¿Qué es la Bioenergía?

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La bioenergía es energía renovable creada a partir de fuentes biológicas naturales. Muchas fuentes naturales, como plantas, animales y sus subproductos, pueden ser recursos valiosos. 

La tecnología moderna incluso hace que los vertederos o zonas de residuos sean recursos bioenergéticos potenciales. Se puede utilizar para ser una fuente de energía sostenible, que proporciona calor, gas y combustible. 

Debido a que la energía contenida en fuentes como las plantas se obtiene del sol a través de la fotosíntesis, se puede reponer y se considera una fuente inagotable. 

El uso de bioenergía tiene el potencial de disminuir nuestra huella de carbono y mejorar el medio ambiente. Si bien la bioenergía usa la misma cantidad de dióxido de carbono que los combustibles fósiles tradicionales, el impacto puede minimizarse siempre que se reemplacen las plantas utilizadas. Los árboles y el césped de rápido crecimiento ayudan a este proceso y se conocen como materias primas de bioenergía.

De dónde viene la bioenergía

La mayor parte de la bioenergía proviene de bosques, granjas agrícolas y desechos. Las materias primas son cultivadas por granjas específicamente para su uso como fuente de energía. Los cultivos comunes incluyen almidón o plantas a base de azúcar, como la caña de azúcar o el maíz.

¿Cómo se crea?

Para convertir las fuentes crudas en energía, hay tres procesos: químico, térmico y bioquímico. El procesamiento químico utiliza agentes químicos para descomponer la fuente natural y convertirla en combustible líquido. 

El etanol de maíz, un combustible creado a partir del maíz, es un ejemplo de resultados de procesamiento químico. La conversión térmica utiliza calor para convertir la fuente en energía mediante combustión o gasificación. Una conversión bioquímica utiliza bacterias u otros organismos para convertir la fuente, como a través de compostaje o fermentación.

¿Quien la usa?

La bioenergía existe en varios niveles diferentes. Las personas pueden crear bioenergía, como crear un montón de compost a partir de restos de cocina y mantener a las lombrices para producir fertilizantes ricos. En el otro extremo están las grandes corporaciones energéticas que buscan fuentes de energía más sostenibles que el petróleo o el carbón. Estas organizaciones utilizan granjas e instalaciones enormes para proporcionar energía a cientos o miles de clientes.

¿Por qué es importante?

Tener la capacidad de producir energía a través de plantas u otros recursos puede disminuir la dependencia de los Estados Unidos de las naciones extranjeras para obtener fuentes de energía. La bioenergía también se considera esencial para el medio ambiente. 

El uso continuo de combustibles fósiles puede causar problemas ambientales significativos al producir gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global o al emitir contaminantes nocivos como el dióxido de azufre que pueden dañar la salud de la población.

A medida que avanza la tecnología, la bioenergía tiene el potencial de reducir drásticamente las emisiones de efecto invernadero, la liberación de gases nocivos asociados con el calentamiento global y el cambio climático. El uso de bosques y granjas en bioenergía puede ayudar a combatir la liberación nociva de dióxido de carbono y ayudar a lograr un equilibrio.

En este momento, la bioenergía no está lista para reemplazar los combustibles fósiles. El proceso es demasiado costoso y utiliza demasiados recursos para ser práctico en la mayoría de las áreas. 

Las grandes extensiones de tierra y las cantidades significativas de agua necesarias para tener éxito pueden ser difíciles para muchos estados o países. Además, los recursos agrícolas como la tierra y el agua dedicados a la producción de cultivos relacionados con la bioenergía pueden limitar los recursos utilizados para producir alimentos. 

Aún así, a medida que la ciencia continúa estudiando esta área, la bioenergía podría convertirse cada vez más en una fuente de energía más grande que puede ayudar a mejorar el medio ambiente.

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Biodigestor, ¿Cuánto cuesta su instalación y por qué resulta ventajoso?

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Uno de los motivos por los cuales en España es necesario instalar un biodigestor, es para reducir drásticamente el consumo de gasto energético que se genera, a su vez contribuir con el bienestar del medio ambiente. De modo que los intereses por querer llevar este sistema que aprovecha los desechos naturales para producir energía renovable es una decisión que muchos están dispuesto a tomar.

El sistema biodigestor resulta tan ventajoso desde varios puntos de vista, principalmente por el mencionado en cuanto al ahorro energético, futuras deudas y malos ratos, cubrir estas necesidades por un tiempo prolongado es lo realmente beneficioso, pero además existen otros puntos a favor. Su destacado funcionamiento además de generar energía renovable y barata, también beneficia la salud y el bienestar familiar.

El biodigestor es la clave para el reciclaje, un recurso único para la generación de energía renovable, un tratamiento especial en la explotación de desechos orgánicos de las agropecuarias, una implementación masiva contra la basura y sin duda alguna la mejor forma de disminuir la carga contaminante a nivel mundial. Así que la pregunta es, ¿Cuánto cuesta instalar un biodigestor y cuáles serían los beneficios?

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Precio y presupuesto de instalación de un Biodigestor

La instalación de un biodigestor varía de acuerdo a las necesidades y capacidad requerida.

Si está necesitando un biodigestor para uso personal – individual o familiar el precio puede estar variando entre 500€ a 1600€, de bajo costo con dimensiones pequeñas para su fácil ubicación. Este pequeño biodigestor en casa puede ser muy útil con respecto a su funcionalidad. El biogás que genera puede ser empleado como combustible en la cocina, también como calefacción o iluminación.

