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Biocombustible

Una muestra de biodiésel El biocombustible es un combustible que se produce en un corto período de tiempo a partir de biomasa , en lugar de mediante los procesos naturales muy l...

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Una muestra de biodiésel

El biocombustible es un combustible que se produce en un corto período de tiempo a partir de biomasa , en lugar de mediante los procesos naturales muy lentos involucrados en la formación de combustibles fósiles como el petróleo. [ 1 ] El biocombustible puede producirse a partir de plantas o de residuos biológicos agrícolas, domésticos o industriales . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Los biocombustibles se utilizan principalmente para el transporte, pero también pueden utilizarse para calefacción y electricidad. [ 6 ] : 173 [ 7 ] Los biocombustibles (y la bioenergía en general) se consideran una fuente de energía renovable . [ 8 ] : 11 El uso de biocombustibles ha sido objeto de críticas en relación con el debate " alimentos versus combustibles ", diversas evaluaciones de su sostenibilidad y la continua deforestación y pérdida de biodiversidad como resultado de la producción de biocombustibles. [ 9 ]

En general, los biocombustibles emiten menos emisiones de gases de efecto invernadero cuando se queman en un motor y generalmente se consideran combustibles neutros en carbono ya que el carbono emitido ha sido capturado de la atmósfera por los cultivos utilizados en la producción. [ 10 ] [ 11 ] Sin embargo, las evaluaciones del ciclo de vida de los biocombustibles han mostrado grandes emisiones asociadas con el posible cambio de uso de la tierra necesario para producir materias primas adicionales para biocombustibles. [ 12 ] [ 13 ] Los resultados de las evaluaciones del ciclo de vida (ACV) para biocombustibles son altamente situacionales y dependen de muchos factores incluidos el tipo de materia prima, las rutas de producción, las variaciones de datos y las elecciones metodológicas. [ 14 ] Las estimaciones sobre el impacto climático de los biocombustibles varían ampliamente según la metodología y la situación exacta examinada. [ 12 ] Por lo tanto, el potencial de mitigación del cambio climático de los biocombustibles varía considerablemente: en algunos escenarios los niveles de emisión de biocombustibles son comparables a los de los combustibles fósiles, y en otros escenarios el uso de biocombustibles resulta en emisiones negativas .

Se prevé que la demanda mundial de biocombustibles aumente un 56 % entre 2022 y 2027. [ 15 ] Para 2027, se espera que la producción mundial de biocombustibles suministre el 5,4 % de los combustibles mundiales para el transporte, incluido el 1 % del combustible de aviación. [ 16 ] Se prevé que la demanda de biocombustible de aviación aumente. [ 17 ] [ 18 ] Sin embargo, algunas políticas han sido criticadas por favorecer el transporte terrestre sobre el aéreo. [ 19 ]

La AIE afirma que los biocombustibles deberían utilizarse especialmente en aplicaciones difíciles de electrificar, como el transporte marítimo y la aviación. [ 20 ] Los dos tipos más comunes de biocombustibles son el bioetanol y el biodiésel . Estados Unidos es el mayor productor de bioetanol, mientras que la UE es el mayor productor de biodiésel. Por su parte, Brasil produce y utiliza grandes cantidades de bioetanol en vehículos, [ 21 ] incluso en algunos automóviles de combustible flexible disponibles exclusivamente en Brasil. [ 22 ] El contenido energético de la producción mundial de bioetanol y biodiésel es de 2,2 y 1,8 EJ por año, respectivamente. [ 23 ]

Terminología

Tipos y generación de biocombustibles

El término biocombustible se utiliza de diferentes maneras. Una definición es: «Los biocombustibles son productos de base biológica, en estado sólido, líquido o gaseoso. Se producen a partir de cultivos o productos naturales, como la madera, o residuos agrícolas, como la melaza y el bagazo ». [ 6 ] : 173

Otras publicaciones reservan el término biocombustible para combustibles líquidos o gaseosos , utilizados para el transporte. [ 7 ]

El Sexto Informe de Evaluación del IPCC define el biocombustible como "un combustible, generalmente en forma líquida, producido a partir de biomasa . Los biocombustibles incluyen el bioetanol de la caña de azúcar, la remolacha azucarera o el maíz, y el biodiésel de la canola o la soja". [ 24 ] : 1795 Continúa definiendo la biomasa en este contexto como "material orgánico, excluyendo el material fosilizado o incrustado en formaciones geológicas". [ 24 ] : 1795 Esto significa que el carbón u otros combustibles fósiles no son una forma de biomasa en este contexto.

El bioetanol es un alcohol producido por fermentación , principalmente a partir de carbohidratos generados en cultivos azucareros o almidonados como el maíz , la caña de azúcar o el sorgo dulce . La biomasa celulósica , derivada de fuentes no alimentarias como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol puro (E100) puede utilizarse como combustible para vehículos, pero generalmente se emplea como aditivo para la gasolina con el fin de aumentar el octanaje y reducir las emisiones.

