tecnología y biocombustibles una herramienta...
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Reunión regional de expertos
Tecnología y biocombustibles de segunda generación:
Una herramienta para la toma de decisiones
24, 25 y 26 de setiembre de 2009
ReporteMayo 2010
Organiza: Apoyan: Patrocinan:
Este material fue compilado y editado por el Lic. Gerardo Honty con la colabo-
ración de la Ing. Quím. Alicia Raffaele y el Lic. Roque Pedace.
Los autores se hacen responsables por la elección y presentación de los
hechos que figuran en la presente publicación y por las opiniones que aquí
expresan, las cuales no reflejan necesariamente las de la UNESCO, y no
comprometen a la Organización.
Las denominaciones empleadas en esta publicación y la forma en que apare-
cen presentados los datos, no implican de parte de la UNESCO juicio alguno
sobre la condición jurídica de países, territorios, ciudades o zonas, o de sus
autoridades, ni sobre la delimitación de sus fronteras o límites.
Esta publicación se encuentra disponible en www.unesco.org.uy y puede ser
reproducida haciendo referencia explícita a la fuente.
Serie Buenas Prácticas en Cambio Climático - Volumen 2
ISBN 978-92-9089-160-4
© UNESCO 2010
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Introducción
El tema energético constituye uno de los asuntos estratégicos más relevantes que enfrenta el futuro desarrollo sustentable no solamente de la región sino también del mundo entero. Tal como se ha mencionado muchas veces, la disponibilidad de recursos energéticos provenientes de los combustibles fósiles es limitada. Por otro lado, la demanda continúa creciendo y lo hace en forma exponencial. Hacer frente a los desafíos que plantea la utilización de las energías no renovables en materia de cambio climático, reduciendo los gases efecto invernadero, no es ya una opción sino un deber.
El encarecimiento y volatilidad de los precios de los combusti-bles fósiles, el aumento de los riesgos geopolíticos, el cambio climático, el acceso seguro a servicios energéticos confiables y la evolución tecnológica son una preocupación dominante en el debate energético.
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La creciente demanda de petróleo a nivel global se ha encon-trado, en definitiva, con dos grandes problemas que aún no han logrado ser superados. Por un lado el esperado “pico” global del petróleo -el momento en el que en su conjunto los yacimientos de crudo alcancen su máximo posible de produc-ción diaria- hecho que acontecería según todos los pronósti-cos, más tarde o más temprano, pero dentro de la presente década.
El segundo gran problema es la amenaza del cambio climático, una de sus causas principales es la combustión de petróleo, gas natural y carbón. Aún si existieran mayores reservas de crudo éstas no podrían ser utilizadas, al menos si se quiere mantener el equilibrio climático dentro de ciertos límites a los que la humanidad pueda adaptarse.
En este contexto, las energías renovables son una alternativa viable, confiable y factible tanto para los países desarrollados como para aquellos en vías de desarrollo. En el caso de éstos últimos, no solo significa independizarse en materia energética sino que las energías renovables pueden ayudar a satisfacer la demanda creciente tanto en las redes energéticas como en sistemas aislados de las redes, además de disminuir los im-pactos ambientales negativos que se asocian con la quema de combustibles.
Sin embargo, el uso de estas energías no logra instalarse. Por lo general, las políticas en materia de energía suelen favorecer los bajos costos iniciales y los costos continuos que supone el suministro de energía basado en combustibles fósiles mas que enfrentar los altos costos iniciales y bajos costos de operación que implican las inversiones en energías renovables. Además
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de la estructura existente en los países que favorece el uso de combustibles fósiles, los subsidios al combustible, los incen-tivos fiscales y económicos para la exploración petrolera y la ausencia de penalidades por los impactos ambientales produ-cidos constituyen factores adicionales que no colaboran con la generalización del uso de las energías renovables.
En este marco, los países de América Latina y el Caribe, a pe-sar de que disponen de abundantes recursos renovables, no los han destinado al desarrollo de proyectos en energías reno-vables. Y es aquí donde se plantea el desafío: cómo fomentar, por un lado, el desarrollo de energías alternativas basadas en el uso de estos recursos renovables (en nuestro caso, los bio-combustibles de segunda y tercera generación) y, por el otro, el desarrollo y la implementación de políticas que promuevan su utilización.
Una de las alternativas, antigua pero que ha cobrado vigor en los últimos tiempos, es el biocombustible, un tipo de combus-tible potencialmente renovable que podría sustituir al menos parcialmente al petróleo para su uso en los motores de com-bustión interna.
Paralelamente los biocombustibles han sido fuente de debate debido una multiplicidad de factores. Si bien son reconocidas sus potencialidades como combustibles sustitutos y como factor de desarrollo local, a la vez presentan una serie de ame-nazas relacionadas, entre otros, con el ambiente, el uso del suelo y el aumento de los precios de los alimentos.
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Sin embargo estos debates han estado concentrados espe-cíficamente en los llamados “biocombustibles de primera ge-neración” o “agrocombustibles”, como el etanol y el biodiesel procedentes de cultivos anuales o plurianuales como caña de azúcar, remolacha y soja, colza, girasol, respectivamente.
Nuevas investigaciones a nivel mundial están comenzando a explorar otras opciones, consideradas biocombustibles de se-gunda, tercera y cuarta generación.
Los biocombustibles de segunda generación se obtienen a partir de materias primas que no tienen usos alimentarios (pastos perennes como el switchgrass o especies arbóreas como el álamo para el etanol) y oleaginosas no alimentarias (especies arbustivas o arbóreas perennes como la mamona, el tempate y el crambe), utilizando tecnologías convenciona-les para su producción. También se incluye en esta categoría el biodiesel elaborado a partir de algas. El desarrollo de bio-combustibles de segunda generación ofrece la oportunidad de usar más materias primas, de aprovechar suelos no aptos para cultivos alimentarios, de generar una mayor eficiencia de conversión.
Los biocombustibles de tercera generación utilizan tecnologías de producciones y procesos termoquímicos de síntesis simila-res a los agrocombustibles pero aplicados a cultivos bioener-géticos específicamente diseñados mediante procedimientos biotecnológicos con el objetivo de incrementar la eficiencia de conversión de biomasa en energía. Es el caso de los productos forestales bajos en lignina, que reducen los costos y las etapas del pre tratamiento, que no son materiales alimentarios y en muchos casos son considerados residuos.
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Los biocombustibles de cuarta generación están diseñados para la captación y almacenamiento de carbono, tanto a ni-vel de la materia prima como de la tecnología de proceso. La materia prima no sólo se adapta para mejorar la eficiencia de proceso, sino que se diseña para captar más dióxido de car-bono, a medida que el cultivo crece. Los métodos de proce-so (principalmente termoquímicos) también se combinan con tecnologías de “captación y almacenamiento de carbono” que encauza el dióxido de carbono generado a las formaciones geológicas (almacenamiento geológico, por ejemplo, en yaci-mientos petrolíferos agotados) o a través del almacenamiento en minerales (en forma de carbonatos).
Si bien todas estas investigaciones están orientadas a superar las deficiencias en materia de uso del suelo, contribución al cambio climático y competencia con los alimentos, pueden no resultar tan beneficiosas desde el punto de vista del desarrollo rural o aumentar la dependencia tecnológica de los grandes centros de producción de tecnología.
Es por esta razón que se entendió necesario hacer una puesta al día del estado de la investigación a nivel mundial de estas nuevas opciones, así como identificar las potencialidades y las amenazas para el desarrollo de los países latinoamericanos.
La demanda de energía continúa en aumento y no puede ser satisfecha únicamente en base a la extracción de petróleo. La importancia del desarrollo y de la profundización del diálogo internacional en el campo de la energía comprende todas las fuentes de energía alternativa, entre ellas los biocombustibles.
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En este contexto, con el objetivo de facilitar el diálogo entre los países de América Latina y el Caribe sobre esta temática a través de la cooperación técnica y con la finalidad de fortale-cer la cooperación sur-sur, la Oficina Regional de Ciencia de la UNESCO para América Latina y el Caribe se propuso organizar la Reunión regional de expertos – Tecnología y biocombusti-bles de segunda generación: Una herramienta para la toma de decisiones.
Denise Gorfinkiel Gerardo HontyOficial Nacional de Programa
Oficina Regional de Ciencia de la UNESCO para América Latina y el Caribe
Consultor
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INDICE
Preparación y desarrollo de las actividades ......................... 11
Panel de funcionarios ministeriales ...................................... 17
Presentación delegación de Uruguay .................................. 20
Presentación de la delegación de Brasil .............................. 26
Presentación de la delegación de Paraguay ........................ 27
Conferencistas ..................................................................... 31
Importancia de las microalgas en la obtención de Biocombustibles M.Sc. Carla Patricia Aguilar Samanamud ................................... 37
Una visión catalítica de las refinerías en el futuro Eduardo Falabella Sousa-Aguiar - Arthur José Gerbasi da Silva - Alexandre Salem Szklo ............................................................. 47
Cultivos Lignocelulósicos para la Producción de Etanol en Uruguay Ing. Agr.(PhD) Guillermo Siri-Prieto ........................................... 69
Topinambur (Helianthus tuberosus L.): materia prima para obtener etanol en Mendoza Ing. Agr. M. Sc. Cecilia Rebora ................................................. 85
Avaliação do desenvolvimento científico-tecnológico do etanol combustível e ações do instituto nacional de tecnolo-gia (MCT-Brasil) relacionada ao tema estratégico Clarissa Cruz Perrone - Lucia Gorestin Appel - Vera Lúcia Maia Lellis - Fábio Mendes Ferreira - Amanda Moura de Sousa - Viridiana Santana Ferreira-Leitão ....... 95
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Bioetanol a partir de algas Dr. Sergio Ramirez Robles .............................................................109
Sustentabilidad y certificación de biocombustibles de segunda generación Ing. Agr. Virginia Lobato ......................................................... 129
Reunión de Expertos .......................................................... 139
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Preparación y desarrollo de las actividades
La selección y convocatoria de expertos para participar en la Reunión se realizó de manera de cumplir con algunos requisi-tos mínimos de representación geográfica, temática y secto-rial. Por esta razón se procuró la participación de expertos de distintos países y regiones de América Latina, pertenecientes a los ámbitos académico, político y empresarial y que pudie-ran presentar experiencias con variadas tecnologías y mate-rias primas desde distintas perspectivas. Se contactaron una veintena de investigadores de los distintos ámbitos antes de alcanzar la selección final de participantes.
El objetivo que se planteó UNESCO para la Reunión fue: Iden-tificar barreras y oportunidades para el desarrollo de biocom-bustibles de segunda generación en América Latina. Para ello se estructuró un programa basado en una serie de conferen-cias técnicas por un lado y por otro, una reunión/debate de expertos y decisores políticos sobre el estado actual del desa-
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rrollo de la investigación en biocombustibles de segunda ge-neración y sus oportunidades comerciales y productivas para América Latina y el Caribe.
La actividad se dividió en tres partes:
1) Un panel de funcionarios ministeriales de alto rango integrantes del Grupo ad hoc de biocombustibles del MERCOSUR. Esta actividad fue de medio día de dura-ción, abierta al público, donde los expositores presenta-ron los planes y estrategias de los países de los países de la región en este tema
2) Un ciclo de conferencias de expertos de un día de du-ración, abierto al público especializado, para exponer acerca del estado actual, desafíos y oportunidades de la investigación y desarrollo de biocombustibles de se-gunda generación y posteriores en América Latina y el Caribe
3) Un taller de discusión de un día entre expertos para de-batir los ejes temáticos más importantes
El programa de actividades se desarrolló de la siguiente ma-nera:
Jueves 24 de setiembre
Panel de funcionarios ministeriales
13:30 Inscripciones
14:00 Apertura
Raúl Sendic, Ministro de Industria, Energía y Minería.
Pedro Vaz Ramela, Ministro de Relaciones Exteriores
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Jorge Grandi, Director de la Oficina de UNESCO Montevideo
14:30 Panel Ministerial
Panel integrado por representantes de los Estados Parte del
Grupo de Biocombustibles (GADHB) del MERCOSUR. Los
representantes expusieron los planes y estrategias actuales
y futuras relacionadas con los Biocombustibles de segunda
generación en el contexto de sus políticas públicas en mate-
ria de Energías Renovables.
Rodrigo Augusto Rodrigues. Punto Focal de Brasil del Grupo
Ad Hoc de Biocombustibles del MERCOSUR. Coordi-
nador de la Comisión Ejecutiva Interministerial de Bio-
diesel de Brasil
Olga Otegui y Wilson Sierra. Dirección Nacional de Energía y
Tecnología Nuclear del Ministerio de Industria, Energía
y Minería de Uruguay.
Víctor Monges Romero, Ministerio de Industria y Comercio de
Paraguay y Justo Pastor Vargas, Ministerio de Agricul-
tura y Ganadería de Paraguay
Moderador: Gerardo Honty (Consultor de UNESCO)
Viernes 25 de setiembre
Ciclo de Conferencias
9:00 Apertura
Raúl Sendic, Ministro de Industria, Energía y Minería.
Jorge Grandi, Director de la Oficina de UNESCO Montevideo
Primer Panel
Moderadora: Alicia Rafaelle (Punto Focal Uruguay de la Red
de Biocombustibles CYTED)
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9:30 Guillermo Siri-Prieto. Universidad de la República. Esta-
ción Experimental Dr. Mario A. Cassinoni - (Uruguay)
Biocombustibles Líquidos a partir de cultivos no tradicionales
10:00 Preguntas de los participantes
10:15 Sergio Ramírez Robles, BioFields (México)
BioFields, México; producción industrial de etanol a partir de
algas
10:45 Preguntas de los participantes
11:00 Pausa para café
11:30 Viridiana Santana Ferreira-Leitão - Instituto Nacional de
Tecnología (Brasil)
Una evaluación del desarrollo científico y tecnológico del eta-
nol combustible y de la actuación del Instituto Nacional de Tec-
nología en este tema estratégico.
12:00 Preguntas de los participantes
12:15 Leonardo De León – ALUR (Uruguay)
ALUR: cadenas agroenergéticas alimentarias para el desarrollo
del país
12:45 Preguntas de los participantes
13:00 Cierre de la mañana
Segundo Panel
Moderador: Wilson Sierra (Dirección Nacional de Energía,
MIEM)
14:30 Andrés Villegas. Weyerhaeuser (Uruguay)
Biocombustibles Líquidos a partir de productos forestales
15:00 Preguntas de los participantes
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15:15 Diego Posse y Cecilia Rebora. División Biocombustibles
de YPF (Argentina)
Experiencias en el Desarrollo de Biocombustibles a partir de
materias primas no tradicionales Topinambur: materia prima
para obtener etanol en Mendoza.
15:45 Preguntas de los participantes
16:00 Carla Aguilar. Instituto del Mar, (Perú)
Biodiesel a partir de algas. Investigación y desarrollo orienta-
dos a la comercialización
16:30 Preguntas de los participantes
16:45 Pausa para café
17:15 Prof. Dr. Eduardo Falabella de Souza Aguiar. Petrobras
(Brasil)
Refinerías del futuro: oportunidades en el campo de la Catálisis
y los Biocombustibles
17:45 Preguntas de los participantes
18:00 Virginia Lobato, CLAES (Uruguay)
Sistemas de evaluación de sustentabilidad para biocombusti-
bles de segunda generación (B2G)
18:30 Preguntas de los participantes
18:45 Clausura
Sábado 26 de Setiembre
Taller de expertos: recomendaciones para promover las me-
jores opciones en biocombustibles de segunda generación y
posteriores, en América Latina.
9:00 Presentación de la actividad
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9:15 a 10:30 Trabajo en dos grupos sobre las siguientes
preguntas:
1) ¿Cuál es la escala de producción posible y deseable para
el futuro en América Latina: ¿Local; Nacional; Exportación?
2) ¿Cuáles son los escenarios de sustitución de fósiles previ-
sibles y plazos estimados?
3) ¿Cuáles son los impactos sociales y ambientales espera-
dos en esos escenarios?
4) Criterios de sustentabilidad posibles
10:30 a 11:00 Pausa para café
11:00 a 12: 30 Trabajo en plenario: Recomendaciones sobre
los dos grupos de temas presentados
12:30 a 14:00 Almuerzo
14:00 a 15:15 Trabajo en dos grupos sobre las siguientes
preguntas:
5) ¿Cómo es la relación entre universidades e institutos de
investigación con las empresas? ¿Qué previsiones existen
respecto a los Derechos de Propiedad Intelectual y cuál es el
marco jurídico existente?
6) ¿Cuál es el marco político, institucional y jurídico para el
desarrollo de B2G?
15:15 A 15:45 Pausa para café
15:45 a 17:00 Trabajo en plenario: recomendaciones sobre los
dos grupos de temas presentados
17:00 Cierre de la jornada
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Panel de funcionarios ministeriales
Jueves 24 de setiembre de 2009
Apertura
Tras la bienvenida a los participantes, se procede a la apertu-ra del evento a cargo de las autoridades, representadas por Raúl Sendic, Ministro de Industria, Energía y Minería de la Re-pública Oriental del Uruguay; Omar Mesa, en nombre del Em-bajador Pedro Vaz Ramela, Ministro de Relaciones Exteriores de Uruguay y Denise Gorfinkiel, en nombre de Jorge Grandi Director de la Oficina Regional de Ciencia de la UNESCO para América Latina y el Caribe.
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El Embajador Omar Mesa, en nombre de Embajador Pedro Vaz Ramela Ministro de Relaciones Exteriores, saluda y da la bienvenida a todos los participantes y conferencistas.
Denise Gorfinkiel, en nombre del Director de UNESCO, Jorge Grandi, da la bienvenida al grupo de expertos, conferencistas y participantes.
Hace referencia a los objetivos del evento, que se espera con-tribuya al desarrollo en la temática, a la ética, a la promoción de buenas prácticas, y a la ciencia y tecnología en general. El objetivo principal es fomentar el diálogo, y posibilitar mediante la reunión de expertos, el análisis de posibles escenarios futu-ros en un foro de discusión multidisciplinario.
En su alocución también realiza una breve presentación del tema, destacando la creciente articulación intersectorial. Hace referencia a lo indicado por la FAO sobre la demanda en au-mento de biocombustibles de primera generación y a la res-ponsabilidad y consecuencia en el alza de precios de algunos productos agrícolas, que además contribuyen en la degrada-ción de las tierras. Surge entonces, de acuerdo a su análisis, la necesidad de buscar energías renovables ambientalmente sostenibles que permitan diversificar la oferta de energía y re-ducir las importaciones. Por esta razón argumenta, emergen los llamados biocombustibles de segunda generación. Estos aún están en etapa de desarrollo tanto en escala de laboratorio como de proyecto piloto y se espera que en un plazo de 5 a 10 años puedan estar disponibles para su utilización.
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El Ministro Raúl Sendic, en su presentación de la temática ex-presa que es determinante para los pasos a seguir, promover los biocombustibles de segunda generación.
Indica que es fundamental modificar la matriz energética y ba-jar la dependencia que se tiene del petróleo. Hace referencia a que en Uruguay, en los años 2007 y 2008 con un precio del petróleo que llegó a 146 dólares el barril, se realizaron compras de hidrocarburos y derivados que superaron los 2000 millones de dólares, significando una enorme transferencia de recursos al exterior.
Comenta las líneas de trabajo en energía eólica (mapa eólico), biomasa (relevamiento) y biocombustibles, sobre la base de alianzas público – privadas, aprovechando la enorme biodiver-sidad del país y combinando la necesidad de resolver el pro-blema energético y las demandas de alimentos. Enfatiza que la estrategia es viabilizar ambas cosas: producción de alimentos y producción de energía, lo cual se ha convertido en una enorme oportunidad para promover la investigación. También subraya que el gobierno ha dado pasos para garantizar que el Uruguay se convierta en el país de las Américas con mayor porcentaje de energías renovables y limpias. Ejemplo de ello es que en las próximas semanas se incorporarán los biocombustibles en el mercado provenientes de cadenas agroalimentarias.
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Presentación delegación de Uruguay
Ing. Agr. Olga Otegui e Ing. Quím. Wilson SierraDirección Nacional de Energía y Tecnología Nuclear
La Ing. Agr. Olga Otegui, es integrante y Punto Focal Urugua-yo del grupo de Biocombustibles del MERCOSUR. Describe qué es el grupo de Biocombustibles del MERCOSUR y lo que se ha desarrollado hasta la fecha, destacando que actualmente Uruguay tiene la presidencia pro tempore del Grupo Ad Hoc.
De su exposición se destaca la siguiente información:
En el año 2006, se convoca a un grupo de trabajo especial sobre Biocombustibles. En el año 2007, durante la presidencia pro tempore del Uruguay se formalizó dicho grupo, estable-ciendo un Grupo Ad Hoc sobre Biocombustibles. El Grupo Ad Hoc, lo integran Argentina, Brasil, Paraguay, Uruguay y en al-guna oportunidad Venezuela.
Se comienza a redactar un proyecto de un Plan de Acción del MERCOSUR para la cooperación en materia de biocombus-tibles, basado en analizar los marcos legales de cada país y difundirlos.
Las actividades del Plan de Acción se refieren a aspectos vin-culados con:
la potencialidad agrícola regional para la producción de �biocombustibles (biodiesel y bioetanol);
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el proceso industrial en las cadenas de producción de �biocombustibles (biodiesel y bioetanol) en escala co-mercial;
la producción sustentable de biocombustibles; �
la definición de los modelos de negocio para la industria �de biocombustibles;
los marcos regulatorios vigentes para la producción de �biocombustibles en los Estados Partes del MERCO-SUR;
la evaluación de las especificaciones técnicas de los �biocombustibles;
la evaluación de los sistemas de infraestructura y logís- �tica para la integración productiva y distribución de los biocombustibles;
la cooperación en los planos regional y global; �
la inversión en el sector de biocombustibles en el MER- �COSUR.
El 9 de octubre del año 2007, el Consejo del Mercado Común (CMC) del MERCOSUR aprueba el Plan de Acción. Desde su aprobación, se están realizando algunas actividades vinculadas a la producción sustentable, modelos de negocios, marcos re-gulatorios, especificaciones técnicas de los biocombustibles, inversión en el sector y posibilidades de trabajo conjunto.
En el año 2008 durante la presidencia pro tempore de Argen-tina se comienza a trabajar en aspectos que rápidamente den resultados positivos, por lo cual se da inicio a la actividad de evaluación técnica de los biocombustibles.