Ahora bien, un biodigestor de mayores capacidades corresponde a un sistema de media escala específico para empresas y colectivos, su presupuesto puede variar entre 1.500€ a 30.000€. Los usuarios comunes de este biodigestor de media escala son los agricultores, ganaderos, colegios, restaurantes y comunidades de hasta 540 vecinos.

Un detalle referencial en cuanto a presupuesto de un biodigestor con las siguientes dimensiones: 2.5m de alto y 3m de alto por 3m de ancho, y depósitos de 1000L o de 3000L para carga de material de alimentación del digestor y descarga del fertilizante, se valora en 9.800€ sin iva. Generando una capacidad diaria para 600 personas, equivalente a 18m3 de biogás por día; la energía térmica equivalente es de 105 kWh por día; y la energía eléctrica con una potencia de generador de 5kW puede generar hasta 26 kWh por día, recogiendo 180 Kg de residuos de cocina para su funcionamiento.

Un presupuesto completo incluye la instalación del equipo, asesoramiento sobre su funcionamiento y uso del digestor, también debe cubrir el fogón de cocina para consumir el biogás y los depósitos tanto el de material de alimentación como el de descarga de fertilizantes.

Aparte del presupuesto que implica la instalación en si del biodigestor, existen otros gastos que debe considerar a la hora de instalar, éstos, referente a la bomba de riego del fertilizante, generador de electricidad, lámparas de biogás para la generación de luz o calor, triturador para el tratamiento de desechos de cocina, entre otros.

Algunas características técnicas:

Es importante entender que para generar 5.500 litros de biogás al día, es necesario recolectar 180 kg de residuos de cocina para una duración de 78 horas de cocina. En cuanto al uso de estiércol bovino o equino se necesitan 300 kg para generar diariamente 12.000 litros de biogás, equivalente a 70 kWh de energía térmica o 17 kWh de energía eléctrica.

En el uso de guano de aves, se necesitan 130 kg, para generar 10.400 litros de biogás por 45 horas de cocina, equivalente a 61 kWh de energía térmica o 15 kWh de energía eléctrica. En cuanto a excretas humanas, se necesitan 160kg para producir 9.600 litros de biogás por 42 horas, equivalente a 56 kWh de energía térmica o 14 kWh de energía eléctrica.

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Si usa residuo vegetal, se necesitan 325 kg para generar 16.250 litros de biogás por 71 horas, equivalente a 95 kWh de energía térmica o 23 kWh de energía eléctrica.

Todo biodigestor debe instalarse sobre una base cimentada, con buen espesor en estructuras de hierro para permitir la estabilidad del equipo, el presupuesto de esta base se puede conseguir entre 500€ a 600€.

No subestime estos gastos, el periodo de amortización se calcula según su uso y dimensiones. El sistema de media escala estima entre 6 a 8 años dependiendo de la utilización del combustible, del gas o de la energía generada. Los sistemas más pequeños estiman 3 años de amortización.

¿Qué beneficios ofrece un biodigestor?

Éste equipo es un sistema de funcionamiento sencillo, que permite aprovechar la materia orgánica para gestionar el biogás que obtiene, reduciendo así el gasto energético  generando energía renovable.

Su uso se convierte directamente en una herramienta de mitigación de la contaminación, manejando correctamente los residuos, evitando la deforestación, produciendo fertilizantes naturales y evitando el uso de químicos. También existen beneficios indirectos como son salud, higiene, aumento de producción agropecuaria y tratamiento adecuado de residuos.

Realmente los costes de instalación frente a todo esto resulta ser de muy bajo costo, es decir, economico.

Básicamente su funcionamiento es sencillo, por lo general se introducen los residuos orgánicos a través de los depósitos de alimentación, donde el residuo va fermentando y generando biogás. El biogás generado se recoge en un depósito flexible que conecta con un quemador final para aprovechar este combustible como energía térmica. Por otro lado, el fertilizante se extrae y se reutiliza.

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Combustible de Etanol: Ventajas y Desventajas

combustible de etanol

El combustible de etanol es una nueva alternativa de costo relativamente bajo  que cuenta con menos contaminación y más disponibilidad que la gasolina sin mezclar. Pero aunque hay muchas ventajas de usar etanol como combustible, también hay algunos inconvenientes.

Ventajas de usar Combustible de Etanol

Mejor para el medio ambiente

En general, el etanol se considera mejor para el medio ambiente que la gasolina tradicional. Por ejemplo, los vehículos alimentados con etanol producen menores emisiones de dióxido de carbono y los mismos o menores niveles de emisiones de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno.

E85, una mezcla de 85% de etanol y 15% de gasolina, también tiene menos componentes volátiles que la gasolina, lo que significa menos emisiones de gases por evaporación. Agregar etanol a la gasolina incluso en porcentajes bajos, como 10% de etanol y 90% de gasolina (E10), reduce las emisiones de monóxido de carbono de la gasolina y mejora el octanaje del combustible.

Debido a que es principalmente un producto de maíz procesado, el etanol también reduce la presión para perforar en lugares ambientalmente sensibles, como la ladera norte de Alaska, el Océano Ártico y el Golfo de México. Puede reemplazar la necesidad de petróleo de lutita ambientalmente sensible, como el que proviene de la lutita de Bakken, y reduce la necesidad de la construcción de nuevas tuberías como el Dakota Access Pipeline.

