Los biocombustibles de segunda generación , también conocidos como biocombustibles avanzados , son combustibles que pueden fabricarse a partir de diversos tipos de biomasa no alimentaria . En este contexto, biomasa significa materiales vegetales y desechos animales utilizados especialmente como fuente de combustible.
Los biocombustibles de primera generación se elaboran a partir de materias primas de almidón y azúcar (por ejemplo, caña de azúcar y maíz ) y materias primas de aceites comestibles (por ejemplo, aceite de colza y soja ), que generalmente se convierten en bioetanol y biodiésel , respectivamente. [1]
Los biocombustibles de segunda generación se elaboran a partir de materias primas diferentes y, por lo tanto, pueden requerir una tecnología diferente para extraer energía útil de ellas. Entre las materias primas de segunda generación se incluyen la biomasa lignocelulósica o los cultivos leñosos, los residuos o desechos agrícolas, así como los cultivos energéticos no alimentarios dedicados a la producción de alimentos en tierras marginales no aptas para la producción de alimentos.
El término biocombustibles de segunda generación se utiliza de manera imprecisa para describir tanto la tecnología "avanzada" utilizada para procesar materias primas y convertirlas en biocombustibles, como el uso de cultivos no alimentarios, biomasa y desechos como materias primas en tecnologías de procesamiento de biocombustibles "estándar", si es adecuado. Esto provoca una considerable confusión. Por lo tanto, es importante distinguir entre materias primas de segunda generación y tecnologías de procesamiento de biocombustibles de segunda generación.
El desarrollo de biocombustibles de segunda generación ha recibido un estímulo a raíz del dilema entre alimentos y combustibles, en relación con el riesgo de desviar tierras agrícolas o cultivos para la producción de biocombustibles en detrimento del suministro de alimentos . El debate sobre los precios de los alimentos y los biocombustibles implica opiniones muy diversas y es un tema controvertido desde hace mucho tiempo en la literatura.
Se han desarrollado tecnologías de biocombustibles de segunda generación para permitir el uso de materias primas de biocombustibles no alimentarias debido a las preocupaciones sobre la seguridad alimentaria causadas por el uso de cultivos alimentarios para la producción de biocombustibles de primera generación . [2] El desvío de biomasa alimentaria comestible hacia la producción de biocombustibles podría, teóricamente, generar competencia con los alimentos y los usos de la tierra para los cultivos alimentarios.
El bioetanol de primera generación se produce fermentando azúcares derivados de plantas para obtener etanol , utilizando un proceso similar al que se utiliza en la elaboración de cerveza y vino (véase Fermentación del etanol ). Esto requiere el uso de cultivos alimentarios y forrajeros, como la caña de azúcar , el maíz , el trigo y la remolacha azucarera . La preocupación es que si estos cultivos alimentarios se utilizan para la producción de biocombustibles, los precios de los alimentos podrían aumentar y podría experimentarse escasez en algunos países. El maíz, el trigo y la remolacha azucarera también pueden requerir altos insumos agrícolas en forma de fertilizantes , que limitan las reducciones de gases de efecto invernadero que se pueden lograr. El biodiésel producido por transesterificación a partir de aceite de colza , aceite de palma u otros aceites vegetales también se considera un biocombustible de primera generación.
