¿QUÉ SABES DEL BIOETANOL?

El bioetanol

El bioetanol es un alcohol etílico de alta pureza (Etanol), anticorrosivo y oxigenante que podría ser empleado como combustible mezclándolo con las naftas en diferentes proporciones.

Se extrae a partir de biomasa de procedencia vegetal con azucares básicas o con cualquier compuesto que logre transformarse en azucares, como el almidón o la celulosa. Las especies vegetales desde las cuales se puede obtener el bioetanol son el maíz, trigo, sorgo, cebada, remolacha azucarera, caña de sacarosa.

Al ser una biomasa de procedencia vegetal, el bioetanol es considerado una energía renovable y su trabajo reduce extensamente la emisión de gases contaminantes a la atmosfera, lo cual es un monumental aporte para reducir la contaminación ambiental y como resultado, el cambio climático.

¿Para qué sirve el bioetanol?

El bioetanol tiene los mismos usos que los combustibles que se queman para obtener otro tipo de energía, así sea motriz o eléctrica. De esta forma, el bioetanol se puede utilizar para el transporte o para la generación eléctrica, además de calorífica. Su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo.

Producción

Las técnicas de producción han cambiado con el paso de los años, en donde pueden distinguirse 2 generaciones de obtención de bioetanol. La primera generación se fundamenta en aprovechar los azucares y almidón presente primordialmente en la caña de sacarosa y el maíz, en lo que en la segunda generación de combustibles se usan los residuos de cultivos alimentarios.

Cualquier residuo vegetal podría ser transformado en sacarosa y después ser convertido en bioetanol. (Robertson, Landis, & Khanna, 2007) Por otro lado, la celulosa no se estima para uso alimentario, por lo cual la probabilidad de su aprovechamiento es extensa y se considera una fuente óptima de materia prima para la producción de combustibles de forma sostenible (Leyva & Gonzarga , 2011).

Fermentación

La fermentación alcohólica, fermentación etílica, o del etanol, es un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una fermentación anaerobia, es decir, sin presencia de oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a la actividad de microorganismos especiales que convierten azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. a etanol. Cuando la fermentación se emplea en el proceso de producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica, los azúcares liberados durante la hidrólisis enzimática son fermentados con la consiguiente producción de etanol y CO2. La conversión estequiométrica de la glucosa y la xilosa a etanol es de aproximadamente 0,51 gramos de etanol por gramo de azúcar. Estos resultados son variables según el método que se emplee, el microorganismo, condiciones de temperatura, el tipo de biomasa, etc. (Pejó, 2010). Para la selección óptima de microorganismos debe considerarse que presenten altas conversiones, tolerancia alcohólica y un rango amplio de sustratos utilizables (Picataggio, Zhang, & Finkelstein, 1994).

Destilación

La producción de etanol anhidro se convierte en una prioridad a grado ambiental, tecnológico y económico (Vázquez et al., 2005). El proceso de destilación es primordial para purificar el etanol producido en la fermentación. En los procesos de destilación convencionales, la división del etanol no es completa en su integridad, debido a que se muestra un punto azeotrópico de la mezcla etanol-agua cerca del 95 % de concentración de etanol. Tal, para obtener un combustible anhidro se necesitan llevar a cabo un tercer elemento que rompa el azeótropo.

Deshidratación

La deshidratación del etanol es importante si se busca implementarlo como combustible en motores de combustión interna, debido a que la existencia de agua puede influir la eficiencia de la combustión, además de crear un mal por corrosión al motor; tal, generar un combustible anhidro es importante. El proceso de purificación del etanol representa uno de los desafíos mayores de la industria, debido a que involucra una enorme inversión económica y energética al proceso. Ciertos procesos modernos de producción de etanol anhidro trabajan con reactivos que rompen el punto azeotrópico como benceno, di etil éter y pentano, así como disoluciones salinas (Vázquez et al., 2005). Por otro lado, hay procesos que hacen la división por medio de tamices moleculares de zeolitas, los cuales reflejan buenos resultados, empero involucran elevados precios de material y de servicios una vez que se aplica industrialmente

¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL BIOETANOL?