Crea trabajos domésticos

La producción de etanol también apoya a los agricultores y crea empleos domésticos. Y debido a que el etanol se produce en el país, a partir de cultivos, reduce la dependencia  del petróleo extranjero y aumenta la independencia energética de la nación.

Los inconvenientes del combustible de etanol

Impacto ambiental diferente

Aunque el etanol y otros biocombustibles a menudo se promueven como alternativas limpias y de bajo costo a la gasolina, el cultivo industrial de maíz y soya aún tienen un impacto nocivo en el medio ambiente, solo que de una manera diferente. Esto es especialmente cierto para los productores industriales de maíz. El cultivo de maíz para etanol implica grandes cantidades de fertilizantes sintéticos y herbicidas. En general, la producción de maíz es una fuente frecuente de contaminación por nutrientes y sedimentos.

Además, en un estudio, el investigador de la Universidad de Cornell, David Pimental, consideró la energía necesaria para cultivar y convertirlos en biocombustibles y concluyó que la producción de etanol a partir de maíz requería un 29% más de energía de la que el etanol es capaz de generar.

Necesidad de tierra

Otro debate sobre los biocombustibles a base de maíz y soya se refiere a la cantidad de tierra que le quita a la producción de alimentos. El desafío de producir suficientes cultivos para satisfacer las demandas de producción de etanol y biodiésel es significativo y, según algunos, insuperable. Según algunas autoridades, producir suficientes biocombustibles  para permitir su adopción generalizada podría significar convertir la mayoría de los bosques y espacios abiertos del mundo en tierras de cultivo, un sacrificio que pocas personas estarían dispuestas a hacer.

“Reemplazar solo el 5% del consumo de diesel de la nación con biodiesel requeriría desviar aproximadamente el 60% de los cultivos de soya de hoy en día para la producción de biodiesel”, dice Matthew Brown, consultor de energía y ex director del programa de energía en la Conferencia Nacional de Legislaturas Estatales de los Estados Unidos.

Implementación

Además, al considerar la implementación de etanol, debe tenerse en cuenta que los biocombustibles no están destinados a todos los vehículos, especialmente a los más antiguos.

Una solución a esto ha sido la introducción de vehículos de combustible flexible. Estos tienen la ventaja de poder usar E85, gasolina o una combinación de los dos y dan a los conductores la flexibilidad de elegir el combustible que esté más disponible o que mejor se adapte a sus necesidades.

Aún así, existe cierta resistencia por parte de la industria automotriz cuando se trata de agregar biocombustibles como el etanol al mercado.

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Energía a base de la biomasa del nopal

biomasa de nopal

Con tanto desgaste económico y cambios ambientales es necesario sentarse a revisar las ideas que disminuyen los efectos de estos problemas mundiales, principalmente con el calentamiento global. Entre las ideas más destacables, se hace referencia a continuación al uso de la biomasa del nopal como generador de energía renovable.

Idea que fue llevada a cabo por un grupo de Mexicanos agricultores e ingenieros que sintieron la necesidad de estudiar el nopal como fuente de energía. Tras años de investigación de la diversidad de las biomasas como la que se encuentra en el maíz, la jatropha, la yuca, la caña de azúcar, la cebada, entre otros, se dió el descubrimiento del poder energético que concentra.

biomasa de nopal

El nopal es considerado como un alimento básico en la dieta de los Mexicanos, además de cubrir gran parte de la vegetación de sus tierras, hoy en día representa una opción más importante dentro de la biomasa regeneradora de energía. Una opción, donde la biomasa del nopal origina materia orgánica mediante un proceso biológico, espontáneo – provocado, que puede utilizarse como combustible.

Descrita como el “oro verde de México” así es tomada literalmente por una compañía mexicana Nopalmex, que aprovecha su poder para producir biocombustible de nopal, su productividad energética tiene un alto contenido de metano al igual que el gas natural, no obstante su producción no requiere maquinaria o dispositivos de alta complejidad, a diferencia del gas natural.

Desde el 2015, esta empresa mexicana Nopalmex, se ha dedicado a procesar alrededor de ocho toneladas diarias de nopal para alimentar una máquina llamada biodigestor, que impulsa su producción.

Procesamiento

Su procesamiento se trata de una mezcla purificada con estiércol, que se deja descomponer produciendo así el metano. El biogás del nopal contiene básicamente metano, dióxido de carbono y otros gases menores, por lo cual presenta ventajas en su manejo. Desde entonces este descubrimiento ha permitido realizar ciertas pruebas con la mezcla sobrante en vehículos del gobierno local.

La planta vegetal de nopal puede llegar a utilizarse en aproximadamente 90% para transformarlo en biogás y el restante es utilizado en sedimentación para liberar las células de más nopales. Es decir, mientras los nopales se replanten regularmente, el proceso es casi completamente sostenible, produciendo solo agua y desechos de nopal que se pueden usar para fertilizar los cultivos.

Por medio de la lombricultura se genera el proceso sedimentario de forma orgánica. Con la inclusión de agua, que se logra obtener humus para su incorporación al suelo y nutrición de los cultivos.

El agua nitrogenada que se obtiene del reactor puede ser incorporada nuevamente en las plantaciones de nopal como fertilizante reinyectado en el sistema de riego tecnificado.

