Una introducción a la bioenergía: materias primas, procesos y productos

Por Leif Kindberg, especialista en energía agrícola de NCAT

Resumen

La bioenergía ofrece a los agricultores una alternativa a las fuentes de energía basadas en el petróleo y nuevas oportunidades de mercado para los productos agrícolas. Cuando las materias primas de biomasa se queman, fermentan o reaccionan a través de un proceso de conversión de energía, devuelven algo de dióxido de carbono y agua y liberan la energía del sol. Debido a que las plantas tienen la capacidad de almacenar y luego liberar energía de esta manera, actúan como una batería natural. Esta introducción a la bioenergía ofrece una visión general breve y no técnica de la producción de materias primas de bioenergía con discusión sobre cómo se produce la bioenergía.

Contenido

• Introducción
• Conceptos básicos de materia prima
  • Materias primas de azúcar y aceite
  • Materias primas para el azúcar
  • Materias primas para semillas oleaginosas
  • Materias primas celulósicas
  • Residuos agrícolas
  • Estiércol animal
• La producción de bioenergía
  • Conversión termoquímica
  • Conversión bioquímica
• Conclusión
• Más recursos
• Recursos adicionales en línea
• Referencias

Introducción

La bioenergía utiliza materias primas de biomasa renovable de muchas fuentes. Las materias primas de biomasa renovable utilizan el proceso de fotosíntesis en las plantas para capturar la energía del sol mediante la conversión de dióxido de carbono (CO 2) del aire y el agua_{(H2 O) en carbohidratos y compuestos complejos de aceite y fibra compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno.} Estos carbohidratos, aceites y fibras ricos en energía se pueden cosechar y usar para muchos tipos de bioenergía. Hay cientos de maneras de convertir los materiales biológicos en energía, aunque actualmente solo unas pocas de ellas representan oportunidades legítimas a corto plazo para el propietario agrícola o rural promedio.

La bioenergía se utilizó en procesos industriales mucho antes de que el petróleo y la electricidad a carbón estuvieran comúnmente disponibles. Aunque se presta mucha atención a la energía solar y eólica, las BTU de bioenergía (unidades térmicas británicas de energía) generadas a partir de biomasa representan el 53 por ciento de toda la energía renovable en los Estados Unidos, según la Administración de Información de Energía. Eso es más que todas las demás fuentes renovables combinadas (EIA, 2009). Sin embargo, la bioenergía presenta un conjunto complejo de temas energéticos. Esta publicación discutirá muchos de estos temas complejos, pero solo mencionará otros. Los temas que no se discutirán en detalle en esta publicación introductoria incluyen la mayoría de las consideraciones de preprocesamiento de materias primas, como el transporte, el tamaño, el secado y el almacenamiento.

Conceptos básicos de materia prima

La bioenergía se puede producir a partir de materias primas como árboles, cultivos agrícolas, residuos de plantas, partes de animales y muchos otros materiales biológicos. Los beneficios de una materia prima frente a otra son específicos de la región. Esto hace que la selección de materias primas sea una consideración clave en la producción de bioenergía.

Las materias primas pueden estar dedicadas a la producción de energía o no dedicadas. Las materias primas que se dedican a menudo se denominan cultivos energéticos. Cada materia prima tiene ventajas y desventajas que pueden incluir la cantidad de biomasa utilizable que producen, los tipos de suelo requeridos, los insumos de agua y energía, la densidad de energía, los beneficios de la calidad del aire, el costo de producción y otras consideraciones.

Materias primas de azúcar y aceite

Las materias primas de azúcar y aceite a menudo incluyen semillas, granos y plantas que se componen de azúcar, almidón o aceite, y grasas animales o sebo. Hoy en día, estas materias primas se utilizan a menudo para producir los combustibles de biodiesel y etanol con los que estamos familiarizados.

Materias primas para el azúcar

Las dos materias primas bioenergéticas más comunes utilizadas por su contenido de almidón y azúcar son el maíz y la caña de azúcar. Más del 90 por ciento del etanol (o bioetanol, como a veces se le llama) todavía está hecho de maíz en los Estados Unidos. El mayor productor mundial de etanol es Brasil. Brasil utiliza la caña de azúcar como su principal materia prima. Debido a que la fermentación produce alcoholes, cuanto mayor sea el rendimiento de azúcares fermentables en la materia prima, mayor será el rendimiento de los alcoholes. Dado que la fermentación puede procesar casi cualquier almidón en azúcar, otras materias primas pueden incluir cebada, milo, trigo, papas, remolacha azucarera, suero de queso, residuos de cervecería y bebidas, y muchos otros. Muchas de estas materias primas cumplen múltiples funciones como fuentes de alimentos o combustible.