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En Uruguay se forma un grupo con la Administración Nacio-nal de Combustibles, Alcohol y Portland (ANCAP), la Unidad Reguladora de los Servicios de Energía y Agua (URSEA), el Instituto Uruguayo de Normas Técnicas (UNIT), la Facultad de Química y el Laboratorio Tecnológico del Uruguay (LATU). En este ámbito y a sugerencia de Brasil, se trabajó en identificar las diferencias que se tenían en los países miembros, en las especificaciones y métodos para el biodiesel y el bioetanol.
Otro punto importante fue identificar entidades y empresas con proyectos e investigación en la materia.
Durante la presidencia pro tempore de Brasil, en el año 2008, se comienza el estudio y la armonización de especificaciones y normas técnicas, entre todos los países, y también el trabajo sobre los aspectos vinculados a la producción sustentable de los biocombustibles.
La Ing. Otegui, presenta una tabla de tres columnas resumen de las especificaciones de los distintos países del MERCO-SUR. En la primera columna, se encuentran las especificacio-nes comparables; en la segunda columna, aquellas especifi-caciones que se pueden armonizar, y en la tercera columna, especificaciones que no coincidentes y donde no hay posibili-dad de armonización.
Se espera que al finalizar la presidencia pro tempore de Uru-guay, se pueda alcanzar un documento de armonización de las normas para biodiesel, alcohol hidratado y alcohol anhidro.
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El Ing. Quím. Wilson Sierra, presenta la política energética nacional 2008, señalando lo siguiente:
Uruguay establece una política energética 2005-2030, basada en directrices y estrategias que apuntan a la independencia energética, en un marco de integración regional con políticas económicas. Se basa en 4 ejes fundamentales: 1) rol directriz del Estado, promoviendo y articulando; 2) diversificación de la matriz energética, fuentes y proveedores; 3) eficiencia energé-tica; 4) acceso universal a la energía.
Comenta que desde el año 2005 a la fecha, se registraron em-prendimientos de aportes de generación eléctrica a partir de biomasa, también otros emprendimientos de agrocombusti-bles, y emprendimientos en energía eólica.
En el año 2007, a través de un llamado a licitación se adjudican 26 MW a proyectos de generación de electricidad a partir de biomasa y energía eólica. Para dar satisfacción a la meta de 300 MW eólicos para el año 2015 se va a realizar una nueva licitación por 150 MW. Por otra parte se espera que para esa fecha otros 200 MW sean generados con biomasa.
Con referencia a la energía solar térmica, se aprobó por parte del parlamento una ley que contempla beneficios fiscales para la instalación de este tipo de tecnologías. Respecto a la ener-gía solar fotovoltaica, el funcionario señala la existencia de un proyecto financiado por la cooperación del Japón (JICA) para la instalación una granja solar fotovoltaica piloto de 300Kwp.
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En resumen, la incorporación de fuentes renovables, no es ais-lada y es una fuerte apuesta política de la actual Administra-ción.
Otro hito importante lo constituye la aprobación de la Ley 18.195, de Agrocombustibles del año 2007, donde se estable-cen metas, beneficios y el marco general. La Ley se comple-mentó con el decreto reglamentario del año 2008 (Dec. 523/08) tanto para etanol como para biodiesel.
En este sentido se ha trabajado en la instalación de capaci-dades para asegurar los mínimos de la incorporación que in-dica la Ley. En el caso del biodiesel, en una primera etapa se considera la instalación de la infraestructura necesaria para la producción de 16.000 ton/año, por medio de una planta mo-dular desplazable. En la segunda etapa se prevé instalar una segunda planta con una capacidad de producción de 50.000 ton/año.
Con respecto al marco normativo, Sierra informa que la UR-SEA ya dispone de un proyecto de reglamento de control de calidad de biodiesel y alcohol carburante.
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Preguntas
Eduardo Falabella, Petrobrás (Brasil) pregunta ¿qué es lo que se considera biocombustibles de segunda generación?
La Ing. Otegui, responde con la pregunta, ¿biodiesel de algas es de segunda o de tercera generación? La respuesta es que depende de cada país. En Chile el biodiesel de algas es de tercera generación, en otros lados el biodiesel de tártago es segunda generación. Los brasileros consideran que el etanol ligno-celulósico es de segunda generación.
El Ing. Sierra complementa indicando que todo lo que no sea a partir de fuentes tradicionales de uso alimentario, se conside-ra de segunda generación.
Sergio Ramírez, BioFields (México) pregunta ¿Cuál es el rol de la industria privada?
La Ing. Otegui responde que el rol de los privados en biocom-bustibles en Uruguay es amplio. En el año 2005 el marco legal era indefinido. El monopolio de combustibles lo tenía ANCAP. Entonces se constituyeron grupos de trabajo en biodiesel y etanol con todos los actores: áreas académica, empresarial, etc. Luego hay otras instancias de participación al establecer las normativas técnicas, allí también participaron los privados. En el rubro alcohol no hay actores privados en Uruguay. En cambio en biodiesel se estableció una Cámara de Biodiesel
Sergio Ramírez, BioFields (México) pregunta ¿Cómo están pensando resolver el tema de los tratados comerciales? Por ejemplo: se abre una licitación para biocombustibles y una in-
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dustria mexicana resulta ganadora antes que los productores nacionales porque puede importar a más bajo costo. ¿Cómo solucionar esto?
La Ing Otegui responde que el biodiesel y el alcohol carburante (hidratado y deshidratado), son los únicos que pueden ser ge-nerados o exportados desde el ámbito privado. No está permi-tida la importación, sólo lo puede hacer la empresa petrolera.
Presentación de la delegación de Brasil
Rodrigo Augusto Rodríguez
Coordinador de la Comisión Ejecutiva Interministerial sobre Biodiesel. Casa Civil de la Presidencia de la República
Comienza su disertación indicando que hay opiniones diversas sobre los biocombustibles de 2ª generación, por lo que prefie-re denominar innovaciones tecnológicas.
En Brasil el uso de energías renovables promueve la seguridad en el suministro de energía, incrementando la participación de distintas fuentes de energía.
Presenta una variada gama de actividades e instituciones que trabajan sobre este tema en Brasil:
Ministerio de Ciencia y Tecnología. Se especializa en la �hidrólisis enzimática. Hay iniciativas gubernamentales, pero también hay proyectos público- privados.
Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Bioetanol. �Se destina 3.8 millones de dólares para investigación en rutas tecnológicas innovadoras. La red está compuesta
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por 29 laboratorios divididos en 4 centros. Ámbito gu-bernamental.
Red interuniversitaria para el desarrollo del sector su- �croalcoholero, con una inversión de 10 millones de dó-lares.
Proyecto de escalonamiento de enzimas. 5 millones de �dólares.
Proyecto Bioetan � ol. Red de investigación y desarrollo de capacidad tecnológica. 15 institutos de investigación más empresas.
Presentación de la delegación de Paraguay
Víctor Monges Romero Ministerio de Industria y ComercioJusto Pastor Vargas. Ministerio de Agricultura y Ganadería
Víctor Monges Romero indica que a partir del año 2005, Para-guay comienza a realizar inversiones en biocombustibles.
Se establece la Ley 2748/05 de fomento a los biocombusti-bles. Dicha Ley se reglamenta en el año 2006 por el Decreto 7412/06.
El Decreto 12.240, establece incentivos fiscales y arancel cero para importación de vehículos
Señala que Paraguay tiene un programa nacional de mezclas de gasolina y etanol, desde el año 1999.
Con referencia al biodiesel, en el año 2005, se establece un 1% de mezcla de biodiesel. Para el año 2009, se tiene previsto
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un 5%, sin embargo como no hay producción de biodiesel de origen vegetal, se establece 1% de mezcla de las plantas que producen en base al sebo animal. Estima que la inversión que se ha realizado es de 6.500.000 dólares.
Con respecto a las materias primas, señala que para el bioeta-nol la principal es la caña de azúcar. Presenta gráficas con el mercado de naftas y también un mapa de ubicación e ingenios de las plantas productoras de etanol. Indica que el sector pri-vado paraguayo apostó al etanol, estimando que la inversión en las plantas productoras del país es de 200.000.000 dóla-res.
El Ing. Justo Pastor Vargas habla sobre la ley de fomento de materias primas para biocombustibles.
Al respecto, en el año 2008 se establece un Programa Nacional de Biocombustibles. El grupo meta son los pequeños produc-tores o pequeños agricultores familiares campesinos.
Para el bioetanol se promueve la caña de azúcar. Se ha aumen-tado la superficie de cultivo y se abastece el mercado interno de bioetanol en Paraguay. Desde el Ministerio de Agricultura se identifican algunos problemas, como ser el bajo rendimiento por hectárea de la caña de azúcar: 60 ton/há, muy por debajo de la región. También se está probando la producción con sor-go granífero y mandioca.
Con referencia al biodiesel, se inicia con jatrofa, unas 5000 há. También hay experiencias privadas a partir de producción con nabo forrajero, que posibilita el uso de pellets como alimento de peces. Hay iniciativas con tártago.
En resumen, en Paraguay respecto a biocombustibles de se-gunda generación aún no hay iniciativas. Recién están comen-zando con los de primera generación.
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Ciclo de Conferencias
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CONFERENCISTAS
Carla Patricia AGUILAR SAMANAMUD - Licenciada en Biología (Universidad Ricardo Palma), Magister en Ciencias con Mención en Botánica (Universidad de Concepción – Chile) y especializada en Biotecnología Algal (Argentina, Méxi-co y Costa Rica). Experiencia en análisis de fitoplancton, clasificación taxonómica y cultivo de microalgas como ali-mento vivo, evaluación de fitoplancton tóxico, desarrollo de ciclos de vida y extracción de metabolitos secundarios. Trabaja en el Instituto del Mar del Perú (IMARPE) desde el 2002. Actualmente es responsable de la línea de investiga-ción sobre Biotecnología Acuática del Banco de Germo-plasma de Recursos Acuáticos del Laboratorio de Cultivo de Microalgas y líder de los proyectos.
Leonardo DE LEÓN - Responsable del área de biocombusti-bles de ANCAP y Director de Alcoholes del Uruguay (ALUR S.A.), empresa agroindustrial del Grupo ANCAP.
Eduardo FALABELLA SOUSA-AGUIAR - Ingeniero Químico, MSc, DSc, con 32 años de experiencia en el campo de la catáli-sis y los procesos catalíticos. Ha trabajado en la Universi-dad Federal de Rio de Janeiro por 28 años como Profesor Asociado, donde ha dictado los cursos de Catálisis y Re-finacion de Petróleo. Es Asesor Senior en el Centro de In-vestigaciones de Petrobras (CENPES), donde actualmente
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es coordinador de proyectos de investigación. Ha trabaja-do en proyectos en AKZO Research Centre en Amsterdam (Países Bajos), en la Universidad de Brunel (Reino Unido), en la Universidad Técnica de Viena y en Texas Ketjen Plant en Houston (Estados Unidos). Es autor de más de 300 pu-blicaciones científicas y dos libros.
Viridiana FERREIRA-LEITÃO - Investigadora del Instituto Nacional de Teconolgía (INT) del Ministerio de Ciencia y Tecnología de Brasil. Es responsable del Laboratorio de Biocatálisis de la División de Catálisis del INT y coordina desde 2006 los estudios desarrollados en este instituto sobre etanol de segunda generación, proyecto en asociación con la Universidad Federal de Río de Janeiro y la Universidad de Lund (Suecia). Formada en Química en la Universidad de Río de Janeiro y Doctora en Bioquímica. Actualmente el Laboratorio de Biocactáliosis está dedicado también a proyectos de producción biológica de hidrógeno.
Virginia LOBATO - Ingeniera Agrónoma. Ha realizado cursos de posgrado y especialización en Energías de Biomasa en va-rios países de América Latina. Es investigadora asociada del Centro Latinoamericano de Ecología Social (CLAES) y consultora de varias gremiales agropecuarias. Ha realizado y publicado consultorías en Agroenergía para PROCISUR-IICA y ha formulado, desarrollado y auditado proyectos y emprendimientos públicos y privados de biocombustibles en Uruguay, Paraguay, Argentina, Brasil y otros países de la región. Actualmente realiza consultorías en energías sostenibles y se desempeña como Asistente Académica de la Facultad de Agronomía de la Universidad St. Clare’s de Punta del Este (Maldonado, Uruguay).
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Sergio RAMÍREZ ROBLES - Abogado con Maestria en Adminis-tración Pública y un Postgrado en Ciencia Política y Es-tudios Europeos. Ex Director General de Comunicación y Vocero de la Secretaría de Economía y Ex Representante Comercial de México ante la Unión Europea. Autor del libro “Políticas para el Mercado Interno y Externo en México” (200 – 2006), Profesor de Derecho de los Bioenergéticos en la Facultad de Derecho de la Universidad Autónoma de México. Actualmente es Director de Asuntos Corporativos de BioFields.
Cecilia REBORA - Ingeniera Agrónoma. Magister Scientiae en Horticultura. Actualmente se desempeña como docente e investigadora en la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Cuyo (Argentina). Ha participado y dirigido varios proyectos de investigación relacionados con cultivos energéticos y ha publicado en diversas revis-tas científicas especializadas.
Guillermo SIRI-PRIETO - Ing. Agrónomo y Dr. (PhD) en Agrono-mía y Suelos de la Auburn University (Alabama, Estados Unidos). Es Profesor Adjunto de Dedicación Total en el Dpto. de Producción Vegetal de la Facultad de Agronomía de la Universidad de la República (UDELAR, Uruguay). In-vestigador en el estudio de manejo de suelos, fuentes re-novables (siembra sin laboreo, rotación de cultivos y pas-turas, cultivos energéticos, etc.) Integra el equipo editorial de la revista científica internacional Agronomy Journal. Ha publicado varios artículos en revistas nacionales o interna-cionales arbitradas.
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Andrés VILLEGAS - Gerente de Nuevos Negocios y Nuevas In-dustrias, Weyerhaeuser, Uruguay.
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PONENCIAS
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Importancia de las microalgas en la obtención de
Biocombustibles
M.Sc. Carla Patricia Aguilar Samanamud
Instituto del Mar
Lima - Perú
Introducción
Si bien, el interés por obtener aceites a partir de organismos vegetales data del siglo pasado, y nace de la necesidad de un emergente desarrollo industrial de la época, actualmente lo que se busca son energías renovables no contaminantes y que mantengan un equilibrio ecológico que implique el conoci-miento y manejo del recurso a emplear para tal fin.
Dentro de este contexto, el Instituto del Mar del Perú (IMAR-PE), entidad científica dedicada al estudio del medio acuático en toda su magnitud, apostó por este tipo de investigación teniendo como respaldo más de una década de experiencia en el manejo y cultivo de microalgas, profesionales capacitados en el tema y el potencial biotecnológico del recurso.
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Por otro lado, como país, se cuenta con una franja costera y desértica de suelos áridos y semiáridos ricos en sales mi-nerales y de condiciones extremas, donde éstas favorecen el crecimiento de ciertos organismos algales, capaces de acu-mular lípidos potencialmente importantes para la producción de combustibles.
Por lo expuesto, el objetivo de realizar el proyecto “DETERMI-NACIÓN DE LA BIOMASA MICROALGAL POTENCIALMENTE ACUMULADORA DE LÍPIDOS PARA LA OBTENCIÓN DE COM-BUSTIBLES”, pretende obtener el perfil químico de la biomasa microalgal y evaluar su transformación a combustible.
Las microalgas y su importancia
El término algas comprende un grupo bastante variado de organismos vivos que pueden estar formados por una o más células y, generalmente, viven en un medio acuático pudiendo ser este de origen marino o dulceacuícola. Ellas son organis-mos fotosintetizadores pues tienen la capacidad para convertir sustancias inorgánicas en azúcares simples mediante la cap-tura de energía luminosa.
Si bien las microalgas son la forma más primitiva de todo or-ganismo vegetal, el mecanismo fotosintético en ellas, similar al de los vegetales superiores, es mucho mas eficiente por su estructura celular simple, crecimiento en suspensión en medio líquido, evidente acceso del agua, CO2 y otros nutrientes. De-bido a ello, las microalgas son capaces de producir 30 veces la
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cantidad de aceite por unidad de área de tierra que producen las plantas terrestres. (2,6).
Existen ciertas microalgas cuya acumulación de ácidos grasos está por encima del 40% de su masa total, son estos ácidos grasos (aceites) que podrán ser extraídos y transformados en biocombustible o biodiesel. Sin embargo, este porcenta-je debe considerarse dependiente del tamaño y la forma del microorganismo, por ejemplo Botryococcus braunii es un alga que vive en forma colonial y la acumulación total en porcentaje se toma en base a la colonia que puede medir en promedio 30μm, mientras que, la diatomea Phaeodactylum trichornutum es solitaria y mide en promedio 10 μm. Esto quiere decir que por área de crecimiento algal se puede tener por cada colonia de B. braunii entre 3 ó 4 células de Ph. Tricornutum (7).
Para estudios de producción algal se considera el contenido de tres grupos de sustancias químicas que presentan las mi-croalgas, estos son; lípidos (grasa), carbohidratos y proteína. Algunas de las microalgas contienen niveles de lípidos hasta en un 60%. Este porcentaje puede aumentar en un 10% más aproximadamente si se somete al cultivo a condiciones extre-mas observables a partir de un buen pienso o pasta algal seca y evidente durante el proceso de extracción, de ahí la impor-tancia de las microalgas en este proceso de transformación a biocombustibles.
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Los biocombustibles de segunda generación
Definir de manera concisa biocombustibles de segunda ge-neración crea aún cierta polémica. Sin embargo, podría con-siderarse dentro de este grupo a aquellos que presentan una elevada capacidad de reducción de emisiones de efecto in-vernadero y de ahorro energético. Dentro de este gran grupo se considerarían el uso de algas que, según estudios de labo-ratorio, podrían llegar a alcanzar rendimientos de producción 50 veces mayores sobre los cultivos tradicionales, con el con-siguiente ahorro energético y de emisión de gases de efecto invernadero (1, 3).
Estudios realizados en diversas partes del planeta, desde el siglo pasado, relacionados con la obtención de aceites para la producción de biocombustible, a partir de macroalgas, mi-croalgas y plantas acuáticas, determinaron que las microalgas son sin duda las más adecuadas por que producen la más rica y variada gama de aceites para la obtención del mencionado producto (2).
De esta manera, estos biocombustibles permitirían acceder a un mayor abanico de materias primas, con mejores rendimien-tos por hectárea y ahorro de energía y de emisiones de efecto invernadero. De ahí el interés del IMARPE en centrar sus inves-tigaciones precisamente en este recurso.
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Problemática
En el presente siglo las grandes bases energéticas que pa-radójicamente dan vida a nuestro planeta son las denomina-das energías no renovables, producidas a partir de vegetales fósiles y carbón principalmente. Sin embargo, son éstas las fuentes responsables de la mayor contaminación del planeta debido a las emisiones de gases tóxicos, causante de numero-sas enfermedades al ser humano, animales y medio ambiente en general. Por otro lado, está la escasez cada vez más evi-dente del recurso contaminante que genera la energía para el planeta, es decir, nos vemos frente a dos problemas mayores; la escasez del recurso energético y la alta contaminación que este produce al usarlo.
Debido a ello es de gran interés la búsqueda de energías reno-vables no contaminantes, que mantengan un equilibrio ecoló-gico mediante la producción de combustibles que no emitan gases tóxicos, que representen una alternativa de desarrollo limpio, que provengan de un recurso que no perjudique ni alte-re la subsistencia del hombre y su entorno.
Entre estas energías alternativas se encuentran; la energía eó-lica, solar, geotérmica y la biomasa. Dentro de esta última la biomasa algal resulta una alternativa eficiente, rentable y eco-lógica, debido a que es capaz de acumular sustancias lipídicas para producir un tipo de combustible denominado biodiesel. A pesar de que a la fecha los denominados biocombustibles de segunda generación, están en una fase inicial de desarrollo todavía temprana como para demostrar su efectividad y viabi-lidad a escala industrial, se vienen realizando denodados es-fuerzos por concretar estas incógnitas (1, 8).
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Frente a este panorama es urgente tomar decisiones que ace-leren la transición hacia un nuevo modelo energético que posi-bilite el desarrollo económico sin incrementar el calentamiento global, el agotamiento de los recursos naturales y la inseguri-dad energética. Ello es especialmente crítico en el ámbito del transporte, el de mayor crecimiento de las emisiones de CO2 y el más complejo a la hora de introducir las energías renovables (1).
Cultivo algal (4)
En el proceso de cultivo microalgal es necesario considerar diferentes tipos de niveles, estos van desde un sistema contro-lado con volúmenes pequeños (cientos de litros) hasta niveles masivos con volúmenes mucho mas grandes (miles ó millones de litros).
El nivel controlado tiene por objetivo desarrollar y mantener or-ganismos puros con la más alta condición de esterilidad, cuya finalidad es asegurar el desarrollo celular, es decir la concen-tración de los cultivos.
El nivel masivo tiene por objetivo producir grandes volúmenes del recurso, asegurar la acumulación del compuesto activo, es decir, la materia prima de la cual se obtendrá un producto final mediante un proceso de transformación, en el presente caso la biomasa de la cual se extraerá aceite para la transformación a biodiesel.
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Entre estos dos niveles necesariamente se requiere un nivel intermedio, denominado experimental o piloto, cuyo objetivo es el escalamiento progresivo para abaratar costos y mantener la calidad del cultivo basado en la fortaleza del recurso.
Polvo algal
El proceso de transformación de cultivos algales a biomasa requiere un desarrollo tecnológico que implica condiciones fí-sicas, químicas y biológicas definidas. Estas permitirán obte-ner como producto final la materia prima para la fabricación de aceites que finalmente se transformarán a biocombustible, es decir el polvo algal, fruto de la concentración de los cultivos masivos a biomasa húmeda y de ahí, mediante deshidratación su conversión a polvo rico en aceite.
Logros alcanzados hasta el momento por el Proyecto IMARPE-EPP-FINCyT (5)
Alguno de los avances logrados por el proyecto se pueden resumir en los siguientes puntos:
Espacios físicos acondicionados para el desarrollo del 1. proyecto, que reflejan cada etapa del mismo como son: el Banco de Gemoplasma, donde se mantienen la cepa empleada en el proyecto y el pull de cepas que mantie-ne el IMARPE tanto de fitoplancton como de zooplancton; el Invernadero, espacio donde se desarrollan los cultivos masivos y se evalúan constantemente las condiciones ex-tremas a las que son sometidos los cultivos a fin de que
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acumulen gran cantidad del producto activo del alga que generará el biocombustible; la Sala de Proceso, donde se realiza la concentración de cultivo y su transformación a polvo mediante la deshidratación.
