Etanol celulósico – Lo básico: Conceptos y materias primas
Sección: BIOCOMBUSTIBLES
AVANZADOS
Serie: Etanol celulósico
- Lo básico: Concepto y materias
primas
Entradas: ETANOL CELULÓSICO
1. Conceptos generales
El etanol (también conocido como alcohol etílico,
alcohol para beber o simplemente alcohol) es un líquido volátil, inflamable e incoloro con la
fórmula molecular C2H6O (también se puede
escribir como CH3CH2OH y C2H5OH)
y a menudo se abrevia como EtOH.
|
La Asociación Europea de Etanol
Renovable (ePURE) afirma que el mercado del etanol se puede dividir en tres
segmentos:
(1) Combustible: etanol
utilizado como aditivo en la gasolina o como combustible alternativo.
(2) Potable: etanol
utilizado para producir bebidas espirituosas, como aditivo alimentario, para la
extracción de aromas, para la conservación de alimentos y la producción de
vinagre blanco.
(3) Industrial: etanol
utilizado como un componente químico renovable en varios productos, así como una
materia prima renovable para la producción de químicos biobasados.
Dependiendo de su origen, el
etanol se puede clasificar como:
- Renovable (bioetanol):
se produce a partir de recursos biológicos renovables (materia prima agrícola,
residuos agrícolas, residuos orgánicos, biomasa, microorganismos).
- Sintético (etanol derivado
del petróleo): se genera como un derivado de la producción de etileno
utilizando materias primas de origen fósil.
El etanol renovable y el
sintético son químicamente indistinguibles. La única diferencia entre los dos
es la composición isotópica de los átomos de carbono. El etanol sintético
proviene de materias primas fósiles y el etanol renovable de materiales
"contemporáneos".
Figura 1. Clasificación general
del etanol según su origen
A su vez, el etanol
renovable se puede clasificar como:
- Convencional (primera generación, 1G): se
produce a partir de almidones o azúcares simples.
- Celulósico (segunda generación, 2G, avanzado):
se produce a partir de materias primas celulósicas no aptas para el consumo
humano (residuos agrícolas y forestales, cultivos lignocelulósicos).
|
El etanol celulósico y el etanol
convencional son químicamente idénticos, la composición isotópica también es la
misma. Sin embargo, el primero se produce a partir de diferentes materias
primas a través de procesos más complejos.
Existen varias tecnologías que
pueden usarse en la conversión de biomasa en etanol celulósico. Las tecnologías
se pueden agrupar en dos vías generales:
- Conversión bioquímica
(fermentación) mediante pretratamiento e hidrólisis.
- Conversión termoquímica por
gasificación.
2. Materias primas
La producción de etanol
convencional utiliza un proceso de fermentación para convertir almidones o
azúcares simples contenidos en cultivos alimentarios.
- Azúcares simples: remolacha
azucarera, caña de azúcar.
- Almidones: trigo, cebada de
maíz, centeno, triticale.
La gran mayoría del etanol
mundial se produce a partir del maíz o la caña de azúcar. Actualmente, las
materias primas más utilizadas en Europa son el maíz, la remolacha azucarera y
el trigo.
El etanol celulósico se produce a partir de biomasa
lignocelulósica, que se compone principalmente de celulosa,
hemicelulosa y lignina. La biomasa lignocelulósica generalmente se puede
clasificar como:
- Biomasa virgen de plantas naturales (residuos
de tala convencional, residuos de fábricas de procesamiento de madera y
eliminación del exceso de madera de los bosques)
- Residuos de biomasa de subproductos industriales
y agrícolas. Residuos de cultivos agrícolas (paja de arroz, estofado de maíz,
bagazo de caña de azúcar), estiércol, residuos sólidos municipales y residuos
de procesamiento de alimentos/piensos.
- Cultivos energéticos que se cultivan
específicamente para la producción de etanol celulósico. Hierbas perennes
(switchgrass, Miscanthus) y cultivos leñosos de rotación corta (álamo, sauce,
eucalipto).
|
Figura 2. Dos ejemplos de
materias primas lignocelulósicas: paja de arroz (izquierda) y Miscanthus (izquierda)
La celulosa es un material
estructural importante para las plantas y es la molécula biológica más
abundante en el mundo. Funciona como un esqueleto que les permite estar de pie
y crecer hacia el sol, resistir el estrés ambiental y bloquear las plagas. Se
compone de muchas unidades de glucosa repetidas (seis azúcares de carbono, C6).