El objetivo de los procesos de biocombustibles de segunda generación es ampliar la cantidad de biocombustible que se puede producir de forma sostenible mediante el uso de biomasa que consiste en las partes residuales no alimentarias de los cultivos actuales, como tallos , hojas y cáscaras que quedan una vez que se ha extraído el cultivo alimentario, así como otros cultivos que no se utilizan con fines alimentarios ( cultivos no alimentarios ), como el pasto varilla , la hierba , la jatropha , el maíz de cosecha entera , el miscanthus y los cereales que dan poco grano, y también desechos industriales como astillas de madera , pieles y pulpa del prensado de frutas, etc. [3] Sin embargo, su producción puede servir como un obstáculo porque se considera que no es rentable y la tecnología moderna es insuficiente para su creación continua. [4]
El problema que abordan los procesos de biocombustibles de segunda generación es extraer materias primas útiles de esta biomasa leñosa o fibrosa, que se compone predominantemente de paredes celulares vegetales . En todas las plantas vasculares, los azúcares útiles de la pared celular están unidos dentro de los carbohidratos complejos ( polímeros de moléculas de azúcar) hemicelulosa y celulosa, pero se vuelven inaccesibles para el uso directo por el polímero fenólico lignina . El etanol lignocelulósico se elabora extrayendo moléculas de azúcar de los carbohidratos utilizando enzimas , calentamiento con vapor u otros pretratamientos. Estos azúcares luego se pueden fermentar para producir etanol de la misma manera que la producción de bioetanol de primera generación . El subproducto de este proceso es la lignina. La lignina se puede quemar como un combustible neutro en carbono para producir calor y energía para la planta de procesamiento y posiblemente para los hogares y negocios circundantes. Los procesos termoquímicos (licuefacción) en medios hidrotermales pueden producir productos oleosos líquidos a partir de una amplia gama de materias primas [5] que tienen el potencial de reemplazar o aumentar los combustibles. Sin embargo, estos productos líquidos no cumplen con los estándares del diésel o el biodiésel. La mejora de los productos de licuefacción mediante uno o varios procesos físicos o químicos puede mejorar las propiedades para su uso como combustible. [6]
Las siguientes subsecciones describen las principales rutas de segunda generación que se encuentran actualmente en desarrollo.
Los materiales a base de carbono pueden calentarse a altas temperaturas en ausencia (pirólisis) o presencia de oxígeno, aire y/o vapor (gasificación).
Estos procesos termoquímicos producen una mezcla de gases que incluye hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano y otros hidrocarburos, y agua. La pirólisis también produce un carbón sólido. El gas se puede fermentar o sintetizar químicamente para obtener una variedad de combustibles, entre ellos etanol, diésel sintético, gasolina sintética o combustible para aviones. [7]
También existen procesos de temperatura más baja, en la región de 150–374 °C, que producen azúcares al descomponer la biomasa en agua con o sin aditivos.
Las tecnologías de gasificación están bien establecidas para materias primas convencionales como el carbón y el petróleo crudo. Las tecnologías de gasificación de segunda generación incluyen la gasificación de residuos forestales y agrícolas, desechos de madera, cultivos energéticos y licor negro . [8] El resultado normalmente es gas de síntesis para su posterior síntesis, por ejemplo, para productos Fischer-Tropsch, incluidos combustible diésel, biometanol , BioDME ( dimetiléter ), gasolina mediante conversión catalítica de dimetiléter o biometano ( gas natural sintético ). [9] El gas de síntesis también se puede utilizar en la producción de calor y para la generación de energía mecánica y eléctrica a través de motores de gas o turbinas de gas .
La pirólisis es una técnica bien establecida para la descomposición de material orgánico a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno . En aplicaciones de biocombustibles de segunda generación, los residuos forestales y agrícolas, los desechos de madera y los cultivos energéticos se pueden utilizar como materia prima para producir, por ejemplo, biocombustible para aplicaciones de combustible. El biocombustible generalmente requiere un tratamiento adicional significativo para que sea adecuado como materia prima de refinería para reemplazar al petróleo crudo.
La torrefacción es una forma de pirólisis a temperaturas que suelen oscilar entre 200 y 320 °C. Las materias primas y el resultado son los mismos que para la pirólisis.
La licuefacción hidrotermal es un proceso similar a la pirólisis que puede procesar materiales húmedos. El proceso se realiza normalmente a temperaturas moderadas de hasta 400 °C y a presiones superiores a las atmosféricas. La capacidad de manipular una amplia gama de materiales hace que la licuefacción hidrotermal sea viable para producir combustible y materia prima para la producción química.