Desarrollo de técnicas para el cultivo masivo de microalgas 2. a nivel experimental y la obtención de polvo algal como materia prima para la elaboración de aceite.
Capacitación de recursos humanos a nivel de pregrado en 3. los diferentes niveles de desarrollo del proyecto.
Referencias bibliográficas
Aguilar, S., Carla, P., Palaco, I., Chang, G., Ynga, C. Illa. 2009. Primer informe Científico – Técnico del proyecto “Determinación de la biomasa microalga potencialmente acumuladora de lípidos para la obtención de combustibles”, Contrato Nº025-FINCyT-PIBAP-2007.
Ancín Viguiristi, Joaquín. 2009. Biocombustibles de segunda generación. Revista del Colegio Oficial de Físicos; pg: 30-33
http://www.castoroil.in
http://ec.europa.eu/environment/news/efe/climate/greenweek01_biofuelses.htm
Chen, Y., 2000. The use of Botryococcous Braunii for hydrocarbon production and CO2 mitigation.
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Rodolfi, L., Chini Zittelli, G., Bassi, N., Padovani, G., Biondi, N., Bonini, G., Tredic, M.R. 2009. Microalgae for Oil: Strain Selection, Induction of Lipid Synthesis and Outdoor Mass Cultivation in a Low-Cost Photobioreactor. Biotechnology and Bioengineering, Vol. 102, No. 1.
Sheehan, J., Dunahar, T., Benemann, J., and Roessler, P., 1998. A look Back at the U.S. Department of Energy´s Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae. Preparado por: U.S. Department of Energy´s Office of Fuels Development, pp 368.
Toledo-Santander Francisco, 2006. Analysis of biodiesel industry conditions based on nontraditional oil feedstock in North-western South America. (Tesis) Cambridge Judge Business School.
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Una visión catalítica de las refinerías en el futuro
Eduardo Falabella Sousa-AguiarCENPES/Petrobras,
Rio de Janeiro, Brasil
EQ/UFRJ, Ilha do Fundão, Centro de Tecnologia,
Rio de Janeiro, Brasil
e-mail: [email protected]
Arthur José Gerbasi da SilvaCENPES/Petrobras,
Rio de Janeiro, Brasil
Alexandre Salem SzkloCOPPE/UFRJ,
Ilha do Fundão, Centro de Tecnologia, Rio de Janeiro, Brasil
Resumen
Este trabajo presenta algunas opciones de la industria del re-fino de petróleo para superar los retos que se presentan en un horizonte de quince años. Tales retos incluyen restricciones ambientales crecientes, presiones para reducir emisiones de CO2, necesidad de mantener una imagen positiva en la opi-nión pública, demanda creciente de combustibles cada vez más limpios, procesamiento de petróleos con calidad decli-nante y mantenimiento de los márgenes de lucro del refino de-bido a las incertidumbres con respecto a las elecciones futu-ras de los consumidores. Se abordan tres escenarios: inercial, que es la visión predominante entre los refinadores y prevé mejoras incrementales en los procesos de refino adoptando, inicialmente, unidades de hidrotratamiento y coqueo retardado
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y, posteriormente, unidades de hidroconversión; incremental, que incorpora innovaciones mayores como pretratamiento del crudo, integración con petroquímica y compactación de equipos y procesos; e innovador, que incorpora la biomasa, residuos agrícolas y otras materias primas alternativas al pe-tróleo, a través del procesamiento vía gasificación o utilización de bioprocesos. En función de los distintos escenarios, se discuten las oportunidades relativas al desarrollo de nuevos catalizadores, principalmente con respecto al tercer escena-rio, el innovador. Se observa que aparecen varios desafíos en ese contexto, principalmente los que conciernen al desarrollo de nuevos materiales con propiedades catalíticas especiales, tales como la selectividad de forma y la nanocatálisis. Final-mente, se evalúan las opciones y se indican cuáles son las que tienen una mayor probabilidad de ser adoptadas.
Palabras clave: Refinación, escenarios, biomasa, catalizado-res, nanocatálisis
Abstract
This paper presents options for the oil refining industry to over-come challenges for the next fifteen years. Such challenges in-clude growing environmental constraints, growing pressure to reduce CO2 emissions, need to sustain a positive image before the public opinion, growing demand for cleaner fuels, proces-sing of oils of declining quality and preservation of profit mar-gins in a world where future consumer’s choices are rather un-certain. Hence, three scenarios are discussed: the inertial one, which represents the predominant point of view among refiners and predicts incremental improves in the refining processes by adopting at first units of hydro processing and delayed coking, followed by hydro conversion; the incremental one, incorpo-rating bigger innovations such as crude pre-treatment, inte-gration with the petro chemistry industry and more compact equipment and processes; finally, the innovative one, in which biomass, agriculture residues and other alternative raw mate-rials are incorporated by means of gasification or bio proces-
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sing. As a result of all three scenarios, opportunities related to the development of new catalysts are discussed, mainly those referring to the third scenario, the innovative one. In this con-text, several challenges appear regarding the development of new materials with special catalytic properties such as shape selectivity and nano catalysis. Finally, all options are evaluated and the most promising ones are indicated.
Keywords: Refining, scenarios, biomass, catalysts, nano ca-talysis
1. Introducción
El futuro reserva muchos desafíos para la industria del refino de petróleo. Entre los factores responsables de tales retos, po-demos indicar: un aumento creciente de la preocupación por los problemas ambientales; políticas y reglamentación de los gobiernos; altas expectativas de los consumidores con res-pecto a los combustibles; y competencia global (American Pe-troleum Institute - API, 2000, 1999; PERISSÉ, 2007).
Los cambios climáticos globales (CCG) se consideran uno de los problemas ambientales más graves de la humanidad y pueden volverse el mayor reto al que se enfrenta la industria del petróleo y el gas. La divulgación reciente de los “Suma-rios para Responsables de Políticas” de los documentos 1, 2 y 3 del Cuarto Informe de Evaluación del Panel Interguberna-mental de Cambio Climático (IPCC) (2207ª, 2007b, 2007c), así como la concesión del Premio Nobel de la Paz de 2007 al IPCC y a Al Gore, por sus acciones en defensa de la divulgación de los problemas relativos a los CCG (Nobel Foundation, 2007), han causado un gran impacto en la opinión pública. Eso, pro-
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bablemente, llevará a la adopción de medidas adicionales a las ya tomadas con la ratificación del protocolo de Kioto (United Nations Framework Convention on Climate Change, 2007), in-tentando de esa manera mitigar tal problema.
La combinación de regulaciones para limitar las emisiones pro-venientes tanto de la utilización de los combustibles derivados de petróleo, como de refinerías con respecto a contaminantes locales, entre ellos óxidos de azufre o nitrógeno (SOx, NOx), monóxido de carbono (CO), metano (CH4) y otros, hacen de la industria del petróleo una de las más reguladas en todo el mundo (American Petroleum Institute - API, 2000).
Los consumidores, finalmente, son los responsables de la de-manda de los derivados de petróleo y están exigiendo, cada vez más, combustibles seguros, que causen menos contami-nación, con alto desempeño y precios accesibles (American Petroleum Institute - API, 2000, 1999; PERISSÉ, 2007). Ade-más, las elecciones de los consumidores con respecto a la tecnología de la próxima generación de vehículos (híbridos eléctricos a diésel o gasolina, híbridos plug-in, flex fuel, gas natural vehicular, células de combustible, etc.) influenciarán de modo decisivo en el sector de refino de petróleo.
La competencia global implica la reestructuración de la indus-tria del refino. El número de refinerías ha disminuido dramáti-camente desde 1980 y las que permanecen operando poseen mayor capacidad y eficiencia. Las refinerías deben afrontar el impacto económico causado por los cambios en el precio del petróleo, la variaciones en su calidad y los períodos de bajos márgenes de lucro, mientras atienden una demanda creciente de productos refinados con especificaciones más restrictivas.
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En el futuro, la industria del refino debe continuar mantenien-do ese equilibrio entre demanda de mayores cantidades de productos mejores y lucro (American Petroleum Institute - API, 2000, 1999).
Los principales desafíos de la industria de refino se resumen a continuación:
Regulaciones ambientales más restrictivas; �
Exigencia de combustibles más limpios; �
Globalización; �
Aumento de la producción de derivados a partir de pe- �tróleos de calidad decreciente;
Incertidumbre sobre las elecciones de los consumido- �res;
Presiones crecientes para la reducción de emisiones de �gases con efecto invernadero;
Mantenimiento de la rentabilidad; �
Actuación emprendedora con respecto a la opinión pú- �blica, al medio ambiente y a los cambios climáticos glo-bales (American Petroleum Institute - API, 2000).
Adopción masiva de materias primas alternativas al pe- �tróleo, tales como la biomasa y el carbón.
Este trabajo analiza los esquemas de refinación que pueden utilizarse para vencer estos desafíos y evalúa que opción pre-senta las mayores probabilidades de ser adoptada, así como su influencia sobre la industria de catalizadores de refino.
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2. Escenarios para la industria de refino
Los futuros esquemas de refino pueden asumir diversas confi-guraciones, las cuales van desde esquemas tradicionales, fun-damentados en hidrorefino, hasta esquemas innovadores, que utilizan gas natural, biomasa y residuos, integrando procesos de pirólisis, gasificación y síntesis química, como ocurre en los procesos Fischer-Tropsch (FT), fermentación y biorefino.
El Departamento de Energía (DOE) de los Estados Unidos de América ha fomentado una asociación entre industrias de pe-tróleo para identificar las necesidades de esa industria en el área de investigación y desarrollo. Esa asociación, llamada Pe-troleum Refining Industry of the Future (Department of Energy - EUA, 2007c), finalizó tras la generación de dos documentos con la visión de la industria del refino americana sobre el futu-ro de dicho sector (American Petroleum Institute - API, 2000, 1999).
Según la visión descrita en los dos documentos, en 2020, la industria del refino habrá evolucionado a través de mejoras continuas relativas al uso eficiente de la materia prima, al des-empeño ambiental de las refinerías y de sus productos y a la fiabilidad y seguridad de las instalaciones de refino. Las refine-rías tendrán una operación más sencilla y utilizarán procesos bien comprendidos en sus fundamentos. Para alcanzar esa vi-sión será necesario actuar en tres vectores estratégicos:
Eficiencia energética y mejora de procesos �
Desempeño ambiental �
Tecnología de inspección y materiales �
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Para mejorar la eficiencia energética y de los procesos en ge-neral las refinerías deberán incorporar tecnologías adelanta-das. El resultado será una refinería muy flexible y eficiente que será capaz de producir una variedad de productos más grande que la actual, a partir de crudos de calidad variable y de car-gas no convencionales. Las refinerías sacarán provecho de las oportunidades de generación y co-generación de energía para venta, lo que aumentará sus beneficios. Además, habrá una utilización creciente de procesos biológicos como, por ejem-plo, bioprocesamiento de petróleo y biotratamiento de aguas residuales y de suelos.
Con el objetivo de mejorar su desempeño ambiental, la indus-tria de refino buscará reducir emisiones. Todas las etapas del proceso productivo (producción, almacenamiento y transpor-te) estarán bajo el control de sensores para evitar o detectar emisiones de contaminantes. Las emisiones vehiculares se-rán reducidas a través de una combinación de nuevas leyes y mejoras en el diseño de los vehículos, de los sistemas de transporte y de la formulación de los combustibles. El análisis del ciclo de vida (LCA) será utilizado para minimizar la conta-minación en todo el proceso, desde el refino hasta el uso final en el vehículo.
Nuevas tecnologías de mantenimiento e inspección de mate-riales reducirán los costos, aumentarán la seguridad industrial y la vida útil de los equipos. Las tecnologías de inspección serán globales, on-line, no invasivas y, en algunos casos, ope-radas de manera remota, mientras que los equipos presenta-rán alto nivel de instrumentación para garantizar su integridad estructural.
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El DOE también patrocina un programa llamado Vision 21 (De-partment of Energy - EUA, 2007d), que pretende fomentar el desarrollo de una planta modular capaz de producir energía eléctrica, calor, combustibles y materias primas a partir de diversos insumos como carbón, petróleos pesados, gas na-tural, biomasa y residuos, sin emitir contaminantes localmen-te, utilizando el secuestro de carbón para disminuir los gases de efecto invernadero (Department of Energy - EUA, 2007d; Moure, 2003). Este programa fue concebido para viabilizar la utilización de las reservas de carbón en los Estados Unidos. Sin embargo, sus objetivos evolucionaron y, actualmente, se han vuelto bastante ambiciosos de tal manera que, en caso de éxi-to, ese programa puede revolucionar la industria de combus-tibles y de energía en los próximos 15 años. Dicho programa busca el desarrollo de un conjunto de tecnologías modulares que puedan ser interconectadas de diferentes maneras para generar los productos deseados a partir de distintos insumos, cuyas eficiencias esperadas son:
60% para la conversión de carbón en electricidad; �
75% para la conversión de gas en electricidad; �
75% para la producción de H � 2 a partir de carbón.
Algunas tecnologías utilizadas en el módulo ya están siendo desarrolladas fuera del programa e incluyen combustión con baja emisión de contaminantes, gasificación, hornos e inter-cambiadores de calor de alta eficiencia, turbinas de gas avan-zadas, células de combustible y síntesis de combustibles. Otras tecnologías críticas así como técnicas de integración de sistemas serán desarrolladas durante el proyecto. Cuando los sistemas desarrollados en ese proyecto sean combinados con sistemas de captura de carbón y posterior reciclaje o secues-
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tro, su impacto ambiental será minimizado. Las tecnologías más importantes que se desarrollan en el proyecto Vision 21 son:
Combustión e intercambiadores de calor de alta tempe- �ratura;
Gasificación con flexibilidad de materia prima; �
Turbinas con flexibilidad de combustibles; �
Células de combustible; �
Procesos químicos para la transformación de hidrocarburos gaseosos en combustibles líquidos, también conocidos como procesos gas-to-liquids (GTL) (Department of Energy - EUA, 2007d).
Merece la pena enfatizar que los objetivos de dicho programa son verdaderamente ambiciosos, ya que combinan eficiencia térmica muy alta, emisiones de contaminantes próximas a cero y costos competitivos en un plazo bastante reducido. Alcanzar tales objetivos exigirá saltos de desarrollo (breakthroughs) en varias tecnologías, tanto en relación a sus costos como en re-lación a su desempeño técnico (Moure, 2003).
Otro programa patrocinado por el DOE es el Biomass Program (Department of Energy - EUA, 2007a) cuyo foco es el desarrollo de tecnologías para la producción de biocombustibles, bio-productos y bioenergía. Ese programa tiene como meta princi-pal la producción de etanol a partir de lignocelulosa; para ello, establece como uno de sus objetivos la implementación de biorefinerías, que son plantas que convierten biomasa en com-bustibles, productos químicos y energía eléctrica. Además de
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los procesos bioquímicos (hidrólisis enzimática, fermentación, etc.), las biorefinerias pueden utilizar procesos termoquímicos, como, por ejemplo, pirólisis para generación de bio-crudo o gasificación seguida de síntesis química a través del proce-so (FT), para generación de biocombustibles (Department of Energy - EUA, 2007a). Una descripción detallada de los proce-sos de biorefino puede ser encontrada en (Huber et al., 2006) y una compilación de las empresas que están desarrollando tecnologías de biorefino puede ser encontrada en (Hayes, 2007). Erickson (2007) describe los procesos termoquímicos que pueden ser empleados en el biorefino. El mejoramiento de estos procesos crea la posibilidad de coprocesamiento de los productos en una refinería convencional de petróleo, lo que puede propiciar una implementación más rápida de la utiliza-ción de biocombustibles sin que tal hecho se oponga a la in-dustria del refino (Szklo y Schaeffer, 2006).
Un estudio realizado por el Instituto Mexicano del Petróleo para dirigir sus actividades de investigación y desarrollo para los próximos 20 años desarrolló tres escenarios para la industria del refino, inercial, incremental e innovador, que se presentan de manera resumida en la Tabla1.
Los escenarios inercial e incremental son semejantes al pro-puesto en el programa tecnológico del DOE: Petroleum Re-fining Industry of the Future (Department of Energy - EUA, 2007c). Por otro lado, el escenario innovador se asemeja al uti-lizado en el programa Vision 21 (Department of Energy - EUA, 2007d), también del DOE.
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2.1. Escenario Inercial
En el escenario inercial se utiliza el pretratamiento del petróleo (desalación e hidrotratamiento) pero las destilaciones atmosfé-rica y a vacío son sustituidas por destilación catalítica involu-crando craqueo e hidrodesulfuración. El craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC) opera con una conversión más alta a olefinas para alimentar las unidades de alquilación, dimeriza-ción e isomerización que producirán gasolina de alta calidad. La reformación catalítica opera con alta selectividad a com-puestos con ocho átomos de carbono, con el objetivo de au-mentar el octanaje de la gasolina. El fondo de barril puede ser procesado por la unidad de coqueo retardado, por la unidad de reducción de viscosidad o por la unidad de hidroconver-sión. El hidrógeno es generado por la unidad de reformación con vapor. La refinería posee un alto grado de automatización y el control de procesos se realiza en línea Los pasivos am-bientales son minimizados (MOURE, 2003).
2.2. Escenario incremental
En ese escenario, el pretratamiento del petróleo se hace en el campo de extracción, con la utilización de ultrasonidos, mi-croondas, etc. La corriente compuesta por hidrocarburos con uno o dos átomos de carbono (C1-C2) es convertida en alco-holes vía oxidación selectiva (petroquímica). El gas licuado de petróleo (GLP) es convertido en gasolina vía alquilación y po-limerización. Los destilados son hidrotratados en reactores de lecho fluidizado con nanocatalizadores. El diésel hidrotratado es sometido a un proceso de acabado por biodesulfuración. La gasolina de FCC, tras hidrotratamiento, es sometida a un
58 Tabla 1 - Escenarios para la industria de refino
Escenario Materia prima Mercado Proceso Foco
Inercial
(visión predominante
entre los refinadores)
Proporción cre-
ciente de petró-
leos pesados
- Combustibles tra-
dicionales con es-
pecificaciones más
rigurosas
- Mercado creciente
Tradicionales Mayor rentabi-
lidad
Incremental
(visión compartida por
refinadores, empresas de
ingeniería y de cataliza-
dores, industria automo-
vilística y agencias del
gobierno)
- Petróleos
pesados
- Gas natural
- Hidrógeno como
combustible
- Mercado creciente
- Uso de tecnologías
comprobadas;
- Compactación de equi-
pos
- Pretratamiento del pe-
tróleo en los campos de
producción
Integración con
la petroquímica
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proceso de acabado vía oxidación catalítica. Para el fondo de barril son utilizadas la gasificación para producción de hidró-geno y la conversión de coque a fibra de carbono (petroquí-mica). El hidrógeno también es producido vía gasificación y reformación con vapor. El gas natural también es utilizado para producir hidrógeno y combustibles líquidos a través del proce-so FT. La refinería posee elevada automatización y control de proceso en línea, con un alto grado de compactación de sus equipos (process intensification). Los pasivos ambientales son minimizados. Sin embargo, no se consideran alternativas para la captura y secuestro de CO2 (Moure, 2003)
2.3. Escenario innovador
En este escenario, el petróleo sufre gasificación para producir hidrocarburos con cadenas de uno a cuatro átomos de carbono (C1-C4), con gran cantidad de olefinas. La gasifi-cación también es utilizada para producir hidrógeno. La bio-masa es gasificada y el gas de síntesis obtenido es utilizado para generar combustibles líquidos mediante el proceso FT. La refinería produce electricidad a través de la cogeneración con vapor, para aumentar su rentabilidad. Son utilizadas algunas iniciativas para el secuestro de CO2 (Moure, 2003).
El escenario innovador podría, además, incluir algunas rutas que buscarían la utilización de materias primas alternativas, la agregación de valor y la introducción de combustibles alterna-tivos. El carbón es una materia prima cuya importancia viene creciendo debido a la posibilidad de su gasificación, principal-mente en China, donde están anunciadas inversiones de cerca de 120 mil millones de dólares en rutas CTL (coal-to-liquids)
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para generar diésel. A partir de la síntesis de Fischer-Tropsch, se producirían también parafinas y éstas sufrirían hidroisome-rización para generar lubricantes tipo IV, de gran valor agrega-do. Estudios primarios revelan que ésta es la tecnología más viable de producción de lubricantes de alto desempeño. Por otro lado, los grandes intercambios térmicos involucrados en la síntesis de Fischer-Tropsch, reacción altamente exotérmica, podrían ser usados para generar energía eléctrica en combina-ción con la quema de un tail gas formado en la propia síntesis. Finalmente, hay que considerar la posibilidad de que el merca-do busque combustibles alternativos a la gasolina y al diésel. Aparentemente, el combustible alternativo más indicado sería el dimetileter (DME), un gas polivalente capaz de sustituir tanto al GLP, por sus propiedades de combustión, como el diésel, por presentar un índice de cetano superior a 60. El DME, que-ma además de modo más limpio que el diésel tradicional, no generando hollín o particulados al no presentar enlaces carbo-no-carbono en su molécula.
3. Evaluación de los escenarios
La selección del escenario más adecuado está bastante in-fluenciada por tres factores:
Proyección de la participación del petróleo en la futura �matriz energética;
Características del petróleo a procesar; �
Demanda del mercado consumidor. �
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Según la previsión de consumo mundial de energía del DOE (Department of Energy - EUA, 2007b), hasta 2030 los com-bustibles fósiles continuarán suministrando la mayor parte de la energía comercializada mundialmente, contribuyendo los lí-quidos con la mayor parcela, 34% en 2030, equivalente a 118 millones de barriles por día (bpd). De ese total, 9% (cerca de 11 millones de bpd) vendrán de fuentes no convencionales (bio-combustibles, GTL, etc.). A pesar del crecimiento significati-vo de la contribución de los combustibles líquidos de fuentes no convencionales, el petróleo continuará siendo la principal fuente mundial de energía primaria (Department of Energy - EUA, 2007b).
En el caso de Brasil, a pesar de la gran participación de bio-masa, el petróleo también es la principal fuente de energía pri-maria, con una participación de 37,7% en la matriz energéti-ca brasileña, en 2006, equivalentes a cerca de 76 millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep), de un total de 202,9 millones de tep (Ministério de Minas e Energia, 2007).
