Biocarburante para niños

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Un biocarburante o biocombustible es un tipo de combustible que se obtiene de materiales orgánicos, como plantas o residuos. Se usa en motores de vehículos, igual que la gasolina o el diésel, pero tiene la ventaja de que proviene de fuentes que se pueden renovar.

Estos combustibles se producen a partir de la biomasa, que es materia orgánica que se forma de manera natural o por la acción de seres vivos. La biomasa se puede usar para generar energía.

¿De dónde vienen los biocarburantes?

Para hacer biocarburantes, se pueden usar diferentes tipos de plantas. Algunas son cultivos agrícolas ricos en carbohidratos, como el maíz o la mandioca. También se usan plantas oleaginosas (que producen aceite), como la soya, el girasol y las palmeras. Incluso se pueden emplear árboles como el eucalipto y los pinos.

Cuando se queman, los biocarburantes liberan dióxido de carbono a la atmósfera. Sin embargo, las plantas que se usan para producirlos absorben dióxido de carbono mientras crecen. Esto ayuda a que el balance total de este gas en la atmósfera sea menor que con los combustibles fósiles. Por eso, los biocarburantes son una alternativa a los combustibles tradicionales como el petróleo.

En muchos lugares, como Europa y Estados Unidos, las leyes piden que se mezclen los biocarburantes con otros combustibles. Generalmente, se usan en pequeñas cantidades, entre el 5% y el 10% de la mezcla.

Tipos principales de biocarburantes

Los biocarburantes más comunes y desarrollados son el bioetanol y el biodiésel.

Bioetanol: Un combustible de origen vegetal

El bioetanol se produce a partir de la fermentación alcohólica de azúcares que se encuentran en plantas como la caña de azúcar, la remolacha o los cereales.

En 2006, Estados Unidos fue el mayor productor de bioetanol, seguido por Brasil. Otros países importantes en su producción son China, la India, Francia y Alemania. En ese año, se produjeron en total 55 mil millones de litros de bioetanol en el mundo.

Biodiésel: Hecho de aceites y grasas

El biodiésel se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser nuevos o ya usados. Las plantas más comunes para esto son la colza, la canola, la soya o la jatrofa. Estas plantas se cultivan específicamente para este fin.

Alemania es el principal productor mundial de biodiésel, con una gran parte de la producción global. Le siguen Francia, Estados Unidos, Italia y Austria.

Existen otras opciones menos conocidas, como el biopropanol o el biobutanol. La investigación en estas áreas es importante debido al alto costo de los combustibles fósiles y a que estos recursos se están agotando.

Clasificación de los biocarburantes

Los biocarburantes se clasifican de dos maneras principales, que nos ayudan a entender cómo se producen y qué impacto tienen.

Por generaciones: ¿De dónde viene la materia prima?

Esta clasificación se basa en si la materia prima compite o no con la producción de alimentos.

• Primera generación: Se obtienen de cultivos que también se usan para producir alimentos, como cereales o plantas oleaginosas.
• Segunda generación: Se producen a partir de materiales que no compiten con la comida, como residuos de plantas (lignocelulosa), algas o desechos.

Esta clasificación es importante porque ayuda a evitar problemas relacionados con el uso de tierras de cultivo. Algunos autores también mencionan una tercera y cuarta generación, que consideran otros factores.

Por tecnologías: ¿Cómo se producen?

Esta clasificación se refiere a los métodos y materias primas que se usan para fabricar los biocarburantes.

• Convencionales: Son los procesos más comunes y establecidos. Por ejemplo, el biodiésel se hace por un proceso llamado transesterificación de aceites vegetales, y el bioetanol por fermentación de azúcares.
• Avanzados: Incluyen nuevos desarrollos y tecnologías. Por ejemplo, biodiésel a partir de algas o bioetanol de celulosa.

A veces, un biocarburante puede ser clasificado de ambas maneras. Por ejemplo, el Hidrobiodiésel es un biocarburante avanzado, pero puede usar materias primas de primera generación. El biodiésel de algas es de segunda generación por la materia prima, pero su tecnología de producción puede ser convencional.

Biocombustibles de primera generación

Estos biocombustibles se hacen a partir de azúcar, almidón o aceite vegetal que se encuentran en muchas plantas. Algunos ejemplos son el jugo de caña de azúcar, los granos de maíz, el aceite de girasol, soya o palma. También se usan grasas animales o aceites de desecho de la cocina.

