1. Marco teorico<br />Biomasa<br />Conceptos generales, fuentes de biomasa, materias primas para la producción de biomasa primera y segunda generación, producción de biodiesel y bioetanol, y principales plantas<br />Energía de la biomasa<br />1.1 Bienestar y energías alternativas<br />Desconocemos desde cuando el hombre utiliza energías alternativas para su bienestar; remontémonos en el tiempo desde que el hombre es hombre. Sin embargo con tanto avance tecnológico, hemos olvidado un aprovechamiento energético que tenemos al alcance de la mano; incluso en algunas regiones de la tierra es la única energía de la cual disponen.<br />La planificación de un bienestar, en muchas circunstancias, nos viene impuesta por consideración social y de diversas índoles, las cuales no comentaremos. Aunque siempre nos queda la duda de cómo mejorar nuestro bienestar, si lo tenemos o, si no lo disponemos del, como llegar a obtenerlo. Esta es la razón por la cual comentaremos algunas situaciones en las cuales las energías alternativas pueden llevarnos a obtener nuestro bienestar o a mejorarlo.<br />Comentar en estos casos no es restrictivo y, por lo tanto, lo que intentamos es buscar una fuente que renueve nuestro planeta y nuestro bienestar.<br />1.2 La sequia<br />El problema de la sequia mundial es claramente diferente si al país que le afecta es industrializado o no. Tendremos q considerar un país tercer nudista y nos planteamos como resolver el problema de la sequia. Se tendría que realizar un estudio de donde existe agua y si es dulce o salada. En el caso q sea salada se tendría q extraer y luego desalarla. Para extraerla podríamos utilizar energía fotovoltaica o eólica, si es posible, y una vez extraída la fuente se tendría que desalinizar y posteriormente será distribuida. En caso de que el agua fuese dulce, el proceso sería el mismo, a excepción de la desalinización del agua.<br />Consideraremos un país industrializado con sequia, y que mejor ejemplo a tomar q España. Tomaremos como fecha los años 1992-93, sin embargo en algunas regiones del norte regocijan de agua y hasta se tienen q abrir las compuertas para dejar fluir el agua. Una parte del sistema central, la zona de grado, la vera, las urdes, etc. Al este, limitando con la comunidad de Castilla la Mancha, existe una gran cantidad de pantanos naturales y estos lugares como fuentes manantiales naturales, a partir de aquí y por medio de canalizaciones se distribuirá el agua de los pantanos. Los accidentes del terreno serian evitados con pequeñas instalaciones fotovoltaicas. De esta manera no carecería el país de agua y así se resolvería el problema en un país industrializado.<br />1.3 La contaminación <br />Este es otro de los grandes problemas en las ciudades de gran tamaño. Sin embargo en Suecia se está construyendo una central para el aprovechamiento energético del sol para disponer de un sistema de calefacción y agua caliente sanitaria no contaminante, mientras en otros lugares q disponen de mayor energía solar no se hace nada ni si quiera una pequeña escala.<br />Otra posibilidad es el cambio de las calderas tradicionales de carbón por caldera bioenergéticas, estas calentadas por energía de biomasa. En España se ha tomado la iniciativa de gratificar a aquellas personas q cambien su sistema de calefacción alimentada por carbón por una de biomasa.<br />1.4 La casa energética<br />En la década de los 70, la arquitectura civil inicio un proceso de transformación en busca de un ahorro energético y un mejoramiento en la calidad de vida en las viviendas utilizando los medios de los cuales disponían.<br />Las pérdidas de calor que existían en una vivienda eran demasiadas para las épocas de crisis en la que se estaba viviendo. Después de un profundo análisis de dieron cuenta de la importancia de la orientación de las viviendas, así como las perdidas por paredes puertas y ventanas sin aislamientos. La importancia de la colocación de un foco calorífico central distribuido verticalmente, como ocurría antiguamente en las viviendas en las que el hogar de la chimenea era el foco central de calor, ya que subía por la chimenea y se transmitía por las paredes adosadas a esta, es una técnica vieja que se ha rescatado en estas “casas energéticas”<br />Las pérdidas de calor de una vivienda en invierno son importantes, pero “asarnos” en verano no es tampoco muy agradable; por esta razón tenemos que encontrar la temperatura idónea para vivir, denominada “temperatura bienestar”.<br />Para personas que se encuentran en perfecto estado de salud (y que por lo tanto la temperatura de su cuerpo supera los 37°C), la temperatura de bienestar oscila entre los 13°C de la cocina, escalera y vestíbulo y los 18°C del cuarto de estar y dormitorios utilizados durante el día. Para conseguir esta temperatura durante todo el año no solo es necesario un sistema de calefacción para el invierno, sino también un sistema de refrigeración para el verano. <br />En aquellos lugares donde se podrían edificar casas y no edificios de viviendas, se intentaría no solo buscar el bienestar de sus inquilinos, sino también un autoabastecimiento energético total. Es un “caso de libro”, pero en algunas ocasiones es posible y si no es un autoabastecimiento total si parcial.<br />Una vivienda autosuficiente deberá de disponer de un dispositivo de recogida de agua de lluvia; hay que tener en cuenta que la media que necesita una persona es de unos 130 litros de agua al día, de los cual unos 50 litros serán de agua caliente y el resto de agua fría, en este cálculo hemos considerado el agua para el WC, higiene personal, lavado de ropa y platos, beber, guisar, jardín y coche<br />El dispositivo de calentamiento de la vivienda, así como el agua caliente, podrían ser un sistema foto térmico. Un sistema fotovoltaico se encargaría de la obtención de la energía eléctrica necesaria; no debemos descartar una combinación de sistema eólico y fotovoltaico, si las condiciones lo permiten. Lógicamente toda esta infraestructura no es posible realizarla en una gran ciudad, pero si en una zona rural y mucho más en aquellos lugares que, por las condiciones meteorológicas y geográficas, se encuentran aislados durante algún tiempo, como sucede en algunos pueblos de los pirineos o de picos de Europa por ejemplo.<br />En los grandes pueblos y ciudades es aconsejable que las viviendas dispongan de un sistema de ventilación y calefacción natural, así como un buen estudio de los materiales empleados en la construcción, ya que dependiendo de estos y de la edificación podemos encontrar grandes diferencias en cuanto a bienestar y a ahorro.<br />Biomasa y bioenergía<br />Como bien lo indica su nombre, es la obtención de energía que procede de la vida. El concepto de biomasa fue adoptado por biología, la biomasa es el conjunto total de organismos vivientes, animales y vegetales de una determinada región.<br />2.1 Biomasa<br />Es el aprovechamiento del colectivo de organismos vivos caracterizado por poseer como base compuestos orgánicos reducidos con los que se consigue un aporte energético orgánico y no fósil, es decir la biomasa es la energía q podemos obtener a partir de la materia viva o masa.<br />El concepto de bioenergía es más amplio ya q se considera como el aprovechamiento energético de la vida no solo de la materia. La biomasa no considera aporte energético los animales de tiro o carga.<br />El estudio que se realiza de la bioenergía es a partir de la biomasa y es prácticamente relegado de países de tercer mundo<br />2.2Clasificación de la biomasa <br />La clasificación de la biomasa es sencilla, si seguimos el ciclo de la vida<br />Biomasa primaria o de calidad: Consiste en aprovechar los procesos espontáneos de transformación que poseen algunos seres vivos como adaptar la energía solar que nos llega en energía química, utilizando directamente el aprovechamiento energético de la madera bosques y selvas. Este tipo de energías la utilizamos en las necesidades primarias del hombre.<br />Biomasa secundaria o de residuos naturales: consiste en el aprovechamiento de los residuos propios de los seres vivos convirtiéndolos en energía como gas su origen se encuentra en la recuperación de los excrementos de los animales en biogás, carbón vegetal.