Bio Mi to Realidad

BIOCOMBUSTIBLES: MITO

O REALIDAD

PlantacionesdepalmaaceiteraenBorneo,enloqueanteserajunglatropical

PRACTICUM

LicenciaturaenCienciasAmbientales

UniversidadMiguelHernndezdeElche

MarianaBallenillaSamper

2006/2007

PRACTICUM

2006/2007

Biocombustibles:Mitoorealidadwww.ua.es/personal/fernando.ballenilla/Apuntes/Biocombustibles:_Mito_o_realidad.html

Biofuels:Mythorreality

MarianaBallenillaSamper

LicenciadaenCienciasAmbientales

Tutor:JosMiguelSalesCivera

Departamento:EconomaAgroambiental,ing.Cartogrfica,expresinGrficaenlaIngenieray

AntropologaSocial.readeconocimiento:Economa,SociologayPolticaAgraria.

UniversidadMiguelHernndezdeElche.

Resumen

Estepracticumrealizaunarevisinbibliogrficadelosprocesosproductivosdelosdistintostiposde biocombustiblestantodelbioetanolcomodelbiodiesel.TambinrevisalaTasadeRetornoEnergtico(TRE)de estossegnvariosautoresylacomparaconladeotrosrecursosenergticos.SeestudianlaspolticasdelaUninEuropeaentornoalosbiocombustiblesyelrendimientodelasdistintasmateriasprimas.Asmismoplanteala disponibilidaddetierrasdecultivo,lacompetenciadelosbiocombustiblesconlaproduccindealimentosysus impactosambientales.

Abstract

Thispracticumasmuchmakesabibliographicalrevisionoftheproductiveprocessesofthedifferenttypesofbiocombustiblesfrombioetanolasofbiodiesel.AlsoitreviewstheRateofpowerreturnoftheseaccording toseveralauthorsanditcomparesitwiththeEROEIofothersourcesofenergy.TheystudypoliciesoftheEuropeanUnionaroundthebiocombustiblesandtheyieldofthedifferentrawmaterials.Alsoitraiseslandsavailablefor producebiofuels,thecompetitionofthebiocombustibleswithfoodproductionanditsenvironmentalimpacts.

Biocombustibles:Mitoorealidad.MarianaBallenilla.UMH,junio2007. 2


A mis padres, mi hermano y Ana,porque sin vosotros nada de esto hubiera sido posible.

ndice de contenido

PARTEI.................................................................................................................................................................61.INTRODUCCIN...........................................................................................................................................................................................6

2.ELBIODIESEL...............................................................................................................................................................................................8

2.1ProcesodeproduccindelBiodiesel......................................................................................................................................................8

2.1.1LossubproductosdelaproduccindeBiodiesel.......................................................................................................................13

2.2.EvolucindelaproduccinmundialdeBiodesel................................................................................................................................14

2.3.ProduccinmundialdeBiodiesel........................................................................................................................................................16

3.ELBIOETANOL...........................................................................................................................................................................................18

3.1Procesodeproduccindelbioetanol.....................................................................................................................................................18

3.1.1LossubproductosdelaproduccindelBioetanol.......................................................................................................................19

3.1.2Bioetanolapartirdealmidn......................................................................................................................................................213.1.2.1Moliendaseca....................................................................................................................................................................223.1.2.2Moliendahmeda..............................................................................................................................................................24

3.1.3Bioetanolapartirdecaadeazcar...........................................................................................................................................25

3.1.4Bioetanolapartirdebiomasalignocelulsica............................................................................................................................26

3.2EvolucindelaproduccinmundialdeBioetanol...............................................................................................................................28

3.3ProduccinmundialdeBioetanol.........................................................................................................................................................29

PARTEII..............................................................................................................................................................334.ELBALANCEENERGTICODELOSBIOCOMBUSTIBLES................................................................................................................33

4.1LaEnerga.............................................................................................................................................................................................33

4.2LaTasadeRetornoEnergtico.............................................................................................................................................................41

4.2.1FactoresqueinfluyenenelclculodelaTasadeRetornoEnergtico(TRE)............................................................................46

4.2.2LaTasadeRetornoEnergticodelBioetanol.............................................................................................................................514.2.2.1LaTasadeRetornoEnergticodelBioetanoldeMaz.....................................................................................................514.2.2.2LaTasadeRetornoEnergticodelBioetanoldecaadeazcar.....................................................................................53

4.2.3LaTasadeRetornoEnergticodelBiodiesel.............................................................................................................................54

4.2.3.1LaTasadeRetornoEnergticodelBiodieseldePalmaAceitera............................................................................................544.2.3.2LaTasadeRetornoEnergticodelBiodieseldesoja.......................................................................................................55

4.2.4ResumendelaTasasderetornoenergticosegnvariosautores...............................................................................................56

4.3Comparacindelastasasderetornoenergticodelosbiocombustiblesconlastasasderetornoenergticodeotrasfuentesdeenerga................................................................................................................................................................................................................61

5.RENDIMIENTODELASMATERIASPRIMASENLAPRODUCCINDEBIOCOMBUSTIBLES.............................................63

PARTEIII............................................................................................................................................................656.LADISPONIBILIDADDETIERRASDECULTIVOPARABIOCOMBUSTIBLES...............................................................................65

7.COMPETENCIACONLAPRODUCCINDEALIMENTOS..................................................................................................................69

8.LASPOLTICASDELAUNINEUROPEAENTORNOALOSBIOCOMBUSTIBLES...................................................................79

9.IMPACTOSAMBIENTALES.......................................................................................................................................................................86

9.1ArgumentoscontraelusodelaBiomasacomoopcinenergtica..............................................................................................................91

9.2LosBiocombustiblesysusimpactosregionales..................................................................................................................................93

10.CONCLUSIONES......................................................................................................................................................................................103

11.REFERENCIASBIBLIOGRFICAS.......................................................................................................................................................106


BIOCOMBUSTIBLES:

MITO O REALIDAD


PARTE I

1. INTRODUCCIN

Elpresentetrabajopretendeserunacercamientoalsectordelosbiocombustibles.Sise

tieneencuentaqueenEspaaprcticamentetodoelcombustibleparaeltransporteprovienedel

petrleo,ycomoesunafuenteenergticanorenovable,dilucidarsilosbiocombustiblespodran

supliralpetroleoensutotalidadoenunapequeaparte,esdevitalimportancia.Comosepue

deobservarenlagrfica1hemospasadodeconsumir12Mtoeen1973amsde35Mtoeenel

2004.


Grfico1:Fuentesenergticasutilizadaseneltransporte,laindustriayotrossectoresenEspaa.Agencia internacionaldelaenergaIEA2007.

Mtoe:megatoneladasequivalentesdepetrleo

Enlaprimeapartedeestetrabajoseanalizanlosprocesosproductivosdelbiodiesely

elbioetanol,ascomolaevolucindesuproduccin.

Enlasegundapartesecomparanlosbalancesenergticosdelosdistintosbiocombusti

bles,basndosemayoritariamenteenartculosanglosajones.

Enlatercerapartedeltrabajoseanalizaladisponibilidaddelastierrasdecultivopara

biocombustibles,lacompetenciaconlaproduccindealimentosquelaproduccinagranesca

ladebiocombustiblespuedepresentar,laspolticasdelaUninEuropeaencuantoalosbio

combustiblesylospotencialesimpactosambientalesylocalesdelosmismos.


2. EL BIODIESEL

2.1 Proceso de produccin del Biodiesel

Elbiodieselesunbiocombustiblequeseobtieneapartirdeaceitesygrasasvegetalesy

animales,losvegetalesqueprincipalmenteseusancomomateriaprimasonlacolza,elgirasol,

lasojayactualmenteseestapotenciandoelusodelaPalmaaceiteradebidoasualtocontenido

energtico.

Laspropiedadesdelbiodieselsonsimilaresalasdelgasleoqueseusanormalmente

enlaautomocin,endensidadynmerodecetanos.Tambinposeeunacaractersticamuyim

portanteyesqueposeeunpuntodeinflamacinsuperioralgasleodeorigenfsil,graciasa

estoelbiodieselpuedesustituirensutotalidadalgasleoosermezcladoconlparaquesea

usadoenmotoresdiesel.Esdedestacarqueenlamecnicadelosmotoresdieselactualesnose

necesitarealizarmodificacinalgunaparausarelbiodiesel,sloesprecisohaceralgunasusti

tucinpuntualdemanguitosyotraspiezasplsticasconlasqueestencontacto.

Elbiodieselseharelacionadocomunmenteconlautilizacindeaceitevegetalpuro

comocombustible,cosaqueesposible,aunqueensentidoestrictoeltrminobiodieselesexclu

sivamenteelstermetlicoqueseproducedeunaceitevegetaloanimalyestarecogidoenla

normaUNEEN14214.

Elaceitevegetalpuroesmuysimilaralgasleodeorigenfsilygraciasaestoesposi

blesuempleoenmotoresdieselaunque,sinduda,elaceiteesterificadopresentapropiedades

mssimilaresalgasleo(AsociacindeProductoresdeEnergasRenovablesAPPA,2005).


Parasuobtencinsepuedeutilizargrasasanimalesdebajocosteyresiduosdeaceites

usadosparafriturasenlaalimentacin.EnEuropayaseestrecogiendoestosaceitesemplea

dosenrestaurantes,comedores,hoteles,etc.(Larosa,2001)obienobtenerlodecultivosener

gticos.

Comoprimerpasoparalaproduccindelbiodiselestelprensadodesemillasparala

obtencindelaceitevegetal.Posteriormentesesometeelaceitealrefinamientoyluegoseinicia

lafasedetransesterificacindeloscidosgrasos.

Paraestafasesemezclanelalcohol(metanol)yelhidrxidodesodioparaformarme

txidodesodio(SnchezMacias.J,etal2006).

Endichareaccin,elaceitevegetalseesterificaconunalcohol(normalmente,meta

nol)enunaproporcinaproximadade1/10entrealcoholyaceite(1,1kgdemetanolporcada10

Kgdeaceite).Losdoscompuestosprincipalessufrenunprocesoderefinadoantesdeserutili

zables.Elmetanolobtenidotrasestosprocesosderefinadopuedevolverautilizarseenlatran

sesterificacindeloscompuestosdeentrada(APPA,2005).

Esteprocesoesprcticamenteelmismoapesardeltipodegrasasutilizadasodelta

maodelaexplotacin.Esporelloquesepuederealizardeformacaserayaquetantolatempe

raturacomolapresindelreactornosonelevadas(60y1,4bares).Loquesiqueesunfactor

limitanteeslapurificacindelbiodiesel,yaquedeelladependelacalidaddelproductofinal

(quenotengaimpurezas,humedad,restosyresiduosprocedentesdelareaccin).


Seestimaquelapersistenciaderestosdemetanolenelproductofinal,inclusoenpor

centajesminsculas,suponeunaimportantereduccinenelrendimientodelproductofinal.

Paragarantizarmayoresnivelesdepureza,elproductopuedesersometidoadestilacin(Sn

chezMacias.J,etal,2006).

Elprocesogeneraldeproduccindebiodieselapartirdelaesterificacindeaceiteses

elsiguiente:

Lareaccindetransesterificacinesunareaccincaractersticadelosesteres,ycon

secuentementedeloslpidos,enlacualelaceiteolagrasareaccionaconcidosgrasos,alcoho

lesuotrosesteresconelintercambiodelosgruposacilo.Mezcladoslostriglicridosyelmeta

nolconuncatalizador(metilatodesodiooetilatodesodio),atemperaturaambiente,enaproxi

madamenteunpardehorassealcanzaelequilibrio.Paraquelareaccinsecompleteesnecesa

rialapresenciadeunexcesodemetanolosepararelglicerolformado.Contalprecaucinen90


Diagrama1:Procesodeproduccindelbiodiesel.ElaboracinpropiaapartirdeIEABiodieselin northamerica:implementationissues2004.

minutoslareaccinsecompletaalmenosenun98%.Lareaccindealcoholisisdeuntriglic

ridoeslasiguiente(Larosa,2001):

Estequiomtricamente, la reaccindetransesterificacinrespondeaunaproporcin

molardealcoholatrigilcridode3:1.Comoproductosseobtienentresmolesdeesteresdelco

rrespondientealcoholyunmoldeglicerina(biocarburantesmagazine,2007).