El biodiésel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación . Puede utilizarse como combustible para vehículos en su forma pura (B100), pero generalmente se usa como aditivo para diésel con el fin de reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos en vehículos diésel. [ 25 ]

Biocombustibles convencionales (primera generación)

Los biocombustibles de primera generación (también denominados "biocombustibles convencionales") se elaboran a partir de cultivos alimentarios cultivados en tierras agrícolas. [ 26 ] [ 27 ] : 447 El contenido de azúcar, almidón o aceite del cultivo se convierte en biodiésel o etanol , mediante transesterificación o fermentación con levadura. [ 28 ]

biocombustibles avanzados

Para evitar un dilema de " alimentos versus combustible ", los biocombustibles de segunda generación y los biocombustibles de tercera generación (también llamados biocombustibles avanzados o biocombustibles sostenibles o biocombustibles de reemplazo) se elaboran a partir de materias primas que no compiten directamente con los cultivos alimentarios o forrajeros, como los productos de desecho y los cultivos energéticos. [ 29 ] Una amplia gama de materias primas de residuos renovables, como las derivadas de actividades agrícolas y forestales, como la paja de arroz, la cáscara de arroz, las astillas de madera y el aserrín, se pueden utilizar para producir biocombustibles avanzados mediante procesos bioquímicos y termoquímicos. [ 27 ] : 448 g [ 30 ]

La materia prima utilizada para fabricar los combustibles proviene de tierras cultivables , pero son subproductos del cultivo principal, o bien de tierras marginales. Entre las materias primas de segunda generación también se incluyen paja, bagazo, pastos perennes, jatrofa , aceite vegetal usado, residuos sólidos urbanos, etc. [ 31 ]

Tipos

Líquido

Etanol

Los alcoholes producidos biológicamente , principalmente etanol, y con menor frecuencia propanol y butanol , se producen mediante la acción de microorganismos y enzimas a través de la fermentación de azúcares o almidones (los más fáciles de producir) o celulosa (más difíciles de producir). [ 32 ] La IEA estima que la producción de etanol utilizó el 20 % de los suministros de azúcar y el 13 % de los suministros de maíz en 2021. [ 33 ]

El etanol es el biocombustible más común en todo el mundo, especialmente en Brasil . Los combustibles alcohólicos se producen mediante la fermentación de azúcares derivados del trigo , el maíz , la remolacha azucarera , la caña de azúcar , la melaza y cualquier azúcar o almidón a partir del cual se puedan elaborar bebidas alcohólicas como el whisky (como los residuos de patata y fruta , etc.). Los métodos de producción utilizados son la digestión enzimática (para liberar los azúcares de los almidones almacenados), la fermentación de los azúcares, la destilación y el secado. El proceso de destilación requiere un aporte energético significativo para generar calor. El calor a veces se genera con gas natural , un combustible fósil no sostenible, pero la biomasa celulósica, como el bagazo, es el combustible más común en Brasil, mientras que los pellets, las astillas de madera y el calor residual son más comunes en Europa. La conversión de maíz en etanol y otras reservas de alimentos ha llevado al desarrollo del etanol celulósico . [ 34 ] El etanol se puede combinar con gasolina para crear un combustible más respetuoso con el medio ambiente, aunque existen sustitutos más viables para la gasolina, como el butanol . [ 35 ]

Otros biocombustibles

Actualmente, el metanol se produce a partir de gas natural , un combustible fósil no renovable . En el futuro, se espera que se produzca a partir de biomasa como biometanol . Si bien esto es técnicamente factible, la producción se ha pospuesto debido a la incertidumbre sobre su viabilidad económica. [ 36 ] La economía del metanol representa una alternativa a la economía del hidrógeno , en contraste con la producción actual de hidrógeno a partir de gas natural.

Butanol ( C4 H9 OH) se forma porfermentación ABE(acetona, butanol, etanol) y las modificaciones experimentales del proceso muestranganancias de energía netaconbiobutanolcomo único producto líquido. A menudo se afirma que el biobutanol proporciona un reemplazo directo de la gasolina, porque producirá más energía que el etanol y supuestamente puede quemarse "directamente" en los motores de gasolina existentes (sin modificar el motor o el automóvil), [ 37 ] es menos corrosivo y menos soluble en agua que el etanol, y podría distribuirse a través de las infraestructuras existentes.de Escherichia colipara producir butanol modificando sumetabolismo de aminoácidos. [ 38 ] Una desventaja de la producción de butanol enE. colisigue siendo el alto costo delos medios ricos en nutrientes, sin embargo, trabajos recientes han demostrado queE. colipuede producir butanol con una suplementación nutricional mínima. [ 39 ] A veces se llamabiogasolina, lo cual es incorrecto ya que es químicamente diferente, siendo un alcohol y no un hidrocarburo como la gasolina.