Debido a la influencia de las características del petróleo a pro-cesar y de la demanda del mercado consumidor, la definición del esquema de refino con mayor probabilidad de adopción debe ser realizada para una determinada región. En este tra-bajo se analizará el caso de Brasil.
Según Perissé (2007), el esquema de refino que será adoptado en Brasil sufrirá la influencia de los tres escenarios anterior-mente descritos. Dicho autor resalta que, debido al perfil del mercado brasileño de combustibles (con un excedente de ga-solina y necesidad de importación de diésel) deberá ocurrir un cambio en el esquema de refino empleado actualmente, que
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utiliza FCC para la conversión de gasóleo. Se deberán añadir unidades de hidrocraqueo al parque de refino brasileño, acer-cándolo al modelo de refino europeo, que está direccionado a la producción de diésel. Las unidades de coqueo retardado para procesamiento de residuo de vacío (RV), que ya forman parte del planeamiento de Petrobras, deben ser implantadas antes del inicio de la próxima década, cuando se debe co-menzar a planear unidades de hidroconversión de RV o de re-siduo atmosférico (RAT), dependiendo del esquema de refino específico de cada refinería. Esas unidades deben utilizar reac-tores de lecho fluidizado, con un catalizador de bajo costo, en función de la desactivación del catalizador causada por el procesamiento de fracciones pesadas. Para la producción de gasolina será utilizada una mezcla de las siguientes corrientes: nafta hidrotratada, isomerizado, reformado, alquilado, dimeri-zado y nafta craqueada hidrodesulfurada.
4. Desafíos en catálisis
Los mayores desafíos respecto a los catalizadores vienen, ob-viamente, del tercer escenario, o sea, el escenario innovador. En dicho escenario, se considera que deberán ser gasificadas materias primas conteniendo carbono, transformándose en gas de síntesis, y que, a partir de esto, se producirán diversas transformaciones químicas con el fin de producir combustibles (diésel, gasolina, GLP, DME, etanol), lubricantes, ceras y parafi-nas y, finalmente, intermediarios (nafta petroquímica, olefinas, DME, etc.).
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La gasificación y la reforma, etapas iniciales de generación de gas de síntesis, son tecnologías maduras. Sin embargo, en lo que atañe a los catalizadores, nuevos procesos están siendo desarrollados. Aparentemente, la catálisis asociada a sistemas de membranas parece ser el futuro. De hecho, reactores de membranas cerámicas combinan la separación de aire (etapa muy costosa en los procesos tradicionales) con la generación de gas de síntesis en un solo reactor, lo que conlleva una gran reducción de costos. No obstante, la elección del mejor sis-tema y el desarrollo de los materiales todavía requiere mucha investigación.
Considerando que la necesidad de olefinas ligeras es una rea-lidad en cualquier escenario y que, entre ellas, el propeno es el que presenta mayor crecimiento de la demanda, se ha de-dicado mucho esfuerzo al desarrollo de rutas alternativas para su producción. La ruta más promisoria parece ser la ruta MTO (methanol-to-olefin) que utiliza como catalizador una nueva zeolita denominada SAPO-34, cuyo peculiar tamaño de poros confiere al proceso una enorme selectividad a olefinas ligeras, principalmente propeno.
En ese sentido, la ruta de producción de DME en una etapa es, sin duda, uno de los grandes desafíos para los catalíticos. DME, que puede sustituir al GLP y al diésel, pero también pue-de servir como materia prima para la producción de olefinas por la ruta MTO, requiere catalizadores que combinen el tradi-cional catalizador de producción de metanol con una función ácida para su deshidratación, además de poseer característi-cas de hidrogenación de CO2.
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Con respecto a la síntesis de Fischer-Tropsch, principal eta-pa del proceso GTL, recientes estudios demostraron que la mejor utilización del catalizador tradicional (cobalto soportado en alumina) es función de los conocimientos en nanocatálisis. Utilizando catalizadores conteniendo partículas de cobalto en nanofibras de carbono, fue posible determinar que las partí-culas entre 6 y 8 nanómetros presentaban los mejores resulta-dos de conversión y selectividad. Resta ahora el desarrollo de metodologías industriales de preparación de catalizadores con partículas tan pequeñas en un rango estrecho.
Aún en el caso de Fischer-Tropsch y GTL, el futuro apunta a tecnologías compactas que utilicen el concepto de intensifi-cación de procesos. Por consiguiente, el desarrollo de reacto-res de microcanales es, indudablemente, el principal foco de investigación. En cuanto a los catalizadores, resta el desafío de saber introducirlos en los microcanales, consiguiendo una distribución homogénea y una buena adherencia, para impe-dir su lixiviación. Otro punto interesante reside en el hecho de que la reacción de Fischer-Tropsch (FT) no produce gasolina de calidad (alto octanaje). Así es que un gran reto está en la búsqueda de nuevos catalizadores capaces de aumentar la selectividad a gasolina en FT. La introducción de sitios ácidos en el catalizador o la adición de óxidos ácidos, generando una mezcla, parecen ser los caminos más utilizados en las investi-gaciones recientes para intentar isomerizar a bajas temperatu-ras la fracción C5
+ producida en el reactor Fischer-Tropsch.
Finalmente, en lo que concierne a hidrotratamiento, los proce-sos de hidroisomerización parecen representar un excelente campo de investigación en catálisis. La remoción de parafi-nas de larga cadena de aceites lubricantes es esencial para
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que sean obtenidas buenas propiedades de flujo en frío. Por lo tanto, platino soportado en ZSM-22, un catalizador bifuncional que utiliza una zeolita que presenta un mecanismo denomina-do key-lock, lo cual permite una isomerización selectiva de las parafinas, parece ser el catalizador del futuro. Sin embargo, su preparación en escala industrial todavía no es una realidad, lo que abre oportunidades para nuevas investigaciones en zeoli-tas alternativas.
5. Conclusiones
Las inversiones necesarias para la construcción de nuevas re-finerías, o para la construcción de nuevas unidades en refine-rías ya existentes, son muy altas (del orden de mil millones de dólares) y su plazo de amortización es también elevado (cerca de 10 años). Por ello, aún cuando hay inversiones elevadas en investigación, como las previstas para biorefino, la entrada de tecnologías innovadoras en ese mercado será gradual. Así es que el esquema de refino que debe prevalecer en un horizonte de 15 años es el inercial, con la implementación de algunas características del esquema incremental, como la integración con la petroquímica, hacia el final de ese período.
En Brasil, las unidades de hidrotratamiento de corrientes in-termedias y de producto final deberan asumir un papel funda-mental en el futuro esquema de refino, posibilitando la produc-ción de combustibles cada vez más limpios. Para contemplar la necesidad del aumento de conversión de fracciones pesa-das en derivados medios deben ser utilizadas unidades de hi-droconversión de residuos, además de unidades de coqueo
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retardado. De esa manera, las refinerías deben volverse más flexibles, aunque más complejas. Las refinerías deben también integrar sus procesos tornándolos más ecoeficientes, es decir, con menor consumo de energía por volumen de petróleo pro-cesado.
Es difícil prever qué esquema de refino será más utilizado; sin embargo, sea el que fuere el esquema preferido, su elección estará fundamentada en una búsqueda de mayor eficiencia, con menores niveles de emisiones y desechos industriales, producción de derivados compatibles con las demandas de la sociedad y mantenimiento de la viabilidad económica de la industria de refino.
Independientemente del esquema de refino a seleccionar, existen grandes desafíos que estarán asociados al desarro-llo del tipo de catalizador adecuado para atender la demanda requerida. Las investigaciones en nuevos materiales, en na-nopartículas con actividad catalítica diferenciada tanto como en nuevas zeolitas conduciendo a nuevos mecanismos de se-lectividad de forma parecen ser la dirección para alcanzar ese futuro.
6. Referencias bibliográficas
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Cultivos Lignocelulósicos para la
Producción de Etanol en Uruguay
Ing. Agr.(PhD) Guillermo Siri-Prieto
Facultad de Agronomía, Uruguay
Introducción
El Uruguay no posee recursos energéticos tales como petró-leo, gas natural, carbón entre otros para autoabastecerse. Del total de la energía consumida en el país en el año 2008, el 57% provino del petróleo. Como es de conocimiento público, el precio de éste ha tenido un fuerte incremento en los últi-mos años y esto ha concientizado a muchos países de que es un recurso limitado y ha estimulado a investigar las posi-bilidades de obtener energía a partir de otras fuentes. Estas innovaciones han recibido un formidable impulso como con-secuencia del alza de los precios del petróleo y de los com-promisos asumidos con el Protocolo de Kyoto (2005), donde grandes esfuerzos han sido requeridos por los participantes del mencionado protocolo para reducir las emisiones de gases invernadero. El incremento en la concentración de CO2 en la atmósfera ha renovado el interés de incrementar la fijación de carbono al suelo para mitigar cambios en el clima y además aumentar la calidad de los suelos (Lal, 2004). Una de las for-
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mas de generar bioenergía puede ser la producción de etanol a partir de diferentes materias primas. Es por ello que los cul-tivos energéticos lignocelulósicos pueden jugar un rol clave en la producción tanto de biocombustibles como para la genera-ción de electricidad. Para ello es imprescindible que las con-diciones climáticas y edáficas logren el objetivo de maximizar la producción de materia seca. Además de la productividad de estos cultivos, otro aspecto muy importante a contemplar es lo relativo a la sostenibilidad del sistema de producción para no deteriorar el suelo y el ambiente. Ya hay varios gobiernos que han anunciado grandes inversiones en innovación e in-vestigación para expandir la producción de biocombustibles, con énfasis en materiales lignocelulósicos. En los años veni-deros, Uruguay deberá desarrollar un programa de bioenergía acorde a sus posibilidades para poder subsistir en un mundo globalizado. Por lo tanto, encontrar cómo y con qué producir biomasa debe ser una política de estado de altísima prioridad. Pero por otro lado, parece lógico pensar que en esta nueva propuesta bioenergética, el desarrollo sostenible debe satisfa-cer las necesidades de las actuales generaciones sin afectar la capacidad de las futuras.
El etanol
El etanol y sus derivados aparecen como combustibles de transición desde una época dominada por los combustibles fósiles a otra potencialmente abierta a la utilización genera-lizada de la biomasa, apuntando a la búsqueda de nuevas energías renovables y mejoras medioambientales, entre otros objetivos (Baquero y Moreno, 2000). La producción de ésta se basa, en definitiva, en lograr productos hidrocarbonados de
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bajo costo, ya sean de tipo azucarado, amiláceo o lignocelu-lósico susceptibles de sufrir un proceso de transformación, ya sea directamente (por ejemplo: glucosa, fructosa o sacarosa), o tras un proceso de hidrólisis (por ejemplo: almidón) con el fin de reducir el consumo de petróleo.
Para la producción de etanol han sido utilizadas diferentes fuentes de carbono como materia prima. Su uso práctico es-tará determinado por el rendimiento en etanol, por su costo y por el tipo de microorganismo que se utilice. Algunos autores (Palacio, 1956, Blanco, 1978) coinciden en definir tres tipos de materias primas para la producción de etanol:
Materiales con azúcares solubles, con carbohidratos �como fuente de azúcares (caña de azúcar, remolacha azucarera, sorgo dulce, etc.)
Almidones (maíz, sorgo grano, trigo, etc.) �
Lignocelulósicos, cuyos carbohidratos se encuentran en �formas más complejas (madera, residuos agrícolas, cul-tivos lignocelulósicos, etc.)
Estos últimos, que son los que productivamente parecen ser los candidatos ideales, requieren procesos de hidrólisis y fer-mentación lo que los hace más costosos económica y energé-ticamente y constituyen parte de los llamados “biocombusti-bles de segunda generación”.
¿Qué son los cultivos lignocelulósicos?
Los materiales que más se han investigado, apuntando a desa-rrollar la producción a gran escala de etanol a partir de bioma-
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sa ligno-celulósica son: madera, residuos forestales, residuos de la industria papelera, bagazo de caña, residuos de cose-cha de cultivos agrícolas y cultivos energéticos. Por lo tanto, la biomasa de celulosa puede obtenerse tanto de residuos de otros procesos, como de cultivos realizados con el propósi-to de producir energía. (Lynd et al., 2003). Estos se obtienen a partir de materias primas que no tienen usos alimentarios (pastos perennes como el Switchgrass, Pasto elefante, Arun-do, Miscantus etc.). Estos podrían aprovechar suelos no muy aptos para cultivos alimentarios y que no se estén utilizando en la actualidad. El complejo multicelulósico está compues-to principalmente de una matriz de carbohidratos compuesta de 35 – 50% celulosa, 20 – 35% hemicelulosa, y 12 – 20% lignina. La celulosa contiene largas cadenas de glucosa que pueden ser cortadas mediante hidrólisis con agua cuando son catalizadas por enzimas conocidas como celulasas o median-te ácidos. La hemicelulosa es una cadena amorfa con mezcla de azúcares, cuyas cadenas son más fáciles de romper que la celulosa (Lynd et al., 2003).
Una manera de medir la eficiencia energética del proceso de la elaboración del biocombustibles es mediante la relación sa-lida/entrada de energía para la producción de etanol. Según estudios se han estimado valores que llegan a 6, es decir, una relación muy positiva, presentado altos valores de energía libe-rada durante la combustión del etanol y baja energía necesa-ria para su producción (se considera todo el ciclo de vida del producto, desde la extracción de las materias primas y los in-sumos requeridos, pasando por su transporte, hasta el proce-so de transformación hasta bioetanol) (Berg, 2001; Sánchez y Cardona, 2005). El principal desafío de la producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica está en el área bioquímica
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(pretratamiento e hidrólisis de la materia prima) donde muchas empresas tanto públicas como privadas están invirtiendo mu-cho capital para bajar los costos de producción en esta fase de la industrialización de la biomasa en etanol.
Condiciones ambientales en Uruguay para producir biomasa
Para que un cultivo se desarrolle es importante ubicarlo en una región agroclimática donde sus requerimientos climáticos sean satisfechos, y de esta manera, aprovechar de forma más eficiente todos los recursos. Los factores climáticos que con-dicionan fuertemente el crecimiento y desarrollo de un cultivo son los referidos al régimen térmico y al régimen hídrico. En cuanto al régimen térmico, las condiciones de nuestro país permiten el crecimiento de especies de regiones subtropicales y de regiones templadas. Por otro lado, con respecto al régi-men hídrico, deficiencias de éstas se pueden paliar, en parte, mediante la elección de suelos con mayor capacidad de alma-cenaje de agua, con riego suplementario o por medio de otras prácticas. Pero resulta indiscutible, que se necesita informa-ción agronómica para encontrar cuáles son las especies mas productivas para nuestras condiciones ambientales sin alterar el recurso suelo.
¿Por qué es imprescindible investigar los cultivos lignocelulósicos?
Parece muy promisorio el estudio de estos cultivos en el Uru-guay por poseer, según referencias internacionales un gran
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comportamiento agronómico en condiciones edáficas y climá-ticas similares a las nuestras. Además presenta, como fuera mencionado anteriormente, balances muy positivos de energía (relación MJ producto/MJ insumo), alta capacidad fotosintéti-ca al ser especies C4 (alta capacidad de fijar carbono del aire), disminución de la erosión de los suelos comparado a otro sis-tema (ej. cultivos de hilera) y el hecho de ser una especie pe-renne, presenta menores costos que los cultivos anuales tra-dicionales. En comparación con el maíz para la producción de etanol, el switchgrass (cultivo lignocelulósico perenne) requie-re de menores entradas de energía, fertilizantes, pesticidas y herbicidas, y ocasiona menor erosión, a la vez que mejora la fertilidad del suelo. Finalmente, la biomasa difiere del grano de maíz en que contiene cantidades sustanciales de componen-tes no fermentables ricos en energía, que pueden ser usados para proveer de ésta al proceso de conversión, así como para producir electricidad (Lynd, 2003).
Según estudios realizados por Angelini et al. (2009) sobre la producción de biomasa área de dos especies lignocelulósicas en el Mediterráneo (veranos mas secos que Uruguay), Arundo (caña común) mostró un potencial mayor que Miscantus (37.7 vs. 28.7 Mg ha-1) promediando todos los años excepto el pri-mero (implantación) (Figura 1). Estos valores de productividad medida a través de la biomasa son extremadamente altos y pueden llegar a representar una gran cantidad de etanol ha-1 una vez identificado el mejor proceso para transformar la ligno-celulosa en etanol o cualquier otra forma de energía.
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Figura 1. Producción de biomasa área de Arundo y Miscan-tus en el período estudiado (1992-2003) en Italia. (Angelini et. al. 2009)
En el Cuadro 1 se puede observar el petróleo equivalente ob-tenido de dos fuentes de biomasa (Arundo y Miscantus) luego de 12 años de cosecha (Angelini et al., 2009). Los resultados muestran que sembrando Arundo se genera una energía neta de 637 GJ ha-1, pudiendo sustituir 98 barriles de petróleo al año (equivalencia de 1 Mg =7 barriles). Por lo tanto, los auto-res reafirmaron el concepto de la gran contribución que pue-den hacer estos tipos de cultivos bioenergéticos en salvaguar-dar el ambiente usando energías renovables. Para el Uruguay, que importa aproximadamente unos 15-16 millones de barriles de petróleo al año, equivaldría a sembrar unas 160 mil hectá-reas de este cultivo para compensar todas las importaciones de petróleo. Resulta obvio que no se está planteando llevar a cabo esto por la gran cantidad de área e impacto ambiental de tener grandes extensiones como monocultivo. Pero sí se podría plantear en escenarios futuros con un recorte en la im-portación de petróleo del 25% (unos U$S 250 millones) que re-presentarían unas 40 mil hectáreas sembradas de este tipo de especie lignocelulósica. Si se logra un manejo racional (buenas
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prácticas agrícolas, sitios bien seleccionados, etc.) se podría abrir una oportunidad única para la generación de energías re-novables de gran potencial.
Cuadro 1. Equivalente de petróleo en comparación con el rendimiento en energía media y total (12 años) de Arundo y Miscantus.
Especie
Rendimiento de
energía neta (GJ
ha -1)
Petróleo
equivalente
(Mg ha-1)
Arundo
Media 637 14
Total 7644 169
Miscantus
Media 467 10
Total 5604 124
Modificado de Angelini et al., 2009
Según un estudio realizado por Siri-Prieto et al. (2006), sobre el posible uso de cultivos lignocelulósicos en el Uruguay, los costos de producción de especies como Switchgrass o Pasto elefante para la producción de etanol se presentan en el Cua-dro 2. Según estos autores, los costos por litro de etanol con-
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siderando la fase agrícola puesta en planta industrial podrían ser tan bajos como U$S 0.05-0.06. Obviamente que el resul-tado final dependerá de la productividad de los cultivos y del costo de los insumos, pero Uruguay podría tener valores muy competitivos para desarrollar estrategias de producir ‘energía envasada’ como lo es para este caso el etanol.
Cuadro 2. Costos variables y totales (U$S) por litro de etanol de la materia prima evaluada (Switchgrass y Pasto elefante) puesta en planta.
SwitchgrassPasto
elefante
Biomasa (MS año-1) 15.2 15,2
Etanol (l) 6840 6840
Costo variable ha-1 año-1 245,4 262
Costo variable l-1 etanol 0,046 0,038
Costo total ha-1 año-1 325 353
Costo litro etanol 0,061 0,052
Se hizo también un análisis de variación de los costos a dis-tancia a planta y a número de cortes realizados, estimando que se mantenía el mismo rendimiento por hectárea (Cuadro
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3). Como se puede observar tiene gran relevancia que tiene el costo del flete según sea la distancia a la planta. Pasar de 15 a 45 km puede significar aumentos entre 24 y 37% según sea la cantidad de cortes por año que se le hagan a los cultivos lignocelulósicos. Por lo tanto, este aspecto también debe ser considerado con mucho cuidado, ya que es probable que lue-go de definida una planta industrial, el área circundante quede rodeada de un monocultivo lignocelulósico y este tipo de em-prendimientos, probablemente lleve al fracaso del proyecto en el mediano plazo.
Cuadro 3. Costos de producción (año 2 a 5) según numero de cortes y distancia a planta (U$S ha-1) (Siri-Prieto et al., 2006).
Distancia a planta (km)
Cortes 15 30 45
1 285 344 402
2 301 360 418
3 317 376 434
Algunos resultados nacionales
A partir de año 2007 la Universidad de la República (FAGRO, FCIEN, FQ, FING) y el INIA están llevando a cabo un proyecto llamado ‘Biocombustibles líquidos a partir de cultivos no tra-
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dicionales en el Uruguay’ financiado por el MEC-PDT, donde uno de los objetivos del mismo es estudiar el comportamiento agronómico de tres especies lignocelulósicas: Arundo, Swit-chgrass y Pasto Elefante. En la Figura 2 C se puede observar el gran rendimiento obtenido para Pasto elefante con dosis de 100 kg de N ha-1, llegando a incrementos del 25% en compa-ración al uso de N. Cabe resaltar igual la gran producción de MS generada sin el uso de este nutriente, con rendimientos tan altos como de 26 Mg ha-1. Por otro lado en estos dos pri-meros años se lograron muy bajos rendimientos de Arundo y Switchgrass (Figura 2AB) probablemente debido al bajo % de implantación en el experimento en el primer año, lo que retra-saría la máxima producción de MS para estas especies (3-5 años aprox.).
Figura 2. Rendimiento bioma-sa aérea para Switchgrass (A), Arundo (B) y Pasto elefante (C) en el segundo año de evaluación según manejo del nitrógeno y fósforo en la EE-MAC, Paysandú (2007-2009). Siri-Prieto et al., sin pub. (Proyecto financiado por PDT-MEC-BID).
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Sustentabilidad ambiental
Lo mismo que ocurre con la agricultura para granos, en el caso de los cultivos bioenergéticos deben ser desarrolladas nuevas estrategias y políticas apropiadas para el manejo sustentable del recurso suelo, siendo el secuestro del carbono vía fotosín-tesis uno de los objetivos (Freibauer et al., 2004). Mantener y mejorar la calidad del suelo es trascendental si la productivi-dad de la agricultura y su calidad ambiental quieren ser man-tenidas para futuras generaciones (Garcia Prechac et al., 2004, IPCC, 2007). Pero por otro lado, el mayor uso de tecnologías, así como de insumos en una agricultura bioenergética pueden compensar y/o enmascarar pérdidas de productividad asocia-das con pérdidas de calidad de los suelos. Además, este ma-yor uso de insumos no solo puede reducir la rentabilidad de los cultivos sino que puede aumentar el riesgo potencial de un deterioro de la calidad ambiental (Reeves, 1997, IPCC, 2007).