Elbiodieselelaboradoapartirdeaceitesusadosconstadelasfasesderefinodelama

teriaprima,transesterificacinparaobtenerstermetlico,depuracinysecado(APPA,2005).

Senecesitaalcoholparaproducirelbiodiesel,quepuedesermetanoloetanol,ambos

puedenobtenerseapartirdeproductosagrcolas,eletanolsobretodoporvafermentativa.

Actualmenteelmetanol,queseobtienecomoderivadopetrolferoodelgas,poseeun

valordemercadomuyconveniente,siendoelmsutilizadoenesteprocesoproductivo(Larosa,

2001).

Seutilizauncatalizadorparamejorarlavelocidaddereaccinyelrendimientofinal,

quepuedensercidos,bsicosoenzimticos.LosbsicosincluyenNaOH,KOH,carbonatosy

loscorrespondientesalcxidossodicosypotsicostalescomometxidosdico,etxidosdico,

proprxidosdicoybutxidosdico.Entreloscatalizadorescidos,cabecitarelcidosulfri

co,clorhdricoyloscidossulfnicos.Laslipasassepuedenutilizarcomocatalizadoresenzi


Diagrama2:Reaccindetransesterificacin.Larosa,2001

mticos(biocarburantesmagazine,2007).

Engeneral,latransesterificacincatalizadaporlcalisesmuchomsrpidaquelaca

talizadaporcidosyeslaquesesueleutilizaraescalacomercial.Sinembargo,lautilizacinde

lcalisimplicaquelosglicridosyelalcoholdebensersustancialmenteanhidros,yaqueel

aguahacequelareaccinvireparcialmentehaciaunasaponificacin,queproducejabones.

Adems,paralautilizacindelcalisserequierequelostriglicridostenganunabaja

proporcindecidosgrasoslibresyseeviteassuneutralizacinqueconducetambinalafor

macindejabones.Estaformacindejabonesconsumeparcialmenteelcatalizadorydisminuye

sensiblementeelrendimientodelproceso.

Paraevitaresto,sepuedenutilizarcatalizadorescidosobiensometeralostriglicri

dosaunprocesopreviodesaponificacin(conocidocomotratamientoalcalino)ydespusutili

zarelcatalizadorbsico.

Tambin se pueden utilizar aceites con baja proporcin de cidos grasos libres

(

Unavezseparadoslosesteres,estossetratanparasepararunapartedelalcoholnore

accionante(50%)yeliminarrestosdeimpurezas.Asuvezlaglicerinatambinsepurificapara

poderserutilizadaendiversasaplicaciones.Enlapurificacindelaglicerinaseseparalaotra

partedelalcoholnoreaccionanteycidosgrasos,quepuedenesterificarsenuevamentepara

formarmsbiodiesel,outilizarsecomomateriaprimaparaproducirjabnuotrosproductos

(biocarburantesmagazine,2007).

2.1.1 Los subproductos de la produccin de Biodiesel

Lossubproductosprincipalesenlaproduccindebiodieselsonglicerol(glicerina)y

pastasjabonosas.

Laglicerinaesunsubproductodeelevadovaloreconmico,cuandosuniveldepureza

esaltoseutilizamayoritariamenteenlaindustriacosmticayfarmacutica,peroelexcesode

ofertacausadoporlaproliferacindeplantasdebiodieselhaprovocadoundescensodesucoti

zacinenlosmercados,estoprovocaunencarecimientodelprocesoporlaprdidaderendi

mientodelossubproductos(SnchezMacias.J,etal..,2006).

Demodoindirecto,enlaextraccindelaceitevegetalusadocomomateriaprimase

obtienetambintortaalimenticiadeaplicacinenlospiensos(APPA,2005).

Conlafinalidaddereducircostessehaproducidounincrementoeneltamaodelas

plantasdeprocesadodelbiodiesel,mejorandolaeficienciadelprocesograciasalaeconomade

escala(Boothetal.,2005).

As,frenteaunaprimerageneracindeinstalacionesconcapacidadesinferioresalas


30.000toneladas/ao,enlaactualidadlamayorpartedelosproyectosdenuevasplantas,sesi

tangeneralmentepor encimade las 100.000 toneladas por ao (SnchezMaciaset al.. ,

2006).

2.2. Evolucin de la produccin mundial de Biodesel

Elusoporprimeravezdeaceitesvegetalescomocombustiblesseremontanalaode

1900,siendoRudolphDieselquienloutilizaraporprimeravezensumotordeignicinpor

compresin.Durantelasegundaguerramundial,yantelaescasezdecombustiblesfsiles,se

destaclainvestigacinrealizadaporOttoyVivacquaenelBrasilsobredieseldeorigenvege

tal,peronofuehastaladcadadelos'70cuandoelbiodieselsedesarrolldeformasignificati

vaarazdelacrisisenergticaylosaltospreciosdelpetrleoacausadelaguerradelYomKip

purylarevolucinIran.

Lasprimeraspruebastcnicasconbiodieselsellevaronacaboen1982enAustriay

Alemania,perosolohastaelaode1985enSilberberg(Austria),seconstruylaprimeraplanta

pilotoproductoradeRME(RapeseedMethylEstermetilsteroaceitedesemilladecolza)

(Eco2site,2004).

EnEuropaelbiodieselseproducecasiexclusivamenteapartirdelaceitededecolzay

elmetanol.ComercialmentesellamaRapeseedMethylEsteryseusaenmotoresdiesel,puroo

mezcladoenproporcionesqueoscilandeun5%aun20%.

Ademsdelacolza,enlosltimosaossehaproducidobiodieselapartirdesoja,gi


rasolypalma,siendoestaltimalaprincipalfuentevegetalutilizadaenMalasiaparalaproduc

cindePalmMethylEsteryPalmEthylEster,biodieselPMEyPEErespectivamente(Eco2si

te,2004).

Llamalaatencinobservandolagrfica2,lorelativamenterecientequeeslaproduccinde

biodieselcomparadaconladelbioetanol(grfica4).Dichaproduccinestcreciendocongran

intensidad,yaqueseduplicalaproduccinendosaosyesosignificauncrecimientoanualde

aproximadamenteel35%.


Grfico2:Evolucindelaproduccinmundialdebiodiesel.Elaboracinpropiaapartirdedatosde: CompiledbyEarthPolicyInstitutefromF.O.Lichtdata,citedinSuzanneHuntandPeterStair,"BiofuelsHita Gusher,"VitalSigns20062007(Washington,DC:WorldwatchInstitute,2006),pp.4041,andfromF.O.Licht,

"WorldBiodieselProduction(tonnes),"table,WorldEthanolandBiofuelsReport,vol.4,no.16(26April2006), p.365.

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

0250500750

1000125015001750200022502500275030003250350037504000

Evolucin de la producccin mundial de biodiesel,1991-2005

Mill

ones

de lit

ros

2.3. Produccin mundial de Biodiesel

Alemania,porsuparte,comoprimerproductormundialdebiodieselposee25plantas

detransformacindeaceitevegetaldistribuidasporelpas,principalmenteutilizalacolzacomo

materiaprima(Biofuelsmarketplace,2007).


Grfico3:ProduccinmundialdeBiodiesel,2005.Elaboracinpropiaapartirdedatosde:F.O. Licht,"WorldBiodieselProduction(tonnes),"table,WorldEthanolandBiofuelsReport,vol.4,no.16(26April

2006),p.365.

Otros paises

Suiza

Australia

Brasil

Reino Unido

Polonia

Dinamarca

Espaa

Austria

Republica Checa

Italia

Estados Unidos

Francia

Alemania

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

Produccin mundial de Biodiesel,2005

Pais

es

Millones de Litros

Espaaseencuentraenelsptimolugarentrelosprincipalesproductoresdebiodiesel.

Losaceitesvegetalesprocedenprincipalmentedelasoja,lacolzaylapalmaaceitera,todases

tasmateriasprimasseimportanensuprcticatotalidad(Newsoliclima,2007).

Espaaconstadelassiguientesplantasenfuncionamiento:

Plantasbiodiesel Provincia Capacidad

(Tm/ao)

Puestaenmarcha

StocksdelValls Barcelona 6000 2002

Bionortransformacin lava 30000 2003

BionetEuropa Tarragona 50000 2004

IDAE Madrid 5000 2004

BiodieselCastillaLM Toledo 13000 Enero2005

BiodieselCaparroso Navarra 35000 Enero2005

Bionorte Asturias 5000 Mayo2005

Biocarbur.Almadn CiudadReal 21000 Nov.2005

Gebiosa Cantabria 150000 Dic.2005

GrupEcolgicNatural Baleares 7000 2005

Total 322000

Tabla1:Plantasespaolasdebiodiesel(Appa,2005).


3. EL BIOETANOL

3.1 Proceso de produccin del bioetanol

Elbioetanolseobtieneapartirdecompuestosdealmidncomomaz,trigo,cebada,

sorgoopatata,decompuestosazucaradoscomolacaadeazcarolaremolacha,ydecom

puestoscelulsicoscomolamadera,desperdiciosforestalesobasuras,aunqueesteprocesose

encuentratodavaenfasedeinvestigacin.

EnEspaaseproduceconcerealescomomateriaprimaytambinconexcedentespro

cedentesdelaremolacha(compuestosazucarados).

Apartedeemplearelproductodirectamentesepuedeutilizarmezcladoconlasgasoli

nascomoelementooxigenador:ETBEcuandoaestaseleaadeetanolyMTBEcuandosele

aademetanol(APPA,2005).Elprocesodeproduccindelbioetanoleselsiguiente:


Diagrama3:ProcesodeproduccindelBioetanol.Elaboracinpropiaapartirde:MinisterioAgropecuarioyForestal.RepublicadeNicaragua.CadenaAgroindustrial"Analisisdeestudiosdecadena.Etanol "www.magfor.gob.ni/servicios/descargas/Cadenas_Productos/Etanol.pdfyAPPA(2006)Asociacindeproductoresdeenergiasrenovables."UnaEstrategiadebiocarburantesparaEspaa(20052010)"http://www.ap

pa.es/09documentos/documentos01.htm

Lasprincipalesfasesdelprocesoson:

Dilucin:Eslaadicindelaguaparaajustarlacantidaddeazcarenlamezcla,ypor

lotanto,lacantidaddealcoholenelproductoresultante,yaquelaaccindelalevadurausada

msadelanteenelprocesodefermentacin,puedeinhibirsedebidoaunaconcentracindema

siadoaltadealcohol.

Hidrlisis:Eselprocesodeconvertirelalmidnocelulosa,quesonpolmerosdemo

nosacridos,enmonosacridos,esdecir,azcaresfermentables.Serealizaconelusodelamal

ta,extractosdeenzimascontenidasenlamalta,oporeltratamientodelalmidnodelacelulosa

conelcidocorrespondiente

Fermentacin:Lafermentacinalcohlicaesunprocesoanaerbicorealizadoporlas

levaduras.Delafermentacinalcohlicaseobtienenungrannmerodeproductos,entreellos

elalcohol.

Destilacin:Ladestilacineslaoperacindesepararmedianteelcalorlosdistintos

componentes lquidosdeunamezcla,aprovechandosusdistintas temperaturasdeebullicin

(Biocarburantesmagazine,2007).

3.1.1 Los subproductos de la produccin del Bioetanol

Lossubproductosgeneradosenlaproduccindebioetanol,ascomoelvolumendelos

mismos,dependenenpartedelamateriaprimautilizada.


Engeneralestossepuedenagruparendostipos:

Materialeslignocelulsicos:tallos,bagazo,etc.,correspondientesalaspartesestructu

ralesdelaplanta.Puedeserutilizadoparavalorizacinenergticaencogeneracin,especial

menteparacubrirlasnecesidadesenergticasdelafasededestilacindelbioetanol(APPA,

2005).