Biodiesel

Surtidores de biocombustible, 2010

El biodiésel es el biocombustible más común en Europa. Se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es un líquido de composición similar al diésel fósil/mineral. Químicamente, se compone principalmente de ésteres metílicos (o etílicos) de ácidos grasos ( FAME ). [ 40 ] Las materias primas para el biodiésel incluyen grasas animales, aceites vegetales, soja , colza , jatrofa , mahua , mostaza , lino , girasol , aceite de palma , cáñamo , hierba de la moneda , Pongamia pinnata y algas . El biodiésel puro (B100, también conocido como biodiésel "puro") actualmente reduce las emisiones hasta en un 60% en comparación con el diésel. B100 de segunda generación. [ 41 ] A partir de 2020Investigadores del CSIRO de Australia han estado estudiando el aceite de cártamo como lubricante para motores , y los investigadores del Centro de Combustibles Avanzados de la Universidad Estatal de Montana en EE. UU. han estado estudiando el rendimiento del aceite en un motor diésel grande , con resultados descritos como un "avance". [ 42 ]

Vagón cisterna de la División de Biocombustibles de Targray transportando biodiésel.

El biodiésel puede utilizarse en cualquier motor diésel y equipo modificado cuando se mezcla con diésel mineral. También puede utilizarse en su forma pura (B100) en motores diésel, pero pueden surgir algunos problemas de mantenimiento y rendimiento durante su uso en invierno, ya que el combustible se vuelve algo más viscoso a bajas temperaturas, dependiendo de la materia prima utilizada. [ 43 ]

Los sistemas de inyección electrónica tipo common rail e inyector unitario, desde finales de la década de 1990 en adelante, solo pueden utilizar biodiésel mezclado con diésel convencional. Estos motores cuentan con sistemas de inyección multietapa de dosificación y atomización precisas, muy sensibles a la viscosidad del combustible. Muchos motores diésel de última generación están diseñados para funcionar con B100 sin necesidad de modificarlos, aunque esto depende del diseño del riel de combustible . Dado que el biodiésel es un disolvente eficaz que limpia los residuos depositados por el diésel mineral, es posible que sea necesario reemplazar los filtros del motor con mayor frecuencia, ya que el biocombustible disuelve los depósitos antiguos en el depósito y las tuberías. Además, limpia eficazmente la cámara de combustión del motor de los depósitos de carbono, lo que contribuye a mantener la eficiencia.

El biodiésel es un combustible oxigenado , lo que significa que contiene una menor cantidad de carbono y un mayor contenido de hidrógeno y oxígeno que el diésel fósil. Esto mejora la combustión del biodiésel y reduce las emisiones de partículas provenientes del carbono no quemado. Sin embargo, el uso de biodiésel puro puede aumentar las emisiones de NO x [ 44 ]. El biodiésel también es seguro de manipular y transportar porque no es tóxico ni biodegradable , y tiene un punto de inflamación alto de aproximadamente 300  °F (148  °C) en comparación con el diésel derivado del petróleo, que tiene un punto de inflamación de 125  °F (52  °C). [ 45 ]

En muchos países europeos, se utiliza ampliamente una mezcla de biodiésel al 5%, disponible en miles de gasolineras. [ 46 ] [ 47 ] En Francia, el biodiésel se incorpora al 8% en el combustible utilizado por todos los vehículos diésel franceses. [ 48 ] Avril Group produce, bajo la marca Diester , una quinta parte de los 11  millones de toneladas de biodiésel que consume anualmente la Unión Europea . [ 49 ] Es el principal productor europeo de biodiésel. [ 48 ]