Varios autores (Zan et al., 2001) evaluaron la capacidad de se-cuestrar carbono para maíz sembrado todos los años y Switch-grass bajo diferentes sistemas de producción. Los autores en-contraron que el maíz tuvo 1.23 mayor producción de biomasa área que Switchgrass pero la producción de raíces de este últi-mo fue 4.62 veces mas que el maíz, siendo esta diferencia ma-yor en profundidad. Los autores sugieren que el potencial de secuestrar carbono a través de los cultivos energéticos como el Switchgrass es mucho mayor y eficiente comparado a la agricultura convencional. Esta conclusión es válida siempre y cuando los residuos queden en superficie y no sean utilizados con otro fin (ej. fines energéticos). Por otro lado, Lynd (2003) realizó una comparación similar entre estos dos cultivos, afir-mando que, si bien la producción de etanol a partir de maíz
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es más fácil y de menor costo, la producción de biomasa de celulosa es menos costosa por tonelada (aproximadamente la mitad), y la cantidad de etanol (de una calidad dada) que se puede producir por unidad de superficie es mayor en el caso de biomasa de celulosa.
Consideraciones finales
La selección de los cultivos lignocelulósicos para la generación de biocombustibles está fundamentada principalmente en:
Su muy probable adaptación a las condiciones edáficas �y climáticas del Uruguay (las primeras evaluaciones rea-lizadas en el último verano lo confirman).
Bajas tasas de aplicación de agroquímicos. �
Presentar balances muy positivos de energía. �
Por su alta capacidad fotosintética (alta capacidad de �fijar carbono del aire).
Menores costos por litro de etanol producido. �
Estas especies pueden ser cosechadas en diferentes �estaciones de crecimiento o ser henificadas para su posterior utilización en la industria (la planta industrial puede trabajar todo el año).
En base a la información internacional, los cultivos lignocelu-lósicos presentarían un potencial para generar biomasa y por lo tanto comenzar a transitar el camino de las energías reno-vables. Esta nueva ruta nos podrá llevar a una independencia energética en un futuro no muy lejano, pero la inteligencia que
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pongamos todos los involucrados para que sea sostenible en el tiempo será la clave del éxito. Debemos generar propuestas inteligentes para generar bioenergía en el mediano plazo. Pero no hay que olvidarse, que estas potenciales tierras donde po-siblemente se instalen los cultivos energéticos tienen que ser capaces de volver a ser sistemas agroalimentarios. El recurso suelo en el mediano plazo probablemente solo sea usado para generar alimentos, ya que la población humana sigue aumen-tando. La energía que se genere en el futuro deberá ser por otra vía, pero no la fotosintética, esta deberá abastecer solo alimentos.
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Topinambur (Helianthus tuberosus L.):
materia prima para obtener etanol en Mendoza
Ing. Agr. M. Sc. Cecilia Rebora
Facultad de Ciencias Agrarias
Universidad Nacional de Cuyo
Mendoza, Argentina
Los resultados que se presentan han sido obtenidos en el mar-co del programa de Bioenergía de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo). Los objetivos estratégicos del programa son: dominar el ciclo de los biocombustibles a partir de cultivos energéticos, autoabastecer de biocombustibles de la UNCuyo a partir del 2010, certificar calidad de biocombustibles afian-zar líneas de investigación e investigadores y formar recursos humanos desde lo técnico a lo científico en el tema de bio-combustibles. Participan del mismo la Facultad de Ciencias Agrarias, la Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, la Facultad de Ingeniería, todas de la UNCuyo, el Instituto Nacio-nal de Tecnología Agropecuaria (INTA) y Yacimientos Petrolí-feros Fiscales (YPF).
La ley argentina 26.093, sobre biocombustibles, establece que para el año 2010 la nafta y el gasoil deberán ser cortados en un 5 % con alcohol y biodiesel, respectivamente. Los cultivos
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agrícolas (‘cultivos energéticos’) actualmente constituyen la principal fuente de materia prima para obtener esos combusti-bles alternativos a los de origen fósil.
La caña de azúcar es la principal materia prima para obtener bioetanol en los países de clima cálido; en Europa se emplea remolacha. Los cereales (maíz en Estados Unidos y trigo y cebada en Europa) son las materias primas para el etanol de almidón. El precio de las materias primas viene regido por el mercado alimentario, su destino tradicional. Para las necesi-dades del mercado de la energía deben desarrollarse nuevos cultivos más productivos y rentables. Para liberarse de las fluc-tuaciones que suelen caracterizar los cultivos destinados a la alimentación (animal y humana), se están investigando otras especies como el topinambur (Helianthus tuberosus L.) y el sorgo azucarado (Sorghum bicolor L.). Estos cultivos, además de su menor costo de producción, serían más rentables para la obtención de etanol, ya que se podrían emplear los tallos secos (del topinambur) o el bagazo (del sorgo) para la gene-ración del vapor y la electricidad necesarios en el proceso de fabricación de etanol.
En los oasis de Mendoza tenemos experiencias recientes de cultivo de topinambur con interesantes rendimientos de tubér-culos (alrededor de 50.000 kg/ ha) que pueden ser usados para producir etanol; en otros lugares del mundo también hay inte-rés por el potencial energético de esta especie (Parameswaran, 1999, Berenji y Sikora, 2001, Kays y Nottingham, 2008).
H. tuberosus pertenece a la familia de las Asteráceas; es un cultivo anual del que fundamentalmente se aprovechan sus tubérculos, cuyo rendimiento varía entre 30 a 100 toneladas
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por hectárea. Son 4 los principales usos que pueden darse a esta especie: hortícola, forrajero, extracción de inulina y pro-ducción de etanol. Su uso hortícola no está muy difundido, sin embargo por el alto contenido de inulina (16 a 20 % del peso fresco del tubérculo) podría considerarse un alimento funcional, con todas las ventajas implicadas. Como forrajera principalmente se la utiliza en planteos de producción porcina, y no presenta ventajas comparativas destacables respecto de otras especies, salvo su aptitud para producir en un amplio rango de condiciones ambientales. Su potencial como fuen-te de obtención de inulina es importante, por ser una de las especies vegetales con mayor proporción de este hidrato de carbono, asociado además a alto rendimiento por unidad de superficie. Es un cultivo de los considerados ‘energéticos’ por su potencial para producir bioetanol, a partir de 50 toneladas de tubérculos pueden obtenerse 4500 litros de etanol.
La plantación de este cultivo se realiza en primavera temprana, en densidades que pueden variar entre 20.000 a 50.000 plan-tas/ ha; con tubérculos semilla enteros o trozados, de un peso aproximado de 50 g. Es una especie con altos requerimientos de potasio, nitrógeno y calcio, y con dos períodos que presen-tan sensibilidad a estrés hídrico: emergencia y crecimiento de los tubérculos. Malezas, insectos y enfermedades no ocasio-nan mayores impactos en el cultivo. En el mundo hay muchas variedades difundidas, pero en nuestro país no hay variedades registradas a la fecha.
En el marco del Programa de Bioenergía, en la finca El Sauce (Guaymallén, Mendoza) dependiente de la Facultad de Cien-cias Agrarias, de la UNCuyo (674 msnm y a 32° 51’’ 53,85’’’ Latitud S y 68° 44’’ 41,03’’’ Longitud O); durante dos campañas
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consecutivas (2007-2008 y 2008-2009) se plantaron dos hec-táreas de topinambur. Se probaron dos cultivares de topinam-bur (Blanco B y Rojo R; caracterizados en un trabajo previo de Rebora, 2008), con dos niveles de fertilización, 0 y 100 kg de Nitroska/ha. Los objetivos de este trabajo fueron:
Ajustar la tecnología de producción, a escala comercial, �para topinambur con destino energético en la provincia de Mendoza.
Generar el protocolo de producción (preparación del �suelo, plantación, labores culturales, riego, cosecha) para este cultivo.
Identificar factores limitantes (plagas, enfermedades, �condiciones climáticas u otros).
Determinar el costo energético de producir estos culti- �vos en las condiciones ambientales locales y con la tec-nología de producción propuesta.
Determinar el rendimiento en peso (kg. de tubérculos �por ha.) del cultivo y el rendimiento energético (kcal por ha.) del mismo.
Realizar el balance energético (E obtenida/ E consumi- �da).
La experiencia de los dos ciclos del cultivo, más la revisión de bibliografía mundial, nos permitió elaborar un protocolo de producción para el cultivo de topinambur bajo riego en Men-doza. La tecnología de producción propuesta indica que esta especie podría ser fácilmente incorporada a los sistemas de producción hortícolas mendocinos, en los que actualmente se cultivan especies como la papa o la batata, con similitudes importantes en lo relativo a tecnología de cultivo. Además, no
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se detectaron plagas o enfermedades que limiten al cultivo en el ambiente El Sauce.
El rendimiento final obtenido en cada combinación de varie-dad por tratamiento de fertilización se presenta en la siguiente tabla:
Tabla 1: Rendimiento de topinambur (kg tubérculos/ha) de dos variedades de topinambur (B y R) con 2 niveles de fertili-zación (0 y 100 kg de Nitroska/ha)
Fertilización
(12/12/17.5)
Variedad Tubérculos
(kg/ha)
100 kg/ha B 30.300
100 kg/ha R 40.800
0 kg/ha B 29.500
0 kg/ha R 37.000
Independientemente del nivel de fertilización, se obtuvieron rendimientos superiores con la variedad R. En ambas varie-dades el rendimiento de las parcelas fertilizadas fue apenas superior que el de las parcelas no fertilizadas.
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Si se supone que para obtener un litro de etanol se requieren 12 kg de tubérculos (Fernandez, 1998), el potencial para pro-ducir alcohol será el que se indica en la siguiente tabla.
Tabla 2: Potencial para obtener alcohol a partir de dos varie-dades de topinambur (B y R) con 2 niveles de fertilización (0 y 100 kg de Nitroska/ha)
Fertilización
(12/12/17.5)
Variedad Etanol (l/ha)
100 kg/ha B 2525
100 kg/ha R 3400
0 kg/ha B 2458
0 kg/ha R 3083
El costo del cultivo con la tecnología de producción empleada fue de 3.182 $/ha en la parcela no fertilizada y de 3.709 $/ ha en la parcela fertilizada. En la tabla 3 se presenta la participa-ción relativa de los distintos componentes del costo:
Como puede apreciarse, la cosecha representa más de la mi-tad del costo del cultivo. Esto estaría indicando la necesidad de la mecanización integral de la misma con el objetivo de dis-minuir su participación en el costo total.
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TECNOLOGÍA Y BIOCOMBUSTIBLES
Tabla 3: Participación relativa de los distintos componentes del costo del cultivo de topinambur bajo riego en Mendoza.
Componente Parcelas no
fertilizadas
Proporción del
costo total
Parcelas
fertilizadas
Proporción del
costo total
Preparación de suelo 208,25 6,54 208,25 5,61
Plantación 244,13 7,67 244,13 6,58
Tubérculos semilla 0 (*) 0 0 (*) 0
Herbicidas 294,5 9,26 294,5 7,94
Fertilizantes 0 0 527,5 14,22
Riego 385 12,10 385 10,38
Cosecha 2050 64,43 2050 55,27
Total 3181,88 100,00 3709,38 100,00
(*) Producción propia, no cargados al costo.
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Balance energético
Los distintos rubros de energía consumida fueron: combusti-ble, semilla, agroquímicos (fertilizantes, herbicida), energía del trabajo (horas hombre). El rendimiento energético del cultivo se calculó a partir del valor energético de los tubérculos.
A partir de los datos de energía obtenida y de la energía con-sumida se calculó el balance energético de la producción del cultivo de topinambur con la tecnología propuesta en este tra-bajo. Los resultados se indican en la tabla siguiente.
Tabla 4: Balance energético del cultivo de topinambur con dos variedades (Blanca, B y Roja, R) y dos niveles de fertilización
Fertilización
(12/12/17.5)
Variedad Balance energético
100 kg/ha B 8,12
100 kg/ha R 10,94
0 kg/ha B 9,30
0 kg/ha R 11,66
Independientemente de la variedad y el nivel de fertilización el balance energético fue positivo.
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En síntesis, es factible cultivar topinambur en el oasis norte de Mendoza con un balance energético positivo, lo que permitiría pensar que esta especie podría utilizarse como materia prima para producir bioetanol.
Los rendimientos del cultivo son significativamente superiores cuando se riega con aguas residuales urbanas, experiencias al respecto nos indican rendimientos que superan los 150.000 kg/ha (Lelio et al., 2009). Además en esta situación se da un destino productivo a aguas de gran potencial contaminante.
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Lelio, H., Rebora, C., Gómez, L. 2009. Potencial de obtención de bioetanol a partir de topinambur (Helianthus tuberosus L.) regado con aguas residuales urbanas. Revista FCA UNCuyo.Tomo XLI, n° 1: 123-133.
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Avaliação do desenvolvimento
científico-tecnológico do etanol combustível
e ações do instituto nacional de tecnologia
(MCT-Brasil) relacionada ao tema estratégico
Clarissa Cruz Perrone, Lucia Gorestin Appel,
Vera Lúcia Maia Lellis, Fábio Mendes Ferreira,
Amanda Moura de Sousa, Viridiana Santana Ferreira-Leitão
Instituto Nacional de TecnologiaMinistério da Ciência e Tecnologia
Resumo
O universo da produção de etanol não é apenas rico, mas tam-bém bastante complexo, abrangendo diferentes matérias pri-mas, tecnologias, empresas e países. Neste contexto, é difícil identificar, entre outros aspectos, qual a tecnologia que recebe o maior nível de investimento, as matérias primas considera-das mais atrativas e os atores mais importantes nos cenários de P, D & I (Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação). Atualmen-te o Brasil e os Estados Unidos lideram a produção mundial deste combustível, sendo o Brasil o produtor do etanol mais competitivo (US$ 35/barril). Adicionalmente, o mundo busca, com interesse e velocidade, viabilizar a tecnologia para pro-dução do etanol de segunda geração, motivado por fatores ambientais, políticos, geográficos e sociais. Após uma ava-liação do contexto internacional serão apresentadas as linhas de atuação do Instituto Nacional de Tecnologia neste tema es-tratégico para o Brasil.
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Introdução
Qualquer material que contenha carboidratos pode ser utili-zado para a produção de bioetanol, através de processos fer-mentativos. A grande variedade de matérias-primas utilizadas para a obtenção de etanol por fermentação pode ser conve-nientemente classificada em três classes principais: açúcares, amidos e celuloses. Os açúcares (como os da cana-de-açúcar, beterraba, melaços e frutas) podem ser diretamente conver-tidos em etanol. Os amidos (de milho, mandioca, trigo, entre outros) demandam transformação, via hidrólise, para que os açúcares fermentáveis obtidos sejam posteriormente converti-dos a etanol. As celuloses (das madeiras, resíduos agrícolas e licores sulfíticos originados na produção de papel, por exem-plo) precisam igualmente ser convertidas em açúcares, por via hidrolítica, antes do processo fermentativo [1].
Nos EUA a principal matéria-prima para a produção de etanol é o milho (60 -70% de amido). A tecnologia atual envolve a moagem (seca ou úmida) dos grãos e a conversão enzimática (mais comum, quando comparada à hidrólise ácida) do amido em glicose através da utilização de amilases fúngicas. A fer-mentação da glicose em etanol é normalmente realizada em bateladas, embora já tenham sido desenvolvidos processos contínuos.
Já o Programa Nacional do Álcool (ProAlcool), desenvolvido no Brasil durante as décadas de 70 e 80 e citado internacio-nalmente como exemplo bem sucedido de programa de subs-tituição de gasolina por combustível alternativo, estabeleceu suas bases tecnológicas na produção de etanol a partir da sacarose presente no caldo da cana-de-açúcar e também no
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melaço, produto residual da indústria de açúcar. Atualmente, a perspectiva de ampliação do mercado interno e externo para o etanol brasileiro está impulsionando tanto a expansão da produção tradicional, via aumento da fronteira agrícola (sem interferir em áreas de proteção ambiental), quanto a criação de alternativas economicamente viáveis e baseadas no uso de rejeitos da agroindústria, corretas sob o ponto de vista am-biental, para aumentar a produção e, consequentemente, a comercialização do produto. Não só o bagaço da cana-de-açúcar, mas também a palha pode ser utilizada na produção de bioetanol. Mesmo havendo utilização do bagaço como combustível nas próprias usinas não se esgota a produção anual do resíduo. Este excedente de bagaço não utilizado é estimado em 12%. O etanol de sacarose, que tem como maior fonte natural a cana-de-açúcar, é atualmente o mais viável sob o ponto de vista econômico. Apesar de a cana-de-açúcar ser o substrato mais interessante para a produção do biocombus-tível, questões ambientais, sociais, geográficas e estratégicas impulsionam a utilização de amido e celulose. Se for consi-derada a razão entre a energia renovável gerada e a energia fóssil consumida na produção do etanol de amido de milho teremos um valor igual a 1,3; o mesmo parâmetro para o eta-nol de cana-de-açúcar é de 8,9. O melhor balanço energético encontrado depois do álcool de cana-de-açúcar é obtido com o sorgo sacarino e se situa em torno de 4,0 [2]. No entanto, o álcool de amido, apesar de algumas desvantagens, já alcança a mesma produção do etanol de cana-de-açúcar. No entanto, tecnologias economicamente viáveis para a utilização da bio-massa lignocelulósica (da qual o bagaço da cana-de-açúcar é um dos inúmeros exemplos), estão ainda em fase de desenvol-vimento, em decorrência da complexidade e heterogeneidade
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deste material. As etapas de produção do etanol de segunda geração estão esquematizadas na figura 1.
Figura 1: Etapas de produção do etanol de segunda geração
Além da potencial utilização da biomassa para a produção de etanol de celulose, o material pode também ser utilizado em processos de gaseificação para a geração de energia elétrica e combustíveis líquidos. A lignina, resultante da hidrólise da biomassa, devido ao seu alto poder calorífico, pode ser usada para queima e geração de energia. Adicionalmente, os hidro-lisados gerados a partir da biomassa vegetal podem ser em-pregados para a obtenção de produtos de alto valor agregado derivados de outros processos fermentativos (ácidos orgâni-cos, aminoácidos, polióis e plásticos biodegradáveis). A médio e longo prazos, os avanços na utilização de co-produtos de-verão resultar na implementação de biorrefinarias [3].
A alcoolquímica pode ser também impulsionada pelos bons resultados na produção de etanol. Um exemplo é o interesse na produção de polietileno utilizando eteno obtido através da desidratação do etanol [2]. Outra possibilidade é a obtenção de acetato de etila a partir do etanol, em uma única etapa [4].
Com base em todas as informações apresentadas até o mo-mento é possível descrever o universo da produção de bioe-
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tanol como bastante rico, mas também muito complexo, pois estão envolvidas diferentes matérias-primas, tecnologias, em-presas e países. É importante conhecer o status atual do etanol de primeira geração para entender a perspectiva de ampliação de mercados e a corrida mundial pela tecnologia do etanol de segunda geração. Abaixo seguem alguns pontos importantes relacionados ao etanol de primeira geração [5 e 6]:
Substitui cerca de 3% de gasolina no mundo e 40% da �gasolina no Brasil;
É produzido principalmente a partir da cana e do milho; �
No Brasil existem 325 usinas em operação; �
De um total de 425 milhões de toneladas de cana/ano, �cerca de 50% é utilizado para a produção de etanol;
Cerca de 86 novas destilarias estarão operando até �2015 no Brasil;
Nos últimos 29 anos a produtividade do etanol no Brasil �está crescendo cerca de 4% ao ano;
Atualmente, não há biocombustível que pode competir �com o etanol brasileiro produzido a partir da sacarose da cana (US$ 35/barril)
O etanol de cana-de-açúcar possui um balanço ener- �gético de 8,9 (energia renovável gerada / energia fóssil consumida);
O etanol de milho possui um balanço energético de 1,3 �(energia renovável gerada / energia fóssil consumida);
88% do bagaço são aproveitados na co-geração de �energia.
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As folhas constituem 34% da massa da cana-de-açúcar �e o bagaço reponde por 30%.
Metodologia
As informações relacionadas com à produção científica e tec-nológica foram pesquisadas no período de 1995 a 2007. A base de dados Web of Science® foi empregada tanto para a coleta quanto para o tratamento dos dados de produção científica. Os resultados referentes à evolução na concessão de patentes, no mesmo período, foram obtidos na base de dados do Escritório Europeu de Patentes (Esp@cenet). Para o tratamento automático dos dados e geração de mapas de evolução de tecnologias foi utilizado o software Matheo Patent Analyzer®.
Resultados e discussão
A figura 2 apresenta os resultados ao longo de 12 anos de publicações científicas sobre o etanol combustível (descritores utilizados: “ethanol” and “fuel”). É importante destacar que a figura revela, além do grande interesse despertado pelo assun-to, o salto quantitativo ocorrido por volta do ano 2000 quando, de fato, verificou-se uma intensificação na busca por alternati-vas renováveis e pela diminuição da dependência de petróleo como tendência mundial, o que se refletiu diretamente na pro-dução científica.
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Figura 2: Crescimento científico no período de 1995 a 2007 (descritores utilizados: “ethanol” and “fuel”).
A figura 3 apresenta a evolução da produção tecnológica atra-vés do levantamento das patentes classificadas sob o código C12P 7/06, de caráter geral, que congrega todos os documen-tos com foco na obtenção de etanol, à exceção daqueles com utilização na indústria de bebidas. O perfil de crescimento co-rrobora o apresentado na figura 2, mostrando que a produção científica e a tecnológica evoluíram de forma similar no período considerado; no caso dos documentos de patentes, o número de depósitos aumentou mais de 50% nos últimos cinco anos. Como esperado, a produção científica é quantitativamente su-perior à tecnológica. O gráfico apresenta também uma curva de crescimento do preço do petróleo cru, mostrando claramente uma correlação direta entre o aumento do número de patentes depositadas e aumento do preço do barril de petróleo.