Materialesalimenticios:pulpayDDGS(DistilledDriedGrainSolubles),quesonlos

restosalimenticiosdelaplantadespusdelafermentacinydestilacindelbioetanol.Tienen

intersparaelmercadodepiensosanimalesporsuriquezaenprotenayvalorenergtico.

Lacaadeazcareslaplantaconrestosmsaprovechableporqueelbagazogenerado

puedesertilcomocombustibleparalageneracinenergtica.Laremolachaazucareratambin

generaunas0,75toneladasdepulpaportoneladadebioetanolproducido.

Laproduccindebioetanolapartirdetrigoomazgenera,asuvez,entornoa1,2to

neladasdeDDGSportoneladadebioetanol.

Engeneral,existendosprcticasencuantoalempleodelDDGSenlaalimentacindel

ganado.Cuandoelpiensoestenel15%omenosdeladieta,elDDGSseutilizacomofuente

deprotenasuplementaria.Cuandoelpiensoestennivelesmsaltos(superioral15%dela

dietaenmateriaseca)seempleacomofuentedeenerga.

ElDDGSestcompuestodegrasa(enun1015%)defibraneutra(enun4055%),de

protenaneta(CP)(enun3035%)ydecenizaenun5%(APPA,2005).

Cuandoseusacomomateriaprimaelmazparalaproduccindebioetanolexisten

dosmtodos:lamoliendasecaylamoliendahmeda.EnEEUUseutilizaprincipalmentela


moliendaseca.

Ambosprocesospresentanlasmismasetapas:preparadodemateriasprimas,lafer

mentacindeazcaressimplesylarecuperacindelalcoholydelossubproductosgenerados

enelproceso.

Dependiendodequeprocesoseutiliceseobtienenderivadososubproductosdistintos.

EnelprocesodemoliendasecaademsdelbioetanolseobtienepulpayDDGS(Distilled

DriedGrainSolubles)queunavezenformadegranuladosecoesunalimentodealtacalidad

paraelganado.

Enelprocesodemoliendahmedaademsdelbioetanolsegeneraaceitedemazy

gluten,quetambinsonalimentosparaelganado(Maizar,2007).

3.1.2 Bioetanol a partir de almidn

Enelprocesodeobtencindebioetanolapartirdealmidnesnecesarioromperlasca

denasdeestepolisacridoparaconseguirjarabedeglucosa,elcualseconvierteenEtanolme

diantelaslevaduras.Paraestosedebeincluirunaetapaadicionaldehidrlisis(rompimiento,

degradacin)deestebiopolmero.Decada100gdealmidnsepuedenobtenertericamente

111gdeglucosa,esdecirunarelacinestequiomtricade9:10.

EnEEUUelbioetanolseobtieneapartirdealmidndemaz.Elalmidnanteriormen

tesehidrolizabamediantecidos,perolaespecificidaddelasenzimas,suscondicionessuaves


dereaccinylaausenciadereaccionessecundariashanhechoquelasamilasasseanloscatali

zadoresquehansustituidoaloscidos.

Paralahidrlisisenzimticadelalmidnprimerohacefaltadescompactarsusgrnu

los,yaquesino,lasenzimasnopuedenactuar.Paraesolassuspensionesdealmidntienenque

serllevadasatemperaturasaltas,de90a110C,dondelasenzimasnormalesestarandesnatu

ralizadas,poresoseusalaalfaamilasaobtenidadebacteriastermoresistentescomoBacillusli

cheniformisoB.amyloliquefaciens,loquelashaceidealparalaprimeraetapadelahidrlisis.

Elproductodeestaetapa,queseconocecomolicuefaccin,esunaemulsinopurdealmidn

quecontienedextrinas(oligosacridoscompuestosporvariasunidadesdeglucosa)ypequeas

cantidadesdeglucosa.

Elalmidndisueltosesometeasacarificacinamenorestemperaturas(6070C)con

glucoamilasaobtenidadeAspergillusnigerodeespeciesdeRhizopus(NigamySingh,1995),

lacualhidrolizalasdextrinashastaglucosa(Sanchez.OyCardona.C,2005).

Paraextraerelalmidndelosgranosdemaz,comohemosapuntadoantes,existendos

tiposindustrialesdemolienda,hmedaylaseca,delasqueveremosacontinuacinsusprinci

palescaractersticas.

3.1.2.1 Molienda seca

Lamoliendasecaeselprocesoparaextraeralmidncontenidoenelmazparaprodu

cirbioetanolrequieremenoscapitalquelamoliendahmedatantoenlafasedeconstruccin


comolafaseoperativadelaplanta.

Sehanproducidoavancestecnolgicosimportantesenelprocesodemoliendasecay

ahoraesmuchomseficazyproductivoqueenladcadadelos80.

Sehanreducidoenformaconsiderablelosrequerimientosdeenerga,seincorporaron

sofisticadosprocesosdeautomatizacin,lasenzimasdisminuyeronsucostoasuvezquevieron

incrementadosupoderdeconversin,lograndoconellomenorestiemposdeprocesamiento,el

desarrollodecedazosmoleculares,todosfactoresquehancontribuidoadisminuirloscostosy

aumentarelvolumendeetanolobtenido.Elcostodeconstruirunaplantadeetanoldemolienda

secaseredujoenun2530%,mientraselcostodeproduccincasiun50%enlosltimos20

aos(Maizar,2007).

Los8pasosprincipalesenlaproduccindeetanolbajoesteprocesosonlossiguientes:

Molienda:Elprocesodemoliendasecacomienzaconlalimpiezadelgranodemaz(puedesercebada,trigoosorgo),queunavezlimpiopasaatravsdelosmolinosquelomuelenenunpolvofinoharinademaz.

Licuefaccin:Laharinademazsesoplaengrandestanquesdondeselamezclaconaguaylasenzimas(amilasaalfa)ypasanatravsdelascalderasdondeseemulsionaelalmidn.AlamezclaseleagregancomponentesqumicosparamantenerlaconunpHde7.Enestaetapaseaplicacalorparapermitirlalicuefaccin,enunaprimeraetapaaaltatemperatura(120150C)yluegoatemperaturamsbaja(95C).Estasaltastemperaturasreducenlacantidaddebacteriaspresentesenelpuromosto.

Sacarificacin:Elpurdelascalderasserefrescaaunatemperaturalevementedebajodelpuntodeebullicindelaguayseleagregaunaenzimasecundaria(glucoamilasa)paraconvertirlasmolculasdelalmidnlicuadoenazcaresfermentables(dextrosa)medianteelprocesodesacarificacin.Lasenzimasfuncionancomocatalizadoresparaacelerarloscambiosqumicos.

Fermentacin:Eletanolseproduceapartirdelafermentacin.Alpurseleagregalevaduraparafermentarlosazcaresyconelloseobtieneeletanoly


anhdridocarbnico(cadamolculadeglucosaproducedosmolculasdeetanolydosdedixidodecarbono).Usandounprocesocontinuo,elpurfluiratravsdevariosfermentadoreshastaquefermentecompletamente.Elpurpermanececercade48horasenestasituacinantesdequecomienceelprocesodedestilacin.Enlafermentacin,eletanolconservamuchadelaenergaqueestabaoriginalmenteenelazcar,locualexplicaqueeletanolseaunexcelentecombustible.

Destilacin:Elpurfermentado(...)contendralcohol(cercadel15%)yagua(al85%),ascomotodoslosslidosnofermentablesdelmazydelalevadura.Elpurentoncesserbombeadoaflujocontinuoalsistemadelacolumnadedestilacin,dondelacervezasehierve,separndoseelalcoholetlicodelosslidosydelagua.Elalcoholdejarlacolumnadedestilacinconunapurezadel90al96%,yelpurderesiduo,llamadostillage,sertransferidodesdelabasedelacolumnaparasuprocesamientocomosubproducto.

Deshidratacin:Elalcoholpasaatravsdeunsistemaquelequitaelaguarestante.Lamayoradelasplantasutilizanuntamizmolecularparacapturarlaspartculasdeaguaquecontieneeletanolalmomentodesalirdelsistemadedestilacin.Alalcoholpuro,sinelagua,selodenominaalcoholanhidro.

Desnaturalizado:Eletanolqueserusadocomocombustiblesedebedesnaturalizarconunacantidadpequea(25%)dealgnproducto,comonafta,paraquenoseaaptoparaelconsumohumano(Maizar,2007).

3.1.2.2 Molienda hmeda

Lamoliendahmedatieneunacapacidaddeprocesamientodeungranvolumende

granos,peroparasudesarrollosonnecesariasmsinversionesencapital.Sucapacidaddepro

cesamientoestentornoalasvariascentenasdemillonesdelitrosdebioetanolporao,en

cambiolaproduccinmediantelamoliendasecagiraentornoalos230millonesdelitrosanua

les.

Elprocesodelamoliendahmedaesmuchomscomplejoyaqueseparaelgranoen

suscomponentesloquepermiteunaseparacinmsefectivadelosmismosyseobtienensub


productosdemayorvalor.

Enlamoliendahmedasolamentesesometeafermentacinelalmidnmientrasque

enlamoliendasecasefermentaelpurentero.

Lamoliendahmedaconsisteenempaparelmazenaguacaliente,posteriormentese

retiraelaguaylosncleosablandadospasanalosmolinosyalosseparadoresdondesesepara

elgermen,extrayndosedesteelaceitedemaz.Elrestodeloscomponentes(almidn,gluten

yfibras)semuelenysepasanatravsdeseparadoresdondeseretiralafibra,seseparaelalmi

dnyelgluten.Posteriormenteselavaysesecaelalmidnquepuedeserusadocomoalmidn

(maizena)oserconvertidoendulcificantes(jarabesdemaz)oenetanol(Maizar,2007).

3.1.3 Bioetanol a partir de caa de azcar

Lacaadeazcaressindudalamateriaprimaparalaproduccindebioetanolms

rentableenestosmomentos,nosolosepuedeaprovechardirectamenteparaproducirbioetanol

(medianteeljugodecaa)sinotambinlamelaza(queseobtienecomosubproductodelain

dustriaazucarera).

ElmicroorganismomsutilizadoesS.cerevisiaeporsucapacidaddehidrolizarlasacarosadelacaadeazcar,encondicionesanaerbicas,parasuconversinhastaglucosayfructosa,doshexosasfcilmenteasimilables;ademspuedeproducir,enpresenciadepequeascantidadesdeoxgeno,lasntesisdesustanciascomocidosgrasosyesteroles.Lafermentacinalcohlicapuedellevarseacaboporlotes,alimentadosoenformacontinua.Elprocesotpicodeproduccindealcoholporlotesapartirdemelazasojugodecaa(denominadoprocesoMelleBoinot),comprendelaesterilizacindelamateriaprimaseguidadelajustedelpH.Elmostoobtenidosesometeafermentacin.Elvinoresultantesedecantaycentrifugapararecuperarelbioetanol,mientraslalevaduraserecirculaalosfermentadores.Paralaobtencinde


alcoholanhidroseutilizamayoritariamenteladestilacinazeotrpicaconbenceno(KosaricyVelikonja,1995) (Sanchez.OyCardona.C,2005a).

3.1.4 Bioetanol a partir de biomasa lignocelulsica

Enelmundosellevanacabograncantidaddeestudiosparadesarrollarlaproduccin

agranescaladealcoholapartirdebiomasalignocelulsica.Losmaterialesquemssehanin

vestigadosonmaderayresiduosforestales,papelrecicladoyresiduosdelaindustriapapelera,

bagazodecaa,desechosagrcolas(hojas,ramas,hierba,frutas,paja,etc.)ascomoresiduos

slidosurbanos.

Elprincipalretoenlaproduccindebioetanolapartirdebiomasalignocelulsicaesel

pretratamientoehidrlisisdelamateriaprima.

