Energía fósil es aquella que procede de la biomasa obtenida hace millones de años y que ha sufrido grandes procesos de transformación hasta la formación de sustancias de gran contenido energético como el carbón el petróleo o el gas natural etc. No es un tipo de energía renovable, por lo que no se considera como energía de la biomasa sino que se incluye entre las energías fósiles.
La mayor parte de la energía empleada actualmente en el mundo proviene de los combustibles fósiles. Se utilizan en el transporte para generar electricidad, para calentar ambientes para cocinar etc.
Combustión
La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de calor y luz (fuego).
En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustión (comburente) generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso. Los explosivos tienen oxígeno ligado químicamente por lo que no necesitan el oxígeno del aire para realizar la combustión.
Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen carbono e hidrógeno. En una reacción completa todos los elementos tienen el mayor estado de oxidación. Los productos que se forman son el dióxido de carbono (CO2) y el agua el dióxido de azufre (SO2) (si el combustible contiene azufre) y pueden aparecer óxidos de nitrógeno (NOx), dependiendo de la temperatura y la cantidad de oxígeno en la reacción.
En la combustión incompleta los productos que se queman pueden no reaccionar con el mayor estado de oxidación, debido a que el comburente y el combustible no están en la proporción adecuada, dando como resultado compuestos como el monóxido de carbono (CO). Además, pueden generarse cenizas.
El proceso de destruir materiales por combustión se conoce como incineración.
Para iniciar la combustión de cualquier combustible es necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada temperatura de ignición que se define como en °C y a 1 atm temperatura a la que los vapores de un combustible arden espontáneamente.
La temperatura de inflamación en °C y a 1 atm es aquella que una vez encendidos los vapores del combustible éstos continúan por si mismos el proceso de combustión.
Biodiesel
Los biodiesel son metilesteres de los aceites vegetales obtenidos por reacción de los mismos con metanol, mediante reacción de transesterificación, que produce glicerina como producto secundario. Los metilesteres de los aceites vegetales poseen muchas características físicas y físico-químicas muy parecidas al gasóleo con el que pueden mezclarse en cualquier proporción y utilizarse en los vehículos diesel convencionales sin necesidad de introducir modificaciones en el diseño básico del motor. Sin embargo cuando se emplean mezclas de biodiesel en proporciones superiores al 5% es preciso reemplazar los conductos de goma del circuito del combustible por otros de materiales como el vitón, debido a que el biodiesel ataca a los primeros. A diferencia del etanol las mezclas con biodiesel no modifican muy significativamente gran parte de las propiedades físicas y fisicoquímicas del gasóleo tales como su poder calorífico o el índice de cetano.
Las perspectivas inmediatas para el uso de biodiesel en Centro América son bastante más reducidas cuanto comparadas con el etanol. Así los aspectos tecnológicos relacionados al biodiesel serán tratados someramente.
Como se menciona anteriormente para los motores Diesel los biocombustibles a considerar y ya empleados en algunos países son los aceites vegetales transesterificados. Un aceite vegetal puro presenta elevada viscosidad, pero mediante la reacción de transesterificación, una mezcla de aceite vegetal y 10% de alcohol, en medio alcalino se convierte en una mezcla de ester de ácidos grasos y 10% de glicerina. Luego de la separación de la glicerina y de restos de agentes contaminantes se obtiene el ester técnicamente puro llamado de biodiesel. Hay alguna influencia del tipo de aceite vegetal y de las características del proceso sobre las propiedades del biodiesel. Entre los anexos de este informe se incluye la especificación brasileña del biodiesel, para ser considerada en los testes para desarrollo de este biocombustible.
En principio el biodiesel puro podría ser utilizado en los motores Diesel convencionales sin cualquier modificación, pero los fabricantes de motores y bombas inyectoras típicamente recomiendan que sean empleadas mezclas con diesel convencional hasta 20% de biodiesel, el B20. Es frecuente denominarse las mezclas como BX, siendo X el contenido porcentual de biodiesel. Para mezclas B5, con 5% de biodiesel, la gran mayoría de la industria automovilística no coloca restricciones en el empleo de este biocombustible. Las ventajas particulares que el biodiesel posee frente al derivado de petróleo, además de la renovabilidad son la cetanaje elevada la ausencia de azufre, la buena lubricidad y el elevado punto de fulgor. Las emisiones resultantes de mezclas con biodiesel indican particularmente una reducción en el CO y los particulados.
Las mezclas presentan una mejora en las características del diesel en la función directa de la proporción de biodiesel, asi eventualmente este biocombustible podría representar para el derivado de petróleo un rol de aditivo, como es el caso del etanol en la gasolina. Vale mencionar que con la tendencia de redución del azufre en el diesel convencional, los valores de lubricidad han bajado y al añadir biodiesel en contenidos no muy altos se recupera en niveles adecuados esta propiedad.
Obtención y producción:
Los biocombustibles son productos obtenidos a partir del girasol, caña de azúcaro remolacha. El proceso de obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales, grasas animales y aceites de fritura usados, para su uso como combustible Diesel se ha llevado a cabo en los Laboratorios de Desarrollo de Procesos Químicos y Bioquímicos Integrados del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Complutense de Madrid.