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Uma análise recente [7] dos documentos de patente deposita-dos no Brasil referentes aos processos de preparação de eta-nol de sacarose mostrou que o período compreendido entre 1981 e 1990, quando ocorreu o maior número de depósitos publicados, coincidiu com o período em que foram alcança-dos os maiores avanços no setor. O número substancialmente superior de pedidos de origem brasileira em comparação com os de origem americana e japonesa – os outros dois maiores depositantes da matéria – evidencia, ainda, a autonomia bra-sileira no desenvolvimento dessa tecnologia. O estudo conclui que os avanços na produção de etanol no país decorreram de aperfeiçoamentos, em maior ou menor grau, em diversas
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1995199619971998199920002001200220032004200520062007
ano
Nú
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01020304050607080
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Figura 3: Perfil do número de patentes no período de 1995 a 2007, classificadas sob o código C12P 7/06. As patentes estão representadas pelas barras, enquanto os pontos unidos pela linha representam evolução do preço do barril petróleo cru ao longo do mesmo período.
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etapas do processo, desde a produção e tratamento da maté-ria-prima até o reaproveitamento dos resíduos, passando pela fase industrial da obtenção do produto. Na etapa de produção da matéria-prima, foram introduzidos novos equipamentos de colheita, novas variedades selecionadas de cana-de-açúcar, novas tecnologias de manejo da plantação e dos resíduos e o reaproveitamento do vinhoto para adubagem do solo. Na etapa industrial, foram aperfeiçoados os processos e equipa-mentos de extração do caldo e de destilação do produto, foi implementado o controle biológico da fermentação e foram re-duzidos os gastos com energia, com o reaproveitamento dos resíduos da matéria-prima para queima. A partir da década de 90, maior enfoque foi dado ao desenvolvimento de microrga-nismos para utilização no processo fermentativo.
Com relação ao período de 1995 a 2007, aqui considerado, o foco no desenvolvimento de microorganismos para o processo de fermentação foi mantido, tanto nos documentos que dizem respeito ao processo de preparação de etanol de sacarose, quanto nos que se relacionam aos processos que utilizam material amiláceo ou lignocelulósico, que constituem a maio-ria das patentes recuperadas através da utilização do código C12P 7/06 (figura 3).
A figura 4 apresenta a matriz energética brasileira [5]. É impor-tante destacar que 46% desta matriz é composta por formas renováveis de energia. Este número ganha destaque quando comparado ao percentual mundial (12,9%) e dos países mem-bros da OECD (6,7%). Dos 46% de energia renovável, 31% estão associados à biomassa e 15,9% estão relacionados à cana-de-açúcar e derivados.
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Conforme mencionado anteriormente, o processamento do amido e da celulose demanda uma etapa prévia de hidrólise. A hidrólise por via enzimática oferece condições reacionais mais favoráveis e evita a formação de subprodutos que agem como contaminantes em etapas posteriores do processo. Conse-qüentemente, é um processo mais limpo e ambientalmente correto. Apesar das inúmeras vantagens do processo enzimá-tico, o custo relacionado aos biocatalisadores ainda constitui uma barreira para a sua plena utilização. Neste contexto, vale
Figura 4: Matriz energética brasileira.
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destacar que qualquer processo que envolva a utilização de biocatalisadores precisa possuir autonomia em relação a sua produção; processos vinculados à importação de enzimas não podem garantir a continuidade da produção. Desta for-ma, cada vez mais a idéia de produção in house de biocata-lisadores vem ganhando força. Adicionalmente, as diferentes matérias-primas contendo celulose necessitam de estudos es-pecíficos para o aumento da eficiência dos processos, sendo necessário selecionar ou adequar, para cada matéria prima, não apenas o processo de pré-tratamento, mas também o de hidrólise, através da seleção e definição da mistura enzimática adequada. Uma rede de pesquisa e desenvolvimento para a produção de etanol da biomassa da cana-de-açúcar (bagaço e palha) já foi organizada no Brasil. A iniciativa, que possui, prin-cipalmente, financiamento do Ministério da Ciência e Tecnolo-gia (MCT), reúne universidades, centros de pesquisa, algumas empresas privadas e parceiros internacionais. Recentemente foi também criado o Centro de Ciência e Tecnologia do Bioeta-nol com a missão o desenvolvimento de tecnologias visando o crescimento deste setor no país.
A figura 5 mostra de maneira geral como estão organizados alguns projetos de pesquisa no Instituto Nacional de Tecno-logia (INT), envolvendo produção e uso de etanol de segunda geração.
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Figura 5: Projetos de pesquisa que envolvem o etanol no INT – MCT.
Conclusões
Através de uma avaliação da produção científica e tecnoló-gica, utilizando respectivamente as bases de dados Web of Science® e Esp@cenet, foram apresentados alguns importan-tes aspectos relacionados às tendências na produção de bio-etanol. No que se refere à matéria-prima, a sacarose da cana-de-açúcar e o amido do milho são as mais exploradas até o presente momento. Entretanto, todos os dados indicam que o grande desafio tecnológico está na utilização de materiais lignocelulósicos, principalmente os resíduos das atividades agrícolas. Verificou-se também que, em geral, momentos eco-nômicos complexos e com alta do preço do barril de petró-leo motivam o desenvolvimento de tecnologias alternativas. É importante destacar que os investimentos em PD&I em áreas estratégicas devem manter uma certa constância para garantir a efetividade do desenvolvimento e o posicionamento estraté-gico do país.
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A matriz energética brasileira já reflete alguns dos investimen-tos feitos ao longo 30 anos para a incorporação de formas renováveis de produção de energia. Embora os resultados possam ser considerados bons, muito ainda precisa ser feito em termos de novos processos de produção e aumento da eficiência dos processos vigentes.
É imprescindível que as políticas de governo de todos os países e as empresas energéticas invistam na produção de biocom-bustíveis. O setor energético precisa estruturar ações que pro-movam a utilização de bioenergia. Estes investimentos podem resultar na diversificação da matriz energética e na ampliação do setor, influenciando fortemente a geração de empregos e serviços e, conseqüentemente, impulsionando a economia. Segundo avaliação recente do BID, existem quatro importan-tes pilares que devem ser considerados para que o Brasil pos-sa se colocar de maneira consistente no mercado mundial de bicombustíveis, até 2020: inovação, capacidade de expansão, infra-estrutura e conquista do mercado internacional.
Agradecimentos
À FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos pelo apoio financeiro ao projeto no 106004700.
Ao Dr. Guido Zacchi e a Dra. Elba Bon pelas valiosas discussões a respeito deste tema.
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Bioetanol a partir de algas
Dr. Sergio Ramirez Robles.
BioFields
Somos una empresa mexicana que producirá combustibles limpios y que por lo innovador de nuestra tecnología incidirá de manera importante en la reducción del calentamiento glo-bal, además de ofrecer una respuesta a la demanda energética futura.
Nuestro objetivo es la implementación a escala industrial de una innovadora y patentada tecnología para producir bioetanol a partir de algas verdeazuladas híbridas de manera controlada y totalmente sustentable.
Para alcanzar nuestro objetivo tenemos contempladas diver-sas etapas; en la primera invertiremos 850 millones de dóla-res para producir en un principio 95 millones de galones/año, incrementando la producción hasta llegar a un total de 250 millones de galones/año. En las subsecuentes etapas alcanza-remos una producción mayor a los 2 mil millones de galones/año.
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Figura 1 - Gráfico BioFields
Contexto comercial favorable
México es nuestro mercado potencial por excelencia. Sin em-bargo, el proyecto pretende aprovechar al máximo las ventajas competitivas que le da el mercado de exportación utilizando la red de tratados comerciales que tiene nuestro país. Esto nos permitirá ofrecer nuestro bioetanol a otros mercados como el de los Estados Unidos, Japón y la Unión Europea, sin pagar arancel o con un arancel preferencial.
El mercado de biocombustibles para el transporte es inmenso. Partiendo de que el bioetanol actualmente es utilizado princi-palmente como oxigenante de las gasolinas, durante 2008 en Estados Unidos se consumieron 137 mil millones de galones de gasolina (la cual en promedio se mezcló con un 7% de bio-combustibles). Lo anterior representa (abril 2009) un mercado valuado en más de $270 mil millones de dólares. Estados Uni-
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dos consume el 25% del mercado mundial de combustibles para el transporte y el valor total del mercado en el mundo representa más de $1 billón de dólares (1 millón de millones de dólares).
Por su parte México, nuestro mercado por excelencia, con-sume 11.6 mil millones de galones de gasolina al año. Rela-cionado a esto, la Secretaría de Energía diseñó el ‘Programa de Introducción de Biocombustibles’ el cual indica que Pemex añada 5.8% de bioetanol a las gasolinas para sustituir los oxi-genantes que se utilizan actualmente en la mezcla, lo que ge-nerará una demanda anual de hasta 672 millones de galones de este biocombustible.
De igual forma se destacan los compromisos legales que tanto Estados Unidos como la Unión Europea han adquirido al fijarse metas de producción de biocombustibles tales como The Re-newable Fuel Standard Provisions of the Energy Independence and Act of 2007 (RFS) de los Estados Unidos, que obliga la producción de 36 mil millones de galones de bioetanol en 2022 de los cuales se especifica que sólo 15 mil millones podrán ser producidos a partir de maíz presionando para que el resto de-rive de tecnologías de segunda y tercera generación. En Euro-pa el compromiso se plasma en The Renewable Energy Road Map of the EU que establece utilizar 10% energías alternativas para el 2020; dejando claro que al menos 4% de los biocom-bustibles deben provenir de tecnologías de tercera generación como las algas.
Además destacan dos potenciales mercados para nuestro producto. En primer lugar el ‘plástico verde’ en el cual está in-cursionando la industria química mundial con asociaciones de
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negocio con los principales productores de bioetanol en Brasil y Estados Unidos para la producción de etileno (materia prima que es utilizada para producir el 60% del plástico en el mundo) a partir del bioetanol. En segundo lugar se encuentra la ‘aero-náutica verde’ industria donde las principales líneas áreas en México y el mundo ya han realizado o anunciado vuelos utili-zando biocombustible de tercera generación.
Si bien los biocombustibles como el bioetanol representan una alternativa para sustituir los combustibles fósiles, en la actua-lidad todavía no se encuentran disponibles en las cantidades que la industria energética mundial necesita ni a los costos que la misma requiere, por esto surge la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías que aseguren la viabilidad de éstos como fuentes de energía alternativa que puedan satisfacer las nece-sidades energéticas del mundo.
En el 2008 el mayor productor de bioetanol fue Estados Uni-dos, que generó 9 mil millones de galones principalmente pro-ducidos de maíz. Brasil le sigue en ese mismo año con una producción de aproximadamente 7 mil millones de galones, tomando como insumo base la caña de azúcar. Ambos paí-ses representan el 89% de la producción mundial y el 11% restante proviene de países que integran la UE y de China. Vale la pena destacar los señalamientos mundiales que ambos países han tenido por su incidencia en el aumento mundial de los precios de los alimentos y la deforestación del Amazonas. Consideramos que aún si la tecnología para producir bioetanol en EEUU y Brasil a partir de maíz y caña de azúcar siguiera me-jorándose, el volumen de la producción sería insuficiente para cubrir la demanda energética futura, ya que dichas tecnologías
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tienen limitaciones importantes, entre las cuales se destacan entre otros:
El requerimiento de grandes cantidades de tierra culti- �vable
El desvío de bienes de consumo básico humano y/o ani- �mal
El uso de grandes cantidades de combustible fósil en �su proceso
El cuestionable balance energético y �
El elevado costo de producción �
Por todo lo antes mencionado enfatizamos la necesidad de una tecnología de tercera generación como la nuestra que nos permita atender las necesidades energéticas y ambientales sin efectos colaterales.
BIOFIELDS como respuesta
En respuesta a esta necesidad surge nuestro proyecto, el cual es propietario de los derechos exclusivos en México de una innovadora tecnología que permite producir biocombustibles limpios (bioetanol) que respetan integralmente el medio am-biente. Esta tecnología permite cultivar algas verdeazuladas híbridas para producir bioetanol y potencialmente otros bio-combustibles a partir de la radiación solar, agua dulce o sala-da, nutrientes y bióxido de carbono.
El desarrollador y propietario de las patentes de la tecnología ‘Direct to Ethanol™’, es la empresa norteamericana Algenol
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Biofuels (www.algenol.com). Algenol cuenta con un equipo de científicos a lo largo del mundo (Baltimore, Florida, Cádiz y Berlín) así como con la asociación de universidades, organi-zaciones de investigación y otras empresas para llevar a cabo el desarrollo de esta tecnología.
Directo to Ethanol ™
Nuestra tecnología utiliza algas verdeazuladas como materia prima dada la abundancia y diversidad de estos microorga-nismos en la naturaleza. Por esta razón ha sido posible se-leccionar una variedad de alga verdeazulada (cianobacteria) que presenta las características ideales para la producción de bioetanol. Entre otros atributos se encuentra que son:
Organismos libres de toxinas �
No son comestibles �
No influyen en la cadena alimenticia �
Se alimentan de radiación solar y bióxido de carbono �
Aumentan su población en cuestión de horas y �
Se reproducen en agua dulce o salada en ambientes �controlados
No requieren ni de insecticidas ni de fertilizantes �
No depende de períodos de cosecha �
Permite dar un uso productivo a tierras que por sus con- �diciones no son propicias para desarrollar cultivos agrí-colas
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Por otro lado estas algas tienen la función metabólica de se-cretar bioetanol de manera natural. Nuestra tecnología opti-miza intracelularmente esta capacidad para incrementar de manera importante su producción.
Cabe subrayar que nuestro proyecto implica la mitigación del cambio climático mediante el efecto que tiene en los balances de bióxido de carbono, ya que el mismo capturará las emisio-nes de la Central Termoeléctrica de Puerto Libertad, Sonora. Este bióxido de carbono es utilizado para la producción de un volumen de biocombustible que a su vez sustituye a otro vo-lumen de combustible fósil en la operación de vehículos auto-motores, lo cual nos da la oportunidad de acceder a los Bonos de Carbono asociados a un Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL). En particular este proyecto utilizará la totalidad de las emisiones de dicha central para la producción de los primeros 250 millones de galones de bioetanol, evitando así que este gas de efecto invernadero llegue a la atmósfera.
Nuestra tecnología responde favorablemente a las críticas planteadas que se le han hecho a los biocombustibles produ-cidos de manera tradicional ya que:
No requiere de tierras cultivables �
Captura y recicla grandes cantidades de CO � 2
No utiliza agroquímicos ni pesticidas �
Recicla en su totalidad el agua que utiliza en su proce- �so
Su estructura de costos no es dependiente de insumos �agrícolas
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Los costos de producción son muy bajos �
No depende de ciclos de cosecha �
La extensión de terreno es considerablemente menor en �comparación a las que utilizan las tecnologías tradicio-nales.
Localización
Nuestro terreno en Puerto Libertad se encuentra ubicado en el municipio de Pitiquito, Estado de Sonora, entre los municipios de Caborca y Hermosillo a una distancia de aproximadamente 240 km de la capital del estado de Sonora, al Noreste de los Estados Unidos Mexicanos y a menos de 300 kilómetros de la frontera.
Figura 2 - Ubicación ???
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OBJETIVO Y ESPECIFICIDADES
El objetivo de BioFields es implantar a escala industrial nues-tra innovadora, exclusiva y patentada tecnología para producir bioetanol a partir de algas verdeazuladas.
Tenemos contempladas diversas etapas; en la primera inverti-remos 850 millones de dólares para producir en un principio 95 millones de galones/año, incrementándo la producción hasta llegar a un total de 250 millones de galones/año. En las sub-secuentes etapas alcanzaremos una producción mayor a los 2 mil millones de galones/año. Cabe destacar que el 20% de este terreno será destinado a la conservación.
La decisión para seleccionar el sitio donde llevaremos a cabo el proyecto toma en consideración diferentes criterios, dentro de los más relevantes se encuentran:
CO2
Uno de nuestros principales insumos es el CO2 el cual es ge-nerado por nuestra vecina la Central Termoeléctrica de Puer-to Libertad, propiedad de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) que es colindante con nuestro proyecto y de la cual cap-turaremos y reciclaremos el bióxido de carbono necesario para la primera etapa del proyecto de 250 millones de galones/año. Cabe destacar que hemos llegado ya a un acuerdo con CFE.
Por otro lado, se tiene la opción de obtener CO2 - para nues-tros requerimientos - de la producción de cemento de las zo-
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nas cercanas a nuestra área de proceso donde se puede obte-ner y transportar dicho insumo a nuestra instalación de manera económica y rentable.
Radiación solar
Nuestras algas requieren de grandes cantidades de radiación solar. Puerto Libertad recibe por una parte una de las mayores cantidades de radiación solar por metro cuadrado (intensidad solar) del mundo y por otra, cuenta con uno de los mayores promedios de días soleados al año (320 días/año promedio).
Agua salada
El agua salada es otro de los insumos que se encuentra dispo-nible en grandes cantidades en las inmediaciones de nuestra instalación.
Tierra no productiva
Hoy contamos con casi 23,000 hectáreas de terreno plano no productivo clasificado como ‘agostadero árido’ (de un total de 49,322 que cuentan con las mismas condiciones y factibilidad de uso de suelo autorizada) que actualmente por sus condicio-nes no tienen ningún uso productivo.
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Proximidad con el mercado más grande del mundo
Nos encontramos ubicados a menos de 300 kilometros (dos horas media en automovil) del consumidor más importante del mundo de bioetanol.
Certidumbre ante fenómenos naturales
Puerto Libertad no se encuentra incluida dentro del Atlas Na-cional de Riesgos como zona de antecedentes sísmicos y pre-senta un riesgo mínimo de que ocurran deslizamientos, de-rrumbes y hundimientos en la zona. Además no es susceptible a la existencia de huracanes en la zona.
Superficie
Como hemos mencionado nuestro proyecto tiene contempla-da una superficie terrestre total de hasta 49,322 hectáreas, de las cuales 22,892 ya han sido adquiridas y son suficientes para la primera etapa del proyecto que contempla lograr una pro-ducción de aproximadamente 250 MDG/año. Esta superficie comprende toda la infraestructura necesaria para la produc-ción, proceso de separación, concentración, almacenamiento y comercialización del bioetanol, además de una zona habi-tacional y área de conservación y mitigación ecológica. Otra zona significativa que conformará el proyecto, es la instalación portuaria de aproximadamente 3.54 hectáreas, donde estará ubicado el muelle para las operaciones de carga en buques-tanque para la subsecuente comercialización y en donde exis-
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te la posibilidad de tener una sinergia más con la Comisión Federal de Electricidad para usar su muelle.
Nuestras algas y nuestra tecnología
Nuestra tecnología Direct to Ethanol™ consiste en la utiliza-ción de algas verdeazuladas no tóxicas, para producir biocom-bustibles en un sistema totalmente confinado y por lo mismo seguro. Las algas verdeazuladas son organismos unicelulares procariotas y autotróficos que llevan a cabo la fotosíntesis oxi-génica y acumulan glucógeno (azúcar) como la forma principal de carbono almacenado.
Figura 3 - Alga verdeazulada (cianobacteria)
Nuestra tecnología optimiza el metabolismo de estas algas con el fin de crear una nueva vía para la utilización y fijación de carbono resultando la síntesis de biotanol. El alga prolife-
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ra rápidamente y utiliza de manera eficiente la radiación solar, CO2 y elementos inorgánicos, para la producción de bioetanol u otros biocombustibles. Por lo mismo, utilizar estos organis-mos constituye un sistema potencial para la bioconversión de energía solar y CO2 en recursos valiosos y renovables.
Las algas verdeazuladas son organismos unicelulares ideales para producir bioetanol u otros biocombustibles ya que cons-tituyen la biomasa más diversa y abundante del planeta. Estos organismos pueden vivir en agua salada, en manantiales fríos o calientes, y en ambientes que ningún otro microorganismo puede subsistir (Humm & Wicks, 1980).
Las mismas utilizan la fotosíntesis como medio para capturar de manera eficiente la energía del sol para convertirla en azú-car intracelularmente, lo que les proporciona la energía vital para crecer y reproducirse duplicando su población en cues-tión de horas.
Nuestras algas presentan un reloj biológico muy preciso ya que realizan durante las primeras 12 horas del día el proceso fotosintético característico de las plantas, esto es la captación de bióxido de carbono (CO2) del ambiente y liberando oxígeno (O2), obteniendo así los azúcares necesarios para su metabo-lismo; durante las restantes 12 horas del día, la microalga, es capaz de fijar Nitrógeno (N2), consumiendo la energía para este fin a través de un proceso de fermentación durante el cual se obtiene como producto principal el bioetanol (Huang, et al., 1993; Kondo et al., 1993). Las algas verdeazuladas tienen una fase de crecimiento exponencial cuando la mayor parte de la energía interna es usada para su crecimiento y una fase inmóvil cuando la mayor parte de la energía interna es almacenada.
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Figura 4
Proceso
Nuestro proceso comienza con el suministro de agua salada esterilizada, por rayos ultravioleta (UV), inoculada y alimentada a foto-bioreactores herméticos y transparentes. Las caracte-rísticas de estos recipientes permiten la absorción de la luz solar y la contención de la atmósfera en donde proliferan las algas. Asimismo, estos fotobioreactores integran mecanismos para proveer nutrientes orgánicos e inorgánicos necesarios para el crecimiento de las algas, tales como fosfatos, nitratos, CO2 y O2.
Una vez que las algas dentro de los fotobioreactores llegan a sus densidades óptimas comienza la expresión de azúcares y bioetanol.
La fotosíntesis realizada por el alga verdeazulada es en esencia el mismo proceso que realizan todos los organismos del reino Plantae, aunque con una particularidad importante, su princi-
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pal fuente de electrones será el agua salada, por lo que uno de sus subproductos será el oxígeno (O2). Este proceso, es cono-cido como fotosíntesis oxigénica (Cañizares V., R.O. 2002). En general, la fotosíntesis puede definirse desde el punto de vista de la materia como la transformación de materia inorgánica en materia orgánica y, desde el punto de vista de la energía como la transformación de energía luminosa en energía química.
En condiciones naturales, la glucosa generada por el proceso fotosintético en estos organismos es degradada en moléculas más pequeñas (piruvato) para ser asimiladas o almacenadas en forma de almidón y utilizadas posteriormente en la genera-ción de energía. Sin embargo, el alga verdeazulada empleada en nuestro proceso utilizará las moléculas de glucosa para la producción de bioetanol a partir de la inserción de un plásmi-do que contiene los genes PDC y ADH que codifican piruvato descarboxilasa y Alcohol deshidrohinasa, enzimas que trans-forma la molécula de glucosa en bioetanol.
