Las nuevas tecnologías pueden convertir en combustible una cosecha abundante

Las nuevas tecnologías pueden convertir en combustible una cosecha abundante

Los comentarios en la calle de todos los días, es que los mismos están contados para el petróleo. Los gigantes de industria petrolera ponen anuncios a toda página en los diarios de todo el mundo con lemas como " No piensen fuera del barril. "o "Mientras usted lee este anuncio se han producido X miles de barriles" Incluso aunque antes que el oleoducto se seque puedan pasar décadas, los investigadores de la industria petrolera, los gobiernos, y los academicos se preparan para lo inevitable.
Días pasados, en el Primer Taller Internacional de Biorrefinerías en Washington, D.C., le dieron a Paul Grabowski del Ministerio de Energía un frasco con un líquido claro en él. " Esto es el agua, " bromeó el funcionario que se lo entregó. Pero en cambio, el material a primera vista inofensivo podría ir directamente a un motor diesel.
Llamado SunFuel y hecho de biomasa execente de cosechas para consumo humano, este nuevo biodiesel fue desarrollado en la planta piloto de Friburgo de Industrias Choren en Hamburgo, Alemania. Grabowski estaba entre los 300 participantes del taller, que fue convocado para hablar del potencial para substituir combustibles fósiles en USA y Europa con combustibles renovables, ecológicos y líquidos hechos de la biomasa deshechable de cosechas de consumo humano, los deshechos municipales sólidos y otras fuentes de biomasa.
Como los precios de la nafta han subido a niveles nunca vistos, a alrededor de 3.15 a 3.50 dólares por galón y los cierres de las bolsas en USA con intereses de seguridad de energía, los " combustibles verdes " se han hecho más atractivos. Hechos por conversión de cosechas o el material superfluo en un líquido combustible, estos combustibles incluyen el etanol y el biodiesel, y ambos pueden ser usados como substitutos de combustibles fósiles.
El Acta de Política de Energética de 2005, firmado por el presidente Bush en agosto de ese año, requiere de 7.5 mil millones de galones de etanol y biodiesel que deben entrar en el circuito de suministro nacional de combustible hacia el 2012, proporcionando el 5.75% de las necesidades nacionales de combustible de transporte.
Como el etanol fácilmente puede ser mezclado con la gasolina, políticos estadounidenses han pregonado a este alcohol como un contribuyente importante en el futuro suministro de energía nacional. Al contrario de los combustibles de hidrógeno, otra tecnología alternativa de combustible, requerirían nuevos diseños de motor , la infraestructura de transporte y básicamente rediseños de todo el sistema.
Hecho en cantidades enormes de granos en USA y caña de azúcar en Brasil, el etanol es el producto vegetal/combustible más común, o el biocarburante, actualmente disponible. Motores de gasolina estándar pueden funcionar con las mezclas de nafta hasta con el 15% de etanol. Vehículos con motores ya diseñados para el uso de mezclas de combustibles pueden usarlas hasta con el 85% de etanol.
Con "combustibles verdes" las emisiones de gases invernaderos son mucho menores como así también los agentes contaminantes atmosféricos que emiten las naftas de combustibles fósiles. Pero el biocarburante fabricado de granos tiene sus inconvenientes. Sus críticos indican los altos gastos de energía asociados con la agricultura de granos e impactos ambientales como la contaminación por fertilizantes en la freática y la erosión.

La utilización de materiales vegetales superfluos en lugar del grano para producir el etanol y otros "combustibles verdes" puede esquivar estos problemas. Acumulación anual americana de detritus agrícolas como marlos de maíz, tallos y hojas de cosechas de maíz, trigo, girasol y otros, chips de madera conocida como biomasa celulosica es de casi mil millones de toneladas por año. Un estudio de biocarburantes hecho por el Consejo de Defensa de Recursos Nacionales (NRDC) en julio pasado relata que los combustibles de biomasa de tales fuentes podrían suministrar tanto como el 30 por ciento de las necesidades nacionales de combustible hacia el 2050.
"Los biocarburantes celulósicos son al menos tan probables como el hidrógeno para ser un futuro combustible de transporte sustentable de opción, " dice Yerina Mugica de NRDC.
Los fabricantes de biocarburantes todavía tienen barreras técnicas, económicas y políticas que vencer. En primer lugar, nadie aún ha encontrado un proceso comercialemente viable para hacer cantidades grandes de biocarburante celulósico. Pero con una multitud de avances en reducción de gastos de funcionamiento en fábrica, muchos investigadores dicen que los biocarburantes tanto de feedstocks celulósicos como de granos están predestinados a jugar papeles vitales en la ecuación de energía mundial.