Los procesos químicos y biológicos que se utilizan actualmente en otras aplicaciones se están adaptando para los biocombustibles de segunda generación. Los procesos bioquímicos suelen emplear un pretratamiento para acelerar el proceso de hidrólisis, que separa la lignina, la hemicelulosa y la celulosa. Una vez separados estos ingredientes, las fracciones de celulosa se pueden fermentar para obtener alcoholes. [7]
Las materias primas son cultivos energéticos, residuos agrícolas y forestales, residuos orgánicos de la industria alimentaria y municipales y otra biomasa que contiene azúcares . Los productos incluyen alcoholes (como etanol y butanol ) y otros hidrocarburos para uso en el transporte.
Los siguientes biocombustibles de segunda generación están en fase de desarrollo, aunque la mayoría o la totalidad de estos biocombustibles se sintetizan a partir de productos intermedios, como el gas de síntesis, utilizando métodos idénticos en procesos que involucran materias primas convencionales, biocombustibles de primera y segunda generación. La característica distintiva es la tecnología utilizada para producir el producto intermedio, más que el producto final.
Un proceso que produce combustibles líquidos a partir de gas (normalmente gas de síntesis) se denomina proceso de gas a líquido (GtL). [10] Cuando la biomasa es la fuente de producción de gas, el proceso también se conoce como proceso de biomasa a líquido (BTL).
El proceso Fischer-Tropsch (FT) es un proceso de gas a líquido (GtL). [10] Cuando la biomasa es la fuente de producción de gas, el proceso también se conoce como biomasa a líquido (BTL). [21] [22] Una desventaja de este proceso es la alta inversión energética para la síntesis FT y, en consecuencia, el proceso aún no es económico.
Para que una fuente de biocombustibles sea considerada materia prima de segunda generación, no debe ser apta para el consumo humano. Entre las materias primas de biocombustibles de segunda generación se encuentran los cultivos energéticos no comestibles cultivados específicamente, los aceites no comestibles cultivados, los desechos agrícolas y municipales, los aceites usados y las algas. [25] Sin embargo, los cultivos de cereales y azúcar también se utilizan como materias primas para las tecnologías de procesamiento de segunda generación. Al evaluar la idoneidad de desarrollar biomasa como materia prima para la energía, se deben tener en cuenta el uso de la tierra, las industrias de biomasa existentes y las tecnologías de conversión pertinentes. [26]
Las plantas están hechas de lignina , hemicelulosa y celulosa ; la tecnología de segunda generación utiliza uno, dos o todos estos componentes. Los cultivos energéticos lignocelulósicos más comunes incluyen paja de trigo , Arundo donax , Miscanthus spp., álamo de corta duración y sauce . Sin embargo, cada uno ofrece diferentes oportunidades y ningún cultivo puede considerarse "mejor" o "peor". [27]
Los residuos sólidos urbanos comprenden una amplia gama de materiales y la generación total de residuos está aumentando. En el Reino Unido, las iniciativas de reciclaje reducen la proporción de residuos que se eliminan directamente y el nivel de reciclaje aumenta cada año. Sin embargo, siguen existiendo oportunidades significativas para convertir estos residuos en combustible mediante la gasificación o la pirólisis. [28]
Los residuos verdes, como los residuos forestales o los desechos de jardines o parques [29], se pueden utilizar para producir biocombustibles a través de diferentes vías. Algunos ejemplos incluyen el biogás capturado a partir de residuos verdes biodegradables y la gasificación o hidrólisis para obtener gas de síntesis para su posterior procesamiento en biocombustibles a través de procesos catalíticos .
El licor negro, el licor de cocción usado del proceso kraft que contiene lignina concentrada y hemicelulosa , se puede gasificar con una eficiencia de conversión muy alta y un potencial de reducción de gases de efecto invernadero [30] para producir gas de síntesis para su posterior síntesis, por ejemplo, en biometanol o BioDME .