Se producen usando tecnologías tradicionales como la fermentación (para azúcares y carbohidratos), la transesterificación (para aceites y grasas) y la digestión anaerobia (para residuos orgánicos).

Bioalcoholes

Los alcoholes como el bioetanol, biopropanol y biobutanol se producen por la acción de microorganismos y enzimas que fermentan azúcares o almidones. El biobutanol es interesante porque podría usarse directamente en motores de gasolina sin muchas modificaciones. El etanol es el bioalcohol más común en el mundo, especialmente en Brasil.

Obtención de biocombustible a partir de la madera.

El etanol se produce fermentando azúcares de trigo, maíz, remolacha, caña de azúcar, melaza y otros materiales. Después de la fermentación, se destila para obtener el combustible. El etanol se puede mezclar con gasolina en cualquier porcentaje y muchos motores de coches pueden funcionar con mezclas de hasta un 15% de bioetanol. Una ventaja del etanol es que mejora el rendimiento del motor. Sin embargo, tiene menos energía por volumen que la gasolina, lo que significa que se necesita más cantidad para recorrer la misma distancia.

El metanol se produce actualmente de gas natural, pero también puede obtenerse de la biomasa. El butanol es prometedor porque produce más energía, es menos corrosivo y se puede distribuir con la infraestructura actual.

Biodiésel

El biodiésel es el biocarburante más usado en Europa. Es un líquido hecho de aceites vegetales (como soya, jatrofa, colza, girasol, aceite de palma) o grasas animales. El biodiésel puro (B100) es el combustible diésel que menos contamina.

El biodiésel se puede usar en cualquier motor diésel mezclado con diésel mineral. En muchos países europeos, una mezcla del 5% de biodiésel es muy común. Este combustible contiene más oxígeno que el diésel fósil, lo que mejora la combustión y reduce las partículas contaminantes.

Además, el biodiésel es seguro de manejar y transportar. Es tan biodegradable como el azúcar y mucho menos tóxico que la sal de mesa. Su punto de ignición (la temperatura a la que puede encenderse) es mucho más alto que el del diésel de petróleo, lo que lo hace más seguro.

Hidrobiodiésel

El hidrobiodiésel se produce a partir de aceites vegetales y grasas animales mediante un proceso llamado "hidrocraqueo biológico". Este proceso usa altas temperaturas y presiones para transformar las moléculas grandes de los aceites en cadenas más pequeñas, similares a las del diésel tradicional. El hidrobiodiésel tiene las mismas propiedades químicas que el diésel de petróleo, por lo que no necesita motores o tuberías especiales.

Biogasolina

Investigadores han logrado producir biogasolina usando una bacteria modificada genéticamente (Escherichia coli) que se alimenta de glucosa de plantas. Esta bacteria convierte el azúcar en ácidos grasos y luego en hidrocarburos idénticos a los de la gasolina comercial. Esto significa que se podría obtener gasolina de biocombustible que no necesita ser mezclada. Se espera que en el futuro se pueda producir gasolina a partir de residuos como paja o estiércol.

Bioéteres

Los bioéteres son componentes que mejoran el rendimiento del motor y reducen el desgaste. También disminuyen las emisiones tóxicas, ayudando a mejorar la calidad del aire.

Biogás

El biogás se obtiene del metano mediante la digestión anaeróbica de materia orgánica, como residuos biodegradables o cultivos energéticos. El material sólido que queda, llamado "digestato", puede usarse como biocombustible o fertilizante. Los agricultores pueden producir biogás a partir del estiércol de sus animales.

Syngas

El Syngas es una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y otros hidrocarburos. Se produce quemando parcialmente la biomasa con poco oxígeno. Esta mezcla de gas es más eficiente que quemar la biomasa directamente. El Syngas puede usarse en motores, turbinas o para producir otros combustibles como metanol o diésel.

Biocombustibles de segunda generación (avanzados)

Estos biocombustibles se producen a partir de materias primas sostenibles, que no compiten con la producción de alimentos. Se usan cultivos energéticos, que son plantas no comestibles que crecen rápido y almacenan mucha energía. Muchos de estos biocombustibles aún están en desarrollo, como el etanol de celulosa, el combustible de Algas, el biohidrógeno y el biometanol.