Datos relevantes del nopal como base de energía  

  • La capacidad es equivalente a 1 megavatio por hora
  • La energía que genera equivale a la iluminación de 12 mil casas.
  • Sus costos en consumo de energía es 50% más barato que la tarifa genérica.
  • No produce efecto invernadero, ni emisiones contra el ambiente.
  • Los costos de operación son bajos y sencillos.
  • Se obtiene biogás que contiene: Metano en un 75 % – Dióxido De carbono 24 % Gases Como nitrógeno e hidrógeno – 1% SU Poder caloríficos de 7.000 kcal/m3.
  • La contribución es cualificada en biogás, electricidad con biomasa de nopal.
  • Por cada 70 hectáreas plantadas producen 150 toneladas de nopal.
  • Genera 3 mil empleos por mil hectáreas así logrando proporcionar trabajo a quién lo necesita.
  • A largo plazo mejora la salud de la población debido a la reducción de emisión de gases de efecto invernadero, realizando así un modelo equitativo en conjunto con la sociedad y la economía.

En el transcurso del tiempo se ha experimentado la creación de nuevas fuentes de energías limpias con la intención de dar prioridad al medio ambiente, no generando residuos tóxicos. Los procesos en sí tienden a lograr generar de una u otra forma energía, pero en su totalidad resulta no tan orgánica, se puede decir que su procesamiento no cumplen con su propósito en un ciento por ciento, caso contrario a lo que sucede con la generación de energía a través del nopal.

La nueva energía, a base de nopal resulta ser una alternativa redituable en el desarrollo de México, ya que en el proceso de obtención es totalmente orgánico; lo que provoca que no se generen elementos tóxicos que dañen al ambiente. Siendo una de las principales ventajas la extracción de dióxido de carbono de medio ambiente.

Definitivamente, es una nueva alternativa que puede sacarse el máximo provecho. Para México puede resultar una gran potencia para proyectarse en su máximo nivel dentro del panorama de país generador de energía sustentable.

México, es una tierra grande y la energía del nopal es limpia, dentro de todas sus ventajas esta es la de mayor fuerza para este país, su cultivo y agricultura puede generar empleos permanentes y solucionar tanto el problema energético en forma sustentable a corto, mediano y largo plazo; como también puede contribuir con el mejoramiento de la economía.

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Biodigestores, más que una herramienta son una gran alternativa

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Transformar los desechos para generar energía a través de biodigestores es una oportunidad que se debe aprovechar al máximo nivel. Además de representar una mejora de la calidad de vida de todos los seres vivientes del planeta, también resultan ser una alternativa ecológica.

Los desechos orgánicos son numerosos, a medida que aumente el consumo los desechos se multiplican extendiéndose como, estiércol de ganado, desechos agrícolas, aguas residuales y desechos de alimentos no comestibles. Estos desperdicios son potencialmente nocivos.

Cuando estos desechos se manejan de manera inadecuada, representan un riesgo significativo para el medio ambiente y la salud. Los patógenos, productos químicos, antibióticos y nutrientes presentes en los desechos pueden contaminar las aguas superficiales y subterráneas a través de la escorrentía o al lixiviar en los suelos.

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El biodigestor se crea en función de evitar estos efectos nocivos que van dejando los residuos animales (los excrementos), que con el transcurso del tiempo tienden a contaminar el agua, la tierra y el ambiente en general

Civilizaciones antiguas identificaron hace más de 900 años que el proceso de fermentación de la materia orgánica podía ser una fuente de energía. Desde entonces los primeros intentos de construcción de plantas de biogás modernas se iniciaron, y fue en India donde la tecnología del biodigestor se difundió a nivel mundial.

¿Qué es un biodigestor y cómo funciona?

Prácticamente un biodigestor es un dispositivo que varía según su tamaño, formado generalmente por un contenedor hermético, diseñado para aprovechar los desechos orgánicos de los animales y vegetales, para obtener energía renovable o también para obtener abono para la tierra.

Los desechos orgánicos a medida que se descomponen generan grandes cantidades de metano, el cual resulta ser un poderoso gas de efecto invernadero que atrapa el calor en la atmósfera de manera más eficiente que el dióxido de carbono.

Los biodigestores se aprovechan para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y el riesgo de contaminación en las vías fluviales, los desechos orgánicos se deben eliminar, utilizándolo para producir biogás, una fuente renovable de energía limpia, que más del 90% de las poblaciones rurales lo pueden utilizar para cubrir hasta el 70% de sus necesidades domésticas.Al desplazar los combustibles fósiles, el biogás crea más reducciones de emisiones.

En pocas palabras un biodigestor soluciona dos problemas a la vez, disponer de desperdicios que son potencialmente nocivos y obtener recursos necesarios.

Los biodigestores convierten el costo de la gestión de residuos en una oportunidad de ingresos que pueden aprovecharse en granjas, lecherías e industrias o cualquier sector relacionado.

Beneficios del uso de biodigestores

Si todos los países se inclinaran más en la conversión de residuos para generar electricidad, calor o combustible para vehículos se obtuvieran más beneficios como los siguientes:

  • Se incrementará proporcionalmente la fuente de energía renovable.
  • Reducir la dependencia de las importaciones extranjeras de petróleo.
  • Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Mejorar la calidad ambiental y aumentar los empleos locales.
  • Reducción de las emisiones de CO2
  • Son aptos para zonas en desarrollo y con menos recursos
  • Reduce la carga de trabajo
  • Reciclar nutrientes en el suministro de alimentos, reduciendo la necesidad de fertilizantes petroquímicos y minados.
  • Los biodigestores son una solución de gestión de residuos que resuelve múltiples problemas y crea múltiples beneficios, incluidas las fuentes de ingresos.
  • Otro de los beneficios es que al tratar estos desechos de manera adecuada se eliminan los focos de contaminación, no sólo en las granjas, sino también los desechos que terminaban en los pozos de agua, contaminando este recurso vital para las poblaciones que rodeaban las granjas.

