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Ing. Edison Clavijo Ponce
Capitán de Material de Guerra.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
eclavijo@espe.edu.ec
BIOREFINERÍAS DESDE LA PERSPECTIVA DE LA SOSTENIBILIDAD:
MATERIAS PRIMAS, PRODUCTOS, Y LOS PROCESOS.
Resumen.
Los vegetales realizan la fotosíntesis para acumular
energía solar en forma de energía química. Esta
energía química puede ser liberada por combustión.
La biomasa puede ser utilizada directamente como
combustible o ser transformada en biocombustibles
líquidos. La energía de la biomasa, bajo las
condiciones apropiadas, se considera que es una
energía renovable. En el presente análisis trata de
un nuevo método de transformación de la biomasa.
La sostenibilidad es la palabra de moda en el
lenguaje de desarrollo, esto ha llevado a la cuestión
de la disponibilidad y la utilización de la energía en
un enfoque nítido. Hay una necesidad urgente de
encontrar alternativas viables para fósiles,
principalmente el petróleo.
I. INTRODUCCIÓN.
Los biocombustibles, la bioenergía y los bioproductos,
todos ellos producibles en las bio-refinerías a partir
de materias primas procedentes de la biomasa, son
–indudablemente- los tres pilares de la bio-economía
del futuro.
Efectivamente, los procedimientos utilizados en las
bio-refinerías para convertir los materiales lignocelulósicos
multi-uso en biocombustibles y bioproductos constituyen
la base del crecimiento económico sostenible que se
espera para el siglo. XXI. El hecho de que los
bio-productos sean derivados de la biomasa (y, por
consiguiente, poco contaminantes), les constituye en
alternativa deseable frente al consumo de recursos
no renovables (petróleo, gas natural, carbón,
minerales) que, además, son contaminantes.
"Bio-refinería es una instalación que integra los
procesos de conversión de biomasa y equipos para
producir combustibles, energía y productos químicos
de biomasa”.
Las Biorefinerías se clasifican en función de los
componentes de su sistema, productos, plataformas,
materias primas y procesos de conversión como se
explica a continuación:
• Las plataformas se refieren a la conexión de
sistemas intermedios de biorefinería y sus
procesos
• Los productos energéticos como el bioetanol y
el biodiesel o productos materiales como los
productos químicos.
• Las materias primas pueden venir de cultivos
energéticos de la agricultura (maíz, caña de
azúcar, etc.) También pueden ser obtenidos de la
agricultura residuos, los residuos forestales y
residuos industriales.
• En la actualidad cuatro grupos principales de
los procesos de conversión están involucrados
en los sistemas de bio-refinería. Estos son
bioquímicos por ejemplo, fermentación, termo-
químicos (pirolisis), químicos, esterificación y
mecánica.
II. LAS FUERZAS QUE IMPULSAN LAS
BIOREFINERÍAS.
El futuro de las materias primas fósiles
En la actualidad la demanda mundial de energía
crecerá en un 50% hasta 2030, según estimaciones
de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) por
lo que es necesario la búsqueda de fuentes de energía
basados en los recursos naturales pero a su vez en la
precaución de mantener en óptimas condiciones
nuestro medio ambiente el que hasta la actualidad ha
sido explotado de una forma descuidada del control
y renovación. Contra este telón de fondo una reali-
dad es verificar las reservas fósiles disponibles, la
predominante fuente primaria de energía en la
actualidad, ofrece un panorama desalentador, las
reservas de petróleo es probable que sólo duren 40
años y de gas natural por 60 años; la preocupación
por la seguridad energética y la disponibilidad de
materias primas para productos químicos orgánicos.
La crisis ambiental
La AIE advierte de que si no cambian las políticas
energéticas de los países consumidores las necesidades
energéticas se multiplicarán en los próximos años. Por
ello, la organización, que depende de la Organización
para la Cooperación y el Desarrollo Económico
(OCDE) reclamó una utilización más racional de la
energía" y "la sustitución de los combustibles fósiles"
por otros tipos de energía. "Tenemos por abandonar el
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petróleo, antes de que el petróleo nos abandone a
nosotros", declaró Birol.