La producción de etanol de celulosa usa cultivos o residuos no comestibles, lo que evita desviar alimentos. La lignocelulosa, que es la parte "leñosa" de las plantas, es abundante y puede ser un problema de eliminación. Convertirla en etanol es un desafío técnico, pero se están investigando enzimas que ayuden a romper la celulosa para obtener azúcares fermentables.

Se ha descubierto un hongo llamado Glocladium roseum que puede producir "myco-diésel" a partir de celulosa. Este hongo, encontrado en la Patagonia, convierte la celulosa en hidrocarburos similares a los del diésel.

Científicos también han desarrollado una tecnología para usar gases industriales, como el monóxido de carbono, para producir etanol mediante un proceso de fermentación microbiana.

Planta de biodiésel en la provincia de Santa Fe.

Investigaciones actuales

Se están investigando cultivos más adecuados para biocarburantes y cómo aumentar la producción de aceite de estos cultivos. El objetivo es encontrar formas de producir suficiente combustible sin usar grandes cantidades de tierra y agua dulce.

Algunas variedades de mostaza pueden producir mucho aceite y son buenas para rotar cultivos con cereales. Además, la harina que queda después de extraer el aceite puede usarse como un pesticida natural.

La NFESC está desarrollando tecnología de biocarburantes para las fuerzas navales y militares de Estados Unidos, que son grandes consumidores de diésel. Un grupo español, Ecofasa, ha anunciado un nuevo biocombustible hecho de basura, usando bacterias para producir ácidos grasos a partir de desechos urbanos.

Biocombustibles de etanol

En Norteamérica, el etanol es la principal fuente de biocarburantes. Muchas organizaciones investigan su producción. El Centro de Investigación Nacional de Maíz a Etanol y el Departamento de Agricultura realizan estudios sobre la producción de etanol y sus efectos. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable investiga el etanol de celulosa.

Algunos estudios sugieren que los biocarburantes de restos de maíz podrían ser más perjudiciales a corto plazo para el calentamiento global que la gasolina convencional, debido a las emisiones durante su producción.

Biocombustibles de alga

Desde 1978, se ha investigado el uso de algas como fuente de biocarburantes. Las algas tienen un alto contenido de aceite y pueden crecer en estanques de plantas de tratamiento de agua. El aceite de las algas se puede extraer y procesar para obtener biocarburantes, y los residuos secos pueden usarse para producir etanol. La producción de algas a escala comercial aún no se ha logrado, pero tiene la ventaja de que no necesita tierras de cultivo ni agua dulce, lo que evita competir con la producción de alimentos.

Muchas empresas investigan biorreactores de algas para producir biocombustibles a gran escala. El proyecto OMEGA de la NASA busca usar algas para convertir los desechos de aguas residuales de ciudades costeras en aceites para combustible.

Las microalgas son microorganismos que pueden crecer rápidamente y tienen un alto contenido de lípidos (grasas). Su uso para biocombustibles ofrece muchas ventajas, como la reducción de gases de efecto invernadero, poco uso de tierra y la capacidad de usar aguas residuales como nutrientes.

En 2015, la empresa Euglena (empresa) produjo biocarburante para autobuses con un 1% de microalgas. Su objetivo es producir biocombustible para aviones con microalgas para 2020.

El caso del biodiésel de aceite de soya Argentino

En Argentina, se ha estudiado la producción de biodiésel de soya. Los estudios muestran que las emisiones de dióxido de carbono de la soya argentina son bajas, lo que la hace una opción ventajosa. Esto se debe a la eficiencia del sistema de producción argentino, que usa menos combustibles y fertilizantes.

La suma de todas las emisiones (agrícolas, industriales y de transporte) para el biodiésel argentino es menor que los valores de referencia de la Unión Europea. Esto significa que el biodiésel argentino cumple con los requisitos de reducción de emisiones para ser exportado a Europa. Las ventajas se deben a la cercanía de las zonas de cultivo a las plantas de procesamiento y al sistema de siembra directa en la agricultura.

Jatropha

Se investiga la Jatropha curcas, un arbusto que produce semillas con aceite para biocarburantes. El objetivo es mejorar la cantidad de aceite que produce por hectárea, a través de avances en genética y prácticas de cultivo.

Empresas como SG Biofuels han desarrollado semillas híbridas de Jatropha que producen más y son más resistentes a plagas y enfermedades. Organizaciones como Plant Research International y el Centro de Energía Sustentable de Agricultura también investigan cómo aumentar la producción de Jatropha.