El organismo donador de estos genes es Zymomonas mobilis una bacteria común entre los agaves con capacidades fermen-tadoras explotadas por mucho tiempo en México para la pro-ducción de pulque y agua miel.
La inserción de alguno de estos plásmidos puede realizarse por el método de transformación, donde a la célula receptora se le provocan orificios temporales en su membrana plasmáti-ca por medio de calor y de esa manera se insertan por difusión los vectores transportadores. Asimismo se pueden insertar los genes PDC y ADH a las algas verdeazuladas combinando su capacidad natural de producir azúcares (por medio de la foto-síntesis natural del alga) para ser utilizados en la síntesis intra-
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celular del bioetanol por medio de la expresión de los genes foráneos. El proceso de fotosíntesis se presenta en dos fases, la primera denominada fase lumínica (fase luz), la cual actúa con la intervención de la luz y la segunda fase oscura (fase nocturna). En la primera fase, el agua se desprende de uno de sus átomos de Hidrógeno (H+) y es utilizada para reducir el NADP+ en NADPH, liberándose el O2. A su vez, el electrón que se desprende de la fotólisis, salta de un nivel energético a otro (fotosistemas I y II) excitados por la luz captada a través de la clorofila, lo que ocasiona que la energía absorbida sea transformada en energía química que se acumula primero en el ATP y el NADPH, para ser luego transferida al azúcar (proceso conocido como fase oscura de la fotosíntesis), siendo éste el producto más importante de la fotosíntesis (Alonso T., M. A., 1991).
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En la segunda fase de la fotosíntesis, los productos ricos en energía de la primera fase (NADPH y ATP), se emplean como fuentes energéticas para efectuar la reducción del dióxido de carbono, y obtener glucosa como producto final. Simultánea-mente, el NADPH se reoxida a NADP+ y el ATP se separa de nuevo en ATP y fosfato inorgánico. Esta segunda fase se lleva a cabo mediante reacciones convencionales catalizadas por encimas que no precisan de la luz, de ahí el nombre de fase oscura. Esto implica que la fase oscura del proceso microbio-lógico para la obtención de bioetanol será realizada durante la noche cuando la fotosíntesis se detiene.
Una vez concluida la etapa de fermentación a nivel intracelular, las algas verdeazuladas efectivamente ‘secretan’ el bioetanol mismo que se irá acumulando en el agua dentro de cada foto-bioreactor. La concentración de bioetanol dentro del agua se ha mostrado ser no más del 0.30% volumen por volumen, sin embargo, a estas bajas concentraciones, el bioetanol se eva-pora considerablemente más rápido que el agua de manera que en la columna de aire en la parte superior de cada foto-bioreactor se acumulan concentraciones de hasta 4%. Sub-secuentemente, se genera un gradiente de aire positivo que impulsa la atmosfera contenida en los fotobioreactores hasta llegar a la etapa de separación por medio de membranas don-de se logra separar el agua y obtener un 99% en peso del compuesto.
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Figura 6 - Representación Gráfica del Proceso
Finalmente, nuestro bioetanol para comercialización será al-macenado y posteriormente enviado a través de una línea de conducción, hasta las instalaciones portuarias, donde se ubi-cará un buque-tanque, encargado de transportar el biocom-bustible a su destino final.
Construcción de planta de pruebas y prototipos
(SF3P)
El 29 de junio BioFields, en colaboración con instituciones de investigacion y desarrollo científico y tecnológico mexica-nas principalmente de Sonora, dio inicio a la inversión de 50 millones de pesos para la construcción de nuestra Planta de Pruebas y Prototipos en Puerto Libertad a fin de obtener los siguientes resultados: crear la infraestructura necesaria para demostrar la tecnología probada en laboratorio y a nivel de-mostración para la captura biológica y reciclaje de CO2 para
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la producción de biocombustibles a partir de algas de forma sustentable; llevar a cabo las pruebas y prototipos necesa-rios para adecuar los hallazgos de laboratorio y la planta de demostración a las condiciones de Puerto Libertad, Sonora; adquirir y desarrollar el conocimiento necesario para aplicarlo posteriormente en los procesos de ingeniería y escalamiento industrial de nuestra tecnología y demostrar lo innovadora de nuestra tecnología y nuestra doble aportación a la lucha contra el calentamiento global, a partir de la captura biológica de CO2 en grandes cantidades y la posterior producción de biocom-bustibles con un balance energético altamente positivo.
Asociación Algenol - Dow Chemical
El 29 de junio, Algenol Biofuels se asocia con Dow Chemical para construir y operar una planta de demostración sobre 24 acres de terreno en la planta de manufactura de Dow en Free-port, Texas. La planta consistirá en 3.100 biorreactores hori-zontales, cada uno de 5 pies de ancho por 50 pies de largo (1,5 x 15,25 metros) y capaces de albergar 4.000 litros. Los bio-reactores son, esencialmente, unos abrevaderos cubiertos por una cúpula de película semitransparente y rellenos de agua salada extraída del océano. Las algas fotosintéticas que cre-cen en su interior están expuestas a la luz del sol y se alimen-tan a base de dióxido de carbono procedente de las unidades de producción química de Dow.
El objetivo es producir 100.000 galones de etanol al año.
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Sustentabilidad y certificación de
biocombustibles de segunda generación
Ing. Agr. Virginia Lobato
Centro Latinoamericano de Ecología Social (CLAES)
Uruguay
El escenario que se presenta para los biocombustibles de se-gunda generación (B2G) está siendo marcado por los mismos factores que impulsaron el fomento de sus antecesores los biocombustibles de primera generación (B1G): la mitigación del cambio climático, el constante incremento de la dependen-cia y elevado uso de energía procedente de recursos fósiles y el fomento del empleo rural, entre otros.
Este escenario común se ha venido diferenciando en los últi-mos tiempos por la constatación de que la primera generación de biocombustibles representa una amenaza para la seguridad alimentaria, a la conservación de la biodiversidad, a la con-servación de los recursos agua, aire y suelo, que promueven el incremento de la deforestación y desertificación, amén de otras consecuencias que su producción y consumo han traído tanto al ambiente como a la sociedad.
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Pero lo cierto es que los biocombustibles de primera gene-ración fueron un primer paso, un paso necesario e inevitable para la sustitución de los combustibles fósiles. Tanto la gene-ración de electricidad como la energía requerida por el sector residencial, la industria etc., pueden ser abastecidos por otras fuentes de energías renovable, pero el sector transporte fun-ciona en su mayor parte con derivados del petróleo que solo pueden ser sustituidos por biocombustibles líquidos, por lo menos hasta tanto se popularicen y democraticen los motores basados en otras tecnologías.
En ese contexto, la producción y el consumo de B1G fueron fomentados, promovidos y adoptados por países y gobiernos. Pero a la luz de los resultados, y a pesar de las continuas me-joras en las tecnologías de producción, esta familia de agro-combustibles y otros energéticos de biomasa, han producido innumerables efectos indeseados y están siendo severamente cuestionados por organizaciones sociales, productores, con-sumidores y organismos internacionales. Cada vez son más sólidos los argumentos y las pruebas que demuestran que, si se considera el ciclo de vida completo del biocombustible, le-jos de reducirlas, estas emisiones aumentan significativamen-te.
El alto costo de las materias primas alimentarias utilizadas y el balance energético de los B1G, sumados a las discrepancias en cuanto a la sustentabilidad de los sistemas de producción y la búsqueda de la ya mencionada contribución real a la reduc-ción de gases de efecto invernadero están promoviendo ahora la investigación, desarrollo y aplicación de la segunda, tercera y cuarta generaciones de biocombustibles.
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Ante este panorama la Unión Europea ha implementado, me-diante las correspondientes directivas, la adopción de criterios de sostenibilidad aplicables a la producción de biocombusti-bles de terceros países mediante certificaciones cada vez más estrictas y la financiación de planes, programas y proyectos que incluyen la promoción y el fomento de la producción de B2G.
Los problemas que dieron origen a las primeras generaciones de biocombustibles persisten y se han visto agravados. El de-sarrollo y la implantación de B2G están siendo impulsados por idénticas razones que los de primera generación: la volatilidad de los precios e inseguridad de abastecimiento de los com-bustibles fósiles, los sistemas de transporte insostenibles y un constante y creciente consumo de energía tanto de las econo-mías emergentes como del resto del mundo.
La diferencia radica en que a esta nueva esperanza de susti-tución de los combustibles fósiles que son los B2G se le agre-gan otras razones que vendrían a ‘salvar’ las dificultades que presenta la producción y consumo de los B1G. Más bien lo que se afirma es que los B2G producidos de forma sostenible podrían evitar la mayoría de los efectos no deseados de los B1G, contribuyendo a alcanzar los objetivos originales. Vea-mos algunas razones por las cuales se cataloga como soste-nibles a los B2G:
al tratarse de cultivos alternativos no alimentarios se evi- �taría la concentración de la producción primaria basada en monocultivos y la competencia con los cultivos ali-mentarios
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al ocupar ‘tierras marginales’, no desplazarían rubros ni �cultivos tradicionales y no se destinarían grandes áreas de suelos cultivables a la producción de biocombusti-bles, sino que seguirían siendo utilizadas, como en la actualidad, para la producción de alimentos
no habría necesidad de deforestar, por lo que se conti- �nuaría conservando el CO2 atrapado en los bosques, a la vez que se podrían recuperar terrenos erosionados por lo que la reducción de emisiones sería mayor que la de los B1G.
se disminuiría considerablemente la presión sobre el uso �del agua por tratarse de especies más rústicas y resis-tentes, de climas templados,
al no ser cultivos anuales puramente extractivos no em- �pobrecerían ni degradarían el suelo sino que por el con-trario requerirían menos agrotóxicos y fertilizantes para ser producidos
los procesos de transformación también son diferentes: �la gasificación de biomasa, la reacción de Fischer-Trops, el biodiesel a partir de algas, el bioetanol de lignocelulo-sa y el biobutanol son algunos ejemplos.
Sin embargo, a pesar de estas supuestas ‘ventajas’ de los B2G respecto de los B1G también han aparecido las críticas, no menos probadas y atendibles. A modo de ejemplo:
Muchos de los cultivos pensados para los B2G pueden ser es-pecies invasivas o depredadoras, cuyo comportamiento como especie cultivada no ha sido lo suficientemente investigado. Más aun, es probable que existan resultados de investigación
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y que estos no hayan sido divulgados, quedando exclusiva-mente al alcance de las empresas u organismos financiadores de las investigaciones, lo que constituye una barrera crítica para el desarrollo de los B2G en los países que no disponen de programas de investigación o de recursos para invertir en I+D.
Según el documento Los agrocombustibles y el mito de los tie-rras marginales 1 “la mayor parte de los debates en torno a las tierras “marginales” ha ignorado la presencia en estas tierras de pastores, poblaciones indígenas, pequeños agricultores y mujeres; además, no se termina de entender que la agricultura intensiva y el monocultivo no son las únicas formas de explotar las tierras. La promoción de proyectos de agrocombustibles en las ‘tierras marginales’ provocará también un agravamiento de la pérdida de derechos de las comunidades indígenas. La pérdida de los modos de vida y de la seguridad alimentaria experimentada por los afectados desmiente el argumento de que los agrocombustibles puedan fomentar el desarrollo de las comunidades. La conversión de pastos y tierras de reserva para la producción de agrocombustibles liberará mucho más carbono del que se puedan ahorrar con el uso de combustibles fósiles alternativos. Los cambios en la ecología de los paisajes acelerarán los cambios climáticos a pequeña escala y harán aumentar la presión a la que se ven sometidas las comunida-des locales. Se desconoce el potencial real de las ‘tierras mar-ginales’ secas para producir agrocombustibles a gran escala. Muchas empresas prefieren por eso establecerse en zonas de bosque, más fértiles y mejor irrigadas, aunque sigan afirmando
1 Los Agrocombustibles y el Mito de las Tierras Marginales. The Gaia Foundation, Biofuelwatch, African Biodiversity Network, Sal-va La Selva, Watch Indonesia y EcoNexus, Setiembre, 2008
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que sólo usan ‘tierras marginales’. En la mayor parte de los países afectados, los gobiernos carecen absolutamente de la disposición y la capacidad para asegurar que se protejan los derechos sobre las tierras, los ecosistemas amenazados y la seguridad alimentaria. La carrera de los agrocombustibles se-guirá por lo tanto fomentando las apropiaciones de tierras de las comunidades locales. Se han hecho peligrosas afirmacio-nes acerca de la extensión de las ‘tierras marginales’ y su de-finición. Se necesitan nuevos estudios para determinar quién vive en esas ‘tierras marginales’ y dónde, y qué extensiones de auténticas tierras de desecho hay disponibles”.
Estos son solo parte de los alegatos tanto a favor como en contra de los B2G y son usados generalmente cuando se trata de promover la inversión en investigación como de frenar el desarrollo de los B1G o de los agrocombustibles en términos generales, sin mencionar que la producción y el consumo de B2G contribuyen a perpetuar un modelo de transporte insos-tenible.
El problema es que los B2G no sólo arrastran como antece-dente los motivos de su producción, sino que conservan y comparten algunas de las características de ‘insostenibilidad’ propias de la producción y consumo de los B1G, que no han sido solucionados con la implementación de los Criterios de Sostenibilidad. Por el contrario, en algunos casos la imposi-bilidad de la aplicación práctica de esos criterios y de la ade-cuada evaluación de los resultados, se han vuelto incentivos al mantenimiento e incluso incremento del consumo de deri-vados fósiles, a los cuales no se les exige un comportamiento ambiental y social acorde a sus efectos medioambientales y socioeconómicos.
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Pues bien, en el aceptado supuesto de que la sustitución en el transporte de los derivados fósiles por B2G es inevitable, y que no existe acuerdo entre gobiernos y algunos sectores de la sociedad civil para producirlos y consumirlos en forma susten-table, el paso siguiente consiste en diseñar sistemas apropia-dos de producción y transformación enmarcados en cambios drásticos de los patrones de consumo de combustibles en el transporte y en la implementación inmediata de buenas prácti-cas en la producción primaria.
Ningún programa de producción de B2G por sí solo podrá re-solver los problemas inherentes al cambio climático y al abas-tecimiento y dependencia energéticos, si no va acompañado de esas otras medidas complementarias. Por más sostenible que se pueda realizar la producción de B2G, si el consumo no se da en condiciones de sostenibilidad, de poco o nada ser-virán los esfuerzos para alcanzar el cumplimiento de cualquier criterio. Pero, ¿cuáles son esas condiciones de sostenibilidad? ¿Quién determina esos criterios para los países del Sur? ¿Los PPP (Planes, Programas y Proyectos) se formulan y ejecutan en base a los criterios de la Unión Europea? ¿de Greenpeace? ¿Cómo se evaluan los resultados? ¿Quién evalua?
Muchas iniciativas se han desarrollado en los últimos años en América Latina para la promoción de la producción y uso de biocombustibles, la mayoría de ellas alentadas por la idea de que la producción de biocombustibles sería inclusiva, genera-ría empleos directos e indirectos y favorecería el aumento en la calidad de vida de los beneficiarios de las mismas.
En realidad, gran parte de estas iniciativas han recibido gran-des inversiones de organismos multilaterales e inversores pri-
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vados, además de subsidios nacionales, exoneraciones impo-sitivas y beneficios fiscales, con resultados diversos y fuertes cuestionamientos a la luz de la ausencia de resultados acordes a los objetivos.
El gran problema a la hora de evaluar los resultados de estas iniciativas y habiéndose constatado los efectos negativos en la producción de B1G, es la definición de los criterios aplicables para su evaluación y sus mecanismos —a sabiendas de que para su formulación no se tomaron en cuenta esos mismos criterios—, los indicadores de dichos criterios – que no fueron definidos a priori- y las herramientas aplicables para su cuanti-ficación, que trata de ‘poner en números’ el grado de impacto ambiental, social y económico, en definitiva, la sostenibilidad de las iniciativas.
Hasta el presente, ningún esquema de certificación de soste-nibilidad ha reunido consensos ni ha alcanzado los objetivos propuestos, entre otras, por razones completamente contra-dictorias:
en algunos casos los esquemas propuestos son tan �poco exigentes y tan ambiguos que gran parte de la producción primaria actual (aún la de los B1G) podría cumplirlos
en otros, los esquemas son tan exigentes y poco realis- �tas que se abandonan los intentos de alcanzar la ‘sos-tenibilidad’.
También se discuten internacionalmente otros aspectos pri-mordiales de la certificación: la certificación voluntaria es con-siderada inútil en un marco de obligatoriedad de sustitución,
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a la vez que la certificación obligatoria implica un importante aumento de los costos de producción: ¿quién absorbe esos costos?
Los B2G están aún a tiempo de ser aceptados socialmente e incorporados a los sistemas agroindustriales, minimizando la conflictividad, siempre y cuando sean ‘inclusivos’, convoquen la más alta participación, para alcanzar un cierto grado de sos-tenibilidad y seleccionar o crear las herramientas adecuadas para medirla.
Los gobiernos deberán adoptar decisiones que no siempre contarán con el acuerdo de todos los involucrados y deberán respaldarlas con acciones concretas, tales como políticas de Estado que trasciendan intereses sectoriales, que fomenten el comercio regional de bienes e integren el ahorro, el uso efi-ciente, el cambio en los hábitos de consumo, la reducción de las tasas de incremento de la demanda y la diversificación de fuentes en todos los sectores de consumo.
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Reunión de Expertos
El 26 de setiembre de 2010, se realizó el Taller de Expertos en Biocombustibles de América Latina en Montevideo.
El mismo tuvo como objetivo la identificación de recomenda-ciones en apoyo a la toma de decisión en América Latina sobre B2G y posteriores.
Luego de una revisión de la agenda preliminar el grupo se di-vidió en dos subgrupos para profundizar en la temática plan-teada. Uno de ellos se concentró en la producción de biocom-bustibles a partir de algas y el otro en aquellos derivados del tratamiento lignocelulósico.
En esta reunión participaron: Carla Patricia Aguilar Samana-mud, Eduardo Falabella Sousa-Aguiar, Viridiana Ferreira-Lei-tão, Virginia Lobato, Sergio Ramírez Robles, Cecilia Rebora, Andrés Villegas, Olga Otegui y Wilson Sierra.
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Además participaron la Ing Quim. Alicia Rafaelle1 y el Lic. Ro-que Pedace2 en la coordinación de los subgrupos de Algas y Lignocelulósicos respectivamente. También son responsables del relatorio e informe final de estos grupos.
Grupo “Algas”
Introduccion a la Temática
Los biocombustibles son un tema que actualmente generan mucha atención y discusión. En los últimos años el aumento del precio del petróleo y los problemas ambientales, hicieron resurgir el interés en el tema.
Existen diferentes tipos de biocombustibles, entre otros:
Bioetanol: � etanol generado a partir de la biomasa o de una fracción biodegradable de residuos.
1 Alicia Raffaele Vázquez. Ingeniera Química. Postgrado en Gestión Económica del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Se ha es-pecializado en el área ambiental; sistemas de gestión ISO 14000 y EMAS; y TICs. Ejerce la Dirección de la Unidad de Efluentes Industriales, de la División Saneamiento del Departamento de Desarrollo Ambiental (Intendencia Municipal de Montevideo). Es Punto Focal Uruguay de la Red de Nuevas Tecnologías para la Obtención de Biocombustibles CYTED.
2 Roque Pedace. Biólogo, Master en Política y Gestión de Ciencia y Tecnología. Docente de la Maestría de Política y Gestión de la Ciencia y la Tecnología de la Universidad de Buenos Aires (UBA) donde además participa del grupo multidisciplinario sobre Energía Sustentable. Trabaja en el área de Prospectiva Tecnológica de la UBA y en particular Escenarios Energéticos bajo Cambio Climá-tico.
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Biodiesel: � éster metílico o etílico generado a partir de un aceite vegetal, de grasa animal, o de aceites de algas.
Biogás: � combustible gaseoso generado a partir de la biomasa de vegetales y/o a partir de la fracción biode-gradable de los residuos.
Biometanol: � metanol generado a partir de la biomasa de vegetales.
Biodimetiléter: � dimetiléter generado a partir de la bio-masa de vegetales.
BioMTBE (metil ter-butil éter): � combustible generado a partir del biometanol.
Biocarburantes sintéticos: � hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, generados a partir de la biomasa vegetal.
Aceite vegetal puro: � obtenido a partir de plantas olea-ginosas.
A continuación se presentan dos esquemas que resumen el universo de posibilidades.
Figura 1
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Figura 2
Si bien los más conocidos son los biocombustibles, ahora lla-mados de primera generación como el etanol a partir de la caña de azúcar, o el biodiesel a partir de aceites vegetales, también existen varios desarrollos de biocombustibles de se-gunda y tercera generación. Se está invirtiendo mucho dinero en la investigación y desarrollo de los mismos y en la búsque-da de nuevos insumos.
Entre los llamados de segunda generación por algunos o ter-cera generación por otros, se encuentra el biodiesel a partir de algas.
Las algas están compuestas básicamente por proteínas, car-bohidratos, ácidos nucleicos y ácidos grasos. Los ácidos gra-sos se encuentran en las membranas, en los productos de al-macenamiento, metabolitos, etc. El porcentaje de ácidos gra-sos varía según la especie, aunque hay especies cuyos ácidos grasos representan 40% de su peso seco, lo cual supera las plantas oleaginosas como la soja. Estos son los ácidos grasos que luego son convertidos en biodiesel. Para la producción de estos se buscan algas que contengan un alto contenido en lí-
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pido y que sean fácilmente cultivables. En teoría usando algas, se podría obtener un rendimiento mayor de biodiesel que con otras plantas.
Por otra parte hay afirmaciones que indican que las algas se-rían capaces de producir 30 veces más biodiesel que la misma cantidad de materia convencional, debido a su alto contenido en aceite y su extremadamente rápido crecimiento. Además el biodiesel procedente de las algas, tendría mejores propie-dades.
Tabla extraída de oilgae.com:
Planta Litros/hectárea
Castor 1413
Girasol 952
Sasafras 779
Palma 5950
Soja 446
Coco 2689
Algas 100000
Otros estudios señalan los siguientes niveles de producción anual de volumen de aceite por km2:
Colza: � de 100 a 140 m2/km2.
Mostaza (Brassica nigra): � 130 m3/km2.
Piñón (jatropha): � 160 m3/km2.
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Aceite de palma: � 610 m3/km2.
Algas: � De 10.000 a 20.000 m3/km2.