<br />Biomasa terciaria o de energía renovable: recuperación energética de los residuos del hombre. Esto puede darse por medio de 2 caminos uno es el reciclaje de aquellos materiales que se pueden volver a utilizar, el otro es el de la incineración de los materiales pueden volverse a utilizar. El problema con estos procesos es q en el momento de la recuperación energética los gases desprendidos den estos proceso son perjudiciales para el medio ambiente.<br />Biomoléculas y carbohidratos<br />El significado total del concepto de vida es a un muy difícil de establecer podríamos situar contextos biológicos, medico, filosóficos y hasta teológicos, pero siempre encontraremos en algún momento que la pregunta ¿Qué es la vida? Queda aun sin contestar.<br />La idea de que la vida existe mientras existan reacciones bioquímicas tendientes a utilizar la energía almacenada en los carbohidratos para formar moléculas energéticas como el ATP, el sentido e importancia de los carbohidratos queda de manifiesto<br />Adenosintrifosfato, la biomolécula energética básica del metabolismo celular.<br />3.1¿Qué son los carbohidratos?<br />Se llaman así por la relación que existe en la formula general de estos compuestos de una molécula de agua por cada átomo de carbono: Cn (H2O) n. Los carbohidratos, hidratos de carbón, o azucares, son considerados aldehídos cetonas de alcoholes polivalentes. Estos mismos son sintetizados por los vegetales durante el proceso denominado fotosíntesis<br />3.2 Ecuación de la fotosíntesis <br /> CO2 +H2O Luz solar CnH2nO2 + O2 (gas que se desprende)<br /> Fotosíntesis<br />La oxidación celular de los carbohidratos se conoce como respiración celular.<br />Se lleva a cabo en dos procesos: anaerobia y aerobia. El resultado final es de CO2 + H2O + energía, en forma de ATP. En realidad es una forma de energía depositada en los enlaces químicos de los carbohidratos. Los vegetales utilizan energía solar para unir los enlaces químicos. Los organismos heterótrofos, como el hombre, descompone los azucares a travez de reacciones bioquímicas enzimáticas, rompiendo enlaces químicos, con lo que liberan energía para la transformación de una serie de moléculas energéticas en ATP. <br />No es posible concebir el concepto de vida sin participación de los carbohidratos.<br />Discar dios: compuestos que por hidrólisis producen 2 monosacáridos. A través de la polimerización se forma un enlace glicosidico entre los carbonos 1 y 4 de cualquier monosacáridos.<br />Procesos de conversión de energética de la biomasa.<br />Una vez encontrada la fuente de energía, tenemos que ser capaces de transformar esta energía en energía aprovechable. Las transformaciones las clasificaremos según el proceso de conversión <br />Procesos termoquímicos Son aquellos procesos que se producen debido a la interacción de calor en las reacciones químicas. Podemos clasificar estos procesos según produzcan la interacción del calor en la reacciones <br />4.1 Combustión directa de la biomasa<br />Es la oxidación exotérmica de la materia aprovechando el alto poder calorífico de la misma. Podemos utilizar este tipo de energías en todos aquellos lugares donde se necesite calor: hogares granjas, industrias etc. También podemos transformar este tipo de energías en electricidad siguiendo el modelo de las centrales térmicas; en lugar de utilizar combustibles fósiles podemos utilizar combustibles biologicos.<br />4.2 Pirolisis <br />Es la descomposición físico-química de la materia mediante calentamiento en ausencia de oxigeno. Podemos obtener carbón vegetal, un destilado líquido rico en productos químicos, así como aceites y algunos compuestos gaseosos que contiene hidrocarburos hidrogeno, dióxido, monóxido de carbono y nitrógeno.<br />4.3 Gasificación <br />Es el aprovechamiento del proceso de sublimación de la materia. Esto se consigue cuando la materia se encuentra en determinadas condiciones de presión y temperatura<br />4.4 Procesos bioquímicos<br />Son aquellos proceso en los cuales la propia vida es capaz de producir procesos por el cual ciertos procesos y cambios químicos <br />5. Fotoquímica<br />5.1 La fotoquímica<br />Es una su disciplina de la química, es el estudio de las interacciones entre átomos, moléculas pequeñas, y la luz (o radiación electromagnética).<br />La primera ley de la fotoquímica, conocida como la ley de Grotthus-Draper (por los químicos Theodor Grotthuss y John W. Draper), establece que la luz debe ser absorbida por una sustancia química para que dé lugar a una reacción fotoquímica.<br />La segunda ley de la fotoquímica, la ley de Stark-Einstein, establece que para cada fotón de luz absorbido por un sistema químico, solamente una molécula es activada para una reacción fotoquímica. Esto es también conocido como la ley de la foto equivalencia y fue derivada por Albert Einstein en el momento en que la teoría cuántica de la luz estaba siendo desarrollada.<br />La fotoquímica puede ser introducida como una reacción que procede con la absorción de luz. Normalmente, una reacción (no sólo una reacción fotoquímica) ocurre cuando una molécula gana la energía de activación necesaria para experimentar cambios. Un ejemplo de esto es la combustión de la gasolina (un hidrocarburo) en dióxido de carbono y agua. Esta es una reacción química en la que una o más moléculas o especies químicas se transforman en otras. Para que esta reacción se lleve a cabo debe ser suministrada energía de activación. La energía de activación es provista en la forma de calor o una chispa. En el caso de las reacciones fotoquímicas, es la luz la que provee la energía de activación.<br />La absorción de un fotón de luz por una molécula reactiva puede además permitir que ocurra una reacción no sólo llevando la molécula a la energía de activación necesaria, sino también cambiando la simetría de la configuración electrónica de la molécula, permitiendo un camino de reacción de otra forma inaccesible, tal como lo describen las reglas de selección de Woodward-Hoffman. Una reacción de ciclo adición de 2+2 es un ejemplo de una reacción peri cíclica que puede ser analizada utilizando estas reglas o por la relacionada teoría del orbital molecular.<br />5.2 Foto producción de combustibles <br />Proceso por el cual ciertos microorganismos, mediante la acción de la energía procedente de el sol y partiendo de compuestos orgánicos e inorgánicos son capaces de obtener combustible y oxigeno. Se obtienen principalmente dos tipos de combustibles según los microorganismos que intervengan en la foto producción:<br />Foto producción de hidrogeno. Se obtiene principalmente a partir de la biofotosíntesis de la molécula del agua, aunque existe otro proceso que no se encuentra ligado a el agua y que se basa en ciertas bacterias fotosintéticas capaces de obtener hidrogeno a partir de compuestos orgánicos, no solo se produce mediante organismos vivos, también se produce en organismos carentes de vida como ejemplo las membranas, han sido reproducidas artificialmente mediante sistemas de fotoquímica. Una vez obtenido el hidrogeno este se puede utilizar como combustible ya que se trata de el combustible ideal por que en su combustión se obtiene el mayor aporte energético. <br />Foto producción de amoniaco. Ciertos microorganismos en presencia de nitrógeno, nitratos y un aporte energético procedente de luz solar son capaces para poder obtener amoniaco mas sin en cambio podemos obtenerlo por un simple proceso fotoquímica a partir de nitrógeno, vapor de agua y compuestos químicos que reaccionen mediante la luz.<br /> <br />5.3 Fermentación alcohólica<br />Proceso que se realiza en presencia de oxigeno aunque este se encuentra en pequeñas cantidades. Las levaduras, que son microorganismo, transforman los hidratos de carbono en etanol, recuperado por destilación. El etanol puede ser utilizado para la obtención de calor, energía mecánica y en consecuencia energía eléctrica.<br />5.4 Digestión anaerobia <br />Proceso por el cual ciertas bacterias, en ausencia de oxigeno son capaces de transformar la materia prima en biogás principalmente metano y anhidrico carbónico. Este suele ser utilizado en motores de combustión que pueden obtener energía mecánica y como consecuencia energía eléctrica <br />5.5 Tecnología de biomasa <br />La tecnología suficiente y necesaria para poner en marcha las centrales bioenergéticas. Solo se necesita poner manos a la obra. Existen fábricas de reciclaje de papel, plásticos, vidrio, aceites, aceros, hierros, etc. Todo puede ser reciclado; para esto, lo primero que tenemos que disponer es de una red de recogida de los restos inservibles de estos elementos. Una vez recogidos, serán llevados a las centrales de reciclaje de donde volverán a salir nuevos y listos para reutilizarse. Los desechos animales se pueden convertir en energía. Así el estiércol producido por 40,000 cabezas de ganado vacuno en el estado de Colorado EE.UU., es transformado en metano equivalente a la mitad de combustible necesario para mantener una central eléctrica de 50 MW.<br />6.Biodiésel<br />El biodiésel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,[1] mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.<br />El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.<br />El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.<br />El biodiésel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiésel.<br />6.2Antecedentes históricos<br />La transesterificación de los aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los científicos E. Duffy y J. Patrick, muchos años antes de que el primer motor diésel funcionase. El primer modelo de Rudolf Diesel, un monocilíndrico de hierro de 3 metros con un volante en la base funcionó por vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de 1893. En conmemoración de dicho evento, el 10 de agosto se ha declarado quot;