Es necesario resaltar que las emisiones de metano por el manejo de estiércol se incrementaron a partir del año 2000 y presentaron una tendencia en aumento, de esta manera, los bovinos de carne son los que emiten la mayor cantidad de metano, seguidos de bovinos de leche y porcinos. Siendo así el estiércol de estos animales los más usados en la generación de biogás.

Bajo este contexto, se simplifica la generación de energía renovable por medio de desechos orgánicos que proporciona energía de bajo costo, además de generar ingresos adicionales a los agricultores, oportunidades de empleo, energía descentralizada y protección al ambiente, reduciendo la huella de emisiones de GEI.

Los restos de cultivos se reaprovechan, sirviendo de abono para nuevas cosechas. Además, proporciona energía en entornos rurales o remotos, ofreciendo así practicidad, movilidad  con medios tradicionales, como instalaciones eléctricas.

Referidos a la generación de abono se encuentra un beneficio más, tras la actuación de las bacterias, la parte no gaseosa de los desechos se convierte en un abono natural, rico en nutrientes y muy apreciado por la agricultura. Este abono regenerado no suele oler tanto y no requiere tratamiento adicional por ello.

Así que bien, realmente los biodigestores no sólo producen energía renovable, es mucho más que eso, por lo cual es de vital importancia resaltar que por medio de su uso se logra un potente fertilizante orgánico que nutre el suelo de manera natural, regresandole de esta forma, las propiedades que los animales tomaron de ella para poder producir alimentos sanos y abundantes, prácticamente convertidos en ciclo. ¿Sus resultados…?, Mejorar la salud de la familia al consumirlos y también de quienes los compran en los mercados locales.

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Producción de Biobutanol: Nuevos Avances Científicos

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Una colaboración internacional de investigación ha dado un paso importante hacia la fabricación comercialmente viable de biobutanol, un alcohol cuyo fuerte potencial como combustible para motores de gasolina podría allanar el camino lejos de los combustibles fósiles.

El avance clave es el desarrollo de un nuevo marco orgánico de metal, o MOM, que puede separar eficientemente el biobutanol del caldo de biomasa fermentada necesaria para la producción del combustible. Los hallazgos se publicaron hoy en el Journal of the American Chemical Society .

Los investigadores ahora buscan asociarse con la industria para tratar de ampliar el método de separación utilizando el nuevo marco orgánico de metal, dice el correspondiente Kyriakos Stylianou del estudio de la Universidad Estatal de Oregón.

Si se escala bien, podría ser un hito importante en el camino hacia la no dependencia de los combustibles fósiles.

“Los biocombustibles son una alternativa de combustible sostenible y renovable, y el biobutanol ha surgido recientemente como una opción atractiva en comparación con el bioetanol y el biodiesel”, dijo Stylianou, investigador de química en la Facultad de Ciencias de la OSU. “Pero separarlo del caldo de fermentación ha sido un obstáculo significativo en el camino hacia una fabricación económicamente competitiva”.

El butanol, también conocido como alcohol butílico, está más estrechamente relacionado con la gasolina que el etanol y puede sintetizarse a partir del petróleo o fabricarse a partir de biomasa. El bioetanol (alcohol etílico) es un aditivo común para biocombustibles, pero contiene significativamente menos energía por galón que la gasolina y también puede ser dañino para los componentes del motor.

El proceso de creación de biobutanol se conoce como fermentación ABE: acetona-butanol-etanol. Produce un caldo acuoso que alcanza un máximo del 2% en peso de butanol. De ahí la necesidad de una herramienta de separación que pueda funcionar bien en un ambiente acuoso y también en presencia de solventes orgánicos, en este caso acetona, que es un ingrediente clave en productos como quitaesmaltes y diluyentes de pintura.

Stylianou y sus colegas en universidades de Suiza, China, Reino Unido y España sintetizaron un nuevo marco orgánico de metal, basado en iones de cobre y ligandos de carborano-carboxilato, conocido como mCB-MOF-1. El MOM puede extraer butanol del caldo de fermentación, mediante adsorción, con mayor eficiencia que la destilación o cualquier otro método existente.

El MOM es estable en solventes orgánicos, en agua caliente y en soluciones acuosas ácidas y básicas.

“Los biocombustibles pueden aumentar la seguridad y el suministro de energía y también pueden ser una gran parte de un plan de energía que realmente captura y almacena carbono, lo que sería enorme para cumplir los objetivos de lucha contra el cambio climático”, dijo Stylianou. “El biobutanol es mejor que el bioetanol por una variedad de razones, incluyendo que es casi tan denso en energía como la gasolina y se mezcla bien con la gasolina. Y el biobutanol también puede potencialmente reemplazar al butanol sintético como un precursor esencial para una gama de químicos industriales”.

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La Industria Química También Puede Cumplir Objetivos Climáticos

Industria Química

Los investigadores analizaron varias posibilidades para poder disminuir las emisiones de la industria química. En conclusión, es posible que tenga un futuro neutral en carbono.