Elcomplejolignocelulsicoestcompuestoprincipalmentedeunamatrizdecarbohi

dratoscompuestadecelulosayligninaenlazadaporcadenasdehemicelulosa.

Elpretratamientotienecomoobjetivodesintegrarestamatrizdetalmaneraquelace

lulosareduzcasugradodecristalizacinyaumentelacelulosaamorfa,queeslamsadecuada

paraelposteriorataqueenzimtico.

Adicionalmente, lamayorpartedelahemicelulosasehidrolizaduranteel petratra

mientoylaligninaseliberaopuedeinclusodescomponerse.

Enunaetapaposterior,lacelulosaliberadaessometidaahidrlisisenzimticaconc

lulasexgenas,locualhacequeseobtengaunasolucindeazcaresfermentablesquecontiene

principalmenteglucosa,perotambinpentosas,resultantesdelahidrlisisinicialdelahemice

lulosa.


Estosazcaressonposteriormenteconvertidosenbioetanolmediantemicroorganis

mos,quepuedenutilizarunoovariosdelosazcarespresentes,enelmateriallignocelulsico

pretratadoehidrolizado.

Elpretratamientopermitequelosrendimientosenlahidrlisisdecelulosaaumentendemenosdel20%delosrendimientostericosavaloresmayoresal90%(Lynd,1996).Duranteelpretratamientoehidrlisisdelabiomasalignocelulsicaseforman,juntoconlosazcaresfermentables,grancantidaddecompuestosquepuedeninhibir la fermentacinsubsiguiente. Lassustancias inhibitorias seoriginancomoresultadodelahidrlisisdelosdiferentescomponentes,desdecidosorgnicosesterificadosalahemicelulosa,ydelosderivadosfenlicossolubilizadosdelalignina.Tambinseformanlosinhibidoresapartirdeproductosdedegradacindelosazcaressolublesydelalignina(Lynd,1996;PalmqvistyHahnHgerdal,2000a,b).Poreso,ydependiendodeltipodepretratamientoehidrlisisutilizados,esnecesariollevaracaboladestoxificacindelascorrientesquevanasersometidasafermentacin.Lasetapasdehidrlisisyfermentacinsepuedenrealizarenformasecuencial(hidrlisisyfermentacinseparadas,SHFporsussiglaseningls)ollevandoacaboenunasolaunidadlahidrlisisylafermentacinalmismotiempo(sacarificacinyfermentacinsimultneas;SSF).ElmicroorganismomsutilizadoparaesteprocesoesS.cerevisiaequefermentalashexosaspresentesenelhidrolizadomasnolaspentosas.Sehaexploradolaproduccindebioetanolapartirderesiduosslidosurbanos(RSU).Seestimaquemsdel70%delosmaterialesenterradosenlosvertederosdeEEUUsonlignocelulsicos(papel, cartn, desechosdejardn, entreotros).Elprocesodeobtencindebioetanolapartirdeestosresiduosporhidrlisis cida ya se hapatentado (Titmas, 1999)(Sanchez.OyCardona.C2005).

Otroobjetivoeslahidrlisisenzimticadelalmidnylacelulosapresentesenforma

mayoritariaenlosRSUdeorigenvegetalprocedentesderestosdemercadilloparasuconver

sinposteriorabioetanol(Cardonaetal.,2004),resultandodifcillaconversindelacelulosa

peronoladelalmidnyverificndoselaposibilidaddeobteneralcoholapartirdeestosresi

duosvegetales(Sanchez.OyCardona.C2005).


3.2 Evolucin de la produccin mundial de Bioetanol

Industrialmentelaproducindebioetanolcomienzaainiciosdelosaos80,perodu

rantelaprimerademostracindefuncionamientodeunmotordiesel,enlaFeriadeExhibicin

deParsde1898,seutilizaceitedecacahuetecomocombustible.Suinventor,RudolphDiesel,

pensabaqueelfuturodedichomotor(encontraposicinconlasmquinasdevapordelapoca,

queutilizabancarbn)pasabaporlautilizacindecombustiblesprocedentesdelabiomasa,y

asfuedehechohastalosaos20,enquelaindustriapetroleralosreleg.Deigualmanera,los

primerosautomvilesestadounidensesdeAmericanFordfuncionabanconbioetanol,ysucrea

dor,HenryFord,mantenatesismuysimilaresalasdeRudolphDiesel.

Comorespuestaalascrisisdelpetrleode1973y1978,laspolticasenergticasdelos

aos80favorecieronlabsquedadealternativasaladependenciadeloscombustiblesfsiles,

especialmenteenEEUUyBrasil(APPA,2007).

Observandoelgrfico4,cabedestacarelincrementoespectacularenlaproduccinde

bioetanolque,enlosdosaosymedioltimos,hacrecidoconunatasaanualdel28%.

Biocombustibles:Mitoorealidad.MarianaBallenilla.UMH,junio2007. 28Grfico4:Evolucindelaproduccinmundialdebioetanol19752005.Elaboracinpropiaa

partirdedatosde:CompiledbyEarthPolicyInstitutefromF.O.Lichtdata,citedinSuzanneHuntandPeter Stair,"BiofuelsHitaGusher,"VitalSigns20062007(Washington,DC:WorldwatchInstitute,2006),pp.4041,andfromF.O.Licht,"Ethanol:WorldProduction,byCountry,"table,WorldEthanolandBiofuelsReport,

vol.4,no.17(9May2006),p.395.

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

0250050007500

100001250015000175002000022500250002750030000325003500037500400004250045000

Evolucin de la produccin mundial de bioetanol1975-2005

Ao

Mill

on

es

del lit

ros

3.3 Produccin mundial de Bioetanol

Comoseobservaenelgrfico5,EstadoUnidoseselprimerproductormundialdebio

etanolyposee,segndatosdelaRenowableFuelsAssociation(RFA),114biorefinerias(siendo

Iowaelestadoconmsplantas),80enprocesodeconstrucciny7enprocesodeexpansina

fechadel13deMarzodel2007.

Prcticamentelatotalidaddeestasplantasutilizancomomateriaprimaprincipalel

maz(RFA,2007).


Grfico5:ProduccinmundialdeBioetanol,2005.Elaboracinpropiaapartirdedatosde:F.O. Licht,"Ethanol:WorldProduction,byCountry,"table,WorldEthanolandBiofuelsReport,vol.4,no.17(9

May2006),p.395.

Otros paisesJapon

AustraliaItalia

ArgentinaArabia Saudi

IndonesiaPoloniaCanadaUcrania

Reino UnidoTailandiaAlemania

EspaaSudafrica

RusiaFrancia

IndiachinaBrasil

Estados Unidos

0 5000 10000 15000 20000

Produccin mundial de Bioetanol,2005Pais

es

Millones de litros

Lamaneramenoscomplicadadeproducirbioetanolesusarbiomasaquecontieneazcaresdeseistomosdecarbono,quepuedenserfermentadasdirectamenteabioetanol.Lacaadeazcaryremolachacontienencantidadescuantiosasdeazcar,yenalgunospasesdelaUE(porejemploFrancia)dependendelaremolachaparaproduciretanol.HastalosaostreintaelbioetanolindustrialeraproducidoenlosEstadosUnidosatravsdelafermentacindemelazaobtenidadecultivosazucarados.Sinembargo,elpreciorelativamentealtodeazcarenlosEE.UUhahechomscostosoloscultivosdecaadeazcarquedecerealcomounmateriaprimadeetanoldesdeentonces.EnBrasilyenlamayoradelospasestropicalesqueproducenalcohol,lacaadeazcareslamateriaprimamscomnusadaparaproduciretanol(AgenciaInternacionaldelaEnergaIEA,2004).

EncambioBrasilsiguiendomuydecercaaEE.UUeselsegundoproductormundial

debioetanol,utilizacomomateriaprimaprincipallacaadeazcar.Brasilposee25plantasen

estemomentoaunquedespusdelavisitadelpresidentedelosEstadosUnidosalpas,sefir

maronacuerdosdeampliacinenlaproduccindebioetanolcomodanoticiaelsiguienteart

culo:

EstadosUnidosyBrasilfirmaronhoyunmemorandoparaabrirunanuevaeradecooperacinenbiocombustible,enelmarcodelaestrategiadeWashingtonparareducirsudependenciadelpetrleo.EldocumentofuesuscritoestamaanaporlasecretariadeEstadonorteamericana,CondoleezzaRice,yelcancillerbrasileo,CelsoAmorim,enelWorldTradeCenterdelaciudaddeSaoPablo,duranteunareuninqueseextendipocomsdeunahora.Loscancilleresdieronasimpulsoaliniciodeunacuerdoestratgicosobrelaproduccindeetanol,elcombustibleextradodevegetales,delcualambospasesdominanel75porcientodelaexistenciamundial. ElencuentroentreRiceyAmorim,eselgranhitoqueseesperabadelavisitaqueelPresidenteestadounidense,GeorgeW.Bush,inicianocheenlacapitalpaulista,primeraescaladesugiraporpasesdeLatinoamrica,queseguir enUruguay,Colombia,GuatemalayMxico.ElacuerdopermitelacoordinacindeBrasilyEEUUparaestablecerestndaresinternacionalesparalosbiocombustibles,demodoquepuedancomercializarseenlosmercadosinternacionales.AmbospasesfomentarntambinlaproduccindeestecombustibleenpasesdeCentroamricayelCaribe,pararesponderalacrecientedemandamundialdeestafuentedeenergaalternativaalpetrleo.LoqueelacuerdonocontieneesunareduccindelosarancelesqueEEUUimponealetanolprocedentedeBrasil(...).ElGobiernodeLuladaSilvapretende unarebajadeesosimpuestos,mientras queWashingtonalegaquelacuestincorrespondealCongresodeEEUU (Lanacin,9deMarzodel2007).


Brasileselmayorexportadordebioetanolenelescenarioglobalactualmente.Como

seobservaenelgrfico6lasexportacionesbrasileasdebioetanolhancrecidosignificativa

mentedesdeelao2000.Esteaumentosedebealcrecienteintersporelbioetanolcomocom

bustibleenelmercadointernacionaldelosltimosaos.

Enlosltimos3aos,EstadosUnidos,India,Japn,Pasesbajos,CoreadelSur,y

Sueciahansidolosprincipalesdestinatariosdelbioetanolbrasileo.En2004el73%delasex

portacionesbrasileasdebioetanolfuerondestinadasparaesospasesyenel2005el66%.En

elperiododeEneroaMayode2006fueronexportados738millonesdelitrossiendodel83%

deesevolumenparaesosseisdestinos(Rainieri.Selal..,2007).

ElSalvador,CostaRicayJamaicaconstituyentambinimportantesdestinosdelasex

portaciones brasileas de bioetanol. Estos pases son parte del Caribean Basin Iniciative

(CBI)ypuedenexportarbioetanolproducidoapartirdemateriaprimanodomesticaparael


Grfico6:ExportacionesbrasileasdeBioetanol,20002005.Elaboracinpropiaapartirde datosdeRANIERI.S,etal..(2007)

2000 2001 2002 2003 2004 2005

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

Exportaciones brasileas de Bioetanol, 2000-2005

Ao

Mill

on

es

de lit

ros

mercadodelosEEUU,siemprequenosesupereellmitedel7%delademandadeaquelpas.

Sieseeselcaso,estnexentosdeimpuestosdeimportacin,quesonaplicadasalproductoad

quiridodeotrosorgenescomoBrasil.EntoncesesospasesimportandeBrasil,bioetanolhidra

tado,reprocesandoloyexportndoloparaelmercadodeEstadoUnidos.Poresopartedelasex

portacionesbrasileasdebioetanolparaesospases,enrealidad,tienencomodestinofinallos

EstadosUnidos(Ranieri.Setal..,2007).

EnEspaalasplantasqueproducenbioetanolsonlassiguientes:

PlantasBioetanol Provincia Capacidad(Tm/ao) PuestaenMarcha

Ecocarbur.Espaoles Murcia 118000 2000

BioetanolGalicia ACorua 139000 2002

Biocarb.CastillaLen Salamanca 158000 Dic.2005

Total 415000

Tabla2:PlantasproductorasdeBioetanolenEspaa.Fuente:Appa,2005.