 

La combustión del bioetanol

En presencia de oxígeno, el bioetanol da lugar a una reacción exotérmica. La ecuación química que representa la combustión del bioetanol es: CH₃CH₂OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Suponiendo que se estamos empleando 1 L de bioetanol, determinaremos cuántos gramos o litros se obtendrá de cada producto.

Primero calcularemos la masa molar del bioetanol:

CH₃CH₂OH
ELEMENTO	MASA ATÓMICA	ATÓMOS	MOLES	GRAMOS(g)
C	12.011	1	1	12.011
C	12.011	1	1	12.011
H	1.008	3	1	3.024
H	1.008	2	1	2.016
H	1.008	1	1	1.008
O	15.999	1	1	15.999
TOTAL(MM):				46.069

Tomando en cuenta que la densidad  del bioetanol es de 0.789 g/cm3 o 789 g/L hacemos conversión de de masa a moles.

789g de bioetanol (1mol de bioetanol / 46.069g de bioetanol) = 17.126 moles de bioetanol

Ahora calcularemos la masa molar de los productos:

2 CO₂
ELEMENTO	MASA ATÓMICA	ATÓMOS	MOLES	GRAMOS(g)
C	12.011	1	2	24.022
O	15.999	2	2	63.996
TOTAL(MM):				88.018

3 H₂O
ELEMENTO	MASA ATÓMICA	ATÓMOS	MOLES	GRAMOS(g)
H	1,008	2	3	6.048
O	15.999	1	3	47.997
TOTAL(MM):				54.045

Definiremos los moles de los productos que son necesarios para llevar la reacción.

1 mol de CH₃CH₂OH → 2 moles de CO₂

17.126 moles de CH₃CH₂OH → x CO₂

(17.126 (2)) / 1 = 34.252 moles de CO₂

1 mol de CH₃CH₂OH  → 3 moles de H₂O 

17.126 moles de CH₃CH₂OH  → x moles de H₂O

(17,126(3)) / 1 = 51.378 moles de H₂O

Ahora convertiremos los moles a masa molar para obtener los gramos de cada producto que se producirán con 1L de bioetanol...

(34.252 moles de CO₂)(88.018g de CO₂) = 3,014.792g de CO₂

(51.378moles de H₂O)(54.045g de H₂O) = 2,774.412g de H₂O

¿Cuántos kilómetros rinde 1L de bioetanol a 1L de gasolina?

Es importante saber cuanto rinde un litro de gasolina en la actualidad, aunque esto depende mucho del modelo del vehículo, los cilindros y el desgaste que ocupa la unidad. Sin embargo se tiene una estimación promedio de esta cifra.

Por ejemplo, un vehículo que cuenta con 3 o 4 cilindros , tiene un rendimiento de 15 a 25 kilómetros por litro. Mientras que los automóviles medianos de 4 cilindros rinde al rededor de 11 a 14 kilómetros por litro. A su vez, un vehículo gran de 6 a 7 cilindros rinde un estimado de 8 a 10 kilómetros por litro.

Sabiendo estas cifras, pasamos con el consumo por litro del bioetanol.

Dado que ele bioetanol tiene un menor contenido energético, pero su rendimiento es similar por lo que suele aumentar el consumo del vehículo en un 30%. Entonces las cifras serían las siguientes: un vehículo que cuenta con 3 o 4 cilindros, tiene un rendimiento de 12 a 22 Kilómetros por litro, un automóvil mediano que tiene 4 cilindros rinde de 9 a 12 kilómetros y un automóvil grande de 6 a 7 cilindros rinde un estimado de 5 a 7 kilómetros por litro.

El bioetanol es una gran alternativa a la gasolina, ya que aunque tenga un rendimiento menor es muy similar al de la gasolina, igual su precio es algo muy beneficioso, pero al costar y rendir menos, tendremos que implementar más. Por ejemplo si se toma en cuenta a un vehículo que recorre de 200 a 300 km en una semana, usaríamos al rededor de 25 litros de bioetanol con un precio de 275 MXN, mientras que si usamos gasolina serían 20 litros con un valor de 380 MXN. Esto es una mínima diferencia, pero si pensamos en mayoreo, el bioetanol siempre será más barato y con una menor contaminación al ambiente.Es necesario saber que el precio de un 1L de bioetanol es al rededor de 15 MXN, esto varia en función la calidad de este mismo y su marca. Un precio de gasolina cuesta al rededor de 19 MXN, esto igual depende de su calidad y marca.

ANALISIS

 

Análisis del Bioetanol

El bioetanol es un alcohol etílico, que mezclándolo con las naftas puede ser utilizado como un combustible. Además  de ser un combustible nos permite utilizarlo de diferentes formas como  en el transporte, la generación de electricidad, entre otras funciones. 

Sabemos que para llevar a la creación del bioetanol lleva un largo proceso. Debido a esto el bioetanol pierde un poco de su contenido energético, haciendo que sea un 30% menos eficiente que la gasolina, pero a su vez, mas barato y sin dudar la regulación de estos recursos no renovables como lo son la gasolina y sus derivados.

Un litro de bioetanol rinde al rededor de 12 a 22 kilómetros, esto depende mucho de la calidad del bioetanol  su marca, formato y su lugar de producción, pero su precio oscila en los 15 MXN, y el de la gasolina por litro es de 19 MXN y rinde de 15 a 15Km por litro. 
Sabiendo estas cifras deducimos que una persona desembolsa a la semana por el consumo de combustible de su auto que recorre al rededor de 200Km a 300Km.

Entonces si hacemos nuestras operaciones se usarían al rededor de 25 litros de bioetanol con un precio de 275 MXN, mientras que si usamos gasolina serían 20 litros con un valor de 380 MXN. Esto es una mínima diferencia, pero si pensamos en mayoreo, el bioetanol siempre será más barato y con una menor contaminación al ambiente. 

Otras alternativas de combustibles fósiles

El Hidrógeno.

A lo largo de un siglo el hidrógeno de ha considerado como un combustible adecuado y limpio. Pues puede obtenerse de una diversa gama de fuentes domésticas, el hidrógeno podría minimizar los precios económicos, políticos y del medio ambiente de los sistemas de energía.

El hidrógeno es un portador de energía como la electricidad y puede producirse desde una extensa pluralidad de fuentes de energía como por ejemplo: el gas natural, el carbón, la biomasa, el agua, etcétera., así como de las aguas negras, de los residuos firmes e inclusive desperdicios del petróleo.

Los beneficios y desventajas del hidrógeno derivan de sus características físicas simples. La molécula de hidrógeno es la más ligera, la más pequeña y está en medio de las moléculas más básicas, además, es subjetivamente estable. El hidrógeno tiene mayor tiene mayor contenido de energía por unidad de peso que la combustión a altas colaboraciones de compresión y altas eficiencias en máquinas de combustión interna. Una vez que se le combina con el oxígeno en celdas de combustible electroquímicas, el hidrógeno puede elaborar electricidad de manera directa, rebasando los parámetros de eficiencia del periodo de Carnot logrados en la actualidad en plantas generadoras de potencia. 

Como desventajas, el hidrógeno tiene una temperatura de licuefacción drásticamente baja (de unos 20 Kelvins) y una energía bastante baja por unidad de volumen como gas o como líquido (una tercera parte de la del gas natural o una gasolina). Otras desventajas son: la obtención del hidrógeno líquido necesita de un proceso enormemente consumidor de energía, el transporte de hidrógeno gaseoso por conductos es menos eficiente que para los demás gases, y los contenedores para su almacenaje son enormes y el almacenamiento de porciones idóneas en un transporte aún representa un problema importante (en este campo los ingenieros alemanes de BMV son los que más adelantos consiguieron ya que llevan haciendo un trabajo con esta clase de sistema a lo largo de bastante tiempo, e inclusive se atreven a mencionar que van a ser los primeros en arrojar un modelo al mercado). Además habría que señalar que el hidrógeno no es tóxico y no es contaminante, pero es complicado de identificar sin sensores adecuados debido a que es incoloro, inodoro y su flama al aire es casi invisible.