El Consejo Federal de Suiza decidió que el país debería ser neutral en carbono para 2050. Los gobiernos de muchos otros países persiguen objetivos similares. Esto puede ser un desafío en lo que respecta al tráfico de automóviles y todo el sector eléctrico, pero no imposible, por ejemplo, con la electrificación sistemática y el uso exclusivo de fuentes de energía neutras en carbono.

Un cambio de este tipo será más difícil para la industria química. Mientras que para muchos otros sectores industriales una de las principales preocupaciones es su eficiencia energética, la industria química también debe abordar la cuestión de las materias primas.

“Los polímeros, plásticos, fibras textiles sintéticas y medicamentos contienen carbono. Tiene que venir de algún lado”, explica Marco Mazzotti, profesor de Ingeniería de Procesos en ETH Zurich. Tal como están las cosas, la gran mayoría de este carbono proviene del petróleo y el gas natural. Durante la producción, y cuando los productos químicos se queman o se descomponen al final de su vida, liberan CO 2 .

Utilizando cifras concretas y la producción de metanol como un caso de estudio, Mazzotti y sus colaboradores de ETH Zurich y la Universidad de Utrecht han comparado sistemáticamente varios enfoques que apuntan a reducir las emisiones netas de CO 2 de la industria química a cero.

La principal conclusión del nuevo estudio es que el objetivo de lograr emisiones netas de CO 2 en la industria química es de hecho alcanzable. Sin embargo, todos los enfoques que el estudio examinó para lograr este objetivo tienen ventajas y desventajas, que se manifiestan de manera diferente en diferentes regiones del mundo. Además, los tres conceptos requieren más energía (en forma de electricidad) que los métodos de producción actuales.

Capture CO2 o use biomasa

  • Un enfoque implica continuar utilizando los recursos fósiles como materias primas, pero capturando sistemáticamente las emisiones de CO 2 y secuestrandolas bajo tierra mediante un proceso conocido como captura y almacenamiento de carbono (CCS). La gran ventaja aquí es que los procesos de producción industrial de hoy no tendrían que modificarse. Sin embargo, los sitios de almacenamiento deben ser adecuados en términos de su geología, ofreciendo por ejemplo capas sedimentarias profundas que contengan agua salada. Dichos sitios no se encuentran en todo el mundo.
  • Otro enfoque vería a la industria utilizando carbono del CO2 capturado por adelantado del aire o de gases residuales industriales. Este proceso se llama captura y utilización de carbono (CCU). El hidrógeno requerido para productos químicos se obtendría del agua usando electricidad. El enfoque implicaría una revisión importante de los procesos de producción química y la reconstrucción de grandes partes de la infraestructura industrial. Además, requiere una cantidad extremadamente grande de electricidad, seis a diez veces más que CCS. “Este método solo se puede recomendar en países con una combinación de electricidad neutra en carbono”, explica Mazzotti, y continúa: “Demostramos claramente que el uso de grandes cantidades de electricidad de centrales eléctricas de carbón o gas sería, de hecho, mucho peor para el clima que el método de producción actual basado en combustibles fósiles “.
  • Una opción final sería utilizar biomasa (madera, plantas de azúcar, plantas de aceite) como materia prima para la industria química. Aunque este método requiere menos electricidad que los otros, implica un uso muy intensivo de la tierra para cultivar, lo que requiere 40-240 veces más tierra que los otros enfoques.

El futuro de volar

Mazzotti y sus coautores basaron su estudio en la producción de metanol, que es similar al proceso utilizado para producir combustibles. Por lo tanto, su trabajo también informa la discusión sobre futuros combustibles de aviones, como señala Mazzotti: “Lo escuchamos una y otra vez, incluso de expertos, que la única forma en que la aviación puede volverse neutral en carbono es mediante el uso de combustibles sintéticos”, dice. . “Pero eso no es cierto”. La producción de combustibles sintéticos es un proceso extremadamente intensivo en energía.

Si la electricidad de las centrales eléctricas de carbón o gas se utilizara para este propósito, los combustibles sintéticos tendrían una huella de carbono aún mayor que los combustibles fósiles. El estudio muestra que existen al menos dos alternativas viables a los combustibles sintéticos: la aviación podría continuar utilizando combustibles fósiles si el CO 2 los aviones emitidos fueron capturados y secuestrados en otros lugares, o los combustibles podrían obtenerse de la biomasa.

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Extracción de Bioproductos para hacer Biocombustibles mas Baratos

bioproductos

Los biocombustibles son una parte importante de la estrategia más amplia para reemplazar la gasolina a base de petróleo, el diesel y los combustibles para aviones que usamos hoy en día. Sin embargo, los biocombustibles hasta ahora no han alcanzado la paridad de costos con los combustibles de petróleo convencionales. Una estrategia para hacer que los biocombustibles sean más competitivos es hacer que las plantas realicen parte del trabajo por sí mismas. Los científicos pueden diseñar plantas para producir valiosos compuestos químicos o bioproductos a medida que crecen.

Luego, los bioproductos se pueden extraer de la planta y el material vegetal restante se puede convertir en combustible. Cuando se producen en la propia planta, los bioproductos pueden ayudar a reducir el costo del biocombustible resultante.

Pero una parte importante de esta estrategia no ha quedado clara: ¿qué cantidad de bioproducto en particular necesitarían las plantas para que el proceso sea económicamente factible?bioproductos

Ahora los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y el Instituto de Bioenergía Conjunta (JBEI) del Departamento de Energía, administrado por Berkeley Lab, han proporcionado la primera definición de esta cantidad. Su estudio, dirigido conjuntamente por Corinne Scown y Patrick Shih, fue publicado recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

Los investigadores primero reunieron información sobre un grupo de bioproductos bien estudiados que las plantas ya pueden producir de manera efectiva, desde sabores y fragancias hasta plásticos biodegradables. Hacer un bioproducto valioso ayudaría a compensar el costo de hacer biocombustibles y a hacer que todo el proceso sea más barato.

