Biocombustibles de segunda generación: sopesando los riesgos
Se investiga con nuevas opciones a fin de superar las limitaciones e impactos ambientales y sociales que tienen los biocombustibles de primera generación.
ROCÍO SARMIENTO TORRES*
Debido a la polémica que se establece en cuanto a la conveniencia de producir biocombustibles a gran escala y con la pretensión de sustituir a los combustibles fósiles, se ha acelerado la investigación en nuevos desarrollos tecnológicos hacia una segunda generación de biocombustibles, utilizando materias primas agrícolas que no forman parte de los productos de consumo humano, con mayores beneficios de reducción de bióxido de carbono (CO2) y sin alterar las condiciones naturales del ambiente y con procesos más eficientes.
Por su viabilidad para cumplir con estos criterios, destaca la utilización de celulosa que se puede obtener de residuos de una gran variedad de cultivos como es el rastrojo de maíz o la paja de trigo. También pueden utilizarse pastos silvestres o cultivados, algas y hasta hongos que se producen en suelos de baja productividad a costos menores, con un menor consumo de agua y sin comprometer la biodiversidad.
La disminución en las emisiones de gases de efecto de invernadero (GEI) que se obtiene por la producción de biocombustibles irá en aumento, conforme se realicen mejoras en la tecnología y se logren los avances necesarios en la biotecnología para utilizar material celulósico de residuos agrícolas o urbanos. La Agencia Internacional de Energía (AIE-2009) indica que no se deberían tomar decisiones con base en información histórica y que las dos generaciones de biocombustibles coexistirán durante varias décadas. De hecho, la segunda generación aprovechará la infraestructura y conocimientos adquiridos en la primera(1).
Estas tecnologías son una parte fundamental en la transición hacia un futuro libre del petróleo. No obstante, es necesario continuar con la investigación para obtener precios competitivos con relación a las demás energías, esperándose que esto ocurra en el 2020 (AIE).
Con este propósito, en muchas partes se han invertido grandes sumas de dinero para investigación, como es el caso de las universidades de Berkeley de California y la de Illinois. Entre ambas se invirtieron 500 millones de dólares para el establecimiento de un Instituto de Biociencia en Energía, donde se busca la forma de utilizar microorganismos que descompongan las plantas para convertirlas en biocombustibles en un solo paso. Es un nuevo tipo de hidrólisis, fermentando mediante la utilización de biocatalizadores y obteniendo otros químicos, calor y/o electricidad.
Pradera restaurada en Minnesota con pasto indio (sorghastrum nutams) (imagen: Jason Hill)
Biocombustibles de pastos silvestres
David Timan y otros investigadores de la Universidad de Minnesota, Estados Unidos, indican que los pastos silvestres pueden ser la mejor fuente de biocombustibles, habiendo estimado que pueden proporcionar el 19% de las necesidades de energía global, al mismo tiempo que absorben CO2 de la atmósfera. Los pastizales pueden proporcionar más energía por hectárea que los cultivos tradicionales de maíz y soya; con un balance negativo en cuanto a CO2. Es decir, capturan más CO2 del que se libera a la atmósfera.
No necesitan ser creados como en el caso del maíz y otras materias primas, atacadas por requerir grandes cantidades de combustibles fósiles para el funcionamiento de los tractores, fertilización y conversión en combustibles. Los pastos silvestres no tienen afectaciones como en los campos que se dejan en barbecho después de años de degradación por la agricultura.
Plantaron parcelas con 16 diferentes pastos de praderas silvestres, incluyendo el lupino, pasto indio, goldenrod de gran tallo azul y switchgrass; encontrando que las parcelas que tenían más especies, proporcionaban más energía (con 16 especies se generaba en promedio 2.4 veces más que con una sola). Se puede obtener 50% más energía de los pastos de las praderas por hectárea.
La mayor ventaja fue la cantidad de CO2 que se libera por el proceso completo (incluyendo la plantación de los pastos silvestres, cosechado y su transporte a la planta de producción del biocombustibles, así como la operación de las instalaciones), con un resultado neto de 4.1 toneladas retenidas de la atmósfera
Estados Unidos tiene grandes extensiones de suelo agrícola dejadas en barbecho y grandes planicies que contienen pastos silvestres, por lo que si se cubrieran esas praderas para hacer biocombustibles, se cubriría el 6% de las necesidades de combustibles para esas regiones y 10% de sus necesidades de electricidad. Esas áreas ya almacenan CO2, equivalente al liberado por aproximadamente 12% del petróleo utilizado para el transporte en la región.