Día Internacional del Biodiéselquot;
. Diesel presentó su motor en la Exposición Mundial de París de 1898. Este motor es un ejemplo de la visión de Diesel, ya que era alimentado por aceite de cacahuete –un biocombustble, aunque no estrictamente biodiésel, puesto que no era transesterificado-. Diesel quería que el uso de un combustible obtenido de la biomasa fuese el verdadero futuro de su motor. En un discurso de 1912, dice: “el uso de aceites vegetales para el combustible de los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos del petróleo y el carbón de nuestros días”.<br />Durante los años veinte, los fabricantes de motores diésel adaptaron sus propulsores a la menor viscosidad del combustible fósil (gasóleo) frente al aceite vegetal. La industria petrolera amplió así su hueco en el mercado de los carburantes porque su producto era más económico de producir que la alternativa extraída de la biomasa. El resultado fue, por muchos años, la casi completa desaparición de la producción de combustibles a partir de biomasa. Sólo recientemente la preocupación por el impacto ambiental y la menor diferencia de precios han hecho de los biocombustibles una alternativa válida.<br />A pesar del increíble uso de los derivados del petróleo como combustibles, durante los años veinte, treinta y la posguerra mundial, varios países (entre ellos Argentina) informaron de haber usado aceites como sustituto del diésel. Se detectaron problemas por la diferencia de viscosidad entre el aceite y el diésel, que producía depósitos dentro de la cámara de combustión y los inyectores. Algunos intentos para superar esto fueron aplicar una pirólisis y craqueo al aceite, mezclarlo con diésel de petróleo o etanol, o calentarlo.<br />El 31 de agosto de 1937, G. Chavanne de la Universidad de Bruselas, Bélgica, obtuvo la patente por “transformar aceites vegetales para su uso como combustibles”. La patente describía la transesterificación del aceite usando etanol o metanol para separar la glicerina de los ácidos grasos y reemplazarla con alcoholes de cadenas cortas. Esta fue la primera producción de biodiésel.<br />Más recientemente, en 1977, Expedito Parente, científico brasileño, inventó y patentó el primer proceso industrial de producción de biodiésel. Actualmente, Tecbio, la empresa de Parente, trabaja junto con Boeing y la NASA para certificar bio-queroseno.<br />Entre 1978 y 1996, el National Renewable Energy Laboratory (NREL) estadounidense ha experimentado el uso de algas como fuente de biodiésel, dentro del Aquatic Species Program. La experimentación del NREL, tras 16 años, está estancada debido a que el programa de investigación carece de financiación.<br />En 1979 se iniciaron en Sudáfrica investigaciones sobre cómo transesterificar aceite de girasol en diésel. Finalmente en 1983, el proceso de cómo producir biodiésel de calidad fue completado y publicado internacionalmente. Gaskoks, una industria austríaca, obtuvo esta tecnología y estableció la primera planta piloto productora de biodiésel en 1987 y una industrial en 1989.<br />Durante la década de los 90, se abrieron muchas plantas en muchos países europeos, entre ellos la República Checa, Alemania y Suecia.<br />En los años noventa, Francia ha lanzado la producción local de biodiésel (conocido localmente como diéster) obtenido de la transesterificación del aceite de colza. Va mezclado en un 5% en el combustible diésel convencional, y en un 30 % en el caso de algunas flotas de tranporte público. Renault, Peugeot y otros productores han certificado sus motores para la utilización parcial con biodiésel, mientras se trabaja para implantar un biodiésel del 50%.<br />Francia empezó una producción local de biodiésel el cual se mezclaba en un 30% con diésel para transporte público. Renault y Peugeot certificaron motores de camiones con uso parcial de biodiésel (alrededor del 50%). Durante el año 1998 se identificaban 21 países con proyectos comerciales de biodiésel.<br />En septiembre del año 2005, Minnesota fue el primer estado estadounidense que obligaba un uso de, al menos, un 2% de biodiésel.<br />En 2008, la ASTM (American Society for Testing and Materials) publicó los estándares y especificaciones de mezcla de biodiésel.<br />6.2 Propiedades<br />El biodiésel se describe químicamente como compuestos orgánicos de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga y corta.<br />El biodiésel tiene mejores propiedades lubricantes y mucho mayor índice de cetano que el diésel de poco azufre. El agregar en una cierta proporción biodiésel al gasóleo reduce significativamente el desgaste del circuito de combustible; y, en baja cantidad y en sistemas de altas presiones, extiende la vida útil de los inyectores que dependen de la lubricación del combustible.<br />El poder calorífico del biodiésel es 37,27 MJ/L ( HYPERLINK quot;
http://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)quot;
quot;
Julio (unidad)quot;
megajulio por litro) aproximadamente. Esto es un 9% menor que el diésel mineral. La variación del poder calorífico del biodiésel depende de la materia prima usada más que del proceso.<br />El biodiésel es líquido a temperatura ambiente y su color varía entre dorado y marrón oscuro según el tipo de materia prima usada. Es inmiscible con el agua, tiene un punto de ebullición alto y baja presión de vapor. Su punto de inflamación (superior a 130 °C) es mucho mayor que el del diésel (64 °C) o la gasolina (-40 °C). Tiene una densidad de aproximadamente 0,88 g/cm3, menos que el agua.<br />Más allá, no tiene virtualmente ningún contenido de azufre y se suele mezclar como aditivo con el diésel de bajo contenido en azufre.<br />6.3Materias primas<br />La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, ya que es una especie con alto contenido de aceite, que se adapta bien a los climas fríos. Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hectárea, tales como la palma de aceite ( HYPERLINK quot;
http://es.wikipedia.org/wiki/Elaeis_guineensisquot;
quot;
Elaeis guineensisquot;