Hongos

Científicos rusos han logrado extraer lípidos de hongos unicelulares y convertirlos en biocarburantes de manera eficiente. El hongo Gliocladium roseum, descubierto en la Patagonia, puede convertir la celulosa en hidrocarburos similares a los del diésel.

Bacterias del estómago de los animales

Se ha descubierto que las bacterias en el intestino de algunos animales pueden producir biocarburantes. Por ejemplo, una bacteria llamada Clostridium encontrada en las heces de la cebra puede convertir la celulosa en butanol. También se investigan los microbios en los desechos de panda para crear biocombustibles a partir de bambú.

Uso de biocarburantes

Muchos vehículos usan biocarburantes a base de metanol y etanol mezclados con gasolina. El etanol se puede obtener de la caña de azúcar, la remolacha o el maíz. En países como la India y China, se produce biogás a partir de la fermentación de desechos orgánicos (estiércol de animales y residuos vegetales). Estos biocarburantes ayudan al medio ambiente al reducir los niveles de dióxido de carbono en el aire.

Rendimiento de los cultivos energéticos

Aquí puedes ver cuánto combustible se puede obtener de diferentes cultivos por hectárea al año:

Desafíos de los biocarburantes

Desafíos principales

Algunos expertos prefieren llamar a estos combustibles "agrocombustibles" en lugar de "biocombustibles". Esto es porque el prefijo "bio-" a veces se usa para productos agrícolas sin químicos sintéticos, y la palabra "biocombustible" podría dar una idea equivocada de que siempre son completamente "naturales" o "buenos" sin más.

Uno de los mayores desafíos es que a veces se usan cultivos comestibles (como maíz o caña de azúcar) para producir biocarburantes. Esto puede hacer que haya menos comida disponible y que los precios de los alimentos suban. También, en algunos casos, se talan bosques para crear plantaciones de plantas para biocarburantes, lo que causa deforestación y daña los espacios naturales. Esto es lo contrario de lo que se busca con los biocarburantes, ya que los bosques limpian más el aire que los cultivos.

Además, hay que considerar toda la energía y los recursos que se usan para producir estos cultivos. Por ejemplo, se necesita mucha agua para regar y procesar las plantas. En el caso del biodiésel, se estima que se usan 20 kilogramos de agua por cada kilogramo de combustible.

Si la materia prima viene de residuos, los biocarburantes ayudan al reciclaje. Pero si se cultivan plantas solo para biocarburantes, hay que pensar si es el mejor uso para esa tierra, en comparación con cultivar alimentos o reforestar.

Impacto y sostenibilidad

Preocupación por la sostenibilidad

La preocupación por la sostenibilidad de los biocarburantes ha llevado a científicos y gobiernos a investigar cómo hacerlos más amigables con el ambiente. Argentina, como un gran exportador de biocarburantes, está muy atenta a estos temas.

En la última década, los biocarburantes han crecido mucho. Al principio, contaron con el apoyo de grupos ambientalistas, pero luego la opinión pública cambió, especialmente en Europa. Esto ha afectado la imagen y la forma en que se promueven y venden estos combustibles.

Es importante entender que la producción de biomasa para energía no puede verse de forma aislada. Debe considerarse dentro de toda la cadena de producción agrícola e industrial. Usar biomasa solo para energía no es viable si no forma parte de un sistema más grande de transformación.

10 puntos clave sobre la sostenibilidad de la bioenergía

1. La bioenergía moderna es diferente de la explotación tradicional de biomasa que dañaba el ambiente. La bioenergía actual puede ofrecer muchos beneficios ambientales y económicos. 2. Para un desarrollo sostenible global, es clave usar la bioenergía moderna, que aprovecha la energía solar a través de la fotosíntesis. 3. Es fundamental que la gente entienda los beneficios de la bioenergía en comparación con los combustibles fósiles. 4. La sostenibilidad es una parte esencial de la producción y uso de la bioenergía moderna. 5. Necesitamos aumentar la producción de biomasa para cumplir con los objetivos de desarrollo global. Esto incluye mejorar los cultivos y monitorear los ecosistemas agrícolas. 6. La baja densidad de energía y la dispersión de la biomasa presentan desafíos para su transporte. Los sistemas de información geográfica y satelital son importantes para un desarrollo sostenible. 7. La bioenergía tiene muchos beneficios económicos, ambientales y sociales que deben medirse y monitorearse. 8. Hay razones estratégicas y económicas detrás del fomento de la bioenergía por parte de los países. Se debe considerar a todos los involucrados, desde agricultores hasta consumidores. 9. Los sistemas de certificación ayudan a promover la sostenibilidad, pero deben ser prácticos y adaptarse a las necesidades de los agricultores y los países. 10. Las mejoras en los biocarburantes de todas las generaciones están teniendo impactos positivos que deben ser estudiados y promovidos. Los incentivos adecuados pueden generar mejoras a largo plazo.