diésel verde

El diésel verde se puede producir a partir de una combinación de procesos bioquímicos y termoquímicos. El diésel verde convencional se produce mediante el hidroprocesamiento de materias primas de aceite biológico, como aceites vegetales y grasas animales. [ 50 ] [ 51 ] Recientemente, se produce utilizando una serie de procesos termoquímicos como la pirólisis y el hidroprocesamiento. En la ruta termoquímica, el gas de síntesis producido por gasificación, el bioaceite producido por pirólisis o el biocrudo producido por licuefacción hidrotérmica se mejora a diésel verde utilizando hidroprocesamiento. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] El hidroprocesamiento es el proceso de utilizar hidrógeno para reformar una estructura molecular. Por ejemplo, el hidrocraqueo, que es una técnica de hidroprocesamiento ampliamente utilizada en refinerías, se utiliza a temperaturas y presiones elevadas en presencia de un catalizador para descomponer moléculas más grandes , como las que se encuentran en los aceites vegetales , en cadenas de hidrocarburos más cortas utilizadas en los motores diésel . [ 55 ] El diésel verde también puede llamarse diésel renovable, biodiésel de reemplazo directo, aceite vegetal hidrotratado (combustible HVO) [ 55 ] o diésel renovable derivado del hidrógeno. [ 51 ] A diferencia del biodiésel, el diésel verde tiene exactamente las mismas propiedades químicas que el diésel derivado del petróleo. [ 55 ] [ 56 ] No requiere nuevos motores, oleoductos ni infraestructura para su distribución y uso, pero no se ha producido a un costo competitivo con el del petróleo . [ 51 ] También se están desarrollando versiones de gasolina. [ 57 ] El diésel verde está siendo desarrollado en Luisiana y Singapur por ConocoPhillips , Neste Oil , Valero , Dynamic Fuels y Honeywell UOP [ 51 ] [ 58 ] así como por Preem en Gotemburgo, Suecia, creando lo que se conoce como Evolution Diesel. [ 59 ]

Aceite vegetal puro

Un camión de biocombustible en 2009 [ 60 ]

El aceite vegetal comestible puro y sin modificar generalmente no se utiliza como combustible, pero se ha utilizado aceite de menor calidad para este fin. El aceite vegetal usado se procesa cada vez más para convertirlo en biodiésel o (con menos frecuencia) se limpia de agua y partículas para luego utilizarlo como combustible. La AIE estima que la producción de biodiésel consumió el 17 % de las reservas mundiales de aceite vegetal en 2021. [ 33 ]

Los aceites y grasas reaccionan con 10 libras de un alcohol de cadena corta (generalmente metanol) en presencia de un catalizador (generalmente hidróxido de sodio [NaOH]) y pueden hidrogenarse para producir un sustituto del diésel. [ 61 ] El producto resultante es un hidrocarburo de cadena lineal con un alto índice de cetano , bajo en aromáticos y azufre , y no contiene oxígeno. Los aceites hidrogenados pueden mezclarse con diésel en todas las proporciones. Tienen varias ventajas sobre el biodiésel, incluyendo un buen rendimiento a bajas temperaturas, ausencia de problemas de estabilidad durante el almacenamiento y ausencia de susceptibilidad al ataque microbiano. [ 62 ]

Biogasolina

La biogás puede producirse biológica y termoquímicamente. Utilizando métodos biológicos, un estudio dirigido por el profesor Lee Sang-yup en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea ( KAIST ) y publicado en la revista científica internacional Nature utilizó E.  coli modificada alimentada con glucosa que se encuentra en plantas u otros cultivos no alimentarios para producir biogás con las enzimas producidas. Las enzimas convirtieron el azúcar en ácidos grasos y luego transformaron estos en hidrocarburos que eran química y estructuralmente idénticos a los que se encuentran en el combustible de gasolina comercial. [ 63 ] El enfoque termoquímico para producir biogás es similar al utilizado para producir biodiesel. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] La biogás también puede llamarse gasolina de reemplazo o gasolina renovable.

Bioéteres

Etanol puro a la izquierda  (A), gasolina a la derecha (G) en una gasolinera de Brasil en 2008.

Los bioéteres (también conocidos como éteres combustibles o combustibles oxigenados) son compuestos rentables que mejoran el índice de octano . "Los bioéteres se producen mediante la reacción de isoolefinas reactivas, como el isobutileno, con bioetanol." [ 64 ] Los bioéteres se crean a partir de trigo o remolacha azucarera, y también se pueden producir a partir del glicerol residual que resulta de la producción de biodiésel. [ 65 ] También mejoran el rendimiento del motor , al tiempo que reducen significativamente el desgaste del motor y las emisiones tóxicas de escape . Al reducir considerablemente la cantidad de emisiones de ozono a nivel del suelo , contribuyen a mejorar la calidad del aire. [ 67 ] [ 68 ]

En el combustible para el transporte existen seis aditivos de éter: dimetil éter (DME), dietil éter (DEE), metil tert -butil éter (MTBE), etil tert -butil éter (ETBE), terc -amil metil éter (TAME) y terc -amil etil éter (TAEE). [ 69 ]

La Asociación Europea de Oxigenados para Combustibles identifica al MTBE y al ETBE como los éteres más utilizados en combustibles para reemplazar el plomo . Los éteres se introdujeron en Europa en la década de 1970 para reemplazar el compuesto altamente tóxico. [ 70 ] Aunque los europeos todavía utilizan aditivos de bioéter, la Ley de Política Energética de EE. UU. de 2005 eliminó el requisito de que la gasolina reformulada incluyera un oxigenado, lo que resultó en una menor cantidad de MTBE añadido al combustible. [ 71 ] Si bien es probable que los bioéteres reemplacen a los éteres producidos a partir del petróleo en el Reino Unido, es muy improbable que se conviertan en un combustible en sí mismo debido a su baja densidad energética. [ 72 ]

Biocombustible para la aviación

Repostaje de un Airbus A320 con biocombustible en 2011.