PARTEII

4. EL BALANCE ENERGTICO DE LOS BIOCOMBUSTI-

BLES

4.1 La Energa

Materiayenerga

Desdeelpuntodevistadelafsicaeneluniversosolohaydoscosas,materiayener

ga.

Lamateriatienemasa,formayvolumen,nuestrossentidoslapercibendirectamente,o

esocreemos,porejemplo,cuandonosconvencemosdelamaterialidaddeunobjeto,alverlo,no

tenemosencuentaquelavistaenrealidadessensibleaunaradiacinelectromagntica,lavisi

ble,quenisiquieranecesitaunmediomaterialparatransmitirse.Cuandodetectamoslapresen

ciadeotroobjetomaterialporelsonido,resultaquecuandoelododetectasonidos,estosenre

alidadsonondasdecompresin,otraformadetransmitirselaenerga,peroenestecasosopor

tadasporunmediomaterial,elaire.Cuandoconeltactoapreciamoslamaterialidaddeunobje

toporsutemperatura,enrealidadestamosapreciandounatransferenciadecalor,queesunafor

madeenerga.Ytodoestosincontarconeltrabajodenuestrosistemanerviosoparaorganizar

estosdatosyproporcionarnosunapercepcinmaterialdeluniverso.

Sinembargonuestrapercepcindelamateria(aunqueestmediadaporprocesosde

transmisindeenerga)esmsdirecta,concretaycierta,mientrasqueladelaenergaesms

imprecisa,relativayespeculativa.Desiemprealoscharlatanesyembaucadoreslesharesultado


fcilhablardedifusasenergas,ylesresultadifcilejercercuandopasanalterrenodelascrudas

realidadesmateriales(Ballenilla,2006a).

Energaytrabajo

Unaacepcinclsicadeenergaladefinecomolacapacidadderealizaruntrabajo,Los

manualesdefsicadefineneltrabajocomoelprocesoenelqueunafuerzaproducealgunamo

dificacin,porejemplo,undesplazamientodealgoqueestabaquieto,ounavariacindeladi

reccinolavelocidaddealgoqueseestabamoviendo.

Sistemas,materiayenerga

Eneluniversolosdistintoselementosnoseencuentranaislados,sinoqueinteraccio

nanunosconotros.Unconjuntodeelementosqueinteraccionanentresiesunsistema.Sien

esesistemahayintercambiodemateriayenergaconelexteriorsetratadeunsistemaabierto,

sisolohayintercambiosdeenergaperonodemateria,setratadeunsistemacerrado,ysino

hayintercambiosconotrossistemas,nidematerianideenerga,setratadeunsistemaaislado.

Nuncapodremosconocerunsistemaaislado,yaquealnointercambiarconotrosni

materianienerga,esindetectable,elnicosistemaaisladodelquetenemosnoticiaesnuestro

universo.

Elsistematerrestre,sinembargo,podemosconsiderarlounsistemacerrado,porquepo

demosvalorarcomoinsignificantesenrelacinconlamasatotaldelatierralastoneladasde

meteoritosydepolvodemeteoritosquelluevesobrelasuperficieterrestre(procedentedela

conversindeestosenestrellasfugacesalpenetrarenlaatmsfera).


Noesasconlaenerga.Latierrareciberadiacinsolarquetieneimportantesefectos

sobresudinmica.Esespecialmentesignificativaparalabiosferalaradiacinluminosa,yaque

partedeesta,graciasalafotosntesis,estransformadaenenergaqumicaenformadebiomasa.

Elplaneta,asuvez,tambinemiteradiacin,lamayorpartedeellainfrarroja,proce

dentedelcalentamientodesusuperficiedebidoalaradiacinsolar,yprocedentetambin,en

parte,delaenergainternadelatierra.Aesaradiacininfrarrojahayquesumarlelaradiacin

solarreflejadadebidaalalbedo.

Demaneraquelatierrapuedeconsiderarseunsistemacerradoporquesusintercam

biosdemateriaconelexteriorsonproporcionalmentemuypequeosypocosignificativosensu

dinmica,mientrasqueelintercambiodeenergasiqueesmuyrelevante.Unaciudad,sinem

bargo,esunejemplodesistemaabierto,yaquequecanalizaunintensoflujodesalidayentrada

tantodemateriacomodeenerga.

Energaysutransferencia:trabajoycalor

Jouleconstruyunaparatoqueconsistaenuntermodevidrioconlassuperficiespla

teadasyconunadobleparedentrelaquesehabahechoelvaco.Ensuinteriorhabaunter

mmetroyunasaspasquesepodanagitardesdeelexterior.Conesteinstrumentocomprob

queeltrabajoqueserealizabaagitandolasaspasdesdeelexterior,tenaelefectodecalentarel

lquidodelinterior,yquesenecesitabasiempreelmismotrabajoparacalentarunamismacan

tidaddeaguadesdeunatemperaturaconcretaaotratambindeterminada.

Demaneraqueesteexperimentoestableciquehabaunarelacindirectaentretrabajo


ycalor,yquelaenergaempleadaenagitarlasaspasseacumulabaenelsistemacerradodel

termo,comosemanifestabaconlasubidadetemperaturadelagua.Elincrementodetemperatu

radeunsistemalointerpretamoscomoquelaspartculasqueloconstituyenseagitanamsve

locidad,esdecir,tienenmsenergacintica,queantes.

Lacantidaddeenergaquepuedetenerunsistema,suenergainterna,puedevariar,y

estoesporquesepuedetransmitiraotrodedosmaneras,bienmedianteeltrabajo,esdecir,me

diantefuerzasqueproducendesplazamientos,obienmedianteelcalor.Estatransmisinsepro

ducecuandodossistemascerradosseponenencontactoynotienenlamismatemperatura,en

toncessetransmiteenergadeldemayortemperaturaaldemenortemperaturaenformadeca

lor,hastaquesealcanzaelequilibriotrmico,esdecir,hastaqueigualansutemperatura.

Demaneraquepodemosconsiderartantoalcalorcomoaltrabajocomolaformaen

quelossistemassetransfierenenerga.

EnhomenajeaJoule,enelsistemainternacionallaunidadparamedirlaenergaysus

formasdetransferirse:eltrabajoyelcalor,eseljulio,sinembargohayotrasunidadestambin

muypopulares,porejemplolacalora,queequivalea4,184julios.

Laconservacindelaenerga:Primerprincipiodelatermodinmica

Ahorabien,siloqueconsideramosesunsistemaaislado,lacantidaddeenergaque

contieneesconstante,constituyendoestaafirmacinelprimerprincipiodelatermodinmica.

Partiendodeconsideracionestericas,quemstardeconfirmarondatosexperimenta

les,Einsteinconsideralamateriacomounaformadeenergayrelacionaambasconlasi


guienteexpresin:

E = m c 2

Ademsextendielprincipiodeconservacinalconjuntodelamateriaylaenerga

deluniverso,querecordemosqueesunsistemaaislado.Desdeesepuntodevista,lasumade

materiayenergadeluniverso,alserunsistemaaislado,debepermanecerconstante.

Esteprincipio,validadoexperimentalmente,secumplesiempre,ytieneimportantes

consecuenciasdesdeelpuntodevistadelasmquinas.

Siconsideramosunamquinacomounsistema,yestadesarrollacontinuamenteuntra

bajoqueafectaalexteriordelsistema(delamquina),esdecir,transfiereenergahaciaelexte

riorenformadetrabajo(ydeprdidasporrozamiento),esnecesarioquelamquinarecibauna

cantidadequivalentedeenergadesdeelexterior.Lasmquinasquepretendennocumplireste

principioseconocencomomvilesperpetuosdeprimeraespecie,ynoexisten.

Laconversindecalorentrabajo

ConlaexperienciadeJoulevemosquepodemostransformareltrabajontegramenteen

calor,ytambinvemostodoslosdasquehaymquinasquetransformanelcalorentrabajo,son

lasmquinastrmicas,lamspopulareselmotordecombustininterna(quefuncionacondie

selocongasolina),peroelejemplomsrelevantedeellaseslamquinadevapor,responsable

delcomienzodelusodeloscombustiblesfsilesenlaindustria.

Elincrementodeproductividadenlaindustriafuetangrandegraciasalusodelam

quinadevaporyelcarbncomofuentedeenerga,quellevaestudiarlasenprofundidad,yya


en1842Carnotestableciqueadiferenciadeloqueocurraconeltrabajo(quesisepuedecon

vertirntegramenteencalor),notodoelcalorsepodatransformarentrabajo.Estableciade

msqueparaqueestoocurriese,hacanfaltadosfocoscalorficos,unoamstemperatura(la

caldera)yotroamenos(elsistemaderefrigeracin),enlatransmisindeenerga(calor)desde

elfocodemayortemperaturaaldemenor,escuandosepuedederivarpartedelaenergacomo

trabajo.Elrendimientotericodependedeladiferenciadetemperaturaentrelosdosfocos,pero

enlosmotoresreales,enlosquevancirculandoporah,estenosuperael30%(nienlosmejo

resautomviles)apesardetodanuestratecnologa.Esdecir,paraobtenersolo30juliosdetra

bajonecesitamos100juliosdecalor.

Carnotestableci,adems,quenosepodaconvertircalorentrabajoconunamquina

quetuvieseunsolofoco,esdecir,unautomvilnopuedesacarenergacalorficadelaireycon

vertirlaentrabajo,estamquinaimaginariaseconocecomomvilperpetuodesegundaespecie,

yestanimposiblecomolosmvilesdeprimeraespecie.

Demaneraqueenloqueserefiereamotoreshaydoscosasclaras,laprimeraesquesi

unamquinadesarrollauntrabajo,aesamquinahayqueaportarle,comomnimo,lamisma

cantidaddeenergaqueequivalealtrabajodesarrollado.Lasegundaesquesilaenergaquele

aportamosescalorfica,siemprehabrqueaportarlemuchamsdelaequivalentealtrabajoque

desarrolla.

Peroesqueadems,inclusoenelprimercaso,laenergaquehayqueaportardebeser

superioralaequivalentealtrabajotilquedesarrolla,porquenotodalaenergaqueaportamos

alsistemaseconvierteentrabajotil,partedeellaseutilizaenvencerrozamientosysetrans


formaencalor.

Lasmquinasmseficientesquehemosconseguidofabricarsonlasturbinasgigantes

deunagrancentralhidroelctrica,queconsiguentransformarmsdel99%delaenergamec

nicaenelctrica,lesiguenlosmotoreselctricosgrandes,coneficienciasdel90%yamucha

mayordistancialosmotoreselctricospequeosylapiladehidrgenoconpocomsdel60%

deeficiencia.

Laeficienciadelasmquinastrmicasreales,comohemosvistoantes,nosuelenllegar

asuperarel30%,exceptoencasosmuyespecialescomoenloscohetesdecombustiblelquido

ylasgrandesturbinasdevapor,coneficienciasque,entodocaso,nosuperanel50%.

Resumiendo,unamquinanopuederealizaruntrabajodelanada,sinoapartirdela

energa,adems,siemprevamosaobtenermenostrabajoquelaenergaaportadaalsistema,ysi

laenergaqueaportamosescalor,obtendremosanmuchomenostrabajoquelaenergaaporta

da.

Degradacindelaenergayentropa:Segundoprincipiodelatermodinmica

Aunquecalorytrabajosonlasdosformasenquesemanifiestalatransferenciade

energa,hayunadiferenciacualitativamuynotableentreambas,yaqueunadeterminadacanti

daddetrabajosepuedetrasformarntegramenteencalor,peronoalrevs.Adems,paraque

puedarealizarlohacenfaltadosfocosadistintatemperatura.

Esenesesentidoquepodemosconsiderarlaenergacalorficacomodegradada,por

queesenergaquehaperdidopartedesucapacidadderealizartrabajo.