Elaeis guineensis), la curcas o jatropha, etc. También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata, y además se reciclan lo que en otro caso serían residuos.<br />Existen otras materias primas de las cuales se puede extraer aceite para utilizarlas en el proceso de producción de biodiésel. Las materias primas más utilizadas en la selva amazónica son la la jatropha o curcas (piñón en portugués), sacha inchi, el ricino (mamona en portugués) y la palma aceitera.<br />Además, otra materia prima utilizada es la grasa animal, la cual produce mayores problemas en el proceso de fabricación, aunque el producto final es de igual calidad que el biodiésel de aceite, exceptuando su punto de solidificación.<br />Una gran variedad de aceites pueden ser usados para producir biodiésel. Entre ellos:<br />Aceite vegetal sin usar. Los aceites de colza y soja son los más usados. El aceite de soja representa el 90% de la materia prima para biodiésel en los Estados Unidos. También puede ser obtenido de carraspique (zurrón boliviano), jatropha, lino, girasol, palma, cocotero y cáñamo.<br />Aceites vegetales usados<br />Grasas animales: cerdo, gallina y los subproductos de la producción de ácidos grasos omega 3 provenientes del pescado.<br />Algas, las cuales pueden crecer usando materiales cloacales y sin desplazar la tierra usada para producir comida.<br />Aceite de halófitas como la salicornia. Éstas crecen en agua salada, generalmente en costas, donde no se puede cultivar otra cosa.<br />Muchas experiencias sugieren que los aceites usados son las mejores materias primas, empero, debido a que la disponibilidad es drásticamente menor a la cantidad de combustible de petróleo que se quema, la solución no es muy usada.<br />Las Grasas animales son subproductos de la producción de carne. A pesar de esto, no es eficiente criar animales (o atrapar peces) simplemente por su grasa, aunque el uso de los subproductos incrementa el valor de la industria ganadera. Sin embargo, producir biodiésel de grasas animales reemplazaría un pequeño porcentaje de uso de diésel de petróleo. Hoy en día, muchas productoras de biodiésel que trabajan con distintas materias primas, hacen combustible biológico a partir de grasas animales de muy buena calidad. Actualmente una empresa valorada en 5 millones de dólares está siendo construida en EE. UU., con la intención de producir 11.4 millones de litros a partir de 1 billón de kilogramos de grasa de gallina.<br />Uno de los productos para el aceite usado es isopropanol de alta pureza. También para la valoración se usa fenolftaleína. El rojo de fenol, indicador de pH para piscinas, no funciona.<br />Las proporciones son (por litro de aceite): 200 mL metanol, 3,5 g hidróxido de sodio.<br />Se dice que para la generación de biodiésel se debe seguir la siguiente quot;
recetaquot;
:<br />1 litro de aceite vegetal (normalmente bajo en agua (2% max) de lo contrario se obtendrá jabón).<br />200 ml de metanol.<br />3,4 g de sosa cáustica (NaOH) (hidróxido de sodio).<br />Se debe mezclar primero el metanol con la sosa cáustica para generar metóxido de sodio. *** Tener especial cuidado al mezclar estos dos ya que la sosa caustica combinada con metanol generara una reacción exotérmica muy agresiva, que puede quemar la piel, ojos, etc. *** Una vez que se obtiene el metóxido, mezclar con el aceite vegetal, calentar a 55 °C y mezclar durante una hora, dejar reposar y en aproximadamente 3 horas verás el resultado. Una capa ligera de aceite transparente arriba y una capa densa y oscura de glicerina abajo.<br />6.4 Procesos industriales<br />En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se pueden obtener biodiésel. Los más importantes son los siguientes:<br />1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido. Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (sosa cáustica) o hidróxido de potasio (potasa cáustica).<br />2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base). Se usa generalmente para aceites con alto índice de acidez.<br />3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo, como el hidróxido, actúe en la reacción.<br />4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide que se produzca biodiésel en grandes cantidades.<br />5. Método de reacción ultrasónica. En el método reacción ultrasónica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así, utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiésel, se reduce drásticamente el tiempo, la temperatura y la energía necesarias para la reacción. Y no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación.[2] De ahí que el proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasónicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día. Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba significativamente a causa de sus ventajas económicas.<br />6.4.1 Métodos de producción<br /> Proceso por lotes<br />Preparación: se debe tener precaución con la cantidad de agua y AGL presentes en el lípido (aceite o grasa). Si los niveles son muy altos, puede ocurrir una saponificación y obtener jabón.<br />El catalizador es disuelto en el alcohol usando un mezclador común.<br />La mezcla de alcohol y catalizador es puesta en un contenedor y, más tarde, el aceite o grasa. El sistema es ahora cerrado herméticamente para prevenir la pérdida del alcohol.<br />La mezcla se mantiene unos pocos grados encima del punto de ebullición del alcohol (70 °C) para acelerar la reacción. El tiempo estimado de finalización es de 1 a 8 horas; bajo condiciones normales, el tiempo disminuye a la mitad cada 10 °C incrementados. Se usa un exceso de alcohol para asegurar que la reacción se complete totalmente (generalmente en proporción 4:1 alcohol:triglicérido).<br />La capa de glicerina formada es más densa que la del biodiésel, por eso se pueden separar por gravedad. A veces se usa un centrifugador para separar los dos materiales más rápido.<br />Una vez separados la glicerina del biodiésel, el exceso de alcohol en cada capa es removido por destilación. Hay que cuidar que el alcohol extraído no tenga agua.<br />Los productos extraídos con la glicerina pueden ser separados para obtener glicerina pura.<br />El biodiésel es a veces purificado lavándolo cuidadosamente con agua tibia para remover los restos de catalizador y jabón. Luego se seca y se almacena.<br />6.4.2Proceso supercrítico<br />Un método alternativo de transesterificación sin catalizador usa metanol supercrítico en temperaturas y presiones altas continuamente. En estado supercrítico, el aceite y el metanol forman una única fase y la reacción ocurre espontánea y rápidamente. Además tolera que la materia prima contenga agua. El paso de remoción del catalizador es suprimido. A pesar de las altas temperaturas y presiones, los costes energéticos son similares y hasta menores que el proceso anterior.<br />6.4.3Reactor ultrasónico<br />En este método, las ondas ultrasónicas hacen que la mezcla produzca burbujas que chocan entre sí constantemente. Esta cavitación provee simultáneamente el movimiento y el calentamiento requerido para la transesterificación. Consecuentemente, usar un reactor ultrasónico reduce significantemente el tiempo, las temperaturas y la energía necesarios. Por consiguiente, este proceso puede cubrir varias etapas en un mismo período de tiempo en vez del proceso por lotes.<br />6.5 Aplicaciones<br />El biodiésel puede ser utilizado en estado puro (B100) o puede ser mezclado con diésel de petróleo en las operaciones de concentración en la mayoría de las bombas de inyección diésel. La nueva extrema alta presión (29.000 psi) de los motores tiene límites estrictos de fábrica de B5 o B20, según el fabricante. El biodiésel tiene diferentes propiedades disolventes que el petrodiésel y degradará las juntas de caucho natural y las mangueras en los vehículos (en su mayoría vehículos fabricados antes de 1992), aunque éstos tienden a reemplazarlos en su mantenimiento normal por lo que es muy probable que ya hayan sido reemplazadas por FKM, que no es reactiva al biodiésel. Se sabe que el biodiésel elimina los depósitos de residuos en las líneas de combustible en las que se ha utilizado el petrodiésel. Como resultado, los filtros de combustible pueden ser obstruidos con partículas si se realiza una transición rápida de biodiésel puro. Por lo tanto, se recomienda cambiar los filtros de combustible en los motores y calentadores poco después de comenzar el cambio a una mezcla de biodiésel[4]<br />6.6 Biodiésel de algas<br />Desde 1978 a 1996, la U.S. NREL (National Renewable Energy Laboratory), experimentó el biodiésel de algas en su proyecto Aquatic Species Program. Un artículo publicado por Michael Briggs, del grupo de biodiésel en la universidad de New Hampshire, propone un reemplazo realista de todos los combustibles de vehículos usando algas con un contenido de aceite mayor del 50% que crecerían en estanques en plantas potabilizadoras.<br />La producción de aceite de alga no se ha llevado a cabo a escala comercial, pero estudios de factibilidad determinan que lo establecido arriba es posible. Además, las algas no disminuirían la producción de comida, ya que no requieren tierras arables ni agua potable.<br />6.7 Hongos<br />Un grupo en la Academia Rusa de Ciencias en Moscú publicó en un estudio en septiembre de 2008 que aislaron grandes cantidades de lípidos de hongos unicelulares y las convirtieron en biodiésel de una manera sencilla y económica.<br />Un descubrimiento reciente es la bacteria Gliocladium roseum. Ésta fue encontrada en las selvas patagónicas y tiene la capacidad única de convertir celulosa en hidrocarburos de longitud media, típicos del diésel.<br />6.8 Biodiésel de tierras usadas de café<br />Investigadores de la universidad de Nevada, produjeron exitosamente biodiésel a partir de aceite derivado de tierras usadas de café. Su análisis indicaba que la tierra contenía entre un 10 y 15% de aceite. Una vez extraído el aceite, se sometió a procesos convencionales y se obtuvo biodiésel. Se estima que, por este proceso, el biocombustible costaría 20 centavos por litro producirlo. En la universidad dicen que es muy sencillo y que hay tantas plantaciones de café que se podrían hacer millones de litros anuales. No obstante, si se usan todos los campos de café en el mundo, la cantidad producida no llegaría al 1% del diésel usado en los Estados Unidos anualmente.<br />7. Etanol (combustible)<br />El etanol es un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que puede utilizarse como combustible, bien solo, o bien mezclado en cantidades variadas con gasolina, y su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo.<br />El combustible resultante de la mezcla de etanol y gasolina se conoce como gasohol o alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente.<br />El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar, reemplazando al éter metil tert-butílico (MTBE). Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.<br />Para la producción de etanol en el mundo se utiliza mayormente como fuente biomasa. Este etanol es denominado, por su origen, bioetanol.<br />7.1 Fuentes y proceso de fabricación<br />El etanol puede producirse de dos formas. La mayor parte de la producción mundial se obtiene del procesamiento de materia biológica, en particular ciertas plantas con azúcares. El etanol así producido se conoce como bioetanol. Por otra parte, también puede obtenerse etanol mediante la modificación química del etileno, por hidratación.<br />7.2Bioetanol<br />El etanol puede producirse a partir de un gran número de plantas, con una variación, según el producto agrícola, del rendimiento entre el combustible consumido y el generado en dicho proceso. Este etanol, conocido como bioetanol, está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción,[1] dudando además de su rentabilidad energética.<br />El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.<br />7.2.1Fermentación<br />Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha sido la producción de bebidas alcohólicas.<br />Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol):<br />Sustancias con alto contenido de sacarosa<br />caña de azúcar<br />remolacha<br />melazas<br />sorgo dulce<br />Sustancias con alto contenido de almidón<br />maíz<br />patata<br />yuca<br />Sustancias con alto contenido de celulosa<br />madera<br />residuos agrícolas (incluyendo los residuos de los cítricos[2] [3] ).<br />El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlo en azúcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido), y se calienta la papilla obtenida a 120 - 150 °C. Posteriormente se cuela la masa, en un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.<br />A partir de celulosa es aún más complejo, ya que primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.<br />La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y produce etanol, así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas.<br />En la actualidad tres países han desarrollado programas significativos para la fabricación de bioetanol como combustible: Estados Unidos (a partir de maíz), Brasil y Colombia (ambos a partir de caña de azúcar). El etanol se puede producir a partir de otros tipos de cultivos, como remolachas, zahína, mijo perenne, cebada, cáñamo, kenaf, patatas, mandioca y girasol. También puede extraerse de múltiples tipos de celulosa quot;
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. Esta producción a gran escala de alcohol agrícola para utilizarlo como combustible requiere importantes cantidades de tierra cultivable con agua y suelos fértiles.<br />Se pueden obtener cantidades más reducidas de alcohol combustible de los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas de maíz, y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer piensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energía eléctrica. De hecho, EEUU podría conseguir todo el etanol que necesita usando una mezcla de, por ejemplo, los tallos (parte no aprovechada) del maíz y de la planta de maíz, sin roturar más tierras de labrantío[ HYPERLINK quot;
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cita requerida] (sin embargo, habría que cultivar más tierra para substituir ese material, usado por muchos granjeros como fuente barata, confiable y limpia de piensos o fertilizantes).<br />7.2.3Purificación<br />El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente metanol, formado en reacciones secundarias, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano.<br />Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%.[ HYPERLINK quot;
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cita requerida] El valor exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación entre las fases agua e hidrocarburos.<br />Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación azeotrópica en una mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares.<br />A escala de laboratorio, también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.<br />7.3 Síntesis química<br />El etanol para uso industrial se suele sintetizar mediante hidratación catalítica del etileno con ácido sulfúrico como catalizador. El etileno suele provenir del etano (un componente del gas natural) o de nafta (un derivado del petróleo). Tras la síntesis se obtiene una mezcla de etanol y agua que posteriormente hay que purificar mediante alguno de los procesos descritos más arriba.<br />Según algunas fuentes, este proceso es más barato que la fermentación tradicional, pero en la actualidad representa sólo un 5% de la capacidad mundial de producción de etanol.<br />7.4Mezclas combustibles con etanol<br />Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en una mezcla de gasohol, más baja es su conveniencia para los motores corrientes de automóvil. El etanol puro reacciona o se disuelve con ciertos materiales de goma y plásticos y no debe utilizarse en motores sin modificar. Además, el etanol puro tiene un octanaje mucho más alto (116 AKI, 129 RON) que la gasolina común (86/87 AKI, 91/92 RON), requiriendo por tanto cambiar el cociente de compresión o la sincronización de la chispa para obtener el rendimiento máximo. Cambiar un coche que utilice gasolina pura como combustible a un coche que utilice etanol puro como combustible, necesita carburadores y caudales más grandes (un aumento de área de cerca del 30-40%). El metanol requiere un aumento uniforme más grande de área, aproximadamente 50% más grande.<br />Los motores de etanol también necesitan un sistema de arranque en frío para asegurar la suficiente vaporización con temperaturas por debajo de 15 °C a 11 °C para maximizar la combustión, evitar problemas de arranque con el motor frío y para reducir al mínimo la no combustión de etanol no vaporizado. Sin embargo, una mezcla de gasolinas con un 10 a un 30% de etanol, no necesita en general ninguna modificación del motor.[ HYPERLINK quot;
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cita requerida] La mayoría de coches modernos pueden funcionar con estas mezclas sin ningún problema.<br />7.5 Producción y uso<br />En 2006 la producción mundial total de etanol en todos sus grados fue de 51,06 mil millones de litros (13,49 mil millones de galones internacionales). Los dos principales productores mundiales son Estados Unidos y Brasil, que juntos producen el 70% del total de etanol, seguidos por China, India y Francia.[10] Incentivos del mercado han provocado el desarrollo de crecientes industrias en países como Tailandia, Filipinas, Guatemala, Colombia y República Dominicana.[11] En Europa, tanto Alemania como España han incrementado considerablemente su producción de etanol<br />7.5.1 Mexico<br />Desde que Brasil ha sacado al mercado los automoviles de combustible flexible,algunos inversores privados han planteado la posibilidad de fabricar etanol a partir de la caña de azucar como se hace en dicho pais,esto abriendo la posibilidad de suministrar a Pemex quien se encargaria de distribuir el combustible en Modos E10,E20 o E85 para asi comenzar a disminuir la dependencia del petroleo extranjero y la incapacidad de procesar el petroleo extraido.<br />La idea de introducir biocombustibles al pais a base de etanol ha tenido una historia muy controvertida,por un lado encontramos quienes apoyan la medida,pues con esto se reducirian las emisiones contaminantes en zonas donde es alta la concentracion de automoviles(Principalmente las 3 areas metropolitanas mas importantes del pais) asi como detractores quienes mencionan que la produccion es inviable y que para tener ventaja en esto se deberian construir plantas que procesen los productos en multiples alternativas para no sacrificar la produccion alimenticia [29]<br />Se han planteado mas modos de producir etanol aparte de la caña de azucar,otro de ellos implica producirlo a partir de algas,o agave Tequilero para poder comenzar a usar los vehiculos de combustible flexible ya sean de estandar Brasileño o Estandar Estadounidense(E85)<br />En el año 2006 se inicio la construccion de 3 plantas de etanol en el estado de Sinaloa estas produciran este mismo como un biocombustible [30]<br />En el año 2007 los diputados aprobaron por unanimidad la produccion de etanol a partir del Maiz,esta aprobacion fue controversial puesto que algunos diputados dijeron que era mejor el maiz para las tortillas que para un vehiculo[31] Algunas personas tambien piensan que es mejor producirlo a partir de la caña de azucar.<br />En el 2009 se comenzo a usar una mezcla de Gasohol(E5 A E10 aprox.) en las gasolinas suministradas en las 3 areas metropolitanas mas importantes del pais,esto como prueba piloto para verificar la viabilidad a mediano y largo plazo y su puesta en marcha en todo el pais en el menor tiempo posible<br />En el 2010 Brasil ha eliminado los aranceles de importacion que tenia el etanol,para poder cooperar tecnologicamente con Mexico y ayudarlo a producir Etanol para su mercado interno y ambos poder exportar el combustible a los estados unidos asi como introducir al pais los vehiculos de combustible flexible e incentivar su produccion en los modelos que se fabriquen en el mismo.[]<br />Las principales ventajas de esto es la reactivacion del campo mexicano,asi como la ayuda necesaria para disminuir la contaminacion en el pais,a pesar de los multiples tropiezos para ayudar a pemex a producir el biocombustible,ya hay plantas de etanol en construccion y en funcionamiento.<br />Actualmente una empresa importadora vende oficialmente los Kits de conversion a etanol Para su venta en el pais,en teoria puede decirse que casi cualquier vehiculo se le puede instalar para convertirlo en un vehiculo flex para usar cualquier proporcion Gasolina/Etanol o Etanol Anhidro con un minimo de porcentaje de humedad la empresa incluso tiene su pagina web y tambien ofertan un destilador de Etanol casero con un precio cercano a los 20,000 dolares,demostrando que aun con el atraso de las leyes se esta dando un verdadero impulso al etanol como combustible en el pais[33]<br />7.6 Efectos ambientales<br />7.6.1 Contaminación del aire<br />El etanol es una fuente de combustible que arde formando dióxido de carbono y agua, como la gasolina sin plomo convencional. Para cumplir la normativa de emisiones se requiere la adición de oxigeno para reducir emisiones del monóxido de carbono. El aditivo metil tert-butil éter actualmente se está eliminando debido a la contaminación del agua subterránea, por lo tanto el etanol se convierte en un atractivo aditivo alternativo. Como aditivo de la gasolina, el etanol al ser más volátil, se lleva consigo gasolina, lanzando así más compuestos orgánicos volátiles (VOCs Volátil Organic Compounds).<br />7.6.2Contaminación del agua<br />Las vinazas constituyen un sub-producto de procesos de destilación y fermentación de azúcares provenientes de melazas de caña de azúcar, de azúcares obtenidos del agave y de granos en general. Cabe señalar que por cada litro de etanol producido a partir de melazas de caña, se generan 13 litros de vinazas, que contienen una carga orgánica altísima, compuestos tóxicos y recalcitrantes, como las melanoidinas e importantes cantidades de potasio.<br />7.6.3Efectos del etanol en la agricultura<br />Los ecologistas han hecho algunas objeciones a muchas prácticas agrícolas modernas, incluyendo algunas prácticas útiles para hacer el bioetanol más competitivo. Los efectos sobre los campos afectarían negativamente a la producción para consumo alimentario de la población.<br />7.7Recurso renovable<br />El etanol puede convertirse en una opción interesante a medida que la humanidad se acerque al fin de otras fuentes como el petróleo o el gas natural. Pero para ser considerado un recurso, el balance energético debe ser positivo. En los debates aún abiertos, sus detractores advierten del uso de pesticidas y fertilizantes, aun cuando la cantidad de pesticidas utilizados varía mucho dependiendo de si el maíz va dirigido a las personas o a los motores, siendo la primera opción en la que se hace un uso más intenso de éstos.<br />7.8Economía<br />7.8.1Dependencia del petróleo<br />A diferencia del petróleo, extraído de unos yacimientos no existentes en todas las regiones, casi cualquier país con suficiente terreno en su territorio (y siempre y cuando esté dispuesto a importar la comida del exterior), puede producir etanol para su uso como combustible.<br />El etanol es pues una alternativa interesante, que puede incluso ayudar a mitigar las tensiones internacionales derivadas de la dependencia y adicción de algunos países por el petróleo, si bien esto dependerá del balance energético o TRE, y no tanto del económico. El cultivo y procesado de agro-combustibles se realiza actualmente con petróleo, tanto por el uso de agroquímicos como de maquinaria, por lo que en el mejor de los casos (si el TRE resulta ser positivo), el proceso equivaldrá a un aumento del rendimiento energético del petróleo. Actualmente sin embargo, según muchos estudios, el ciclo de vida completo (incorporando por ejemplo la energía necesaria para producir y reparar la maquinaria agrícola, y la usada en el proceso de destilación y fermentación) el balance es negativo, es decir: consume más energía fósil que la renovable que produce. La deforestación y la disminución de tierra cultivada para alimentación (con la subsiguiente aparición del hambre) son otros de los grandes problemas que plantea el etanol.<br />8. Ley general de los gases<br />8.1Ley de los gases ideales<br />La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y HYPERLINK quot;
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticaquot;
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Energía cinéticaquot;
energía.<br /> 8.2Butano<br />El butano (de ácido butírico y éste del latín butyrum, 'manteca'[1] y del sufijo -ano) es un hidrocarburo liberado en la fermentación de las mantecas rancias, de ahí su nombre. También llamado n-butano, es un hidrocarburo saturado, parafínico o alifático, inflamable, gaseoso que se licúa a presión atmosférica a -0,5 °C, formado por cuatro átomos de carbono y por diez de hidrógeno, cuya fórmula química es C4H10. También puede denominarse con el mismo nombre a un isómero de éste gas: el isobutano o metilpropano.<br />Como es un gas incoloro e inodoro, en su elaboración se le añade un odorizante (generalmente un mercaptano) que le confiere olor desagradable. Esto le permite ser detectado en una fuga, porque es altamente volátil y puede provocar una explosión.<br />En caso de extinción de un fuego por gas butano se emplea dióxido de carbono (CO2), polvo químico o niebla de agua para enfriar y dispersar vapores.<br />El butano comercial es un gas licuado, obtenido por destilación del petróleo, compuesto principalmente por butano normal (60%), propano (9%), isobutano (30%) y etano (1%).<br />8.3 Metano<br /> El metano (del griego methy vino, y el sufijo -ano[1] ) es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4.<br />Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su fase líquida.<br />En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de las plantas. Este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Muchos microorganismos anaeróbicos lo generan utilizando el CO2 como aceptor final de electrones.<br />Constituye hasta el 97% del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo.<br />El metano es un gas de efecto invernadero relativamente potente que contribuye al calentamiento global del planeta Tierra ya que tiene un potencial de calentamiento global de 23.