Materias primas para semillas oleaginosas

Las plantas que tienen semillas ricas en aceite, a menudo denominadas semillas oleaginosas, pueden ser una fuente sostenible de bioenergía. Los cultivos comunes de semillas oleaginosas estadounidenses incluyen soja, canola, girasol, camelina, cártamo y semilla de algodón. La camelina es un cultivo de temporada corta que es muy adecuado para el doble cultivo y crece bien en climas más fríos como el norte del Medio Oeste. En comparación, muchas variedades de girasol son adecuadas para climas más cálidos del sur. La canola (un cultivar de colza) es particularmente adecuada para las regiones más frías, con variedades que se adaptan tanto para la siembra de primavera como de otoño para lograr múltiples cosechas de semillas oleaginosas. Su estación experimental agrícola estatal, el Servicio de Extensión Cooperativa o el Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) pueden tener información sobre cultivos específicos de semillas oleaginosas que están bien adaptados a su ubicación e información sobre las mejores rotaciones para la construcción del suelo, las necesidades de agua y el manejo de plagas. Consulte la publicación de ATTRA
Biodiesel: The Sustainability Dimensions
para obtener más información sobre las materias primas para semillas oleaginosas.

Materias primas celulósicas

Las materias primas de celulosa (el componente principal en las paredes celulares de las plantas) como álamos, sauces y pasto varilla están creando mucho entusiasmo entre los agricultores, los científicos y el público. Estas partes fibrosas y generalmente no comestibles de las plantas son abundantes y pueden ser recolectadas de diversas regiones o cultivadas directamente por los agricultores. Aunque actualmente existe un mercado muy limitado para las materias primas de bioenergía celulósica en los Estados Unidos, algunas empresas están comprando biomasa celulósica para pellets y para cocombustión (quema de biomasa con carbón). Algunas empresas tienen la intención de comenzar la producción comercial de etanol celulósico. Se espera que la demanda de biomasa celulósica amplíe las oportunidades de mercado en un futuro próximo.

Los cultivos energéticos se pueden cultivar en granjas utilizando prácticas similares a las utilizadas con otros cultivos agrícolas. Los árboles y pastos, particularmente aquellos que son nativos de una región, se pueden producir de manera sostenible cuando se cultivan con insumos mínimos como agua, fertilizantes y productos químicos. Los árboles que volverán a crecer después de cada cosecha pueden ser cortados repetidamente a nivel del suelo, lo que les permite ser cosechados varias veces. Las variedades leñosas que vuelven a crecer rápidamente sin ser replantadas se llaman cultivos leñosos de rotación corta. Las variedades perennes de pastos y leguminosas también se están probando y utilizando como materias primas. Muchos cultivos energéticos están siendo investigados por su potencial bioenergético.

Residuos agrícolas

Los residuos sobrantes de los productos forestales y de la agricultura también pueden utilizarse como materias primas celulósicas. El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha estimado que entre 581 y 998 millones de toneladas secas de residuos agrícolas como rastrojo de maíz y paja de trigo (los tallos y las hojas que quedan en un campo después de una cosecha) podrían cosecharse para biocombustibles a mediados del siglo XXI (DOE, 2005). Sin embargo, la investigación también ha demostrado que menos del 25 por ciento de algunos residuos agrícolas podrían cosecharse de manera sostenible bajo las prácticas agrícolas actuales porque los residuos de cultivos son críticos para la fertilidad del suelo (Graham et al., 2007). Los resultados del estudio varían ampliamente en cuanto a la cantidad de residuos agrícolas que pueden cosecharse de manera sostenible. Lo cierto es que cuando se dejan en el campo, los residuos agrícolas ayudan a restaurar la labranza del suelo, proteger los suelos agrícolas y secuestrar carbono. Es poco probable que la eliminación de residuos agrícolas sea sostenible a menos que se adopten plenamente las mejores prácticas de gestión agrícola, como los cultivos de cobertura, la producción sin labranza y una mejor gestión de fertilizantes, entre otras prácticas (Marshall y Zugg, 2008).

Estiércol animal

El estiércol se utiliza como materia prima en digestores anaeróbicos principalmente para producir gas quemado para generar electricidad. Aunque existen problemas ambientales y de bienestar sustanciales asociados con las operaciones confinadas de alimentación de animales, estas grandes operaciones utilizan cada vez más la digestión del estiércol para controlar una variedad de problemas ambientales, reducir los olores, generar bioenergía para la granja y proporcionar ingresos adicionales a través de la venta de energía.

La producción de bioenergía

Las materias primas requieren un proceso de conversión para tomar materias primas y convertirlas en bioenergía útil como electricidad, biodiesel, etanol, biobutanol, metano, calor y otros productos bioenergéticos. Tenga en cuenta que la cosecha, el secado al contenido de humedad correcto, el transporte a la ubicación necesaria y el suministro de una cantidad suficiente de biomasa son consideraciones importantes que solo se mencionan brevemente en esta introducción a la bioenergía. Cada tipo de materia prima puede requerir un proceso de conversión ligeramente diferente, pero muchas materias primas se pueden convertir utilizando procesos y tecnologías similares.

Conversión termoquímica

El calentamiento de biomasa ayuda a una reacción química (un proceso termoquímico) y crea productos bioenergéticos útiles como gases, líquidos y calor. La electricidad generada a partir de biomasa se conoce como bioenergía, y la combinación de calor y energía se conoce comúnmente como cogeneración o cogeneración o cogeneración y electricidad (CHP). La eficiencia general de estos sistemas integrados es significativamente mayor que cualquiera de los sistemas solos.