Comosiemprequehaytransferenciadeenerga,partedeestaseconvierteencalorcon

elpasodeltiempo,laenergaseirdegradando.Aestaprdidadelaenergadesucapacidadde

realizaruntrabajoselaconocecomoincrementodelaentropa,yesunprocesoquesedaes

pontneamenteeneluniversoyseconocecomosegundoprincipiodelatermodinmica.

Ademslosfocoscondistintatemperaturatendernadesaparecer,conloquelaener

ganopodrrealizarningntrabajo,ysobrevendrlamuertetrmicadeluniversoenunaexpre

sindeClausius.Laentropaesunamedidadelgradodedegradacindelaenergadeunsiste

ma.


4.2 La Tasa de Retorno Energtico

Cuandoseanalizacualquiermquinaoprocesodetransferenciadeuntipodeenerga

enotrotenemoslosiguiente:

Laenergatilmslasperdidas,enaplicacindelprimerprincipiodelatermodin

micaesigualalacantidaddeenergaqueentraenelprocesoprocedentedelafuente.

Desdeelpuntodevistadel segundoprincipiodelatermodinmica, laenergatil

nuncaserigualalaenergaobtenidadelafuente,yaqueseproducirunaprdidadeenerga

pordisipacinenformadecalor.

ConocemosporeficienciaelcocienteentreEnergatil/Energafuente,ycuandode

cimosquelaeficienciadeunmotordeuncocheesdeun20%,queremosindicarqueparaobte

nerun20juliosdeenergamecnicatil(paratransportarnos)necesitamos100juliosdeener


Diagrama4a:Transformacindeenergaapartirdeunafuenteenenergatil

gaqumicadelagasolina(queeslafuente).

Cuandohablamosdegeneracindeenerga,enrealidadnoestamosgenerandonada,lo

queestamoshaciendoesutilizarunamquinaounprocesoquetransformadeterminadotipode

energa(lafuente)quenonosresultatiltalcualest,enotrotipodistintoquesitieneutilidad

paranosotros.

Comohemosvistoeneseproceso,debidoalsegundoprincipiodelatermodinmica,

seproducenprdidas,ysermsomenoseficienteenlamedidaenqueconsigamosminimizar

esasprdidas.

Eldiagrama4bseraelmismodiagramaperoaplicadoalaobtencindeenergatilen

formadebiocombustibles.

Peroparadesarrollarlaymantenerelprocesodetransformacinenergtica hacefaltainvertir

energatilencrearsuinfraestructura,mantenerlaymantener elproceso.

Mientrashemosdisfrutadodeladisponibilidaddeenergabarata,nonoshapreocupa

domuchoelcostoenergticodeponerenmarchaymantenerunprocesoparaobtenerenerga

Biocombustibles:Mitoorealidad.MarianaBallenilla.UMH,junio2007. 42Diagrama4b:Obtencindeenergatilcomobiocombustiblesapartirderadiacinluminosa

til,esdecir,conpocaentropayfcilmentemanejable.

Silosnmeros(econmicos)salan,erasuficiente,yaquelaenergaparasupuestaen

marchaymantenimientonoeraunfactorrelevanteenesosnmeros.

Sinembargo,enlaactualidad,cuandoyaestamosenelzenitdeproduccinpetrolfera

oensusaledaos,interrogarsesobrecuantaenergatilmevaaaportarundeterminadoproce

sodetransformacindeenerga,ycompararloconlaenergaquehasupuestoponerloenmar

chaymantenerlo,esdelaspreguntasmspertinentesquesepuedenhacer.

LarespuestaaestapreguntaeslaTRE(Prieto,P.2005y2007),oTasadeRetorno

Energtico(EROEIenelmundoanglosajn).Secalculadividiendolaenergatilquedicho

procesonosproporcionaentrelaenergatilquehemosempleadoenimplementarymantener

unprocesodetransformacindeenerga.


Diagrama5a:Energatilinvertidaenunprocesodetransformacindeenerga

Siponerenmarchaymantenerundeterminadoprocesodeobtencindeenergaalo

largodesuvidatilmehasupuestoutilizar2Gigajuliosydurantetodoesetiempoheobtenido

40Gigajulios,laTREesde20.Obtengoveinteveceslaenergainvertidaenelproceso,espor

tantounprocesorentableenergticamente.SinembargounprocesoconunaTREigualomenor

de1noesrentableenergticamente,yportantonosetrataradeunprocesodeobtencinde

energa,siesmenorde1msbienserunsumiderodeenerga.

Eldiagrama5bseraelmismoperoaplicadoalcasodelosbiocombustibles,comove

mostantolaclaridaddelconceptodelndice,comosuutilidad,resultanevidentes,perodonde

comienzanlasdificultadesesalahoradedeterminarsuvalor.


Diagrama5b:Energatilinvertidaenlaobtencindebiocombustibles

Esrelativamentefcildeterminarlaenergatilenmantenerelfuncionamientodel

proceso,tambinpuedeserlollevarlacontabilidaddelaenergainvertidaenmantenerlainfra

estructuradelproceso,peroCmoevaluarlaenergainvertidaenlacreacindelpropioproce

so?Debeincluirselaconstruccindelafbrica?lafabricacindelcemento?Ladelama

quinaria?Lamineradelmetalconquesefabriclamaquinaria?Esunproblemadifcil, y

ademsnohayuncriterioconsensuadosobrecmohacerlo.

Enprincipio,sermsfiableuncalculodelaTRE,cuantomssehayaespecificado

cmoseharealizado,ycuantosmselementosseconsiderenenesebalance.

Porotraparteenelbalancetambindebedeentrarlaenergaaportadaporlossubpro

ductos,ysobretodonohayqueperderdevistaquesetratadeunatasasituada,esdecir,laTRE

paraunmismoprocesoesdistintasegnelaodequesetrate,yaquelasfacilidadesproporcio

nadasporlainfraestructura,latecnologa,ladisponibilidaddeenerga,etc.deunasociedad

dadainfluyeconsiderablementeenelvalordelaTRE.

Adems,enelcasodelosbiocombustiblessetratadeunproceso,laagricultura ac


Diagrama6:Ladependenciaenergticadelaagricultura(Ballenilla,2004)

tual,queestfuertementemediadoporloscombustiblesfsiles,comopodemosapreciarenel

diagrama6.

4.2.1 Factores que influyen en el clculo de la Tasa de Retor-

no Energtico (TRE)

Demaneraquecuandoseanalizacualquierprocesodetransferenciadeuntipodeener

gaenotrotenemosqueconsiderarlosaspectosdeenergatilprecisosparadesarrollardicho

proceso,quesonlossiguientes:


Diagrama7:LaTREotasaderetornoenergtico(Ballenilla,2006b)

Energatilempleadaencrearlainfraestructuradelproceso

Laagriculturaindustrialusaunaextensainfraestructuracomotalleresmecnicos,pie

zasderepuesto,fabricasdemaquinaria,vasdeacceso,vasfrreas,etc.(Patzek,2004)yre

quieremaquinariapesada(camiones,tractores,arados,gras,automviles,ferrocarril,aviones,

locomotoras,embarcaciones)Locualdebeserreemplazadoperidicamente.

Lomismopuededecirsedelasfactorasqueconviertenlamateriaprimaenbiocom

bustibles,apartedelaenergainvertidaenlasinfraestructurasquepermiteneldesarrollodeesa

industria,hayquetenerencuentalaenergainvertidaenlacreacindelapropiafactora,por

ejemplo,sisehautilizadocementoparaconstruirlafactora,sehatenidoqueexcavarunacan

tera,transportarlaroca,triturarla,procesarlaycalentarlaa1400C,transportarydistribuirel

cementoydespusedificar.Estclaroquesinelaporteinicialdeenergatil,quepermitecons

truirlafactora,notendramosdespuslaenergatil,enformadebiocombustible,quenosin

teresa.

ResultaevidenteladificultaddevaloraresteinsumoenergticoCmovalorarelcoste

energticodelasinfraestructurasquepermiteneldesarrollodeunproceso?Deesecoste,are

partirentremultituddeprocesosdistintos,Cuantoeselatribuiblealprocesoquenosocupa?

Sitenemosencuentaquelautilidaddeunindiceest,sobretodo,enpermitirlacom

paracindedistintosprocesos,estadificultadsepuedesoslayarnoteniendoencuentaelgasto

energticodelasinfraestructurasgenerales,yaqueesegastoescompartidoportodoslosproce

sosenunmomentodado.SetratarasimplementesituarcronolgicamentelaTREcalculadaas.

Noocurrelomismoconelgastoenergticomsespecficodeundeterminadoproceso


(laconstruccindelafactora,porejemplo),esesiquehabraquetenerloencuenta,ytambin

esdifcil.Comoveremos,haynotablesdiferenciassobrelosfactoresquesetienenencuentay

enlaformadeabordarlosporlosdistintosautoresrevisadosenestePracticum.

Enestecaso,loesencialparaquelasTREfuesencomparables,seraconsensuarlos

factoresatenerencuentayelprotocoloparasuclculo.

Energatilinvertidaenmantenerlainfraestructuradelproceso

Unavezconstruidalamquina,lafactora,opuestoenmarchaelproceso,estedebede

mantenerse,hayungastoenergticoenelectricidad,enadministracinygestin,enreparacio

nes,enmantenimiento,enmodernizacin...

Energatilinvertidaenmantenerelfuncionamientodelproceso

Setratadelapartadomsfcildeinventariarpararealizarunbalanceenergticoyes,

portanto,elmsdesarrolladoporlosdistintosautoresrevisadosenestePracticum.Aqusere

correnalgunosdelosimputsenergticosmscitados:

Fertilizantesdenitrgeno:Sonobtenidosapartirdeamoniaco,cidontricoydixido

decarbona.Prcticamentetodoelamoniacoseproducecongasnatural.Porejemploen1995en

Europa la sntesis de amoniaco en plantas modernas consumieron aproximadamente 36,93

MJ/Kg(Biermannetal..,1999).

Fosfato,potasio,ycal:obtenidosprincipalmenteapartirdeenergafsil

Herbicidaseinsecticidas:obtenidosapartirdeenergafosil


Combustiblesfsiles:diesel,Gasolinagasdepetrleolicuado(LPG),ygasnatural

Transporte:paraeltransportedelamateriaprimahastasuprocesamientoseusancom

bustiblesfsiles

Semillas:Porejemplolaproduccindesemillasdemazhbridasesenergticamente

muyintensiva(Pimentel,2004).Senecesitandosgenotiposdemaz.Seusaelpolendeunge

notipoydebeimpedirsequeelpolendelotrogenotipopolinicealgenotipodelassemillasde

mazqueserncosechadas(Paztek,2004).

Irrigacin:lafuenteenergticaparalaextraccindelagua,lainfraestructurasderiego

paraeltransportecorrespondenprincipalmenteaenergafsil.

Laboreo:untrabajadornecesitaaproximadamente2000Kcalaldadealimentolos

cualesprovienendelaproduccinagrariaqueasuvezesobtenidamedianteelaportedeener

gafsil.

Comoyahesealado,esmuydifcilcuantificarlosvaloresdelaenergatilencrearlainfraes

tructuradelprocesoylaenergatilinvertidaenmantenerlainfraestructuradelproceso,loque

ocasionaquelosdiferentesvaloresdelaTREsedebanenmuchoscasosadiferenciasdecriterio

delosdistintosautoressobrelaenergaqueseconsume.

Elgrfico7,enelquesepuedeobservarlosrequerimientosenergticosdeenergaf

sildelcultivodelmazparadiversosautores,ilustramuybienestacircunstancia.


Comosepuedeobservarladiferenciafundamentalseencuentraenelgastoenergtico

derivadodelanecesidaddeusar maquinaria.ParaShaupouri,WangyBerthiaume,elgasto

energticoenmaquinariaesinexistente,mientrasquePimentelyPatzeksiqueloconsideran,

obteniendoresultadosmuydistintos.