[2] Esto significa que en una media de tiempo de 100 años cada kg de CH4 calienta la Tierra 23 veces más que la misma masa de CO2, sin embargo hay aproximadamente 220 veces más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra que metano por lo que el metano contribuye de manera menos importante al efecto invernadero.<br />8.3.1Propiedades<br />El metano es el componente mayoritario del gas natural, aproximadamente un 97% en volumen a temperatura ambiente y presión estándar, por lo que se deduce que en condiciones standar de 0 °C y una atmósfera de presión tiene un comportamiento de gas ideal y el volumen se determina en función del componente mayoritario de la mezcla, lo que quiere decir que en un recipiente de un metro cúbico al 100% de mezcla habrá 0.97 metros cúbicos de gas natural; el metano es un gas incoloro e inodoro. Como medida de seguridad se añade un odorífero, habitualmente metanotiol o etanotiol. El metano tiene un punto de ebullición de -161,5 °C a una atmósfera y un punto de fusión de -183 °C. Como gas es sólo inflamable en un estrecho intervalo de concentración en el aire (5-15%). El metano líquido no es combustible.<br />8.4Riesgos potenciales sobre la salud<br />El metano no es tóxico. Su principal peligro para la salud son las quemaduras que puede provocar si entra en ignición. Es altamente inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire. El metano reacciona violentamente con oxidantes, halógenos y algunos compuestos halogenados. El metano es también un asfixiante y puede desplazar al oxígeno en un espacio cerrado. La asfixia puede sobrevenir si la concentración de oxígeno se reduce por debajo del 19,5% por desplazamiento. Las concentraciones a las cuales se forman las barreras explosivas o inflamables son mucho más pequeñas que las concentraciones en las que el riesgo de asfixia es significativo. Si hay estructuras construidas sobre o cerca de vertederos, el metano desprendido puede penetrar en el interior de los edificios y exponer a los ocupantes a niveles significativos de metano. Algunos edificios tienen sistemas por debajo de sus cimientos para capturar este gas y expulsarlo del edificio. Un ejemplo de este tipo de sistema se encuentra en el edificio Dakin, Brisbane, California.<br />cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.<br />Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834.<br />9.Recursos que se pueden utilizar para crear energía de biomasa<br />Cultivos en climas tropicales<br />El contenido total de energía de los residuos anuales en el mundo se obtiene a través de los cultivos principalmente: el azúcar y el arroz y se estiman en 18 E, cifra similar a la obtenida en los cultivos de los países templado: En este caso son embargo están siendo ya utilizados como combustibles en cantidades significativas.<br />El residuo fibroso del azúcar de caña es utilizado en las fábricas de azúcar como combustible para la obtención de vapor, y producción de electricidad para su uso en la planta. Durante el periodo de tratamiento inicial además de la caña se obtiene, a menudo, un exceso de pasta cuyo transporte puede no resultar económico, mientras que la venta de electricidad si lo es. En el pasado, esto podría ser difícil, pero la liberalización de los mercados de la energía en muchos países ha posibilitado este funcionamiento con lo que ahora se puede instalarse eficientemente calderas en muchas instalaciones de producción. El aumento de la recuperación de los residuos, combinando con la mejora de la eficiencia de la conversión a electricidad, podría traer consigo una capacidad de generación de 50 GW procedentes de la industria del azúcar en todo el mundo. Pudiendo utilizarse en exceso para producir etanol.<br />El cultivo del arroz está entre los más comunes. Aunque tiene un alto contenido de sílice (cenizas) su contenido presenta ventajas comparado con otros combustibles de biomasa, su textura uniforma lo hace adecuado para tecnologías tales como la gasificación, que veremos más adelante. Lis gasifica dores que utilizan arroz y derivados han sido exitosamente operados en Indonesia, China y Mali.<br />Residuos animales<br />Los residuos animales pueden ser una fuente importante de gases de efecto invernadero. Se estima, por ejemplo, que producen el 10% de las emisiones de metano en Estados Unidos. Cuando no son correctamente gestionados, estos residuos de la granja pueden cambiar; también, contaminar seriamente a los ríos. La combinación del aumento de población animal y el endurecimiento de los controles medioambientales sobre el olor y la contaminación del agua está animando a los granjeros a invertir en la digestión anaeróbica como un medio de gestión de sus residuos. Como su nombre sugiere, esta supone la descomposición de materia orgánica es usencia de aire: El proceso, proporciona un gas muy útil y deja un efluente que puede ser usado (directamente o seco) como fertilizante.<br />Los lodos de las depuradoras pueden ser tratados mediante digestión anaeróbica, como se hizo en Gran Bretaña desde la construcción de las primeras grandes depuradoras durante finales del siglo pasado. Originariamente, se extraía el gas que era simplemente quemado, pero el 70% de los residuos tratados actualmente. Otra opción para la extracción de energía de los residuos animales, si el contenido de agua es bajo, es la combustión directa para generación de energía eléctrica convencional.<br />Residuos sólidos municipales<br />LA media mundial dentro de los países industrializados es de mas de una tonelada de residuos solidos al año, con un contenido energético de cerca de 9 GJ por tonelada. Podria suponerse por lo tanto que los residuos urbanos podrían suministra una decima parte de si consumo de energía anual, que es alrededor de 90 GJ. Existente, sin embargo, impedimentos tecnológicos y sociales.<br />Existen tres formas de tratar los residuos solidos municipales hasta la fecha:<br />Disposicion en vertederos<br />Combustion<br />Disposicion en digestores anaeróbicos<br />Cada uno de estos procesos puede ir precedido por algún tratamiento inicial, desde la simple eliminación de elemetos metalicos. Al reciclaje y otros métodos mas radicales que se describirán mas adelante. Cada proceso puede ir acompañado de algún sistema de extracción de energía útil.<br />El vertedero utiliza cavidades adecuadas tales como antiguas canteras y es el principal método de disposición en numerosos países incluido el Reino Unido (lo usan para el 80% de los residuos solidos municipales), <br />Alemania y Estados Unidos. La mayor parte delos países europeos utilizan una pequeña fracción en vertederos e incineran mucho mas hasta el 60% mas o menos. Los digestores anaeróbicos juegan un papel mucho mas pequeño hasta ahora, pero puede cambiar con el aumento de restricciones al vertido y los problemas de aceptabilidad de las plantas de combustión.<br />La extraccion de energía útil es una capacidad de muchos sistemas municipales de residuos solidos y virtualmente todas las nuevas plantas construidas. En lo que digestores anaeróbicos y los vertederos (los cuales tambien implican la digestión anaeróbica) la energía es conseguida inicialmente por un gas, el cual es entonces usado para producir calo o para mover un generado. En la combustión, la energía es por supuesto producida directamente como calor. En los tres caso el calor puede ser utilizado directamente o para la generación de energía eléctrica<br />Gases vertederos<br />Una amplia porción de los residuos solidos municipales es material biológico y se coloca en profundos vertederos, lo que proporciona las condiciones mas adecuadas para la digestión anaerobia. Esto fue conocido desde hace décadas en que los vertedero producían metano y se prepararon para quemar de modo seguro dicho gas, pero la idea de usar estos gases de vertedero solo dse dearrollo a partir de los 70s.<br />La digestión en un vertedero tiene lugar durante años, mas que semana, al menos en los climas húmedos. Cada area es cubierta con una capa de material impermeable, una vez se ha rellenado, y el gas es recogido a través de una malla de tuberias perforadas e interconectada a profundida de hasta 20metros en un vertedero grande y bien organizado puede haber varios kilómetros de tuberías a las cuales se pueden suministrar hasta 1,00 metros cubicos por hora de gas.