Estiman que si se produjeran biocombustibles en las tie-rras degradadas de todo el planeta, se podría llegar al 13% de los combustibles necesarios y simultáneamente producir del orden del 19% de la demanda global de electricidad.
Biocombustibles de algas
Las microalgas no requieren suelos agrícolas. Tienen una productividad hasta 100 veces mayor por unidad de superficie que la de los cultivos agrícolas. Se crean granjas con estanques de baja profundidad para permitir el ingreso de luz solar, aunque también pueden cultivarse en fotorreactores (recipientes de vi-drio o plástico transparente). Pueden utilizar agua salada y requieren de grandes cantidades de CO2. Las granjas se pueden situar en regiones templadas y cálidas, así como en desiertos y costas donde los suelos no son adecuados para producción de alimentos. Por estas razones, es una de las materias primas que está siendo estudiada con mayor interés para la producción de biocombustibles de segunda generación, enfocándose la investigación en la reducción de costos.
Se construyó una planta piloto cerca de Lisboa, Portugal, para producción de biodiesel con algas (tipo Vertigro), que re-presenta la primera de estas instalaciones a gran escala comercial y podrá ser la base del rápido desarrollo dentro de Europa y África. Conforme presente resultados en la absorción de CO2, se construirán más plantas cerca de las principales fuentes de emisiones de este GEI.
Chevron y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) estudian tecnología avanzada para producir biocombustibles a base de algas.
Algenol Biofuels, junto con su socio Biofields, pretende construir una planta (estanques poco profundos con agua de mar) en el desierto de Sonora (Puerto Libertad), utilizando los altos volúmenes de CO2 de una planta termoeléctrica de la CFE para la reproducción de las algas. Algenol Biofuels es propietaria de los derechos exclusivos de la tecnología direct to etanol, proceso a base de algas verdeazules (con contenido de almidón y aceites) genéticamente modificadas para producir azúcares y su fermen-tación a nivel intramolecular de manera directa.
Biodiesel de viruta de madera
Japón investiga la tecnología producir biodiesel y bioetanol con viruta de madera y cortes de pasto. Espera producir biodiesel comercialmente con estas materias primas para el 2010, aunque ya lo produce con aceites usados de tempura.
Biodiesel de jatropha
Se ha desatado un impresionante incremento en la plan-tación de jatropha en Asia, África y Latinoamérica, con el crecimiento de empresas que están realizando convenios con los gobiernos para invertir en forma significante en proyectos de mediana y gran escala. La jatropha es una planta tóxica perenne que resiste altas temperaturas, sequías y suelos de baja fertilidad o degradados. Su veneno la hace resistente a los depredadores. Crece rápidamente y produce semillas en 2 a 5 años con 40% de aceite y se pueden hacer crecer bosques que pueden alcanzar 6 metros en zonas áridas. Es originaria de México y América Central y se cultiva en muchas partes del mundo. En México ya se están realizando algunos intentos de producción de biodiesel de la Jatropha.
Etanol combinando celulosa y maíz
La empresa Poet, en Iowa, Estados Unidos, pretende producir 473 millones de litros de etanol/año con maíz y 25% de material celulósico, con lo que producirá 11% más etanol que utilizando únicamente maíz. En los procesos casi eliminará el consumo de combustibles fósiles y disminuirá el consumo de agua. Producirá etanol celulósico de la cáscara de almendra que extrae de su proceso de fraccionamiento, lo que corresponde al 40% de su materia prima celulósica. El resto de este tipo de materia prima será el olote del maíz.
Las termitas convierten madera en azúcar
El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), en conjunto con el Instituto de Tecnología en California y la empresa de biotecnología Verenium, identificaron enzimas que digieren la madera, generadas por bacterias que viven en el estómago de las termitas. Se pretender hacer un análisis amplio del genoma de la bacteria de los intestinos de la termita de la especie nasutitermes de Costa Rica. Se intenta conocer el papel preciso de las enzimas y, eventualmente, sintetizarlas para transformar la madera a biocombustibles como el etanol.