“Es una solución realmente elegante, poder diseñar una planta para acumular directamente un valioso bioproducto”, dijo Scown, un investigador en JBEI y el Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab.

Luego diseñaron y simularon lo que se necesitaría para extraer estos bioproductos del material vegetal en el contexto de una biorrefinería de etanol. En este contexto, se extraerían valiosos bioproductos de la planta, mientras que el material vegetal restante se convertiría en etanol.

Esto les ayudó a responder dos preguntas importantes: qué cantidad de bioproducto necesita producir la planta para que el proceso de extracción valga la pena, y qué cantidad debe hacerse para alcanzar el precio objetivo de venta de etanol de $ 2.50 por galón.

Para su sorpresa, sus resultados mostraron que la cantidad que las plantas necesitan hacer es bastante factible. Por ejemplo, calcularon que cuando se acumula al 0.6% del peso seco de la biomasa, un compuesto como el limoneno, utilizado en sabores y fragancias, ofrecería beneficios económicos netos a las biorrefinerías. En otras palabras, si pueden cosechar 10 toneladas métricas secas de biomasa de sorgo de un acre de tierra, necesitan recuperar solo alrededor de 130 libras de limoneno de esa biomasa.

“Los investigadores de nuestra división de materias primas se sorprendieron por lo modestos que eran los niveles objetivo”, dijo Scown. “Los niveles que necesitamos acumular en las plantas para compensar el costo de la recuperación de bioproductos y reducir el precio de los biocombustibles están al alcance”.

Sus resultados muestran que esta estrategia para reducir el costo de los biocombustibles es factible, pero los científicos no deberían poner todos sus huevos en una sola canasta, porque el mercado para cada producto de alto valor es de tamaño limitado. Su análisis sugiere que solo cinco biorrefinerías a escala comercial podrían respaldar toda la demanda proyectada del mercado de limoneno para 2025. Scown dijo que los cultivos deben ser diseñados para producir una amplia gama de productos para garantizar que la industria esté diversificada y que el mercado no se inunde para ningún producto.

“Con los modelos tecnoeconómicos, esta investigación proporciona nuevos conocimientos sobre el papel de los bioproductos en la mejora de la economía de las biorefinerías”, dijo Minliang Yang, investigador postdoctoral en JBEI y autor principal del estudio.

Scown dijo que el mayor impacto del documento es que ofrece la primera base cuantitativa para implementar realmente esta estrategia de ahorro de costos, proporcionando un punto de partida para los científicos que intentan diseñar o criar plantas que creen bioproductos por sí mismos y compensar el costo de haciendo biocombustibles como resultado.

“Creo que esta investigación es solo el primer paso para demostrar el potencial futuro de los cultivos de bioenergía de ingeniería”, dijo Shih, Director de Diseño de Biosistemas de Plantas en JBEI. “Me imagino que nuestros hallazgos ayudarán a motivar los esfuerzos futuros para hacer que los biocombustibles sean económicamente viables”.

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Bioetanol a Base de Tequila: Más Efectivo que el de Azúcar o Maíz

bioetanol a base de tequila

La planta de agave utilizada para hacer tequila podría establecerse en Australia semiárida como una solución ecológica para la escasez de combustible de transporte de Australia,  se puede fabricar Bioetanol a Base de Tequila según descubrió un equipo de investigadores de la Universidad de Sydney, la Universidad de Exeter y la Universidad de Adelaida.

El eficiente proceso de bajo consumo de agua también podría ayudar a producir etanol para desinfectante de manos, que tiene una gran demanda durante la pandemia de COVID-19.

En un artículo publicado esta semana en el Journal of Cleaner Production , el profesor asociado de agrónomos de la Universidad de Sydney, Daniel Tan, con colegas internacionales y australianos ha analizado el potencial para producir Bioetanol a Base de Tequila (biocombustible) a partir de la planta de agave, una planta suculenta con alto contenido de azúcar ampliamente cultivada en México para hacer la bebida alcohólica tequila.

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MSF Sugar está cultivando la planta de agave como fuente de biocombustible en las mesetas de Atherton en el extremo norte de Queensland, y promete algunas ventajas significativas sobre las fuentes existentes de bioetanol como la caña de azúcar y el maíz, dijo el profesor asociado Tan.

“El agave es un cultivo ecológico que podemos cultivar para producir combustibles y productos sanitarios a base de etanol”, dijo el profesor asociado Tan del Instituto de Agricultura de Sydney.

“Puede crecer en áreas semiáridas sin irrigación; y no compite con los cultivos alimentarios ni exige un suministro limitado de agua y fertilizantes. El agave es tolerante al calor y la sequía y puede sobrevivir a los veranos calurosos de Australia”.

El profesor asociado Tan reunió al equipo de investigación y dirigió su análisis económico.

El autor principal, el Dr. Xiaoyu Yan, de la Universidad de Exeter, quien dirigió la evaluación del ciclo de vida, dijo: “Nuestro análisis resalta las posibilidades de producción de Bioetanol a Base de Tequila cultivado en Australia semiárida, causando una presión mínima sobre la producción de alimentos y los recursos hídricos.