El rendimiento del aceite de resina crudo a partir del proceso está en el rango de 30 a 50 kg/tonelada de pulpa. [31]
Los biocombustibles lignocelulósicos reducen las emisiones de gases de efecto invernadero entre un 60 y un 90 % en comparación con el petróleo fósil (Börjesson. P. et al. 2013. Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel), lo que está a la par con los mejores biocombustibles actuales de primera generación, donde los mejores valores típicos actualmente son del 60 al 80 %. En 2010, el ahorro promedio de los biocombustibles utilizados en la UE fue del 60 % (Hamelinck. C. et al. 2013 Renewable energy progress and biofuels sustainability, Report for the European Commission). En 2013, el 70 % de los biocombustibles utilizados en Suecia redujeron las emisiones en un 66 % o más (Energimyndigheten 2014. Hållbara biodrivmedel och flytande biobränslen 2013).
En Canadá se encuentra en funcionamiento una planta de producción de etanol lignocelulósico, dirigida por Iogen Corporation . [32] La planta a escala de demostración produce alrededor de 700.000 litros de bioetanol al año. Se está construyendo una planta comercial. Se han propuesto muchas otras plantas de etanol lignocelulósico en América del Norte y en todo el mundo.
La fábrica de celulosa especializada sueca Domsjö Fabriker en Örnsköldsvik , Suecia, desarrolla una biorrefinería utilizando la tecnología de gasificación de licor negro de Chemrec . [33] Cuando se ponga en funcionamiento en 2015, la biorrefinería producirá 140.000 toneladas de biometanol o 100.000 toneladas de BioDME por año, reemplazando el 2% de las importaciones de combustible diésel de Suecia para fines de transporte. En mayo de 2012 se reveló que Domsjö se retiró del proyecto, lo que efectivamente acabó con el esfuerzo.
En el Reino Unido, empresas como INEOS Bio y British Airways están desarrollando refinerías de biocombustibles avanzados, cuya construcción está prevista para 2013 y 2014, respectivamente. En condiciones económicas favorables y con fuertes mejoras en el apoyo político, las proyecciones de la NNFCC sugieren que los biocombustibles avanzados podrían cubrir hasta el 4,3% del combustible para el transporte del Reino Unido para 2020 y ahorrar 3,2 millones de toneladas de CO2 al año, lo que equivale a retirar casi un millón de automóviles de las carreteras. [27]
Helsinki, Finlandia, 1 de febrero de 2012 – UPM invertirá en una biorrefinería que producirá biocombustibles a partir de aceite de resina crudo en Lappeenranta, Finlandia. La inversión a escala industrial es la primera de este tipo en todo el mundo. La biorrefinería producirá anualmente aproximadamente 100.000 toneladas de biodiésel avanzado de segunda generación para el transporte. La construcción de la biorrefinería comenzará en el verano de 2012 en la planta de UPM en Kaukas y se completará en 2014. La inversión total de UPM ascenderá a aproximadamente 150 millones de euros. [34]
Calgary, Alberta, 30 de abril de 2012 – Iogen Energy Corporation ha acordado un nuevo plan con sus copropietarios Royal Dutch Shell e Iogen Corporation para reorientar su estrategia y sus actividades. Shell sigue explorando múltiples vías para encontrar una solución comercial para la producción de biocombustibles avanzados a escala industrial, pero la empresa NO seguirá adelante con el proyecto que tenía en desarrollo para construir una planta de etanol celulósico a mayor escala en el sur de Manitoba. [35]
En la India, las compañías petroleras indias acordaron construir siete refinerías de segunda generación en todo el país. Las compañías que participarán en la construcción de plantas de biocombustibles de segunda generación son Indian Oil Corporation (IOCL), HPCL y BPCL. [36] En mayo de 2018, el Gobierno de la India dio a conocer una política de biocombustibles en la que se asignó una suma de 5.000 millones de rupias indias para establecer biorrefinerías de segunda generación. Las compañías de comercialización de petróleo indias estaban en proceso de construir 12 refinerías con un gasto de capital de 10.000 millones de rupias indias. [37]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )