orgánicos o por lo
menos ecológicos. También se puede utilizar el CO2 proveniente de las
destilerías para la producción de algas (que a su vez se pueden usar para
producir biocombustibles). Además, en caso de que haya ganaderías
cercanas, se puede usar el metano del estiércol para producir vapor (en
esencia este equivale a usar biogás para producir biocombustible). (IICA,
2007, p. 5)
Biodiesel
Es un biocombustible que se lo obtiene a partir de lípidos naturales como aceites
vegetales o grasas animales y mediantes procesos industriales de esterificación y
transesterificacion. Es apto como sustituyente parcial o total del petróleo en
motores a diesel. (Wikipedia, 2010),(APER, p.4 ), (IICA, 2007, p.12 )
Este biocombustible se lo puede mezclar con un refino procedente del petróleo
como es el gasóleo en variadas cantidades aunque representa un combustible
eficiente causa problemas ya que descompone el caucho natural y por lo cual es
necesario sustituir este por elastómeros sintéticos. (Wikipedia, 2010),(APER, p.4 ),
(IICA, 2007, p.12 )
Al biodiésel se lo puede representar como ésteres monoalquilicos de acidos
grasos de cadena larga y corta.
La transesterificación la cual consiste en combinar el aceite con un alcohol ligero,
normalmente metanol y deja como producto el propanotiriol y en el cual utilizamos
un catalizador alcalino
El biodiesel lo podemos obtener del colza, algodón, palma, aceites usados y de la
grasa animal.
Procesos industriales
Ahora existen métodos para obtener biodiesel de manera industrial como son:
1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido.
Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio o hidróxido de potasio
2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación
ácida y luego seguir el proceso normal (base-base),
3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de
catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el
alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo.
4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas
que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol.
5. Método de reacción Ultrasónica
En el método reacción ultrasonica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla
produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona
simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de
transesterificación. Los dispositivos ultrasonicos de escala industrial permiten el
procesamiento de varios miles de barriles por día. (Wikipedia, 2010)
Ventajas
1. Es una fuente de energía renovable
2. Para usar biodiesel no se requieren ninguna modificación y adaptación
especial del motor
3. Reduce el desgaste del motor, extendiendo la vida útil
4. Se pueden utilizar los mismo sistemas de distribución y tanques
5. Reduce las emisiones en alrededor del 90%
6. En cuanto a la seguridad
El punto de inflamación del biodiesel (>00°C), es mayor que el
petróleo (50°C); lo que brinda un manejo más seguro y menor
riesgos de presencia de llamas, tanto puro como mezclas
La tensión de vapor es menor a 5mm Hg, lo que permite una
manipulación y almacenaje en condiciones más seguras por la
total ausencia de vapores
7. El biodiésel ofrece diversas posibilidades de mezclas para la obtención de
biocombustibles cono los siguientes B2O y B100 que significa el porcentaje
que de la mezcla en este caso 20% o 100% de biodiesel y el más utilizado
en EEUU y en otros es el B20 (APER, p.4 ), (IICA, 2007, p. 6)
Desventajas
1. El biodiésel presenta problemas de fluidez y congelamiento a bajas
temperaturas (<0°C), especialmente el que se produce de palma africana.
2. Los costos de la materia prima son elevados y guardan relación con el
precio internacional del petróleo. Dichos costos representan el 70% de los
costos totales del biodiésel, por lo que este actualmente es un producto
relativamente costoso.
3. Por su alto poder solvente, se recomienda almacenar el biodiésel en
tanques limpios; si esto no se hace, los motores podrían ser contaminados
con impurezas provenientes de los tanques.
4. El contenido energético del biodiésel es algo menor que el del diésel (12%
menor en peso u 8% en volumen), por lo que su consumo es ligeramente
mayor.
5. El biodiésel de baja calidad (con un bajo número de cetano) puede
incrementar las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno), pero si el número
de cetano esmayor que 68, las emisiones de NOx serían iguales o menores
que las provenientes del diésel fósil.(APER, p.4 ), (IICA, 2007, p.7 )
Biocombustibles y riesgo en la seguridad alimentaria
Hay una cierta incertidumbre al respecto de la seguridad alimentaria ya que es
probable que en el afán de utilizar esta fuente energética, los cultivos alimenticios
se vean para otra finalidad y se usen para la producción de biocombustibles y eso
afectaría notablemente a América Latina y Caribe que la mayoría de la población
vive de la agricultura y por lo cual los productores se volcarían a este sector que
representaría mayores ingresos y para lo cual debería haber políticas claras al
respecto. (IICA, 2007, p. 3)
Biocombustibles en fincas y su uso para la maquinaria agrícola
Este uso es muy conveniente ya que existen tecnología muy simples y que
representaría una gran oportunidad para los lugares aislados y donde es muy
difícil llevar el combustible y por ende su costo además que permanecería los
recursos económicos y energéticos en la misma zona. (IICA, 2007, p. 9)
Las inversiones para producir etanol y biodiesel dependen del tamaño de la
operación que se pretende realizar, aunque se sabe que la producción de etanol
requiere de más inversión que la de biodiesel. Por ejemplo, en el mercado existen
pequeñas plantas para la producción de biodiesel cuyo costo no supera los
US$12.000 y que no requieren grandes cantidades de aceite, pero que sí pueden
ayudar a solucionar los problemas de energía en pequeñas comunidades o a
autoabastecerse del combustible requerido para maquinaria agrícola y transporte.