La hemicelulosa es una cadena de polímero de azúcar de xilosa (cinco azúcares
de carbono, C5). La lignina forma las paredes celulares duras de la planta. El
proceso de producción de etanol a partir de materias primas celulósicas
requiere descomponer la materia prima en azúcares fermentables (conversión
bioquímica). Para lograr esto, se utilizan tecnologías innovadoras en forma de
pretratamiento e hidrólisis. Una vez que se completan estos procesos, los pasos
de producción restantes son similares a los utilizados para generar etanol a partir
de cultivos de azúcar. La lignina no puede ser fermentada en combustibles
líquidos como la celulosa y la hemicelulosa.
3. Cuestiones relacionadas
con la sostenibilidad
El uso de cultivos alimentarios
para la producción de biocombustibles 1G dio inicio al debate "alimentos versus
combustibles". Por un lado, los críticos de los biocombustibles afirmaban
que los agricultores venderían sus cultivos a los fabricantes de
biocombustibles mejor pagados en lugar de a sus compradores tradicionales y,
por lo tanto, crearían escasez de alimentos y rápidos aumentos de precios. Por
otro lado, los partidarios afirmaban que esos efectos podían atribuirse al
aumento de los costos del petróleo y no a la producción de biocombustibles. El
papel de los biocombustibles en la dinámica global de los precios de los
alimentos ha sido objeto de una considerable discusión y atención de los medios
desde 2007. Durante ese debate, el etanol celulósico surgió como una
alternativa al etanol 1G, ya que podría utilizar residuos y plantas no
alimentarias cultivadas en tierras de baja calidad.
Se considera que el etanol
celulósico proporciona un mejor rendimiento en términos de bajo riesgo de
impactos directos e indirectos del cambio de uso del suelo (ILUC). Debido a que
muchos cultivos celulósicos son perennes y las raíces siempre están presentes,
protegen contra la erosión del suelo y retienen mejor el fertilizante
nitrogenado. La mayoría de las fuentes celulósicas requieren un manejo mucho
menos intensivo que los cultivos de granos, ahorrando los costes de combustible
y dióxido de carbono asociados con las operaciones de cultivos de campo. Los
beneficios climáticos de los biocombustibles celulósicos se derivan de dos
fuentes: evitar el uso de materias primas de origen fósil y la mitigación de los
GEI durante la producción, principalmente por la acumulación de carbono en el
suelo y las emisiones evitadas.
Referencias
[1] Raphael Slade, Ausilio Bauen and Nilay Shah: “The greenhouse gas emissions performance of cellulosic ethanol supply chains in Europe”. Biotechnology for Biofuels 2(1):15, Septiembre 2009.
[2] Randy Schnepf (Coordinador): “Cellulosic Ethanol: Feedstocks, Conversion Technologies, Economics, and Policy Options”. Congressional Research Service, 7-5700, R41460, Octubre 22, 2010.
[2] Randy Schnepf (Coordinador): “Cellulosic Ethanol: Feedstocks, Conversion Technologies, Economics, and Policy Options”. Congressional Research Service, 7-5700, R41460, Octubre 22, 2010.
[3] Kim Seung-Soo, Kim Jinsoo, Shin
Seong-Cheol, Agblevor Foster A.: “Distinction between Bioethanol and
Synthetic Ethanol in a Mixture of Gasoline Using Low Level Liquid Scintillation
Counting”. Chemistry Letters 38(8):850-851, Agosto 2009.
[4] G. Philip Robertson et al.: “Cellulosic
biofuel contributions to a sustainable energy future: Choices and outcomes”.
Science, 30 Junio 2017: Vol. 356, Issue 6345, eaal2324.
[5] Chen-Guang Liu et al.: “Cellulosic
ethanol production: Progress, challenges and strategies for solutions”. Biotechnology
Advances, Volumen 37, Issue 3, Mayo–Junio 2019, Páginas 491-504.
[6] Monica Padella, Adrian O’Connell and Matteo
Prussi: “What is still Limiting the Deployment of Cellulosic Ethanol?
Analysis of the Current Status of the Sector”, Appl. Sci. 2019, 9, 4523; doi:10.3390/app9214523,
24 October 2019.
[7] Climate Technology Centre and Network
(CTCN) - Cellulosic ethanol.
[8] Encyclopedia Britannica - Cellulosic ethanol.
[9] ePURE - What Is Renewable Ethanol?.
[10] ETIP Bioenergy - Cellulosic ethanol.
