Por: Ing. M. Sc. Rodolfo Morales MuñozPanamá, 22 de octubre de 2015

Biocombustibles

OBJETIVO

Sensibilizar al auditorio con la importancia de los biocombustibles como una alternativa para sustituir parcialmente los combustibles fósiles.

Que son los biocombustibles?

• Cada cosa que quemamos o que hemos quemado alguna vez, originalmente fue un organismo vivo. Ya sea que comenzó como una planta, tomando energía del sol y extrallendo CO2 de la atmósfera para guardar aquella energía. También pudo ser un animal que se comió esa planta.

• Todo combustible orgánico es biocombustible. Sin embargo el nombre de biocombustible se reserva a la materia que recientemente fue un organismo vivo para distinguirla del combustible fósil.

• Según la materia prima y la tecnología usada se calsifican en biocombustibles de 1era, 2da, 3era y 4ta generación.

Surgimiento de los biocombustibles a través del tiempo

TIPO DE BIOCOMBUSTIBLE EPOCA EN QUE SE USÓ

Leña y aceite de oliva Desde la antigüedad

Aceite de ballena (1700-1800)

Gas de alumbrado Se comenzó a usar en 1792.

Etanol Desde la invención del motor Otto en 1867.

Aceite de maní Desde la invención del motor Diésel en 1893.

Etanol a partir de cañamo Con la creación del motor Ford Modelo T en 1908.

Mezcla gasolina-alcohol Desde la Primera Guerra Mundial 1918.

Gasolina sintética Con la invención del proceso Fisher-Tropsch. 1920

193319201893 19081867

Los biocombustibles han tenido auge durante

las crisis del petróleo.

Año Evento

1973 El embargo petrolero hecho por la Organización de Países

Exportadores de Petróleo (OPEP), impulsó el desarrollo de

los biocombustibles como lo fue el programa brasileño del

etanol.

1979 La revolución iraní.

1990 La Guerra del Golfo Pérsico.

2001 Las Guerras de Afganistán e Irak.

Los principales problemas del uso de combustibles fósiles

• El agotamiento de las reservas naturales.

• El calentamiento global y cambio del clima.

• Las reservas de petróleo estan en manos de pocos centros de decisión.

El agotamiento de los combustibles fósiles

• En 1957, el geofísico Marion King Hubbert propuso su teoría de que la producción de un pozo de petróleo pasa por un máximo de acuerdo a una curva gaussiana y luego decae la producción. Extrapolando el comportamiento de un pozo a todas las reservas del mundo, éstas pasarían por un máximo y luego se agotarían. El petróleo es un recurso finito. Esto es válido para el carbon, gas y otros tipos de mina.

Tomado de: www.kufeaftertheoilcrash.net

Punto medio Mundial

Producción mundial de petróleo según Campbell

Las reservas mundiales de petróleo son de 1,137 trillones de barriles y pueden durar 41 años.

El Calentamiento Global

Medidas recientes indican que la Tierra está absorbiendo 0.85 +/- 0.15 W/m2 más que la que emite al espacio (Hansen et al, 2005) Este aumento, asociado con el calentamiento global, se cree que sea debido al aumento de los gases de invernadero en la atmósfera.

Los gases con efecto de invernadero

Gases con efecto deinvernadero

Origen Retención de calor yefecto de invernaderocon respecto al CO2

Vapor de agua NaturalDióxido de carbono NaturalMetano Natural 23 veces mayor que

el CO2Óxido nitroso Natural 310 veces mayor que

el CO2Clorofluorocarbonos(CFC),perfluorocarbono(PFC) y Hexaflorurode azufre.

No natural 22000 veces mayorque el CO2.

El protocolo de Kyoto

• Es un acuerdo internacional que tiene como objetivo reducir la concentración de gases con efecto de invernadero que producen el calentamiento global y el cambio del clima.

• Reducir las emisiones en el periodo 2008-2012 en un 5% respecto a las emisiones de 1990.

• La mayor parte de los paises de Europa están cumpliendo con el protocolo de Kyoto.

Posición de los diversos países en 2011 respecto del Protocolo de Kioto.1

Firmado y ratificado (Anexo I y II).

Firmado y ratificado.

Firmado pero con ratificación rechazada.

Abandonó.

No posiciona

Tomado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Kioto_sobre_el_cambio_clim%C3%A1tico

Desarrollo de los biocombustibles

• Los combustibles de primera generación son aquellos hechos a partir de materias primas que son usadas también como alimentos. Ejemplo: alcohol de caña, de maíz, papa. Biodiesel de aceite de soya, colza, palma.

• Los biocombustibles de segunda generación son elaborados a partir de materias primas que no son alimentos para animales como por ejemplo: el biodiesel hecho con aceite de Jatropha curcas, el etanol lignocelulósico.

• Los biocombustibles de tercera generación son aquellos producidos a partir de algas.

• Los biocombustibles de cuarta generación son aquellos producidos a partir materias primas obtenidas con plantas genticamente modificadas.

Tipos de biocombustibles

• Los biocombustibles más importantes son:

• El biogás que se obtiene a travéz de la fermentación de materia orgánica con bactérias metanogénicas

• El etanol que se obtiene por fermentación de carbohidratos simples de seis y cinco carbonos.