Impacto en el medio ambiente

El uso de biocarburantes tiene efectos tanto positivos como negativos en el ambiente. Aunque son una energía renovable, algunos expertos no los consideran completamente "limpios" debido a ciertos impactos negativos.

Un problema es que, aunque al principio se usaban solo restos agrícolas, ahora se están destruyendo espacios naturales como selvas y bosques para crear plantaciones de biocarburantes, especialmente en el sudeste asiático. Esto es contraproducente, ya que los bosques y selvas limpian más el aire que los cultivos.

Algunos dicen que las emisiones de dióxido de carbono de los biocarburantes son nulas porque las plantas absorben CO₂ al crecer. Sin embargo, las operaciones para producir biocarburantes (maquinaria, fertilizantes, transporte) usan combustibles fósiles, lo que hace que el balance total de emisiones sea positivo. Los estudios científicos indican que los agrocombustibles pueden emitir más CO₂ si se considera toda la cadena de producción y la deforestación.

Otros impactos ambientales incluyen el uso de fertilizantes y agua para los cultivos. Los fertilizantes pueden dañar los suelos, y el consumo de agua reduce las reservas de agua dulce.

Algunos procesos de producción de biocarburantes son más eficientes que otros. Por ejemplo, el cultivo de caña de azúcar necesita menos fertilizantes que el maíz, por lo que el bioetanol de caña de azúcar reduce más las emisiones. Con las técnicas adecuadas, los biocarburantes pueden reducir las emisiones en al menos un 50% comparado con los combustibles fósiles.

Los biocarburantes de origen vegetal producen menos emisiones de azufre que los productos del petróleo. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, pueden producir más emisiones de óxidos de nitrógeno debido al uso de fertilizantes.

Una forma de reducir las emisiones de CO₂ sería producir biocarburantes a partir de residuos agroindustriales ricos en hemicelulosas, como la coseta de remolacha, paja de trigo o cortezas de árboles. Esto evitaría usar tierras de cultivo y alimentos. Aunque el proceso es más complejo y requiere más energía inicial, el costo de la materia prima sería casi nulo. Se necesita investigar para encontrar enzimas más eficientes y microorganismos que puedan fermentar estos compuestos.

Impacto en el sector alimentario

Cuando se usa tierra de cultivo para producir biocarburantes en lugar de alimentos, se crea una competencia que puede hacer que los precios de la comida suban.

Un ejemplo de esto ocurrió en Argentina con la carne de vaca. Las tierras que antes se usaban para pastos de ganado se destinaron a cultivos para biocarburantes, lo que hizo que el precio de la carne se duplicara o triplicara.

En México, la compra de maíz para biocarburantes en Estados Unidos hizo que el precio de la tortilla de maíz, un alimento básico, también se duplicara o triplicara en 2007. En Italia, el precio de la pasta subió, y en España, el precio del pan aumentó debido al encarecimiento de la harina.

Debido a estas preocupaciones, algunas empresas han decidido invertir en productores que usan algas, residuos agrícolas o basura para hacer combustible, en lugar de maíz.

Regulación

Unión Europea

La Unión Europea tiene reglas para el uso de biocarburantes, especialmente para asegurar que sean sostenibles. Estas reglas exigen que los biocarburantes reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero en al menos un 35% para obtener beneficios. Este porcentaje aumentará en los próximos años. Esto es un desafío para los países que exportan biocarburantes a la UE, ya que deben demostrar que sus sistemas de producción son sostenibles.

España

En España, los biocarburantes como el biometanol, el biodiésel y el bioetanol tenían un impuesto especial más bajo, aunque desde 2012 su tributación se ha acercado a la de los combustibles tradicionales. España es un gran productor y consumidor de bioetanol.

Galería de imágenes

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  La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es utilizada en Brasil como principal insumo para producir bioetanol.

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  Tipos y generación de biocarburantes

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  Matraz con Biodiesel.

Véase también

En inglés: Biofuel Facts for Kids