Combustible derivado de alcohol
Tipo de entrada: REVISIÓN.
Introducción
El bioetanol que se produce por
fermentación de cultivos ricos en azúcar es el principal producto de la
industria de los biocombustibles [1]. Sin embargo, el etanol no representa una
solución “drop-in” y requiere cambios sustanciales en las infraestructuras de
refinado y distribución. Las propiedades de este alcohol (una molécula simple
oxigenada) difieren en gran medida de las de la gasolina, el diésel o el
queroseno (mezclas de hidrocarburos), condicionando una posible mezcla. El
etanol puede provocar problemas de corrosión en tuberías de transporte que
fueron diseñadas para trabajar sólo con gasolina.
En el caso específico del queroseno,
hay requerimientos de calidad más estrictos que en el caso del transporte por
carretera. El etanol muestra baja compatibilidad como combustible de mezcla con
el queroseno debido a su alta volatilidad y absorción de agua y a su bajo punto
de ignición y densidad energética. El butanol no es tan incompatible como el
etanol, pero también sigue representando riesgos de seguridad inaceptables
debido a su bajo punto de ignición y a su alta volatilidad. [2,3]
Para evitar los problemas
relacionados con los límites de alcohol fijados para la mezcla con
hidrocarburos, se está estudiando la conversión directa de alcohol en combustibles
convencionales como alternativa. Esos hidrocarburos se pueden utilizar como
combustibles para transporte con la infraestructura existente. Además, esta
aplicación no requiere alcoholes grado combustible, reduciendo las necesidades
energéticas requeridas por la destilación. Los combustibles derivados de
materias primas renovables pueden reducir la dependencia de la industria del
transporte de una única fuente de energía, eliminando la volatilidad de los
precios del petróleo y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
Proceso
Para crear combustibles
alternativos que sean aptos para las infraestructuras convencionales, las
diferencias entre las propiedades físicas y químicas entre los alcoholes y los
combustibles convencionales deben ser minimizadas. El proceso incluye tres
pasos: deshidratación del alcohol, oligomerización e hidrogenación. Una ventaja
de estos tres pasos es que todos ellos ya han sido usados a una escala
comercial relevante. Sin embargo, la demostración del proceso integrado con
intermedios derivados de biomasa todavía sigue siendo necesaria. Las siguientes
tablas ilustran tres tecnologías para la producción de combustible a partir de
alcohol en diferentes etapas de desarrollo.
Gasolina derivada de etanol
[4]
|
|
Materia
prima
|
Etanol.
|
Tecnología
de proceso
|
La reacción de conversión catalítica del alcohol etílico
en hidrocarburos sintéticos tiene lugar en fase gaseosa en dos etapas:
1) La primera etapa es una un reacción fuertemente
endotérmica de descomposición del alcohol en la que se produce etileno y vapor
de agua.
2) La segunda etapa cubre varias reacciones complejas
fuertemente exotérmicas de síntesis de hidrocarburos a partir de etileno.
|
Productos
|
-
Biohidrocarburos gaseosos.
- Biohidrocarburos líquidos (<210ºC).
- Biohidrocarburos aromáticos (>210ºC).
|
Estado
actual
|
Producción a escala comercial en Bogumiłów, cerca de Łódź
(Polonia).
Capacidad: 22.500 toneladas métricas de biohidrocarburos
al año.
|
Queroseno derivado de alcohol (ATJ)
[5, 6, 7,
8]
|
|
Materia
prima
|
Etanol e isobutanol
Proceso de producción: fermentación (Gevo Integrated Fermentation
Technology, GIFT).
|
Tecnología
de proceso
|
Tres pasos:
1) Deshidratación.
2) Oligomerización.
3) Hidrogenación.
|
Productos
|
- Queroseno.
- Isooctano.
|
Estado
actual
|
- Gevo lleva produciendo queroseno derivado de alcohol en
su biorrefinería en Silsbee desde 2011. La planta tiene capacidad para
procesar entre 5.000 y 10.000 galones de isobutanol al mes y producir
cantidades de prueba para aerolíneas comerciales.