• El biodiesel que se obtiene por esterificación, transesterificación o hidrotratamiento de aceites y

grasas.

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales (pantanos) o en dispositivos específicos (biodigestor), por reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos en forma anaeróbica. Los residuos de la producción de biogás son efluentes que sirven para el acondicionamiento de suelo o abono.

BIOGÁS

Etanol

La producción mundial de etanol es de primera generación y está sustentada en las siguientes manterias primas:

Caña de azúcarMaízSorgo

Producción mundial de etanol

Fuente: 3tres3.com

Etanol lignocelulósico

• Es el etanol produccido a partir de los carbohidratos estructurales de las células vegetales.

• La materia lignocelulósica se somete a un pretratamiento para degradar la lignina que protege las fibras de celulosas. Después del pretratamiento las fibras de celulosa se hidrolizan con un ácido o con enzímas. El hidrolizado lignocelulósico se detoxifica, y luego se fermenta con levaduras para producir el etanol.

PRETRATAMIENTOSExplosión con vapor.Organosolv.Autohidrólisis.AFEX.Biológico.Químico alcalino.Químico ácido.

INHIBIDORES DE LA FERMENTACIÓN

Ácido acético.Furfural.Hidroximetilfurfural.Compuesto fenólicos.Ácidos orgánicos.

Fig. 2. Producción de etanol en función del tiempo por Sacarificación y Fermentación Simultánea de la fracción sólida de la paja de arroz después del pretratamiento WEx, usando Saccharomyces cerevisiae.

ETANOL A PARTIR DE PAJA DE ARROZ

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Si echa ganado

No hace pacas

No alquila la parcela

Si participaría como socio

Si vendería el rastrojo

No vendería el rastrojo

No participaría como soc

Si alquila la parcela

Si hace pacas

No echa ganado

94%

92%

68%

63%

53%

47%

37%

32%

8%

6%

Fig. 1. Frecuencia relativa de uso del rastrojo de maíz

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

No hace pacas

No alquila la parcela

Si echa ganado

Si vendería la paja

Si participaría como socio

No participaría como socio

No vendería la paja de arroz

No echa ganado

Si alquila la parcela

Si hace pacas

88%

82%

77%

60%

57%

43%

40%

23%

18%

12%

Fig.2. Frecuencia relativa del uso del rastrojo de arroz

DISPONIBILIDAD DERASTROJO DE MAÍZEN PROVINCIAS CENTRALES DE PANAMÁ

DISPONIBILIDAD DE RASTROJO DE ARROZEN PROVINCIAS CENTRALES DEPANAMÁ.

Experiencia del bioetanol carburante en Panamá.

PERIODO MEZCLA

ETANOL/GASOLIN

A

NECESIDADES

DE ETANOL

(Millones de

litros)

Septiembre 2013

a marzo de 2014

en parte del país.

5% 16

Abril de 2014 a

abril de 2015 en

todo el país

7% 40

En 2016 10% 80

Fuente: lainformación.com

El biodiesel

• La mezcla de esteres mono alquílicos de ácidos grasos conocida como biodiesel, se puede producir por esterificación y transesterificación de grasas y aceites vegetales o animales.

• Lo alcoholes más utilizados son el metanol y el etanol.

• La tecnología más difundida utiliza la transesterificación de grasas con metanol

Producción de biodiesel en laboratorio y planta piloto

Experiencia en IDIAP

Experiencia en México con el Proyecto Mesoamérica

Producción mundial de biodiesel

Fuente: 3tres3.com

Una década de producción mundial de biocombustibles

Biocombustible Producción 2004 Finales 2013

Etanol Billones de litros 28.5 87.2

Biodiesel Billones de litros 2.4 26.3

Total Billones de litros 30.9 113.5

Fuente: REN21

Una década de desarrollo de políticas sobre energías

renovables

Política 2004 2013

Países con objetivos de políticas 48 144

Países con políticas feed-in 34 98

Países con políticas sobre cuotas de

producción de energía renovable

(RPS/quota)

11 79

Países con mandatos de biocombustibles 10 63

Fuente: REN21

Mercado de los biocombustibles

• Si se busca reemplazar los combustibles fósiles en un 20 % con biocombustibles. Se necesitaría producir el 20% de nuestras necesidades de combustibles fósiles por biocombustibles.

La importancia de las decisiones y compromisos políticos

• Las políticas energéticas de los gobiernos han motivado a los inversionistas y productores de biocombustibles para que participen y aumenten la producción.

• Ejemplos: En EE. UU., la ley de política energética de 2005, dió encentivos de impuestos y garantías de préstamos para la producción energética de varios tipos. Como resultado la producción de biocombustible aumento 16 % en el periodo 2009-2011.

• En Panamá tenemos la ley 42 del 20 de abril de 2011

El futuro de la producción de los biocombustible en Panamá

• El futuro de la producción de biocombustibles está en manos de los que hacen las políticas en consulta con los inversionistas y la participación de las instituciones que fomentan el desarrollo de la ciencia y la tecnología.

• Para impulsar el desarrollo de los biocombustibles se necesita invertir más en investigación y desarrollo en los Sectores Agropecuario y Agroindustrial que son los productores de la Agroenergía.