La fuente de energía que registrará un mayor
incremento de la demanda en términos absolutos
será el gas natural, cuyo consumo crecerá un
2,1% anual. La demanda de carbón aumentará un
1,4% anual, hasta los 7.300 millones de toneladas
en 2030. Crecerá también la producción de la
energía nuclear pero menos que otras fuentes,
mientras que las energías renovables aumentarán
más que el resto, con una media del 6,2% por año.
La sustitución de los combustibles fósiles por
biocombustibles puede tener un impacto importante
en la mitigación de emisiones de CO2. De bioetanol
en lugar de gasolina en el transporte puede potenciar
para el ahorro de la emisión de 198 g de CO2
equivalente por kilómetro de recorrido de los
vehículos, mientras que la electricidad producida a
partir de biomasa en el modo de cogeneración puede
ahorrar 731 grs de equivalente de CO2 por Kwh en
electricidad producida a partir de gas natural.
III. MATERIAS PRIMAS.
La biomasa es un material renovable, que es, sin
duda ventajosa para la sostenibilidad pero esto
también limita su máxima tasa de utilización y la
disponibilidad teórica de la biomasa está limitada
por la capacidad de producción primaria de la
biosfera. La bio-refinerías deben tener suministro
fiable de materias primas en su totalidad de vida
útil, que puede ser desde 10 hasta 30 años o más
las materias primas representan el 40-60% de los
costos operativos de una biorefinería.
Cultivos específicos.
La mayoría provienen de cultivos dedicados a la
alimentación como lo es el maíz en EEUU. Se utiliza
en biorefinerías de etanol y la soja en biodiesel; la
caña de azúcar en Brasil como bioetanol e igual
forma es utilizada la soja, el biodiesel de palma en
Malasia que a la par son solución para la hambruna
mundial y el aumento de extensión de siembra sobre
ecosistemas como bosques, praderas causando un
efecto en la sostenibilidad social.
Residuos Agrícolas.
Los residuos agrícolas constituyen una categoría
importante de materia prima potencial de bio-refinería
que no está en la confrontación con la disponibilidad
de alimentos. Estos materiales lignocelulósicos tienen
tres componentes básicos, celulosa, hemicelulosa y
lignina, y puede ser transformado en una multitud de
productos, con una disponibilidad mundial aprox.
1.010mill de toneladas. Entre ellos están: residuos de
cereales, paja de trigo y arroz, rastrojo de maíz, el
algodón de tallo, tallo de cebada, bagazo de caña
de azúcar, entre otros como efecto negativo de
sostenibilidad tenemos las variaciones estacionales
de producción, costos de cosecha y producción del
producto principal y el costo de logística.
Biomasa Leñosa.
Los materiales lignocelulósicos que se procesan
(algunos, con contenidos en celulosa altos) tienen,
sin embargo, un costo muy bajo debido a su
carácter residual: follaje de limpieza de bosques,
papel recuperado de residuos urbanos, lodos de las
industrias de la pulpa y papel, etc. Sus componentes
contienen estructuras orgánicas que sirven como
fuente de bioproductos y muchos de estos, por su
utilización como fármacos o agroquímicos, tienen
valores añadidos relativamente altos.
Biomasa Acuática.
Hay un nuevo enfoque sobre el uso de la biomasa
acuática que no compiten con los productos
alimenticios estos recursos son sostenibles las
algas merecen una mención especial, para la
producción de equivalentes que requieren mucho
menos el uso de la tierra de la biomasa terrestre,
especies de algas pueden crecer en condiciones
suaves, que ofrece mucho más energía (solar) los
rendimientos en comparación con las plantas
terrestres pudiendo ser cultivadas en gran escala
en estanques abiertos o fotosintéticos.
IV. PRODUCTOS BIO-REFINERÍA.
Los Productos Energéticos.
Las biorefinerías que usan biomasa de plantas o
material de origen vegetal como materia prima serían
la punta de lanza para pasar del carbono fósil a la
producción de biocombustibles, lo cual modificaría
el panorama industrial.
En los últimos años el biodiesel también ha ganado
en importancia como combustible de transporte; la
producción anual mundial de biodiesel y etanol
creció un 43% y el 23%, respectivamente; Estos
biocombustibles, por lo tanto, a menudo requieren
algunos incentivos económicos o las intervenciones
de la política para competir; se encuentra en auge la
utilización de subproductos y residuos, mientras que
la producción de bioetanol a partir de maíz y caña de
azúcar está en el mercado establecido, la producción
de celulosa y la hemicelulosa se encuentra todavía
en su fase de desarrollo inicial.