- En octubre de 2016, Gevo informaba de que había firmado
un acuerdo con Lufthansa para suministrar ATJ procedente de su primera planta
comercial de hidrocarburos, que se prevé que sea construida en Luverne. Los
términos del acuerdo contemplan que Lufthansa adquiera hasta 8 millones de
galones al año del ATJ de Gevo o hasta 40 millones de galones en los 5
primeros años de vida del acuerdo de compra.
- Gevo ATJ se usó en el Aeropuerto Internacional O’Hare de
Chicago el 8 de noviembre de 2017 para el “Fly Green Day”.
|
Queroseno derivado de etanol
[9, 10]
|
|
Materia
prima
|
Etanol.
Proceso de producción: Fermentación de gas de LanzaTech, que
usa materias primas como efluentes de gases industriales y biomasas
residuales.
|
Tecnología
de proceso
|
Tres pasos:
1) Deshidratación.
2) Oligomerización.
3) Hidrogenación.
|
Productos
|
- Queroseno.
- Diésel.
- 2,3-BDO.
|
Estado
actual
|
- LanzaTech está preparando un paquete de diseño e
ingeniería para una instalación de producción de ATJ implementando esta ruta.
El proceso ha sido seleccionado para ser escalado a escala demostración bajo
el programa PD2B3 (Resolución DE-EE0007966).
- La instalación está siendo diseñada para producir 3
millones de galones al año de ATJ y diésel.
|
Figura 1. A: Proceso ATJ de Gevo (extraída
de [5]) / B: Proceso ATJ de Lanzatech/PNNL (extraída de [9])
Normativa
En 2016, el Comité Internacional
de ASTM aprobó una revisión de la norma ASTM D7566 (Especificación para
Combustible de Turbinas de Aviones que Contienen Hidrocarburos Sintéticos) para
incluir queroseno parafínico sintético derivado de isobutanol (ATJ-SPK). En
Abril de 2018, ASTM votó a favor de revisar de nuevo la especificación para
incrementar los niveles de mezcla de ATJ con queroseno de origen fósil del 30%
al 50%. También incluyó etanol como materia prima aprobada en el Anexo 5 además
del isobutanol. Estos cambios han sido publicados recientemente en la última
edición de la norma: ASTM D7566 - 18.
___________________________________________________________________________________________________________________________________
REFERENCIAS
[1] B. Kummamuru: “WBA Global Bioenergy Statistics 2017”. World Bioenergy Association.
[2] J. I. Hileman, et al.: “Near-Term Feasibility of Alternative
Jet Fuels”, RAND
Corporation, 2009.
[3] W.-C. Wang et al.: “Review of Biojet Fuel Conversion Technologies”. Technical Report
NREL/TP-5100-66291, julio de 2016.
[4] “Perfil:
Planta de producción de gasolina a partir de etanol en Bogumiłów”. BioRefineries Blog, 22/11/2017.
[5] G. Johnston: “Alcohol to Jet - Isobutanol”. ICAO Seminar on Alternative Fuels,
febrero de 2017.
[6] “Gevo y Lufthansa firman acuerdo para
suministro comercial de bioqueroseno derivado de alcohol”. BioRefineries Blog, 8/9/2016.
[7] “On
Fly Green Day, Eight Airlines Fly with Gevo’s Jet Fuel from O’Hare”. Nota
de prensa de Gevo, 8/11/2017.
[8] “Jet Fuel Derived from Ethanol Now
Eligible for Commercial Flights”. Nota de prensa de Gevo, 3/4/2018.
[9] S. Simpson: “A Hybrid Catalytic Route to Fuels
from Biomass Syngas”.
U.S. DOE’s BETO Project Peer Review, marzo de 2017.
[10] “PNNL technology clears way for ethanol-derived
jet fuel”. Nota de
prensa de PNNL, junio de 2018.