Una de las principales ventajas que se señala en los cultivos de algas, frente a los cultivos terrestres es que presentan una pro-ducción de aceite por área estimada entre 4.6 y 18.4 l/m2, esto es de 7 a 30 veces mayor que los mayores cultivos terrestres.
Por otra parte, las algas no son utilizadas de manera genera-lizada como alimento, pudiendo crecer con agua salada o no potable y en terrenos que no son de uso agrícola. Su explota-ción masiva no interferiría con la producción alimenticia y los productos derivados de las algas podrían tener más aplica-ciones para industrias como la plástica, la farmacéutica o la alimentaria. En otros casos, el cultivo de las algas que produ-cen más carbohidratos y menos aceite, podría utilizarse para generar etanol.
Con respecto al biodiesel de algas, actualmente existen varios desarrollos y distintas formas de producción, pero se indica que algunas son más eficientes que otras, realizando el cul-tivo de la materia prima en terrenos más pequeños. También se pueden cultivar microalgas que tienen gran capacidad de utilizar altos volúmenes de dióxido de carbono (CO2). El desa-rrollo de esta tecnología fue motivado con la idea de mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, haciendo pasar el CO2 proveniente de procesos industriales y de generación de energía eléctrica mediante cultivo de microalgas. Por lo tanto es posible el cultivo de microalgas cerca de refinerías y plantas industriales que generan el CO2 que sirve como alimento a las microalgas.
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Las algas (fitoplancton) realizan la fotosíntesis, captan energía del sol y la acumulan en sus grasas, como cualquier planta. Las grasas se refinan y se procesa para obtener el biodiesel. Como la tasa de renovación es muy alta si las condiciones son adecuadas (luz y nutrientes), esto aumenta aún más la produc-ción.
Figura 3 - Producción de biodiesel a partir de algas
Producción de biodiesel en base a algas
Para obtener biodiesel a partir de algas, se debe extraer el aceite de éstas, y luego con dicho aceite y un alcohol, por me-dio del proceso de transesterificación se obtiene el biodiesel. Los aceites están compuestos principalmente por moléculas denominadas triglicéridos, las cuales se componen de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol. La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos. Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula. La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diésel, desventaja que se supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren condiciones de
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temperatura y presión acorde al proceso, y un catalizador de la reacción.
Las algas tienden a producir una alta cantidad de ácidos gra-sos poliinsaturados, lo que disminuye la estabilidad del biodie-sel. Pero los ácidos grasos poliinsaturados tienen puntos de fusión bajos por lo que en climas fríos es mucho más ventajoso que otros tipos de biocombustibles. De todas formas este es un punto crítico a tener en cuenta, para verificar si el biodie-sel producido cumple los estándares de calidad que fija cada país.
Cultivos de algas para la producción de aceites
Las algas necesitan luz solar, CO2 y agua para crecer, y son capaces de hacerlo en un amplio rango de condiciones y en cualquier zona del planeta. Lo que sí se está investigando es cuáles son las cepas que permiten producir biodiesel, ya que para ello se necesita un alto mantenimiento y control para que no exista contaminación de las mismas con otras especies.
Existen sistemas abiertos de cultivo, que pueden ser en es-tanques, balsas o lagos, pero tienen las desventajas de la alta probabilidad de contaminación, y de no tener control sobre las condiciones ambientales (temperatura, la iluminación y el aporte de CO2). Estos sistemas son muy baratos y fáciles de construir pero su éxito es relativo.
Otro tipo de sistema lo constituyen los invernaderos, también en un estanque, pero en este caso se reduce la probabilidad de contaminación por especies no deseadas. Puede cultivarse un
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mayor número de especies y aumentar la tasa de crecimiento de las algas, pues se puede controlar perfectamente las condi-ciones de temperatura, iluminación y el CO2 del ambiente, pero el período de cultivo puede ser mayor.
También existen sistemas cerrados de cultivos, son los foto-biorreactores los que incorporan luz blanca y natural, y don-de las condiciones son mas controladas que en los sistemas abiertos, facilitando el control de los factores de producción y evitando la contaminación. Son sistemas costosos pero con un alto rendimiento en cuanto a la producción de aceite de algas.
Existen varios tipos de fotobiorreactores según se construyan con tubos de plástico o de cristal, con tanques o con bolsas o fundas de plástico. Si se ubican en las proximidades de emi-sores de CO2 y se pone este gas a disposición de las algas se obtiene una productividad mayor al mismo tiempo que se mejora el medioambiente.
Algunos tipos de fotobiorreactores son:
Tubos plásticos o de vidrio de forma triangular: � Ga-ses como CO2 y O2 se hacen fluir desde la parte baja de la hipotenusa y algas con medio de cultivo se hacen fluir en el sentido opuesto.
Fotobiorreactores tubulares en forma horizontal: � Son tubos de acrílico en los que se hace circular en forma horizontal medio de cultivo mas algas para que no pre-cipiten y todas reciban la misma cantidad de luz y nu-trientes.
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Columna vertical de burbujas: � Se genera circulación del medio con algas en una columna vertical a través del flujo de gases como dióxido de carbono. Se ilumina a través de tubos de luz a lo largo del tubo, para dismi-nuir el costo del cultivo de algas a gran escala y hacerlo mas simple.
Equipos de fermentación: � Algunas compañías obtuvie-ron aceite de algas sin crecimiento fotosintético, sino alimentando a las algas con azúcares para que fermen-ten.
Proceso de extracción de aceites
La extracción del aceite de las algas consiste básicamente en retirar el alga de su medio de cultivo (a través de algún proceso de separación adecuado) y luego usar las húmedas para ex-traer el aceite. Existen tres métodos bien conocidos de extrac-ción de aceites de algas.
Expeller/press � : las algas luego de ser secadas man-tienen su contenido de aceite, entonces son prensadas con una prensa de aceite. A veces se utiliza una combi-nación de prensa y solventes de extracción.
Método del solvente de hexano: � Este es uno de los solventes de extracción favoritos ya que no es muy caro. Una vez que el aceite es extraído con una prensa se uti-liza el ciclohexano para extraer el contenido remanente del alga. Luego por destilación se separa el ciclohexano del aceite.
Extracción supercrítica del fluido: � es un método ca-paz de extraer el 100 % del aceite, pero necesita un alto
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equipamiento. El CO2 es licuado hasta el punto de tener las propiedades de un líquido y un gas, entonces este fluido licuado actúa como un solvente de extracción para el aceite algal.
Existen otros métodos de extracción mucho menos utilizados como la extracción enzimática, el shock osmótico y la extrac-ción a través de ultrasonido.
Aunque no puede decirse que haya una especie de algas que sea la mejor en cuanto a la obtención de biodiesel se refiere, sí puede afirmarse que las diatomeas y las algas verdes son las que resultan más prometedoras. En cualquier caso conviene seleccionarlas entre las especies locales teniendo siempre en cuenta el medio en el que se va a realizar su cultivo.
Debate
Visto la introducción de la temática y su complejidad, el grupo de expertos evaluó la situación actual, y discutió varias reco-mendaciones al respecto.
Se consideró que este tipo de biocombustibles es muy bue-no, en virtud de varias razones, entre ellas anular el efecto de competencia entre la producción de comida y la de biocom-bustibles.
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De todas formas la producción de biocombustibles a partir de algas, se encuentra aún en una fase de experimentación, pero las pruebas y experiencias pilotos han sido exitosas por todos los motivos indicados.
En este sentido el reto más importante, para la producción sostenible de algas con alto contenido en grasas, y por ende en extracción de aceites, estriba en la selección de las espe-cies y/o variedades óptimas para cada caso concreto. Se pue-den cultivar algas con aguas muy diferentes: saladas, dulces, limpias, residuales, etc. También puede variar la temperatura del agua y ésta a lo largo del período de cultivo y a su vez crecer cerca de desagües de aguas servidas y cerca de chime-neas de centrales eléctricas, con el potencial de convertir los contaminantes en lípidos y luego estos ser utilizados para la producción de biocombustibles, reduciendo las emisiones de carbono y de compuestos nitrogenados a la atmósfera.
Encontrar una respuesta para cada caso concreto exige un gran esfuerzo de investigación, especialmente en el campo de la biotecnología, y un desarrollo que garantice el éxito de las nuevas tecnologías. La puesta en marcha de un programa de investigación y desarrollo para la elaboración de aceites (o bio-combustibles) a partir de algas propiciaría grandes oportunida-des, ayudando al mismo tiempo a reducir el nivel de CO2 de la atmósfera y en definitiva a cumplir los objetivos del Protocolo de Kyoto.
En general, salvo algunas experiencias, aún faltan algunos as-pectos por desarrollar para conseguir una producción masiva de biocombustibles:
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Capacidad para cultivar cepas de alta producción de �aceites a gran escala
Capacidad para extraer estos aceites a gran escala �
Capacidad para convertir aceite a biocombustibles a �gran escala
Surgen las siguientes recomendaciones y actividades a reali-zar por país:
Realizar un diagnóstico, sobre el estudio nacional del �potencial de producción de algas. Este diagnóstico de partida, deberá contener toda la ruta de desarrollo, y de alguna forma constituirse en un mapa de la potenciali-dad del país.
Dicho diagnóstico deberá considerar los siguientes aspectos:
Recursos humanos �
Ubicación geográfica y limitación territorial, incluyendo �un mapeo de la radiación solar.
Disponibilidad de CO � 2 y clasificación nacional
Tipos de tecnologías / infraestructura / logística �
Estado de arte de la legislación / mención específica so- �bre el tema / existencia de barreras comerciales
Demanda de los diversos productos finales potenciales �(potencial de uso, consumo interno, exportación)
Análisis de aplicación en el sector transporte y otros �
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Es importante considerar que existe una escala a nivel experi-mental que debe realizarse, previo a la escala industrial.
Se debe promover por parte del Estado, incentivos gu- �bernamentales para instituciones públicas y/o privadas que inviertan en investigación y desarrollo, para la cap-tura biológica de CO2 en algas, no sólo para la produc-ción de biocombustible, sino también como medida de mitigación de emisiones de CO2.
Es importante revisar la problemática de captura/sumi- �nistro de CO2. En la normativa se clasifica al CO2 como gas de efecto invernadero, producto entre otros de emi-siones industriales. Actualmente su emisión significa un problema, pero: ¿Qué pasaría con su mercado si el mis-mo es necesario para la producción de algas? Quien produce CO2 como un desecho, ¿lo podría comercia-lizar? ¿Cómo afectaría esto la viabilidad económica de proyectos de producción de algas?
Se considera que se debe discutir y establecer esto claramen-te, y previo a cualquier desarrollo, puesto que algo que en prin-cipio es un desecho para lo que hay que invertir dinero para su tratamiento y disminución, al convertirse en un recurso pasaría a tener precio. Esto haría cambiar las viabilidades económicas de los proyectos. Por lo tanto se sugiere la revisión de las po-líticas públicas sobre las emisiones de CO2, con el fin de tener las reglas de juego claras.
Para todos los proyectos se deben elaborar balances �energéticos, económicos, sociales y ambientales, pre-vios a la implementación. Sólo aquellos casos donde todos estos balances, en términos generales sean po-
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sitivos, es donde se sugiere otorgar incentivos para el desarrollo productivo.
También como forma de optimizar y racionalizar los as- �pectos económicos, se debe articular entre los gobiernos para compartir conocimiento e información. Existe infor-mación pero no se le da difusión, por lo cual se deben establecer mecanismos adecuados para ello. No tiene sentido invertir recursos en proyectos que se han desa-rrollado en otros países. Es conveniente conocer los mis-mos para tener como antecedentes y a lo sumo adaptar las condiciones a la nueva realidad, pero no partir de cero.
Grupo “Lignocelulósicos”
Introducción
Bajo esta definición se agruparon las diferentes materias pri-mas y tecnologías de proceso que potencialmente pueden producir biocombustibles.
Los participantes enfatizaron la enorme diversidad de condi-ciones nacionales y aun sub-nacionales que hacen a la defi-nición de políticas.
Las que se juzgaron prioritarias fueron: tipos de materias pri-mas y condiciones de producción primaria, incluyendo esca-las de producción; tecnologías en uso, en desarrollo y pros-pectivas; marcos regulatorios regionales y nacionales, inclu-yendo cuestiones de propiedad industrial/ intelectual; áreas de
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oportunidad y ventajas estratégicas. Se recomienda manejar este informe con la precaución que amerita la existencia de tan diversos contextos de aplicación de las recomendaciones.
Sobre las materias primas
Las fuentes de materiales lignocelulósicos considerados fue-ron
cultivos forestales (plantaciones) y cultivos energéticos �
residuos de producción primaria agrícola y forestal y �aquellos de industrias agroalimentarias.
Consideraciones ambientales sobre los cultivos energéticos
El tratamiento del tema remite en buena parte a la exposición presentada por la Ing. Agr. Virginia Lobato durante el ciclo de conferencias. A saber:
Necesidad de preservar el rol de los residuos agrícolas �en el sistema agroproductivo. Deben efectuarse estu-dios caso por caso para elucidar la extracción y mane-jos sustentables de los residuos con indicadores de sa-lud del suelo (estructura, nutrientes). La remoción de los residuos de los cultivos puede tener diferentes impactos en función de las especies cultivadas como de la forma y época de cosecha.
Impactos sobre biodiversidad agrícola y silvícola. Un �primer problema a considerar es el impacto que los
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cultivos para bicombustibles de segunda generación pueden tener sobre la expansión de la frontera agrícola tanto por efectos directos como indirectos. Si bien es muy difícil evaluar los cambios indirectos en el uso del suelo, es comúnmente aceptado que el cultivo en tierras arables generará un desplazamiento de alguna forma de producción agropecuaria. En segundo término algunas especies forestales que pueden cultivarse con estos fi-nes pueden resultar invasivas y afectar la biodiversidad local. Por estas razones, la producción de B2G a par-tir de residuos agrícolas o forestales puede reducir los eventuales impactos sobre la biodiversidad.
Balance de carbono total, sobre y bajo suelo. Hay su- �ficientes estudios que muestran que las emisiones de carbono derivadas del uso de los biocombustibles de segunda generación a partir de residuos agrícolas o fo-restales presentan menores emisiones de carbono que los combustibles fósiles. No obstante hay diferencias entre los distintos cultivos y el tratamiento alternativo que vayan a tener (quema en el lugar, permanencia en el suelo, otros usos energéticos, etc.)
Impactos sobre el recurso hídrico. La producción de �biocomobustibles lignocelulósicos presenta una alta demanda de agua, tanto para el riego de los cultivos como para su uso en los sistemas de refrigeración de las refinerías. Además el uso de agroquímicos y ferti-lizantes puede aumentar los niveles de acidificación y eutrofización de los cursos hídricos.
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Cultivos dedicados a la energía
Se dio prioridad a la evaluación de los impactos de remover los residuos de producción y cosecha de cultivos agrícolas y forestales.
¿Cuán necesarios son los residuos al sistema y ciclo �productivo agrícola?
Si lo que se está retirando provoca un impacto signifi- �cativo desde el punto de vista nutritivo y control de ero-sión.
¿Qué impacto tiene sobre la flora y fauna natural? �
¿Qué impacto tiene sobre el ciclo y balance de captura �de carbono (carbono abajo y arriba del suelo)?
Discusión sobre la escala de producción de la cadena productiva
Si bien ya son conocidas las escalas óptimas para determina-das tecnologías hay aún mucho espacio para adaptar y desa-rrollar tecnologías para escalas pequeñas y medianas en fun-ción del mix de producción. También para optimizar los siste-mas agro productivos a fin de evitar impactos negativos como la concentración y el monocultivo. La experiencia de Uruguay, en particular de Bella Unión apuntaría a este segundo caso.
Las grandes empresas (Petrobras, Weyerhaeuser) tienden a utilizar las tecnologías disponibles, como Fischer-Tropf. En Brasil los industriales sucroalcoholeros tienden a ser conser-vadores en cuanto al cambio tecnológico, prefiriendo cambios
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incrementales antes que abrir nuevas líneas de producción o cambios radicales. Por lo tanto la silvicultura y la plantación cañera de gran escala prefieren tecnologías que mantienen las lógicas actuales, según las cuales son problemas prioritarios la logística de provisión de las plantas (caso pasteras, hasta 3 millones de toneladas /año; o usinas/ingenios sucroalcoho-leros), distancia de transporte de materia prima, garantía de provisión, reducción de costos laborales, etc.
La integración a grandes complejos ya existentes también es parte de la misma ecuación: alcoductos, gasoductos y oleo-ductos; refinerías de petróleo de alimentación mixta bio-fósil; pasteras con capacidad de cogeneración y eventualmente de coproducción de biocombustibles de segunda generación.
Prioridades de investigación y desarrollo y de adecuación del marco regulatorio
También fueron analizadas y debatidas las prioridades de in-vestigación y desarrollo y de adecuación del marco regulato-rio. En este sentido se destacó la necesidad de priorizar:
Zonificación de uso de los suelos en países y regiones. �
- Suelos aptos para cultivos lignocelulósicos
- Suelos aptos para cultivos agrícolas
- Análisis de los impactos de la expansión de área cul-tivada para sostener la producción a nivel industrial.
Impactos sobre el recurso hídrico �
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Relevamientos sobre potencial productivo de distintas �materias primas y de sistemas de producción primaria, incluyendo costes de producción.
Análisis de impactos y optimización de prácticas nece- �saria para poder colectar, concentrar, almacenar, trans-portar altos volúmenes de materia prima
Evaluacion de la producción y gestión de residuos
industriales y agrícolas
Se propone el análisis multicriterio de las distintas cadenas que compiten entre sí por el uso de residuos (plantas de ce-lulosa, pellets, papel, aserraderos, generación de electricidad, biocombustibles de segunda generación).
El pre tratamiento de materia prima se presenta como un área de oportunidad, como lo muestra la experiencia brasileña en bagazo y residuos foliares de la caña (ver presentación Viridia-na Santana Ferreira-Leitão) para abrir el mix de producción. Tal puede ser el caso de química de las pentosas, con productos de química verde de alto valor, por oposición a etanol y BTL.
Tipos de bio refinería
Se necesita investigar distintos tipos de bio refinería para ade-cuarlas a las ofertas regionales y a las demandas de diversidad de productos de más alto valor. Ejemplo: capacidad de utilizar
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diversidad de materias primas, posibilidad de integrar etanol y síntesis termo-química en una sola planta.
Consideraciones finales
La Reunión Regional de Expertos convocada por UNESCO considerada en su conjunto (Presentaciones Nacionales Mini-seriales, Ciclo de Conferencias y Taller de Expertos) ha mos-trado la diversidad de temas que están involucrados en la consideración de los biocombustibles de segunda generación (B2G), así como los diferentes niveles de avance que hay en los distintos países.
La lectura de las conferencias dictadas muestra los distintos grados de evolución de las tecnologías en todas sus fases, desde la investigación básica en materias primas y procesos, hasta la implementación de proyectos piloto o actividades ya avanzadas en la fase comercial. Esto indica que se abre una oportunidad muy interesante para que los países más reza-gados en las experiencias o en la innovación se nutran de los aprendizajes y conocimientos de los países que están lideran-do el tema en la región. Encontrar los mecanismos de coope-ración entre los países para hacer esta transferencia es uno de los primeros desafíos que deben ser enfrentados.
El taller de expertos por su parte, muestra una enorme diver-sidad de problemas con los que aún debe lidiar el desarrollo de los B2G, particularmente en el área de la investigación para encontrar el óptimo balance entre materia prima, ruta tecno-lógica e impactos ambientales. En el informe de los grupos
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de trabajo presentado en el capítulo anterior se identifican las áreas prioritarias de investigación que los países deberán abordar para lograr incluir estos nuevos combustibles en sus matrices energéticas.
La identificación de la materia prima más adecuada es uno de los temas principales de investigación. En particular la se-lección de los cultivos lignocelulósicos para la generación de biocombustibles debe considerar varios aspectos importan-tes. Entre ellos: la posibilidad de adaptación a las condiciones edáficas y climáticas de cada uno de los países, los niveles de aplicación de agroquímicos, los balances de energía, los costos competitivos con los combustibles tradicionales, etc. El grado de avance en la implantación de los B2G estará sin duda muy relacionado con el acierto que se tenga en la elección de la materia prima a utilizar de acuerdo a la mejor combinación de todas estas variables.
De la misma manera la región enfrenta un gran desafío tecno-lógico para el aprovechamiento de los materiales lignocelulósi-cos presentes en los residuos agrícolas y forestales. Conside-rando la abundancia de este tipo de material la identificación de los procesos y las tecnologías adecuadas se torna un obje-tivo de fundamental importancia.
Pero los esfuerzos de investigación no deberían ser aislados o discontinuos. Para alcanzar el éxito es imprescindible que los programas de investigación sean sostenidos en el tiempo como demuestra el caso brasileño.
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Por otra parte, las inversiones necesarias para el desarrollo de los B2G serán altas. Esto, sumado a las necesidades de investigación, hará que la incorporación de estas tecnologías sea gradual. Lo anterior sugiere la necesidad de implementar medidas y planes intermedios para ir logrando avances pro-gresivos, como por ejemplo, la flexibilización de las refinerías. Por esta vía podrían irse incorporando patrones de producción de combustibles cada vez más limpios y a la vez, procurando introducir procesos cada vez más ecoeficientes.
Los cuatro pilares que el BID recomienda al Brasil (ver presen-tación de Viridiana Santana) pueden ser aconsejados para to-dos los países que quieran avanzar en estos biocombustibles: innovación, capacidad de expansión, infraestructura e inser-ción en el mercado internacional.
Sin embargo los B2G aún no están libres de chocar con algu-nas de las restricciones sociales o ambientales a las que se en-frentan hoy los agrocombustibles. Los B2G conservan algunas de las características de insostenibilidad que mostraron sus antecesores y ante las cuales los esquemas de certificación de sustentabilidad no han dado respuesta. Será necesario definir criterios, indicadores y marcos regulatorios (evaluaciones de impacto, ordenamiento territorial, etc) que permitan identificar los mejores proyectos y que tengan la elasticidad necesaria como para dar cuenta de las diversas realidades imperantes en la región.
Finalmente, es también importante recordar que la mera in-corporación de B2G en las matrices energéticas de los países no será suficiente para lidiar con los problemas ambientales derivados del uso de combustibles fósiles. Es necesario que
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esta sustitución vaya acompañada de políticas de eficiencia energética, racionalización de los sistemas de transporte y re-ducción del consumo energético.