Un biocombustible de aviación (también conocido como biocombustible para aviones, [ 73 ] combustible de aviación sostenible (SAF) o biocombustible de aviación (BAF) [ 74 ] ) es un biocombustible utilizado para impulsar aeronaves . La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) lo considera un elemento clave para reducir el impacto ambiental de la aviación . [ 75 ] El biocombustible de aviación se utiliza para descarbonizar los viajes aéreos de media y larga distancia. Este tipo de viajes genera la mayor cantidad de emisiones. El queroseno parafínico sintético (SPK) se refiere a cualquier combustible no derivado del petróleo diseñado para reemplazar el queroseno para aviones , que a menudo, pero no siempre, se fabrica a partir de biomasa.

Los biocombustibles son combustibles derivados de biomasa de plantas, animales o residuos; dependiendo del tipo de biomasa que se utilice, podrían reducir las emisiones de CO₂ entre un 20 y un 98 % en comparación con el combustible de aviación convencional . [ 76 ] El primer vuelo de prueba con biocombustible mezclado fue en 2008, y en 2011, se permitieron combustibles mezclados con un 50 % de biocombustibles en vuelos comerciales. En 2023, la producción de SAF fue de 600 millones de litros, lo que representa el 0,2 % del uso mundial de combustible de aviación. [ 77 ] Para 2024, la producción de SAF aumentaría a 1300 millones de litros (1 millón de toneladas), lo que representa el 0,3 % del consumo mundial de combustible de aviación y el 11 % de la producción mundial de combustible renovable. [ 78 ] Este aumento se produjo mientras que las principales instalaciones de producción de EE. UU. retrasaron su puesta en marcha hasta 2025, ya que inicialmente se esperaba que alcanzaran los 1900 millones de litros.

El biocombustible para aviación puede producirse a partir de fuentes vegetales o animales como Jatropha , algas , sebo , aceites residuales, aceite de palma , Babassu y Camelina (bio-SPK); a partir de biomasa sólida mediante pirólisis procesada con un proceso Fischer-Tropsch (FT-SPK); con un proceso de conversión de alcohol a combustible para aviones (ATJ) a partir de fermentación de residuos; o mediante biología sintética a través de un reactor solar . Los motores de pistón pequeños pueden modificarse para quemar etanol .

Los biocombustibles sostenibles son una alternativa a los electrocombustibles . [ 79 ] El combustible de aviación sostenible está certificado como sostenible por una organización de terceros.

La tecnología SAF se enfrenta a importantes desafíos debido a las limitaciones de materia prima. Los aceites y grasas conocidos como ésteres hidrotratados y ácidos grasos (Hefa), cruciales para la producción de SAF, tienen un suministro limitado mientras aumenta la demanda. Si bien la tecnología avanzada de combustibles electrónicos , que combina CO₂ residual con hidrógeno limpio , presenta una solución prometedora, aún se encuentra en desarrollo y conlleva altos costos. Para superar estos problemas, los desarrolladores de SAF están explorando materias primas más fácilmente disponibles, como la biomasa leñosa y los residuos agrícolas y municipales, con el objetivo de producir combustible para aviones con menor contenido de carbono de manera más sostenible y eficiente. [ 80 ] [ 81 ]

Gaseoso

Biogás y biometano

Planta de biogás en 2007

El biogás es una mezcla compuesta principalmente de metano y dióxido de carbono producida por el proceso de digestión anaeróbica de materia orgánica por microorganismos . Otros componentes traza de esta mezcla incluyen vapor de agua, sulfuro de hidrógeno , siloxanos, hidrocarburos, amoníaco, oxígeno, monóxido de carbono y nitrógeno. [ 82 ] [ 83 ] Puede producirse a partir de materiales de desecho biodegradables o mediante el uso de cultivos energéticos alimentados a digestores anaeróbicos para complementar la producción de gas. El subproducto sólido, el digestato , puede utilizarse como biocombustible o fertilizante. Cuando se eliminan el CO₂ y otras impurezas del biogás, se denomina biometano . El CO₂ también puede combinarse con hidrógeno en la metanación para formar más metano.

El biogás se puede recuperar de los sistemas de tratamiento biológico mecánico de residuos. El gas de vertedero , una forma menos pura de biogás, se produce en los vertederos mediante digestión anaeróbica natural. Si se libera a la atmósfera, actúa como gas de efecto invernadero .