El proceso comprende la transesterificación del aceite o grasa con alcoholes ligeros utilizándose un catalizador adecuado para generar ésteres de ácidos grasos (biodiesel). El alcohol que generalmente se utiliza es metanol, aunque se pueden utilizar otros alcoholes ligeros como etanol propanol o butanol. Como coproducto se obtiene glicerina, que se puede utilizar en otros procesos de interés industrial suponiendo un factor positivo desde el punto de vista económico. Para la producción de 1.005 kilos de biodiesel son necesarios 110 kilos de metanol 15 de catalizador y mil de aceite, además de 4,29 metros cúbicos de agua. Este procedimiento permite además la obtención de cien kilos de glicerina como subproducto. Estos datos indican que el balance energético de este procedimiento es positivo.
Materias primas:
Las materias primas que se pueden emplear en la obtención de biodiesel son muy variadas y pueden clasificarse en:
- Aceites vegetales:
- Aceites de semillas oleaginosas: girasol, colza, soja y coco.
- Aceites de frutos oleaginosos: palma.
- Aceites de semillas oleaginosas alternativas: Brassica carinata, Camelina sativa, Pogianus
- Aceites de semillas oleaginosas modificadas genéticamente: Aceite de girasol de alto oleico.
- Aceites vegetales de final de campaña: Aceite de oliva de alta acidez.
- Aceites de fritura usados.
- Grasas animales: sebo de distintas calidades.
Sectores implicados:
Los sectores implicados en el proceso de obtención de biodiesel se detallan a continuación:
- Agrícola: Siembra y recogida del grano.
- Industrias aceiteras: Producción de aceite.
- Industria química: Transesterificación.
- Compañías petroleras: Mezcla con gasóleo y distribución del biodiesel.
- Cooperativas Agrícolas: Uso de biodiesel en tractores y maquinaria agrícola.
- Administraciones locales y autonómicas: Flotas de autobuses, taxis, calefacciones etc.
Áreas ambientalmente protegidas: Utilización de biodiesel en los medios de transporte de parques nacionales lagos etc.
Ventajas:
*Disminuir de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el mónoxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina y las partículas en el de los motores diesel.
*La producción de biocarburantes supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que por razones de mercado están siendo abandonadas por los agricultores.
*Supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petróleo constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte.
El consumo mundial de biocarburantes se cifra en torno a 17 millones de toneladas anuales, correspondiendo la práctica totalidad de la producción y consumo al bioetanol. Brasil con alrededor de 90 millones de toneladas anuales y Estados Unidos con una producción estimada para este año de casi 50 millones de toneladas son los países mas importantes en la producción y uso de biocarburantes. En Brasil el bioetanol se obtiene de la caña de azúcar y su utilización se realiza principalmente en mezclas al 20% con la gasolina. En Estados Unidos el bioetanol se produce a partir del maíz y se emplea en mezclas con gasolina, generalmente al 10%. En la actualidad, este último país ha sustituido casi el 2% de su gasolina por bioetanol.
El biodiesel, utilizado como combustible líquido presenta ventajas energéticas medioambientales y económicas:
- Desarrollo sostenible tanto en agricultura como en energía.
- Menor impacto ambiental:
- Reducción de las emisiones contaminantes: SO2 partículas humos visibles hidrocarburos y compuestos aromáticos.
- Mejor calidad del aire.
- Efectos positivos para la salud ya que reduce compuestos cancerígenos como PAH y PADH.
- Reduce el calentamiento global:
- Reduce el CO2 en el ambiente cumpliendo el protocolo de Kyoto.
- Balance energético positivo (3,24:1).
- 80% del ciclo de vida decrece en CO2.
- Producto biodegradable: Se degrada el 85% en 28 días.
- Desarrollo local y regional:
- Cohesión económica y social.
- Creación de puestos de trabajo.
- Industrial:
- Puede sustituir a los gasóleos convencionales en motores, quemadores y turbinas.
- Se puede utilizar en flotas de autobuses, taxis y maquinaria agrícola.
- Favorece el mercado doméstico.
- Reducción de la importación de combustibles:
- Seguridad energética, cumpliendo las Actas de la Unión Europea. EPACT (1992). ECRA (1998).
Tecnologías alternativas para la producción de energía a partir de la biomasa :
- Gasificación: Conversión de la biomasa en combustible gaseosos para producir calor y electricidad a partir de la utilización de motores gaseosos generadores.
- Combustión: La combustión de la biomasa produce calor y electricidad empleando generadores de turbinas de vapor.
- Pirólisis: Descomposición termal de la biomasa sometiéndola a altas temperaturas en ausencia de aire y oxígeno.
- Co-generación: Es la combustión de la biomasa como sustituto parcial del carbón.
- Fermentación alcohólica: Producción de combustible alcohólico a partir de la transformación del almidón en azúcar y de la fermentación de azúcar a alcohol.
- Gasificación - Síntesis de Combustible: Empleo de la gasificación y del proceso de refinado de los combustibles para la producción de metanol.
- Transesterificación: Implica la combinación de aceites orgánicos y alcohol para formar ésteres lipídicos como el etil o metil éster. Se denomina biodiesel al combustible final.
- Digestión anaeróbica: Producción de gas metano por medios biológicos en condiciones anaerobias.
- Microturbinas: Producción de electricidad a partir de la biomasamediante el uso de turbinas más pequeñas.