Grfico7:Requerimientosenergticosdeenergafsildelcultivodelmazparadiversosautores.Fuente:Patzek, 2004.

4.2.2 La Tasa de Retorno Energtico del Bioetanol

4.2.2.1 La Tasa de Retorno Energtico del Bioetanol de Maz

Enlatabla3sepresentanunresumendelaproduccindemazporhectrea,delaenergatotalusadaenelprocesodedeconversindelmazabioetanol,delaenergaaportadaporlossubproductos,delvalorenergticonetodetodalaoperacinydelaTasadeRetornoEnergticodelBioetanoldeMaiz,todoellobasadoen10fuentesdistintasdevariosautoresendiferentesaos.Losdatosseencontrabaoriginalmenteenlasunidadesanglosajonas:Bushelpor Acres (Bu/acre), Libras por acre (lb/acre), Btu/lb, Galones por Bushel (gal/bu), BritishThermalUnitporgalones(Btu/gal).

Estudio/ao Produccindemaiz

Ratio de conversindeletanoldemaiz

Proceso de conversindeEtanol

Energa totalusada

Energa aportada por loscoproductos

Valorenergticoneto

TRE

l/ha litrodeetanol/litodemaiz

KJ/l KJ/l KJ/l KJ/l

Pimentel(1991) 1569,40 0,27 20539,89 36345,54(LHV) 5964,33 9297,98 0,74

Pimentel(2001) 1811,94 0,27 20838,55 36358,02(LHV) 5964,33 9310,46 0,74

Keeney andDeLuca(1990)

1697,80 0,27 13446,10 25298,76(LHV) 2240,92 2340,79 0,91

Marland andMorris(1995)

1697,80 0,27 13899,67 20510,09(HHV) 2254,51 5036,12 1,25

LorenzandMorris(1995)

1712,06 0,27 14967,98 22495,24(HHV)

7650,71 8485,72 1,37

Ho(1989) 1284,05 nd 15812,42 24966,97(LHV) 2912,81 1109,64 0,96

Wang el al(1999)

1783,40 0,27 11332,23 18988,77(LHV) 4147,29 6241,74 1,33

Agri. and agriFood canada(1999)

1654,99 0,29 13985,67 18988,77(LHV) 3899,00 8274,05 1,32

Shaupourietal.(1995)

1740,60 0,27 14779,62 22976,27(HHV) 4176,69 4492,11 1,20

Shaupouri el al(2002)

1783,40 0,29 14364,06 21423,88(HHV) 3986,95 5854,75 1,27

Tabla3:BalanceenergticodelEtanolfabricadoconmazsegndiversosautores.Elaboracinpropia apartirdedatosdeShaupouri,2002.

Nd:nodivulgado

LHV:valorcalorficobajo=21083,22KJ/LKeeneyandDeLucausan20717,04KJ/LHHV:valorcalorficoalto=23291,69KJ/Ldeetanol.LorenzandMorrisusan23330,25KJ/L


Cuandoseoxida(quema)uncombustibleparaobtenerenerga,elaguaqueresultadelareac

cinestenformadevapordeagua.Cuandosetrabajaconelvalorcalorficobajo(LHV)deun

combustible,sesuponequelosproductosdecombustincontienenelaguaenformadevapor,y

queelcontenidodeenergadeeseaguanoseharecuperado.Siseutilizaelvalorcalorficoalto

(HHV),sesuponequeelaguasehacondensadocompletamenteyqueportantoserecuperael

calorcontenidoenelagua(Patzek,2004).

Comosepuedeobservarenlatabla3seindicaelvalorcalorficoqueutilizacadaautor,esta

faltadehomogeneidadnoinfluyeenelclculodelaTRE(siemprequesemantengaelmismo

criterio,LHVoHHV,elclculoescorrecto)perohacemsdifcillacomparacinentrelosva

loresabsolutosenergticosdelosdistintosautores.


4.2.2.2 La Tasa de Retorno Energtico del Bioetanol de caa

de azcar

Enlasiguientetabla(tabla4)sepresentanlasentradasdeenergaylassalidasdeenergaenelprocesodelaconversindelacaadeazcarabioetanol,ascomolaTasaderetornoenergticodelmismo.SehanconvertidoalSistemaInternacionallosdatosdelestudiooriginalqueseencontrabanenKilocaloriasporToneladasdecaa(Kcal/TC).

EntradasdeenergaProduccindecaadeazcar(total) Produccindeetanol(total)

Energaconsumida

Energaconsumida

Salidadeenerga

KJ/L KJ/L KJ/L

OperacionesdeAgricultura 543,74 Electricidad 0 Etanol 27441,06

Transporte 613,31 Qumicos,lubricantes 90,85 Bagazo 2408,78

Fertilizantes 949,77 Construcciones 170,95

Cal,herbicidas,pesticidasetc 274,11 Equipamiento 443,50

Simiente 83,92

Equipamiento 416,61

Total 2881,46 705,30 29849,85

TRESalida/entrada 8,3

Tabla4:BalanceenergticodelBioetanolfabricadoconcaadeazcar.Elaboracinpropiaapartir dedatosdeMacedo,2004.


4.2.3 La Tasa de Retorno Energtico del Biodiesel

4.2.3.1 La Tasa de Retorno Energtico del Biodiesel de Palma

Aceitera

Enlasiguientetabla(tabla5)sepuedeobservarlasentradasysalidasdeenergapara

laconversindelaPalmaaceiteraenbiodieselparadiferentesestudiosenBrasilyColombia,

ademsdesuTasadeRetornoEnergticarespectiva.

BalancedeenergadelbiodieselprocedentedePalmaaceiteraenKJ/L

Entradadeenerga Salidadeenerga TRE

Estudios

Transporteyprodu

ccin

agrc

ola

Transporteyprodu

ccin

agrc

ola

Prod

uccin

debidiesel

Total

Shell

Torta

delncleodelapalma

Aceite

delncleodela

palm

a

Biod

iesel(LH

V)

Prod

uccin

deGlic

erina

Total

Colombia

A 2800 460 3250 6510 1380 2600 4320 35040 1850 45210 6,93

B 3470 730 3250 7460 1000 2440 4080 35040 1850 44410 5,95

C 1870 510 3250 5630 1170 5 35040 1850 38070 6,76

Brasil

A 13 1550 3250 4810 780 1300 35040 1800 38980 8,10

B 69 930 3250 4260 4050 860 2140 35040 1850 43950 10,31

C 31 2650 3250 5940 6250 860 2420 35040 1850 46150 7,77

Tabla5:BalancedeenergadelbiodieselprocedentedePalmaaceiteraenlascondicionesdeproduccindeColombiayBrasil.ElaboracinpropiaapartirdedatosdeDaCosta,2006.


4.2.3.2 La Tasa de Retorno Energtico del Biodiesel de soja

Latabla6presentalasentradasdeenergaenelcultivodelasoja,ylasentradasde

energaenelprocesamientodelasojacultivadaparaproducirBiodiesel.Tambinsepresentan

lassalidasdeenerga(laqueproporcionaelpropiobiodieselylasdelossubproductos),as

comolaTasadeRetornoEnergtico.EnelestudiooriginallosdatossepresentabanenBritish

ThermalUnitporGalondebiodieseldesoja,ysehanconvertidoalSistemaInternacional.

Tabla6.Balanceenergticodelbiodieselfabricadoconsoja

Entradadeenergaenlaagricultura

Entradadeenergaenelprocesamiento

Salidadeenerga

KJ/L debiodieseldesoja

KJ/L KJ/L

Energaganada

Fertilizante 1235,58 Extraccin deaceite

8891,85 Energa en elbiodiesel

36868,45

Pesticida 1037,24 Refinamiento deaceite

302,93 Coproductos 27252,56

Combustible 4036,88 Esterificacin 8139,51 Salida de energatotal

64121,01

Otros (feedstock)

1856,16 Total (procesamiento)

17334,02

Total(feedstock) 8165,59

Energa neta ganada

38621,14KJ/L

Totalentrada25499,88

Porcentajeganado151%

TRE2,51

Tabla6:BalanceenergticodelBiodieselfabricadoconsoja.Elaboracinpropiaapartirdedatosde Ahmed,1994.


4.2.4 Resumen de la Tasas de retorno energtico segn va-

rios autores

Acontinuacinsepresentalastablasresumendetodoslosestudiosrevisadoseneste

trabajotantodelbioetanolcomodelbiodiesel,(elnmeroqueaparecedebajocadaautoresel

nmerodelatabladereferenciaeneltrabajooriginal).Latabla7serefierealoscostesenerg

ticosdelcultivodelamateraprima.Latabla8abarcalosprocesosdefabricacindelosbio

combustiblesylatabla9esunresumendelasTREdelosdistintosautoresapartirdelosdatos

delastablas7y8.

Lastrestablaspresentanunasntesisdediversostrabajosyparaeso,nosolosehanpa

sadotodaslasunidadesalSI,sinoquesehatratadodeunificarconelmismocriteriolosdatos

detodaslasentradasysalidasdeenerga.

Paraorganizarlosdatosdelastrestablas,sehautilizadolaclasificacinqueaparece

enelDiagrama7enelqueseclasificalaEnergatilinvertidaenimplementarymantenerel

proceso(EI)en:

Crearlainfraestructuradelproceso

Mantenerlainfraestructuradelproceso

Mantenerelfuncionamientodelproceso

Estohasupuestoungrantrabajoyaquelosestudiosoriginalesnoatendanaestaclasi

ficacinyhahabidoqueencajarlosdatosdentrodeesteformato,graciasaestosepuedencom

pararenlastablas7y8todoslosaportesenergticosquesealacadaautor.

Tambinhasupuestomuchotrabajoytiemporealizarlaconversindeunidadesanglo


sajonas(absolutamenteidiosincrsicaseinclusoexticas)alsistemainternacional,sinesatarea

ylaorganizacindelosdatos,lacomparacindelosresultadosdelosdistintosautoresrevisa

dosenestePracticum,hubierasidoimposible.

Alcompararlosresultadosdelosdistintosautores,podemosobservarquelostrabajos

msdetalladosencuantoalaobtencindelaTasadeRetornoEnergticoloharealizadoPi

mentelyPatzek.

Porotroladoeltrabajoqueespecificaconmsdetallelosaportesenergticosdelos

subproductoseseldeDaCostaySilvaobteniendo,ynoporcasualidad,laTREmsaltadeeste

estudiocomparativo(yaqueapuntamenosgastosdeenergatilenelcultivoyfabricacinde

biocombustibles,yespecificanmslaenergaretornadaporlossubproductos).



Tabla7:Costeenergticodecultivosparaproducirbiocombustibles.


Tabla8:Costesenergticosdelprocesoporlitrodebiocombustible.


Tabla9:TREdevariosbiocombustibles,segndistintosautores.

4.3 Comparacin de las tasas de retorno energtico de los biocombustibles con las tasas de retorno energti-co de otras fuentes de energa.

NotendraningnsentidohacerunanlisisdelaTREdelosdistintosbiocombustibles

sintenercomoelementodereferencialaTREdeotrasfuentesenergticas.Acontinuacinse

ofreceunacomparacinentreellasbasndoseenlosdatosdeHallyCleveland(2006).

DestacadeentretodasellaslaTREdelpetroleoUSAdelosaos30conunaTREmayorde

100.Sepuededecirsintemoraequivocarsequelaabundanciadedichocombustible,conuna

TREtanalta,ytanfcildemanejar,hasidoelprincipalresponsabledeldesarrollodelacivili


Grfico8:TasaderetornoenergticodeotrasfuentesenergticascomparandolaconlaTREdeestarevisin biobliogrficaparabiocombustibles.