En Suecia, las centrales eléctricas de " conversión de residuos en energía " capturan el biogás metano de la basura y lo utilizan para alimentar los sistemas de transporte. [ 84 ] Los agricultores pueden producir biogás a partir del estiércol de ganado mediante digestores anaeróbicos. [ 85 ]

Gas de síntesis

El gas de síntesis , una mezcla de monóxido de carbono , hidrógeno y diversos hidrocarburos, se produce mediante la combustión parcial de biomasa (combustión con una cantidad de oxígeno insuficiente para convertir la biomasa completamente en dióxido de carbono y agua). [ 62 ] Antes de la combustión parcial, la biomasa se seca y, en ocasiones, se somete a pirólisis . El gas de síntesis es más eficiente que la combustión directa del biocombustible original, ya que se extrae una mayor cantidad de la energía contenida en el combustible.

El gas de síntesis puede quemarse directamente en motores de combustión interna, turbinas o pilas de combustible de alta temperatura. [ 86 ] El generador de gas de madera , un reactor de gasificación alimentado con madera, puede conectarse a un motor de combustión interna.

El gas de síntesis puede utilizarse para producir metanol , dimetil éter e hidrógeno , o bien transformarse mediante el proceso Fischer-Tropsch para producir un sustituto del diésel o una mezcla de alcoholes que puede añadirse a la gasolina. La gasificación normalmente requiere temperaturas superiores a 700  °C.

La gasificación a baja temperatura es deseable cuando se coproduce biocarbón , pero da como resultado un gas de síntesis contaminado con alquitrán .

Sólido

El término "biocombustibles" también se utiliza para referirse a combustibles sólidos elaborados a partir de biomasa, aunque esto es menos común. [ 7 ]

Investigación sobre otros tipos

Biocombustibles a base de algas

Las algas se pueden producir en estanques o tanques en tierra y en el mar. [ 87 ] [ 88 ] Los combustibles de algas tienen altos rendimientos, [ 89 ] un alto punto de ignición , [ 90 ] se pueden cultivar con un impacto mínimo en los recursos de agua dulce , [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] se pueden producir utilizando agua salina y aguas residuales , y son biodegradables y relativamente inocuos para el medio ambiente si se derraman. [ 94 ] [ 95 ] Sin embargo, la producción requiere grandes cantidades de energía y fertilizantes, el combustible producido se degrada más rápido que otros biocombustibles y no fluye bien a bajas temperaturas. [ 87 ] [ 96 ]

Para 2017, debido a consideraciones económicas, la mayoría de los esfuerzos para producir combustible a partir de algas se habían abandonado o cambiado a otras aplicaciones. [ 97 ]

Los biocombustibles de tercera y cuarta generación también incluyen biocombustibles producidos por organismos modificados genéticamente, como algas y cianobacterias. [ 98 ] Las algas y cianobacterias utilizan agua, dióxido de carbono y energía solar para producir biocombustibles. [ 98 ] Este método de producción de biocombustibles aún se encuentra en fase de investigación. Se espera que los biocombustibles secretados por los organismos modificados genéticamente tengan una mayor eficiencia de conversión de fotones a combustible, en comparación con las generaciones anteriores de biocombustibles. [ 98 ] Una de las ventajas de esta clase de biocombustibles es que el cultivo de los organismos que los producen no requiere el uso de tierras cultivables. [ 99 ] Entre las desventajas se encuentra el elevado coste del cultivo de los organismos productores de biocombustibles. [ 99 ] Además, los métodos actuales de uso de algas suelen tener peores impactos ambientales que el uso de otros cultivos. [ 100 ]

Investigaciones recientes destacan que la transición hacia la energía sostenible depende de la adopción generalizada de biocombustibles de tercera y cuarta generación, que utilizan fuentes no alimentarias como las algas e incorporan procesos avanzados como la fotosíntesis artificial. Estas alternativas son esenciales para la mitigación del cambio climático, ya que reducen significativamente la competencia por el uso de la tierra y los riesgos para la sostenibilidad asociados con las generaciones anteriores de biocombustibles. [ 101 ]

Electrocombustibles y combustibles solares

Los electrocombustibles y los combustibles solares pueden ser o no biocombustibles, dependiendo de si contienen elementos biológicos. Los electrocombustibles se elaboran almacenando energía eléctrica en los enlaces químicos de líquidos y gases. Los principales objetivos son el butanol , el biodiésel y el hidrógeno , pero también incluyen otros alcoholes y gases que contienen carbono, como el metano y el butano . Un combustible solar es un combustible químico sintético producido a partir de la energía solar. La luz se convierte en energía química , generalmente mediante la reducción de protones a hidrógeno o de dióxido de carbono a compuestos orgánicos . [ 102 ]