La rentabilidad de planta
La mayor parte de losactores en el debate consumo de energía, incluyendo a políticos, representantes de la industria, ecologistas, e investigadores, convienen en que los combustibles de vegetales de deshechos de cosechas de consumo humano tienen un excelente futuro; esto implica usar la química y la bioquímica para convertir la biomasa sólida en combustibles líquidos.

Los investigadores que procuran hacer el etanol primero deben desdoblar los azúcares del polímero constitutivo, de la celulosa y otros hidratos de carbono de la planta. " La celulosa se parece a una cadena larga de perlas, " explica Charles Wyman del Colegio Dartmouth en Hanovre, N.H. " Los eslabones individuales son las unidades de azúcar-monomero. " Las levaduras y bacterias pueden fermentar aquel azúcar monomérico en el alcohol.
A diferencia del almidón de granos, la celulosa es difícil de romper en sus azúcares constituyentes. La obstinación de la celulosa plantea el desafío más grande que afronta la tecnología de biomasa/combustible. " La celulosa está en los vegetales para dar rigidez , " dice Joel Cherry de Novozymes en Davis, California " el almidón está en los vegetales para alimentar las semillas cuando crecezcan."
La fabricación del etanol de la celulosa requiere, de los pre-tratamientos primarios, mecánicos y químicos del material a procesar y tratamientos bioquímicos con enzimas para romper el polímero en sus eslabones de azúcar. Después, los azúcares deben ser fermentados para transformarlos en etanol. Finalmente, el etanol es destilado de la solución de fermentación. Cada etapa añade un costo y consume energía, pero nuevas tecnologías prometen mejorar la eficacia y tener gastos inferiores.
En enero pasado, Novozymes y una firma de su competencia, Genencore en Palo Alto, California, anunciaron los avances en la reducción de costos de las celulasas, que son los tipos de enzimas que rompen las cadenas de la celulos y dejan libres los eslabones de los azúcares. Las dos empresas ya producen celulasas comerciales para la industria textil, para usos tales como el desgaste vaqueros azules y dejarlos bien rotos, tal como es la moda actualmente.
En el 2000, las empresas proyectaron el costo de las enzimas microbianamente producidas en 5.40 dólares por galón de etanol producido. Este precio prohibitivo. En la colaboración con la organización GAMA, las dos empresas han desde entonces, descubierto nuevas celulasas microbianas usando técnicas de manipulación genéticas y han aerodinamizado la producción de aquellas enzimas.
Novozymes ha rebajado los gastos de enzimas a 20 centavos por galón de etanol, dice Cherry. Genencore anuncia un logro similar.
" El costo de las enzimas para este proceso era un freno hace 5 años, " dice James MacMillan del Laboratorio de Energía Nacional Renovable de la organización GAMA (NREL) en De Oro, Colorado.
La recombinación del proceso de producción de etanol que ahora es separado podría reducir gastos aún más, dice Lee R. Lynd de Colegio Dartmouth. La mayor parte de las operaciones de biomasa enzimáticamente procesada oxidan la celulosa en azúcares en un ambiente rico de oxígeno y luego usan las levaduras o las bacterias para fermentar los azúcares bajo una atmósfera pobre en oxígeno, o condiciones anaerobias.
Sin embargo, Lynd argumenta que un microorganismo sólo anaerobio puede hacer ambos empleos. Muchos investigadores antes habían sospechado que microorganismos anaerobios generan muy poca energía celular, en forma que la molécula ATP, desdoble eficiente la celulosa. Pero en el 17 de mayo en una reunión de la Academia Nacional de Ciencias, Lynd y sus colegas Dartmouth Yi-Heng y Percival Zhang relataron las observaciones de un microorganismo anaerobio que, creciendo sobre la celulosa, generan mucho ATP. De hecho, los productos del microorganismo, la energía celular de la celulosa que se estropea lo hacen creciendo sobre azúcares simples como la glucosa de los mismos eslabones.
Usando la tecnología existente, Lynd se propone a desarrollar la bioingeniería para tales organismos para tomar el siguiente paso: la producción de etanol.
" El trabajo de Lynd ofrece la promesa real de reducir el costo del tratamiento, " dice Bruce Dale de Universidad del Estado de Michigan.
Esto muestra que ningún obstáculo teórico permanece al alcanzar " el bioproceso consolidado, en el cual tanto la ruptura de la cadena de celulosa como la producción de etanol son hechos por un microorganismo solo", dice él.
Su investigación usa el amoníaco líquido " literalmente el golpe químico rompe las paredes celulares vegetales, ". Por avances recientes, que él ha solicitado patentes, ha bajado a la mitad el costo de este proceso de pre-tratamiento.
A pesar de tales mejoras de proceso, la producción de etanol todavía requiere un paso de destilación con gran consumo de energía. Es por eso que George Huber y sus colegas en la Universidad de Wisconsin-Madison, trabajan para desarrollar biodiesel en vez del etanol de azúcares sacados de la celulosa.
La mayor parte del biodiesel es producido del aceite de soja, el aceite de girasol o los ácidos grasos superfluos de los vegetales. Pero los aceites no son tan abundantes como los hidratos de carbono en el material procesable de la planta, dice Huber.
Su nuevo proceso controla los hidratos de carbono de la biomasa en un reactor catalítico de cuatro fases para producir el alcano líquido, que son moléculas hechas completamente de hidrógeno y carbón. Como el aceite, este alcano espontáneamente se separa del agua y puede ser mezclado con el gasoil.
Hasta ahora, los investigadores han hecho sólo investigaciones de laboratorio del alcano. El paso del proceso de laboratorio a fábrica, de un modo rentable puede ser difícil, sobre todo que la producción de alcano requiere muchos pasos, todos muy controlados. "
Wyman dice que aunque tales biodiesels puedan demostrar ser prácticos en Europa, dónde más automóviles son diesel; el etanol probablemente será el biocarburante de transporte de opción en USA, considerando la infraestructura a base de naftas de este país.

De los campos a las ruedas de estas estrategias
Las vías termo-quimicas para el biocarburante pueden ser las primeras en vencer barreras técnicas y comerciales. La mayor parte de los procesos termo-químicos queman la biomasa en una mezcla gaseosa de dióxido de carbono, monóxido de carbono y el hidrógeno.

Cualquier tipo de biomasa, incluyendo la madera, la hierba, el abono de animal, y la basura municipal sólida, puede ser gasificado. El gas puede ser convertido en combustible líquido por medios químicos y bioquímicos, incluyendo la síntesis de Fischer-Tropsch, que produce el biodiesel.
Corrientemente, los biocarburantes termoquímicos producidos no pueden competir con el petróleo en el mercado abierto. El tratamiento termoquímico debe ser hecho en una escala más grande que el tratamiento bioquímico para ser económico, dice Lynd, pero es cara de construir una enorme refinería. El transporte de cantidades grandes de biomasa seca se añade al costo. También, la gasificación de la biomasa produce contaminantes como la brea, que debe ser quitado para el proceso de Fischer-Tropsch.
La producción termoquímica de biocarburantes pronto puede vencer aquellos problemas, al menos en Europa. Para crear su SunFuel, Choren confió en la nueva tecnología que simplifica el tratamiento termoquímico creando una corriente líquida de la biomasa. Esta corriente se alimenta más fácilmente en el sistema de gasificación, permitiendo a la planta recorrer las altas temperaturas que eliminan la brea.
Tanto Daimler-Chrysler como Volkswagen han usado SunFuel de Choren en circuitos de prueba. " Apoyamos su tecnología, y juntos desarrollamos nuevos datos específicos para estos combustibles, " dice Wolfgang Steiger de Volkswagen en Wolfsburgo, Alemania.
En su planta piloto de SunFuel ,ingenieros de Choren calculan las mejores condiciones de funcionamiento para una planta más grande, actualmente en construcción en Freiburgo y diseñando para producir biodiesel hacia el final del próximo año. Los ingenieros estiman que la planta debería producir el combustible en 0.90 euros por litro. En el surtidor, el gasoil europeo cuesta aproximadamente 1.05 euros por litro, o aproximadamente 5 dólares por galón.

El combustible del futuro
En USA, la ruta más rápida a los biocarburantes comercialemente competitivos puede estar en la combinación de la bioquímica , y las vías de biocarburantes termoquímicos, dice Lynd. Una planta combinada podría producir el etanol u otros productos por senderos bioquímicos, entonces termoquímicamente se convierten materiales recalcitrantes en electricidad o combustibles adicionales.
En un estudio de NRDC del 2004, " Cultivando la Energía, " Lynd y sus colegas evaluaron el potencial de los biocarburantes. " Nuestro análisis progresista parece mostrar que los procesos bioquímicos y termoquímicos juntos tienen un potencial mayor para la rentabilidad y la eficacia de energía que separadamente, " dice Lynd.
La eficacia del vehículo aumentada amplificaría el impacto del biocarburante al sustituir el petróleo así como las exigencias de áreas de tierras para la producción de biocarburantes, nota Brian Davison, director del Centro de Bioprocesos de investigación y desarrollo del Laboratorio Nacional. De hecho, según " la Energía Creciente, " los biocarburantes, acoplados con la eficacia del vehículo mejorada, podrían cubrir todas las necesidades de combustibles de transporte de los Estados Unidos hacia el 2050.
Dice Larry Russo de la Oficina de Programas de Biomasa, " la agricultura en el siglo XXI serán nuestros pozos de petróleo. "

Alvaro Kröger