Se estima un potencial considerable, dada la eficiencia de las termitas que teóricamente pueden transformar una hoja de papel en 2 litros de Hidrógeno (Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology en Mamburg, Alemania).
Parque Yellowstone en Estados Unidos.
Biocombustibles utilizando bacterias termófilas
Se piensa que la bacteria cloracidobacterium termophilum de las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone en Estados Unidos mejorarían la producción de etanol. Se utilizaría para producir etanol que no obtiene carbono de la atmósfera, sino eliminando el desecho de otra bacteria y ayudando a que otros tipos de bacterias crezcan más rápidamente. Se encontró la bacteria en dos geisers y una poza. Es rara, debido a que fotosintetiza produciendo energía de la luz del sol. Se descubrieron solo tres bacterias similares en el siglo pasado.
Biobutano, sustituto de bioetanol
El biobutanol podría reemplazar al bioetanol y al biodiesel en aproximadamente 5 años, con potencial para sustituir completamente a los combustibles fósiles en el transporte. Varios inversionistas dieron a la empresa inglesa Green Biologists 1.58 millones de libras para desarrollar un combustible líquido para el transporte, que es el biobutanol, con base en el butanol producido por un microbio que crece en forma natural en el proceso de fermentación del azúcar. Se aplican tecnologías de microbiología, biología molecular y fermentación, pretendiendo utilizar residuos agrícolas e industriales como los de la pulpa y papel, así como de alimentos.
DuPont y British Energy aceleran el desarrollo de su biobutanol, sin los subproductos acetona y etanol. Una planta inglesa tiene como meta producir 416 millones de litros/año, iniciando con etanol de trigo. El biobutanol tiene un mayor contenido energético que el etanol y no absorbe agua, por lo que puede mezclarse con la gasolina y transportarse por tuberías, utilizando la misma infraestructura que se emplea para productos del petróleo.
Propanodiol obtenido de la glicerina
No tan sólo se realiza investigación para encontrar nuevas materias primas, sino para una mejor utilización de las existentes a fin de lograr la mejor eficiencia y la reducción de costos, como es el caso de la empresa Metabolic Explorer, que mediante un acuerdo con el Instituto Francés del Petróleo llevará a escala industrial su tecnología para producir el 1.3 propanodiol (PDO) de la glicerina generada por la producción del biodiesel. Este producto se usa en la fabricación de una nueva clase de fibras de poliéster, así como para películas plásticas y recubrimientos.
Esta empresa ha desarrollado varias tecnologías diseñando una amplia variedad de bacterias altamente eficientes para producir sustancias químicas existentes a granel, incluyendo cinco que tienen aplicación en fibras, materiales biodegradables y biocombustibles de segunda generación. También se enfoca en producir biobutanol directamente de los almidones (en forma similar al etanol).
Por otra parte, en la universidad de Iowa se inventó un cata-lizador a base de nanósferas que hace reaccionar los aceites vege-tales y las grasas animales con metanol para producir biodiesel más barato, más fácil y menos tóxico, junto con la obtención de glicerina más limpia.
Así como todos estos ejemplos proporcionados, se realiza investigación en muchos otros ámbitos relacionados con los biocombustibles, con el objeto de hacerlos prevalecer a largo plazo, debido a que los de primera generación tienen limitaciones e impactos ambientales, económicos y sociales principalmente a largo plazo, que se han ido identificando en el transcurso de su etapa comercial con producción a gran escala. De hecho, ya se comienzan a establecer metas en la Unión Europea que pro-mueven la producción de estos biocombustibles, junto con otras energías renovables.
(1) Biocombustibles; instrumento decisivo para el desarrollo sostenible; Ismael Sanz Labrador.
(2) Suelos formados por restos de plantas y animales en descomposición; no se regeneran fácilmente cuando se elimina la vegetación original por el lixiviado de los nutrimentos causado por las fuertes lluvias e intensa luz solar.
? Es ingeniera química del Instituto Politécnico Nacional con maestría en Control de Contaminación Ambiental de la Universidad de Leeds, Inglaterra. Es investigadora del Programa de Energía de la Universidad Autónoma de la Ciudad de México (sarmientomr@yahoo.com.mx ) Este artículo fue elaborado con base en información de diversas ediciones de la revista Biofuels International.