<br />En teoría el rendimiento de una tonelada de residuos, en un buen lugar, debería proporcionar un volumen que estuviera en el rango de 150 a 300 metros cubicos de gas, son un contenido de metano entre un 50% y un 605 en volumen, lo cual supondría una energía total de 5 a 6 GJ por tonelada de rechazo.<br />La salida es usada en hornos, calderas, que raramente están situadas lejos del vertedero. La salida cada vez se usa mas para producir electricidad de uso local. Los generadores eléctricos son movidos mediante grandes motores de combustión interna. Si suponemos una eficiencia de gas-electricidad el 35% , esto convierte a la eficiencia total del sistema en el 10%. Un lugar que contiene un millón de toneladas de MSW podría soportar una capacidad eléctrica de 2 MW durante un tiempo de vida de generación de 15-20 años.<br />A pesar de la baja eficiencia de conversion de energía, las plantas LFG han estado entre las inversiones mas atractivas desde el punto de vista financiero de los sistemas que han recibido contratos.<br />Residuos comerciales e Indutriales.<br />Los residuos comerciales e industriales de productos organicos pueden ser usados como combustibles. En el Reino Unido se generan unas 36 Mt de residuos especializados cada año, caso dos tercios de los cuales son combustibles. La industria del mobiliario, por ejemplo, se estima que quema 35,000 Tm de restos de aserraderos al año, un tercio de su produccion, proporcionado 0,5PJ para calentamiento de espacios y agua y procesos térmicos. Algunos residuos no son adecuados para se mezclados con residuos domesticos, por razones de seguridad o coste, pero la recuperación de enrgia puede ayudar a reducir los costes totales donde resulte necesario empleando equipos específicos para cumplir las normas medioambientales y de seguridad. Por ejemplo, los residuos de procesado de alimentos deben ser tratados antes, para reducir la demanda de oxigeno químico y biológico, y que pueda ser anaeróbico digerido, con el biogás resultante utilizado en el proceso de calefacción. Los residuos de hospitales deben ser incinerados todos ellos, y son cada vez mas objeto de recuperación de energia a medida que las autoridades sanitarias actualizan sus equipos de gestión de residuos. La produccion total de los hospitales en Gran Bretaña, por ejemplo, es equivalente a 12 PJ/año<br />La mayor parte de los 40 millones de neumáticos descartados en Gran Bretaña cada año son pocos adecuados para su utilización, pero con un contenido energético de 32GJ por tonelada, constituye un recurso importante de combustible. Cumpliendo la legislación norteamericana, cuyos neumáticos han sido transportados a vertederos desde el 2003 y serán ha sido tratados a partir del 2006. Una central de energía de 20MW de quemada de neumático s fue comisionada en 1994 en Wolverhampton, y hay una factoria de cemento que usa neumático como sustituto parcial del carbono.<br />Combustion de biomasa solida<br />Cambiamos ahora de las fuentes de la biomasa asta la forma en que son usadas o pueden ser usadas. Si los biocombustimbles están pensados para competir con los combustibles actuales, deben de ser capaces de cumplir la demanda en cuanto a formas adecuadas de energía a precios competitivos. Dos importantes criterios son la disponibilidad y la transportavilidad del suministro.los mejores combustible en este sentido son el petróleo y el gas natural y son muy valorados, ya que pueden ser almacenado en pocas perdidas, estando disponibles donde y cuando se les necesite. El recurso de la biomas comprende una amplia variedad de formas como hemos visto. Muchas de ellas con de alto contenido en agua y se descomponen bastante rápidamente, por lo que pocas son buenas para ser almacenes de energia a largo plazo. Las bajas densidades de energía y el hecho de que sean voluminosas las hace caras de transportara a grandes distancias.<br />En años recientes, se a realizado un considerable esfuerzo de investigación para convertir la biomasa en una forma de energía, cotidiana y mas conveniente.<br />La mayor parte del biomasa es inicialmente solida y puede ser quemada en esta forma para reducir calor y usado y situado a no muy grandes distancias. Puede primero, requerir un relativante, sencillo proceso previo que implique tratamiento físico, clasificación, trituración, comprensión y o secado a el aire. Alternativamente, la biomasa puede ser actualizada mediante procesos químicos o biológicos, para producir combustibles liquidos o gaseosos<br />Combustion de residuos de madera y cultivos.<br />Construir quemadores y calderas que se comporten adecuadamente exigen la compresión de una serie de procesos involucrados en la combustión. El primer proceso en el cual se consume mas que se produce energía, es el de la evaporacion de cualquier agua existente en el combustible. Ademas en el proceso de combustión existen siempre 2 etapas, ya que cualquier combustible solido contiene 2 constituyentes combustible. El material volátil es variado como una mezcla de vapores a medida que la temperatura se eleve. La combustion de estas produce pequeñas ocilaciones de la llama que también se ve cuando se quema madera o carbón. El solido que permanece consta de elementos de carbono junto con otro cualquier material inerte. El carbón se quema para producir CO2 mientras que el material inerte se convierte en clinquer o cenizas.<br />Una propiedad de los biocombustibles es que las 3/4 partes o mas de su energía está en forma de material volátil (a diferencia del carbón donde la fracción es usualmente la mitad) el diseño de cualquier quemador horno o caldera, debería asegurar que estos vapores se queman y q no desparecen atraves de la chimenea. El aire debe también alcanzar todas las partículas de carbonos solidos, siempre se conseguirá un mejor quemado del combustible si esta dividido en pequeñas partículas.<br />Sin embargo esto puede agrandar también el problema, ya que el combustible finalmente dividido implica unas cenizas finamente divididas que de ven ser eliminadas del flujo de gases. La corriente de aire debe ser controlada: poco oxigeno producirá una combustión incompleta, haciendo aparecer el veneno monóxido de carbono. Demasiado, supondrá un dispendio ya que arrastrara el calor de flujo de gases, bajando el rendimiento del sistema<br />En los sistemas moderno de quemado de biocombustibles existe una variación que va desde los mas pequeños empleados en el espacio domestico y en sistema de calentamiento de agua, a grandes calderas que producen varios MW de calor. El quemado de la madera produce un amplio rango de elementos contaminantes, como bien se ha visto en las ultimas décadas en los países en desarrollo para el diseño y defucion de mejoras en calderas ya existentes. Con las declaraciones conjuntas de los consumidores de disminuir el consumo de combustibles fosiles y las emiciones de humo en el interior de las casas estos an pasado de las instalaciones a pequeñas escalas, a grandes problemas nacionales como en china y en la india.<br />Carbon vegetal.<br />El carbón vegetal es producido en bosques donde la madera es cortada. Se forma con estacas de madera cubiertas con una capa de tierra las que se le permite permanecer unos pocos días en casi ausencia de aire, típicamente entre 300 y 500 grados en un proceso llamado pirolisis el material volátil se escapa dejando carbón vegetal que es casi carbón puro. Con casi el doble de densidad energética que la madera origina, se quema a una temperatura mucho mas elevada, de modo, que resulta mucho mas difícil diseñar una simple y eficiente caldera en este caso. Sin embargo, son necesarias de 4 a 10 T de madera por cada tonelada de carbón vegetal y resultan escasos los intentos para recoger el material volátil, asta las ¾ partes de la energía puede perderse en el proceso: se liberan, también a la atmosfera, alquitran y aceites vaporisados y los productos típicos de una combustión incompleta todo ello hace que el proceso de produccion de el carbón sea de los mas contaminantes en la reproducción sobre el efecto invernadero que puedan existir<br /> <br /> <br />La digestión anaerobia<br />La descomposición anaerobia (en ausencia total de oxigeno o nitratos) de la materia orgánica produce un gas<br />anaerobio <br />m. biol. Microorganismo que es capaz de vivir sin la presencia de oxígeno libre.<br />med. amb. proceso anaerobio Proceso que se desarrolla con ausencia total de oxígeno, como la fermentación.<br />