PetrleonacionalUSA1930

PetrleoimportadoUSA1970


PetrleoimportadoUSA2005


Aerogeneradores

Gasnatural

Hidroelctrica

Carbnnacional2005

Lea

Gashol

Nuclear

Arenasasflticas

RevsbiocombustBallenilla_07

0102030405060708090

100110

Tasaderetornoenergtico

ElaboracinpropiaapartirdelosdatosdeestarevisinydeHallandCleveland,1981;Clevelandetal.,1984;Halletal.,1986;Cleveland2005enEROI:TheKeyVariableinAssessingAlternativeEnergyFutures?(andEROIforglobaloilandgas19922005)ponenciapresentada

enlaVconferenciadeASPOenPisa,Italia,el19dejuliode2006.Biocombustibles,mitoorealidad(Ballenilla,M.2007).

TRE

zacinindustrialtalycomoahoralaconocemos.LesigueladelcarbnconunaTREdecasi

90,luegoseencuentran,conunaTREentre20y40,losaerogeneradores,lahidroelctrica,el

petroleoimportadoUSA1970,elpetroleonacionalUSA1970,elpetroleoimportadoUSA2005

ylalea.ImpresionavercomohacadolaTREdelpetrleonacionalUSAde2005,seguramen

tedebidoaquegranparteprocededeyacimientosantiguosydeplataformasmarinas,enambos

casossetratadeunpetrleodifcildeextraer.Tambinllamalaatencinlarelativamentebaja

TREdelgasnatural,estclaroquesudificultaddeexplotacinpasafacturaenelclculodela

TRE,noesextraoquelageneralizacindesuusohayasidoposterioralpetrleo.

Yyaenlacolaseencuentranlosbiocombustiblesdeestarevisin,lasnucleares,ylasarenas

asflticas,conunaTREqueoscilaentre0y10.


5. RENDIMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMAS EN LA

PRODUCCIN DE BIOCOMBUSTIBLES

Elrendimientodelasmateriasprimasautilizarparalaobtencindebiocombustibles

esunfactormuyimportante,teniendoencuentaquelamateriaprimasuponemsdelamitad

deloscostosdefabricacindelosbiocombustibles.Enlagrfica9sepuedeobservarquela

caadeazcartieneunrendimientoenlitrosporhectreaquedoblaaldelmaz,sinembargoel

mazeslamateriaprimausadaenlosEstadoUnidos.

Elgrfico9muestralaenormediferenciaderendimientoentrelosdiferentesproductos

agrcolasdepasestropicalesydeclimatemplado.Paraproducirelmismovolumendebiocom

bustible,losEstadosUnidosnecesitaneldobledelreademazqueBrasilconcaadeazcar.

Lastpicasplantasdelclimatempladocomoeltrigoolacebada,conexcepcindelaremola

cha,tienenanmenorrendimiento(Phaumann,2006).


Grfico9:RendimientodelasMateriasPrimasdelBioetanol.Elaboracinpropiaaparirdedatosde Fultonetal..citadoenWorlwatchinstitute,2006.

Cebada Trigo Maz Remolacha Caa de Azucar

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Rendimiento de las Materia Primas del Bioetanol

Materias primas

Litr

os/

Hect

are

a

Paralaproduccindebiodieselocurrelomismo,comosepuedeobservarenlagrfica10,

elaceitedepalmasuperaentresveceselrendimientodelacolza(utilizadaenAlemania)esto

explicalasnuevasinversionesqueseestnllevandoacaboenMalasiaparaproduciraceitede

palma.Igualmente,loscultivostropicalestienenunaventajacomparativaensurendimientopor

hectreafrentealoscultivosdelaszonastempladas.

Lascausasdeestacircunstanciasonmsluz,temperaturaaltatodoelaoypluviome

triaabundante.


Grfico10:RendimientodelasMateriasPrimasdelBiodiesel.Elaboracinpropiaapartirdedatosde Fultonetal..citadoenWorlwatchinstitute,2006.

Soja Ricino Girasol Colza Jatropha Palma aceitera

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Rendimiento de la Materias Primas del Biodiesel

Materias Primas

Litr

os/

Hect

are

a

PARTE III

6. LA DISPONIBILIDAD DE TIERRAS DE CULTIVO PARA

BIOCOMBUSTIBLES

Enlagrfica11semuestraelporcentajedetierrasdecultivoqueseriannecesarias

parasustituirel10%delconsumodegasolinaparaeltransporteporbiocombustibles,laEuropa

delosquincenecesitaraun72%detodassustierrasdecultivoparasuplirsoloel10%delcar

buranteusadoeneltransporte.HayquetenerencuentaqueconlaampliacindelaUEa25

esteporcentajedisminuirayaquesedispondrandenuevastierrasdecultivo.

LaspartesdelreadelMundosecalculanconcernientealatierrausadaparaloscereales,lasoleaginosasyelazcarglobal(Mundo1)ydentrodelasprincipalescincoregionesqueproducenbiocombustiblessolamente(Mundo2)


Grfico11:Requerimientodetierrasdecultivoparasustituirunconsumodel10%porbiocombustibleseneltransporte.ElaboracinpropiaapartirdedatosdelaOCDE,2004

EEUU Canada Europa-15 Polonia Brasil Mundo 1) Mundo 2)

05

1015202530354045505560657075

Requerimiento de tierras de cultivo para sustituirun consumo del 10% por biocombustibles en el tranporte

Paises

% d

e t

ierr

as

de c

ult

ivo

Todoslosrequerimientosdelasreassecalculanenbasealreamediadelacosechayrecogenlosdatospara20002004y paraelconsumodecombustibleparatransporteen2004.Paraestosclculos,losporcentajesdel2004enlamezcladelamateriaprimaseasumequepermanecensincambiar.LosclculosparalaUninEuropeaexcluyeneletanoldelvino,elcualrepresentacercadeel18%deproduccindeletanoldeeuropeaen2004.

Losejemplosdelosdosproductoresprincipalesdebioetanol,BrasilyEstadosUnidos,

muestranestasdiferencias.Paraproducirlos16.500millonesdelitrosdebioetanolporao,

Brasilutilizacercade2,75millonesdeha(lamitaddelreadecaa)locualrepresentael0,5%

delreaagrcolaactualmentecultivadaenBrasil.Estaproduccinbastaparareemplazarcasila

mitaddelagasolina.EstadosUnidosnecesitaparalamismacantidaddebioetanolcasi6millo

nesdehasquerepresentael15%delreacultivadaactualmenteconmazy3,5%delreatotal

agrcola.Laproduccinactualllegaasustituirapenasel2,5%delconsumototaldelagasolina.

EstimacionessobreelpotencialtotaldeproduccindeetanoldemazenEstadosUnidos(Uni

versityofToronto,2006)lleganalaconclusindequenoserposibleaumentarlaproduccin

debioetanolenbaseamazmsalldeunasubstitucindel15%delconsumodegasolina

(Pfaumann,2006).

Lasituacinparalospasesindustrializadosconlaproduccindebiodieselesms

complicadatodava.Alemania,elmayorproductordebiodiesel,produceactualmente1.900mi

llonesdelitrosloquerepresenta54%delaproduccinmundialperoniel2%delconsumodel

dieselenAlemania.ParaproducirestacantidadAlemanianecesitacasi1,5millonesdehade

colzaygirasol,loquesignifica10%delreatotalcultivadaactualmenteenesepas.

UnaextrapolacindeestosdatosdemuestralaventajacomparativaquetieneBrasily

seguramenteotrospasesdelareginenlaproduccindebiocombustibles(Pfaumann,2006).

Paracumplirconelmandatodemezcladel5,75%debiodieselhastael2010,Alemania


tendraqueocuparcasi1/3desutierraaptaparaagriculturaparalaproduccindeoleaginosas.

Paraimplementarunamezcladel10%enlagasolina,EstadosUnidostendraquetransformarla

mitaddelaproduccindemazenbioetanol,utilizandoun15%desutierraagrcolaparaese

menester.

Brasil,porelcontrario,conel11,5%desustierrasactualmentecultivadas,podra

reemplazartotalmentesugasolinaporetanol(perohayquetenerencuentaqueelconsumode

petroleoenBrasilesmuchomenorqueeldeEEUU).Paraproducirelbioetanolnecesariopara

sustituir10%degasolinaenEstadosUnidos,Brasilnecesitarael3%delatierraactualmente

utilizadaparaagricultura(enbaseaunrendimientodel80%delasmejorestierrasdecaade

azcardeBrasil(Pfaumann,2006).

Sinembargohayquetenerencuentaqueestospasestienenlosndicesmsaltosen

biodiversidaddelplaneta,porelloelaumentodelasuperficiededicadaabiocombustiblessu

pondraprdidasirreparablesencuantoabiodoversidad.Viendolafotodeportadadeestetra

bajodePracticumesmuyfcildarsecuentadelagravedaddeestecondicionante.

Elgrfico11visualizalaproblemticaqueenfrentanlospasesindustrializados.La

UninEuropeatendraqueocuparcasitrescuartas partesdesureacultivadaparasustituir

apenasel10%degasolinaydebiodiesel(Pfaumann,2006).

Hayqueconstatarquelospasesindustrializados(quealmismotiemposonlosgran

desconsumidoresdecombustibles)nollegarnaporcentajessignificativosdereemplazodelos

combustiblestradicionalesenbaseasupropiaproduccinagrcola.Siquierencumplirconlas

metasestablecidasoporestablecerse,tendrnqueimportarpartedelosbiocombustiblesybajar


lasrestriccionescomercialesestableciendoasunmercadoglobal.

EstoesloqueestsucediendoenLaUninEuropea,comoveremosenelcapitulo7,

laspolticasqueestallevandoacabovanenestadireccin.

Estaposicindelospasesindustrializadospodracambiaren5a10aosunavezcre

adalaposibilidaddeproducirbioetanolapartirdecelulosa,agranescala.

Aunquehayquetenerencuentaqueesteprocesodeobtencindebioetanolestatoda

vaenfasedeinvestigacin.

ElBancoMundialllegaalassiguientesconclusiones:

Acortoplazo,elbioetanoldelacaadeazcaresprobablementelaopcinmsviablecomercialmente.Otroscultivosaumentanelcostedeproduccinyespocoprobablequefinancieramenteseanviablessinlaayudadesubvencionesdelgobierno....Alargoplazo,unadelasreasconlapromesamsgrandedellegarasercomercialmenteviableesfabricacindelbioetanoldelacelulosa:productosdebosque,basurasdemadera,residuosdelacosecha,ycosechasenergticastalescomoswitchgrass(WorlBank,2005).

Esdedestacarcomo,hastalasgrandesinstancias,tienenpuestassusexpectativasenel

bioetanolapartirdematerialeslignocelulsicos,perohayquerecordarqueactualmentenoson

viables.

Comosealandiversosautores,loscostosdeproduccinsontanelevadosquetodava

nosehapuestoenfuncionamientoningunaplantacomercialqueutiliceestamateriaprima.

Sinembargo,muchoscentrosdeinvestigacindediferentespasesestnadelantandoestudios

conmirasadisminuirestoscostosyllevarlosanivelesrentablesparaunaoperacinindustrial

(SanchezyCardona,2005).


7. COMPETENCIA CON LA PRODUCCIN DE ALIMEN-

TOS

Actualmenteparalospasesdelprimermundolaproduccindebiocombustiblesnore

presentaningndaoalaseguridadalimentaria.Essinembargoenlospasesdeltercermundo

dondelosbiocombustiblespuedenrepresentarproblemasencuantoasuseguridadalimentaria.

AcontinuacinseincluyenlasreflexionesdelaFAOsobreestacuestin:

Losbiocombustiblesseproducenfundamentalmenteabasedecultivosagrcolasquetambinpuedenserutilizadosparalaalimentacinylospiensos,porloquepodrantenerrepercusionesdirectasenlaseguridadalimentariapormediodesusefectosenlospreciosdelosproductosbsicos(OficinaregionaldelaFAOparaAmricaLatinayelCaribeCEPAL,2007).

Hayqueentenderquenosetratadeunproblemadeinsuficienciaenlaproduccin

agrcoladeesospases,sinodeaccesodelascapasmsdesfavorecidasalosalimentosproduci

dos,debidoasuprecio.

AmricaLatinayelCaribet

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