Biodigestores

Un biodigestor es un inodoro mecanizado que utiliza la descomposición y la sedimentación para convertir los desechos humanos en un combustible renovable llamado biogás. El biogás se puede producir a partir de sustancias como desechos agrícolas y aguas residuales. [ 103 ] [ 104 ] El biodigestor utiliza un proceso llamado digestión anaeróbica para producir biogás. La digestión anaeróbica utiliza un proceso químico para descomponer la materia orgánica con el uso de microorganismos en ausencia de oxígeno para producir biogás. [ 105 ] Los procesos involucrados en la respiración anaeróbica son la hidrólisis, la acidogénesis , la acetogénesis y la metanogénesis . [ 106 ]

Alcance de la producción y el uso

Producción de biocombustibles
Producción de biocombustibles por región

La producción mundial de biocombustibles fue de 81 Mtoe en 2017, lo que representó un aumento anual de aproximadamente el 3% en comparación con 2010. [ 8 ] : 12 En 2017, Estados Unidos fue el mayor productor de biocombustibles del mundo, con una producción de 37 Mtoe, seguido de Brasil y Sudamérica con 23 Mtoe y Europa (principalmente Alemania) con 12 Mtoe. [ 8 ] : 12

Una evaluación de 2017 concluyó que: «Los biocombustibles nunca serán un combustible principal para el transporte, ya que simplemente no hay suficiente tierra en el mundo para cultivar plantas que produzcan biocombustible para todos los vehículos. Sin embargo, pueden formar parte de una matriz energética que nos lleve hacia un futuro de energías renovables ». [ 8 ] : 11

En 2021, la producción mundial de biocombustibles proporcionó el 4,3 % de los combustibles mundiales para el transporte, incluyendo una cantidad muy pequeña de biocombustible para aviación . [ 16 ] Para 2027, se espera que la producción mundial de biocombustibles suministre el 5,4 % de los combustibles mundiales para el transporte, incluyendo el 1 % del combustible para aviación. [ 16 ]

Estados Unidos, Europa, Brasil e Indonesia impulsan la mayor parte del crecimiento del consumo de biocombustibles. Se prevé que esta demanda de biodiésel, diésel renovable y biocombustible para aviones aumente un 44 % (21 mil millones de litros) entre 2022 y 2027. [ 107 ]

Asuntos

Campos de trigo en Estados Unidos: el trigo se cultiva para el consumo humano, pero también para la producción de biocombustibles.

Los problemas relacionados con los biocombustibles son de índole social, económica, ambiental y técnica, y pueden surgir de su producción y uso. Entre los problemas sociales y económicos se incluye el debate entre " alimentos y combustibles " y la necesidad de desarrollar políticas e instrumentos económicos responsables para garantizar una producción sostenible de biocombustibles . El cultivo de materias primas para biocombustibles puede ser perjudicial para el medio ambiente si no se realiza de forma sostenible. Las preocupaciones ambientales incluyen la deforestación , la pérdida de biodiversidad y la erosión del suelo como resultado de la tala de tierras para la agricultura de biocombustibles. Si bien los biocombustibles pueden contribuir a la reducción de las emisiones globales de carbono , el cambio indirecto en el uso de la tierra para su producción puede tener el efecto contrario. Los problemas técnicos incluyen las posibles modificaciones necesarias para que el motor funcione con biocombustible, así como el balance energético y la eficiencia.

El Panel Internacional de Recursos describió los factores más amplios e interrelacionados que deben considerarse al decidir sobre las ventajas relativas de utilizar un biocombustible en lugar de otro. [ 108 ] El IRP concluyó que no todos los biocombustibles tienen el mismo efecto en el clima, la seguridad energética y los ecosistemas, y sugirió que los efectos ambientales y sociales deben evaluarse a lo largo de todo el ciclo de vida.

Impactos ambientales

Deforestación en Indonesia para dar paso a una plantación de palma aceitera . [ 109 ]

Las estimaciones sobre el impacto climático de los biocombustibles varían ampliamente según la metodología y la situación exacta examinada. [ 12 ]

En general, los biocombustibles emiten menos gases de efecto invernadero cuando se queman en un motor y se consideran combustibles neutros en carbono, ya que el carbono que emiten ha sido capturado de la atmósfera por los cultivos utilizados en su producción. [ 10 ] Pueden tener emisiones de gases de efecto invernadero que van desde tan bajas como -127,1 gCO₂ eq por MJ cuando se incorpora la captura de carbono en su producción hasta superar los 95 gCO₂ eq por MJ cuando el cambio de uso del suelo es significativo. [ 53 ] [ 54 ] Varios factores son responsables de la variación en las cifras de emisiones de los biocombustibles, como la materia prima y su origen, la técnica de producción del combustible, las definiciones de los límites del sistema y las fuentes de energía. [ 54 ] Sin embargo, muchas políticas gubernamentales, como las de la Unión Europea y el Reino Unido, exigen que los biocombustibles tengan al menos un 65 % de ahorro en emisiones de gases de efecto invernadero (o un 70 % si se trata de combustibles renovables de origen no biológico) en relación con los combustibles fósiles. [ 110 ] [ 111 ]