“Los resultados sugieren que el bioetanol derivado del agave es superior al del maíz y la caña de azúcar en términos de consumo de agua y calidad, emisiones de gases de efecto invernadero y producción de etanol”.

Este estudio utilizó análisis químicos de agave de una granja piloto de agave en Kalamia Estate, Queensland (cerca de Ayr) realizada por el Dr. Kendall Corbin para su doctorado en la Universidad de Adelaida, supervisada por la profesora Rachel Burton.

“Es fabuloso que los resultados de mi análisis químico puedan usarse tanto en un estudio de huella ambiental como económico y tengan aplicaciones en el mundo real”, dijo el Dr. Corbin.

“El análisis económico sugiere que una primera generación de producción de bioetanol a partir de agave actualmente no es comercialmente viable sin el apoyo del gobierno, dado el reciente colapso en el precio mundial del petróleo”, dijo el profesor asociado Tan. “Sin embargo, esto puede cambiar con la demanda emergente de nuevos productos de salud a base de etanol, como los desinfectantes para manos”.

“Esta es la primera evaluación integral del ciclo de vida y análisis económico del bioetanol producido a partir de un experimento de campo de agave de cinco años en el norte de Queensland. Nuestro análisis muestra que se puede obtener un rendimiento de bioetanol de 7414 litros por hectárea cada año con plantas de agave de cinco años”. ”

El estudio encontró que la caña de azúcar produce 9900 litros por hectárea cada año. Sin embargo, el agave supera a la caña de azúcar en una variedad de medidas, incluida la eutrofización del agua dulce, la ecotoxicidad marina y, lo que es más importante, el consumo de agua.

El agave usa 69 por ciento menos agua que la caña de azúcar y 46 por ciento menos agua que el maíz para obtener el mismo rendimiento. Para el etanol de maíz estadounidense, el rendimiento fue menor que el agave, a 3800 litros por hectárea al año.

“Esto muestra que el agave es un ganador económico y ambiental para la producción de biocombustibles en los próximos años”, dijo el profesor asociado Tan.

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Biodiesel de Aceite de Palma

biodiesel de aceite de palma

Los biocombustibles de aceite vegetal se utilizan cada vez más como una alternativa a los combustibles fósiles a pesar de la creciente controversia sobre su sostenibilidad. En un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Gotinga, los investigadores investigaron el efecto del biodiesel de aceite de palma en los gases de efecto invernadero durante todo el ciclo de vida. 

Los investigadores descubrieron que el uso de aceite de palma de las plantaciones de primera rotación donde los bosques habían sido talados para dar paso a las palmeras en realidad conduce a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el uso de combustibles fósiles. 

Sin embargo, existe el potencial de ahorro de carbono en las plantaciones establecidas en tierras degradadas. Además, las emisiones podrían reducirse mediante la introducción de ciclos de rotación más largos o nuevas variedades de palma aceitera con un mayor rendimiento. Los resultados fueron publicados en Nature Communications .

El uso de biocombustibles a base de aceite vegetal se ha disparado en los últimos años porque se los considera un sustituto “más ecológico” de los combustibles fósiles. Aunque su sostenibilidad ahora se cuestiona cada vez más, la demanda continúa creciendo, y esto ha estimulado la expansión continua del cultivo de palma aceitera en los trópicos, especialmente en Indonesia. 

Las emisiones de gases de efecto invernadero son importantes porque tienen efectos ambientales de gran alcance como el cambio climático. La Unión Europea (UE) definió los requisitos mínimos de ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero para los biocombustibles en su Directiva sobre energías renovables: todo el ciclo de vida del biodiesel de aceite de palma debe mostrar al menos un 60% de ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con los combustibles fósiles. En este estudio, investigadores del Centro de Investigación Colaborativa Alemán-Indonesia “

“Las palmas de aceite maduras capturan altas tasas de CO 2, pero existen graves consecuencias para el medio ambiente de la tala de bosques. De hecho, las emisiones de carbono causadas por la tala de bosques para plantar palmeras de aceite solo se ven parcialmente compensadas por la futura captura de carbono “, dice la autora principal, Ana Meijide, del Grupo de Agronomía de la Universidad de Gotinga.

El estudio mostró que el biodiesel de aceite de palma del El ciclo de primera rotación de las palmeras produce un 98% más de emisiones que los combustibles fósiles. “El impacto negativo del biodiesel en los gases de efecto invernadero se reduce cuando el aceite de palma proviene de plantaciones de palma aceitera de segunda generación”, dice el profesor Alexander Knohl, autor principal del Grupo de Bioclimatología en Universidad de Gotinga: solo el biodiésel de aceite de palma de las plantaciones de segunda rotación alcanza el ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero que exige la directiva de la UE.

Con base en estos hallazgos, los investigadores probaron escenarios alternativos que podrían conducir a mayores ahorros de gases de efecto invernadero en comparación con los modelos actuales. 

“Los ciclos de rotación más largos, como extender el ciclo de plantación a 30 o incluso 40 años en comparación con los 25 años convencionales, o las variedades que producen antes tienen un efecto positivo sustancial en las emisiones de gases de efecto invernadero: ambos escenarios son factibles y relativamente fáciles de implementar”. agrega Meijide.

 “Esta investigación resalta la importancia de que las prácticas agrícolas y las políticas gubernamentales eviten mayores pérdidas de bosques y promuevan ciclos de rotación más largos”.

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