(IICA, 2007, p. 11)
La productividad de etanol y biodiesel por hectárea es muy variable y dependerá
de las condiciones del clima, el suelo, la humedad, las técnicas agronómicas
utilizadas, las variedades y muchos otros factores. En forma general, en el
siguiente cuadro se presentan los rendimientos que se están alcanzando en la
producción de ellos con el uso de diferentes cultivos, bajo condiciones favorables.
(IICA, 2007, p. 13)
Uno de los datos interesantes en esta investigación es la aplicación de los
biocombustibles en los llamados vehículos flex fuel, que pueden funcionar con los
dos combustibles, tanto etanol como gasolina, y con la mezcla de ellos en
cualquier proporción y entre sus grandes ventajas están que reduce notablemente
las emisiones de CO2. (IICA, 2007, p. 19)
Biocombustibles de 2da generación
Estos son combustibles producidos a través de materia prima no alimenticia, su
costo es elevado debido a su baja producción y se cree que serán los futuros
reemplazantes de los combustibles fósiles, sin tampoco ser producidos de materia
alimenticia, ayudando notablemente en el gran problema del calentamiento global.
Los biocombustibles de primera generación y de segunda generación son los
mismos, ósea el etanol y el biodiesel, en lo único que se diferencia una de otra
categoría es el proceso de producción de estos. Los biocombustibles de primera
generación se producen mediante las técnicas conocidas a partir de cultivos
tradicionales como la caña de azúcar, el maíz, el sorgo, la palma africana, la soya,
Jatropha y la higuerilla, entre otros.
En cambio, El etanol se puede producir a partir de celulosa. El proceso consiste en
convertir la celulosa, que 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, en azúcares, para lo cual se utilizan enzimas de alta tecnología
y se fermentan los azúcares, de lo cual resulta el etanol.
Por otra parte, se puede producir biodiésel a partir de algas con un alto contenido
de lípidos (aceites), para lo cual existen especies y tecnologías apropiadas. El
aceite extraído de las algas se puede transformar en biodiésel, mediante el
proceso de transesterificación antes mencionado. Se estima que con las
tecnologías actuales de una hectárea de algas anualmente se pueden obtener
más de 20 000 litros de biocombustible, rendimiento que seguirá mejorando
conforme se perfeccionen las tecnologías. Las algas requieren agua, luz y CO2,
que puede ser obtenido de las chimeneas utilizadas en procesos industriales, lo
que reduciría en forma significativa uno de los principales gases causantes del
efecto invernadero. De las algas también se pueden obtener almidones, los cuales
pueden convertirse en etanol. Algunas algas poseen un gran valor nutricional
como fertilizante para cultivos y cumplen con las normas de agricultura orgánica
que se han establecido. (IICA, 2007, p. 20) (Monografías, 2010)
Biocombustibles y combustibles fósiles
Debido al gran problema del calentamiento global, los biocombustibles se han
convertido en la solución ideal para este problema, especialmente los de segunda
generación. Pero todavía seguiremos dependiendo de los combustibles fósiles por
lo menos durante dos décadas. Por lo menos hasta que se adecue una gran
infraestructura para la producción de los biocombustibles. Uno de los países que
se convierten en la excepción es Brasil, ya que esta nación se encuentra
preparada para la gran producción de estos combustibles. (IICA, 2007, p. 21)
(Monografías, 2010)
Tipos de etanol
Existen el etanol anhidro y el etanol hidratado, que se diferencian en el contenido
de agua que poseen, que es de aproximadamente 0,5% en el etanol anhidro y
cercano al 5% en el etanol hidratado. El etanol anhidro se utiliza mezclado con
gasolinas de origen fósil, mientras que el etanol hidratado se utiliza puro en los
vehículos que han sido debidamente adaptados para este combustible. El etanol
hidratado proviene directamente de la torre de destilación; para obtener etanol
anhidro, se requiere un proceso adicional, mediante el cual se remueve la mayoría
del agua del combustible. (IICA, 2007, p. 22)
Conclusiones:
- Dado el estudio detallado de los biocombustibles, podemos concluir que
estos son una solución factible al calentamiento global en el futuro, siendo
éstos materia que casi no contamina y entre su funcionamiento incluye el
uso de CO2, lo cual es muy bueno para el medio ambiente.
- La idea del uso de estos combustibles no está muy alejada, aunque se
necesitarían de varios años para la construcción de maquinaria de
producción de dicha materia y dejar en el pasado los anticuados
combustibles fósiles.
- También se puedo concluir que entre los biocombustibles, los así llamados
mejores son los de segunda generación, ya que no utiliza materia fósil ni
materia alimenticia.
Web grafía:
Asociación Paraguayq de energias renovalbles
(APER)., Biocombustibles Paraguay:Autor. Extraído el
29 de marzo, 2010 de
http://www.aper.org.py/biocombustibles.pdf
Bioediesel, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010 de
http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel
Bioetano, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010 de
http://es.wikipedia.org/wiki/Bioetanol#Bioetanol
Instituto Interamericano de Cooperación para la
Agricultura (IICA)., (2007) Preguntas y respuestas mas
frecuentes sobre Biocombustibles Costa Rica:autor
pp.1-24. Extraído el 28 de marzo, 2010, de
http://unpan1.un.org/intradoc/groups/public/documents/i
cap/unpan038482.pdf
Proyecto Etanol, (2010) extraído el 29 de marzo, 2010
de http://www.monografias.com/trabajos59/proyecto-
etanol/proyecto-etanol2.shtml