Biomateriales.
Las biorefinerías pueden proporcionar un arreglo de
productos químicos como pegamentos, detergentes,
fluidos dieléctricos, colorantes, tintas, lubricantes,
materiales de embalaje, pinturas y recubrimientos,
papel y cartón, solventes de maíz para bio-refinerías
de etanol se puede producir fibra, germen, y el
gluten, además de granos de destilería-seca (DDG)
para la alimentación animal, fibra de maíz, rico en
hemicelulosas, puede ser más hidrolizada y se
fermenta para producir etanol adicional.
V. PROCESOS DE BIOREFENERÍA.
Tipos de Biorefinerías.
Se consideran bio-refinerías de primera generación
las plantas de molienda en seco que utilizan cereal
como materia prima para obtener etanol, otros
coproductos y dióxido de carbono.
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Las bio-refinerías de segunda generación hacen uso
de tecnologías de molienda en húmedo para obtener
almidón, fructosa, aceite y harinas del maíz y etanol.
Las bio-refinerías de tercera generación y
bio-refinerías más avanzadas (algunas de ellas en
fase de desarrollo), son las que utilizarán recursos de
la biomasa de la agricultura o de los bosques para
producir múltiples tipos de productos como etanol,
combustibles, agroquímicos y plásticos. Son las más
prometedoras en cuanto a eficacia económica.
El diseño de bio-refinerías de tercera generación
precisa de los siguientes requerimientos:
(a) Una alimentación o utilización de materias
primas biológicas.
(b) Determinadas tecnologías de procesamiento
para la obtención de bio-sustancias, productos y
energía.
(c) La consideración de estrategias que partan: bien
de nuevos productos biológicamente degradables, o
bien de productos intermediarios en las líneas de
productos de las refinerías petroquímicas. De forma
resumida podemos describir cuatro sistemas
complejos de bio-refinerías
1.)Bio-refinerías de recursos lignocelulósicos
2.) Bio-refinerías de tratamiento de “cosechas
completas”
3.) Bio-refinerías verdes o “naturaleza húmeda”
4.) Bio-refinerías que utilizan el concepto de “dos
plataformas”.
VI. POLÍTICAS Y ORIENTACIÓN FUTURA.
Se preveé que la demanda global de biodiesel
ascienda a 37.850 millones de litros en 2015. Actual-
mente, 30 países han establecido objetivos de
biocarburantes y están usando simultáneamente
biodiesel y combustibles tradicionales.
Los países en vías de desarrollo suministran el 50%
de la demanda global de biocarburantes y su com-
promiso a largo plazo para con los combustibles
renovables ha quedado patente por el hecho de que
ya el 17% de la demanda mundial de biodiesel se
concentra en el hemisferio sur del planeta.
El Instituto de investigación multilateral IIASA de
Viena, Austria, ha calculado que podrían fabricarse
hasta 246 megatoneladas de biomasa para la produc-
ción de biocombustibles y bioplásticos a partir de los
residuos de cultivos, que representan el 50% de la
biomasa cultivada. Este material podría usarse sin
que su producción afectará negativamente a los
fertilizantes y la tierra. Con este uso de los residuos
agrícolas se necesitarían de 15 a 20 millones de
hectáreas menos de tierras de labranza con cultivos
para producir biocombustibles.
VII. CONCLUSIÓN.
Las biorefinerías que usan biomasa de plantas o
material de origen vegetal como materia prima
serían la punta de lanza para pasar del carbono fósil
a la producción de biocombustibles, lo cual modifi-
caría el panorama industrial. Al mismo tiempo, se
ofrece a los gobiernos en todo el mundo una gran
oportunidad, también, en el que su ayuda para crear
un marco positivo con los reglamentos y los incen-
tivos para estimular que el sector privado para
acelerar sus inversiones será la clave.
Es así, que basados en el análisis del WEF concluye
que el desarrollo basado en la bioeconomía está en
una etapa temprana y ante un escenario de alto
riesgo, sobre todo si las empresas deciden lanzarse al
mercado de manera independiente, por ello es
necesario que el gobierno tome un papel activo en el
proceso para apoyar a estas industrias , con el fin de
crear mercado para garantizar que la industria se
consolide y prospere lo más rápido posible.
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