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Biodiesel: una nueva forma de convertir las plantas en combustible
Los eco-soñadores han esperado durante mucho tiempo una forma de conducir sin contribuir al calentamiento global, pero la lentitud del progreso en las tecnologías de combustibles alternativos ha impedido que esa visión se materialice. Ahora, un nuevo proceso prometedor, diseñado por investigadores de la Universidad de Wisconsin y descrito en un artículo que apareció en la revista Ciencias el 2 de junio, podría ser un paso importante para convertir ese sueño en realidad.
El documento detalla una nueva forma de producir combustible biodiesel, que se hace a partir de materia vegetal. La refinación tradicional de biodiésel utiliza solo los ácidos grasos de una planta, que normalmente constituyen menos del 10 por ciento de la masa de las plantas secas. En lugar de convertir solo la grasa, este nuevo método promete convertir todo el material vegetal seco, incluidas raíces, tallos, hojas y frutos, en biodiesel o energía térmica.
El etanol, el biocombustible más popular y comercial, se ha refinado durante mucho tiempo a partir de materia vegetal, pero requiere el paso costoso y que consume mucha energía de destilar cada molécula de agua de la solución. Por el contrario, el nuevo proceso de biodiésel se basa en reacciones en fase acuosa, que no necesitan pasar por la costosa fase de destilación.
El mayor avance que tenemos para ofrecer es la falta de ese proceso de destilación, dice George Huber, uno de los autores del artículo y estudiante graduado de la Universidad de Wisconsin, que pronto enseñará en la Universidad de Massachusetts en Amherst. Eso significa que nuestro proceso es exotérmico. En otras palabras, no necesita mucha energía extra. Y eso es importante, porque el mayor costo en el actual proceso de refinación de biocombustibles es la energía.
El nuevo método se divide en cuatro partes. Primero, una corriente de biomasa procesada que consiste en agua y azúcares se alimenta sobre un catalizador de níquel-estaño para eliminar algunos de sus átomos de hidrógeno. Luego, la corriente se trata con ácidos que eliminan la mayor parte del agua. La sustancia viscosa resultante se transporta luego a través de un catalizador de base sólida, que lo forma en largas cadenas de carbono, llamadas alcanos. Finalmente, esos alcanos se hacen pasar a través de un catalizador de platino-sílice-alúmina a altas temperaturas, mientras que el hidrógeno del primer paso se alimenta al reactor. El líquido resultante tiene casi exactamente la misma estructura química que el biodiesel refinado tradicionalmente y se quema de la misma manera en los motores diesel. Y los únicos subproductos son el agua y el calor.
Si el proceso puede ampliarse a niveles industriales, podría ser un gran paso hacia la creación de un combustible de transporte que sea de combustión relativamente limpia, no contribuya al calentamiento global y proporcione a los agricultores estadounidenses miles de millones de dólares en nuevos ingresos.
Según Bill Jones, presidente de la junta directiva de Pacific Ethanol, una empresa líder en biocombustibles, la industria petrolera actualmente ve a la industria emergente de biocombustibles con miedo, en lugar de aceptación.
Pero eventualmente se recuperarán, dice. Comprenderán que esto no es solo competencia, es un mercado completamente nuevo en el que pueden ingresar.
Señala que la industria petrolera brasileña también se resistió a los intentos del gobierno de promover los biocombustibles, pero ahora es un gran partidario: más de la mitad de las importaciones de petróleo de Brasil han sido reemplazadas por biocombustibles (ver el Revisión de tecnología Artículo de portada de abril sobre ideas que cambian el mundo).
Sin embargo, otros no necesitan estar convencidos. Charles Wyman, un profesor distinguido en Dartmouth College en Hanover NH, cuya especialidad es la conversión biológica de biomasa celulósica en etanol y otros productos, dice que esta nueva metodología podría darle al biodiesel una oportunidad de luchar para tener éxito en el mercado comercial al permitir que los fabricantes produzcan etanol o combustible biodiesel.
Una vez que se descomponen todos los azúcares del material vegetal, la única opción que teníamos antes era producir etanol, dice Wyman. Esto presenta más opciones.
En el futuro, un solo centro de fabricación, después de refinar la biomasa en azúcares, podría producir biodiésel o etanol, según la demanda del mercado. Sin embargo, Wyman también señala que la batalla económica no necesariamente se ha ganado.
Al final, es el precio en la gasolinera donde estas tecnologías ganan o pierden, no en el laboratorio, dice.
Para asegurar que tanto el biodiésel como el etanol se vuelvan más competitivos en el mercado, Wyman dice que se necesita un avance clave para fabricar combustible diesel u otros productos como el etanol de manera competitiva a partir de azúcares. Según él, los avances en esta área podrían superar los precios mayoristas de la gasolina.
Y algunos creen que ese avance está en el horizonte. Los avances en los últimos dos años en la tecnología de enzimas por parte de los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable y empresas privadas como Iogen y Novozymes han reducido sustancialmente los costos de transformación de la celulosa, lo que está tentadoramente cerca de hacer que todo el sistema sea económicamente competitivo con gas barato.
El nuevo proceso que está desarrollando James Dumesic, profesor de ingeniería química y biológica en la Universidad de Wisconsin, y Huber ayudará a reducir esos costos al limitar la cantidad de desechos, ya que cualquier tipo de materia vegetal puede introducirse en su sistema. A diferencia de las refinerías de etanol actuales, que solo pueden trabajar con materiales con alto contenido de glucosa como el maíz, el combustible biodiesel generado por este proceso utiliza la celulosa, raíces y tallos de cualquier planta.
Eso significa que se puede utilizar la biomasa residual de la vasta industria agrícola de Estados Unidos, desde el rastrojo de maíz (los tallos y hojas de la planta) hasta las cáscaras de maní y las hojas caídas. Un estudio reciente del Departamento de Agricultura de EE. UU. (Ver Cuaderno) estimó que cada año se producen más de 1.300 millones de toneladas de ese tipo de desechos. Si todo se convirtiera en biodiesel, proporcionaría suficiente combustible para reemplazar un tercio del petróleo consumido en los Estados Unidos. Además, convertir las tierras agrícolas actualmente no utilizadas en pastizales que se cosecharán para la producción de biodiésel fácilmente representaría los otros dos tercios de las necesidades de petróleo.
Eso, por supuesto, significa que otro beneficiario de tal transformación serían los agricultores familiares, según Jones de Pacific Ethanol. Las refinerías de etanol propiedad de cooperativas de agricultores ya suministran la mayor parte de la producción de etanol de EE. UU., Y las refinerías de biodiésel podrían seguir el modelo del mismo programa.
Sin embargo, perfeccionar este nuevo proceso es solo el primer paso en el larguísimo proceso de transformación del país en una nación de biodiésel. Para que eso suceda, toda la flota de automóviles comerciales de EE. UU. Tendría que cambiar de motores de combustión interna a motores diésel, por supuesto; pero la medida podría ser atractiva, ya que los nuevos motores causarían menos contaminación (los vehículos de biodiesel producirían muchos menos contaminantes como azufre y óxidos de nitrógeno).
Un cambio tan radical en la infraestructura de transporte de EE. UU. No sucederá rápidamente. Es más probable que la producción de biodiésel comience lentamente y luego aumente a escala industrial, si es competitiva con el diésel y la gasolina.
Aún así, Huber cree que su equipo ha dado un paso importante hacia el aprovechamiento de uno de los recursos energéticos más prevalentes y menos utilizados del mundo.
Si esto es un éxito, dice, puedo decir que ayudé a convertir nuestros recursos de biomasa para alimentar nuestro sistema de transporte.