Las evaluaciones del ciclo de vida de los biocombustibles de primera generación han mostrado grandes emisiones asociadas con el posible cambio de uso de la tierra necesario para producir materias primas adicionales para biocombustibles. [ 12 ] [ 13 ] Si no hay cambio de uso de la tierra, los biocombustibles de primera generación pueden, en promedio, tener emisiones más bajas que los combustibles fósiles. [ 12 ] Sin embargo, la producción de biocombustibles puede competir con la producción de cultivos alimentarios. Hasta el 40% del maíz producido en los Estados Unidos se utiliza para hacer etanol [ 112 ] y a nivel mundial el 10% de todos los granos se transforman en biocombustible. [ 113 ] Una reducción del 50% en el grano utilizado para biocombustibles en los EE. UU. y Europa reemplazaría todas las exportaciones de grano de Ucrania . [ 114 ] Varios estudios han demostrado que las reducciones en las emisiones de los biocombustibles se logran a expensas de otros impactos, como la acidificación , la eutrofización , la huella hídrica y la pérdida de biodiversidad . [ 12 ]

Se cree que los biocombustibles de segunda generación aumentan la sostenibilidad ambiental, ya que la parte no comestible de las plantas se utiliza para producirlos en lugar de desecharse. [ 115 ] Sin embargo, el uso de biocombustibles de segunda generación incrementa la competencia por la biomasa lignocelulósica, lo que aumenta el costo de estos biocombustibles. [ 116 ]

En teoría, los biocombustibles de tercera generación, producidos a partir de algas, no deberían dañar el medio ambiente más que los biocombustibles de primera o segunda generación debido a los menores cambios en el uso del suelo y al hecho de que no requieren el uso de pesticidas para su producción. [ 117 ] Sin embargo, al analizar los datos, se ha demostrado que el costo ambiental de producir la infraestructura y la energía necesarias para la producción de biocombustibles de tercera generación es mayor que los beneficios que proporciona su uso. [ 118 ] [ 119 ]

La Comisión Europea ha aprobado oficialmente una medida para eliminar gradualmente los biocombustibles a base de aceite de palma para 2030. [ 120 ] [ 121 ] La agricultura insostenible de aceite de palma ha causado importantes problemas ambientales y sociales, incluyendo la deforestación y la contaminación.

La producción de biocombustibles puede ser muy intensiva en energía, lo que, si se genera a partir de fuentes no renovables, puede reducir considerablemente los beneficios derivados de su uso. Una solución propuesta para este problema consiste en suministrar a las plantas de producción de biocombustibles el excedente de energía nuclear, que puede complementar la energía proporcionada por los combustibles fósiles. [ 122 ] Esto puede proporcionar una solución económica en términos de emisiones de carbono para ayudar a reducir el impacto ambiental de la producción de biocombustibles.

Impactos indirectos del cambio de uso del suelo derivados de los biocombustibles

Cerrado brasileño
selva amazónica

Los impactos indirectos del cambio de uso de la tierra de los biocombustibles , también conocidos como ILUC o iLUC (pronunciado como i-luck), se relacionan con la consecuencia no deseada de liberar más emisiones de carbono debido a los cambios en el uso de la tierra en todo el mundo inducidos por la expansión de tierras de cultivo para la producción de etanol o biodiésel en respuesta a la creciente demanda mundial de biocombustibles. [ 123 ] [ 124 ]

A medida que los agricultores de todo el mundo responden al aumento de los precios de los cultivos para mantener el equilibrio mundial entre la oferta y la demanda de alimentos, se deforestan tierras vírgenes para reemplazar los cultivos alimentarios que se destinaron a la producción de biocombustibles. Dado que las tierras naturales, como las selvas tropicales y los pastizales , almacenan carbono en su suelo y biomasa a medida que las plantas crecen cada año, la deforestación para la creación de nuevas granjas se traduce en un aumento neto de las emisiones de gases de efecto invernadero . Debido a este cambio indirecto en las reservas de carbono del suelo y la biomasa, el cambio indirecto en el uso de la tierra tiene consecuencias en el balance de gases de efecto invernadero (GEI) de un biocombustible. [ 123 ] [ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]

Otros autores también han argumentado que los cambios indirectos en el uso de la tierra producen otros impactos sociales y ambientales significativos, que afectan la biodiversidad, la calidad del agua, los precios y el suministro de alimentos , la tenencia de la tierra , la migración de trabajadores y la estabilidad comunitaria y cultural. [ 125 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]

Véase también

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