Combustión en una caldera de vapor de combustión directa o convencional

La quema de materias primas para obtener energía se ha practicado durante muchos años. Uno de los métodos comerciales más antiguos de producir electricidad es a través de la quema de madera o carbón para producir vapor. El vapor se canaliza a una turbina que hace girar un generador utilizado para producir electricidad o bioenergía. Un problema con la quema de materias primas en una caldera de vapor es que se pierde una gran cantidad de energía en el proceso de conversión. El preprocesamiento de biomasa mediante peletización, torrefacción (sobrecalentamiento en un ambiente con poco oxígeno) o fabricación de briquetas de biomasa condensada ha ayudado a mejorar la eficiencia de la quema de biomasa leñosa. Estos procesos son costosos y no siempre económicos dados los precios actuales de los combustibles fósiles.

Cofiriendo

La combustión de biomasa leñosa y pastos ricos en fibra con carbón puede reducir las emisiones de dióxido de carbono en comparación con la quema de carbón solo. Muchas materias primas de origen vegetal tienen un contenido de azufre más bajo que el carbón, lo que reduce los gases sulfurosos, incluido el dióxido de azufre. Se ha demostrado con éxito que la cocombustión de materias primas a base de plantas reemplaza hasta el 20 por ciento del carbón utilizado en la caldera, según el Programa Federal de Administración de Energía (2004). Sin embargo, la economía de la combustión generalmente no ha sido favorable con los precios históricos de los combustibles fósiles. Debe considerar cuidadosamente las oportunidades de mercado en su área local si planea producir materias primas para la combustión, y debe buscar contratos de suministro a largo plazo.

Calor de proceso térmico y calor espacial

La quema de biomasa directamente se puede utilizar para producir calor de proceso y calor espacial. El calor del proceso es vital para muchos procesos de fabricación y se utiliza en una variedad de aplicaciones agrícolas, incluido el secado de granos y cultivos. La calefacción de espacios es el uso más común. Tanto las calderas grandes en las instalaciones de fabricación como las estufas pequeñas en las tiendas se utilizan con frecuencia para el calor del espacio. La madera, las astillas de madera y el heno se pueden usar tanto para el calor del proceso como para el calor del espacio, y están disponibles en la granja.

Gasificación térmica

La gasificación convierte las materias primas en gases combustibles llamados gas de síntesis (gas de síntesis) que se pueden utilizar para producir calor, combustibles para motores, bioenergía, productos químicos y para otros fines. El gas de síntesis también se conoce a veces como gas productor, gas de madera y gas de ciudad. Los gases de síntesis generalmente se actualizan a otros productos combustibles como etanol, metanol, hidrógeno y amoníaco utilizando procesos como el proceso Fischer-Tropsch. Estos combustibles y procesos se discutirán más adelante en esta publicación. La gasificación ocurre a temperaturas generalmente entre 1,202 y 1,832 grados Fahrenheit (650 a 1,000 grados Celsius) y limita deliberadamente la quema para convertir las materias primas en intermedios útiles para ser utilizados como energía más tarde (Sadaka, 2010). La gasificación expone la materia prima a algo de oxígeno, pero no lo suficiente como para permitir que la materia prima se queme. La eficiencia de conversión de los sistemas de gasificación es alta, típicamente entre 80 y 85 por ciento de eficiencia en tomar una materia prima cruda y convertirla en gas productor (NREL, sin fecha). El control de la temperatura, la presión, las características de la materia prima y otros aspectos cambia la densidad de energía y la composición del gas productor.

Se puede encontrar más información sobre la gasificación en el sitio web Sun Grant BioWeb, un sitio web educativo no comercial que proporciona información actualizada sobre los recursos de biomasa para bioenergía y bioproductos.

Pirólisis

La pirólisis se deriva de las palabras griegas pyro , que significa fuego, y lysys, que significa descomposición. La pirólisis es un método de producción de gas de síntesis y biocrudo, también conocido como bio-oil o aceite de pirólisis. La pirólisis utiliza la descomposición térmica calentando biomasa a temperaturas generalmente superiores a 400 grados F (204 grados C). El biocrudo se forma cuando el gas de síntesis producido durante la pirólisis se vuelve a condensar en biocrudo líquido. Hay pocas oportunidades para utilizar biocrudo sin refinar directamente en la granja y un mercado limitado. El biocrudo se puede refinar en combustibles de hidrocarburos de alta calidad como diesel, gasolina y combustible para aviones. Estos combustibles líquidos se pueden utilizar en motores de combustión interna como un sustituto químicamente idéntico a los combustibles derivados del petróleo.

La pirólisis es a menudo el primer proceso que ocurre durante la quema de combustibles sólidos, incluida la madera. La pirólisis libera gases que son visibles como llamas amarillentas y naranjas. Si dejaras de quemar estos gases y los condensaras, tendrías una forma de biocrudo. A continuación, los sólidos (carbón) que quedan se queman pero no tienen llama visible. En lugar de dejar que estos sólidos se quemen, se pueden convertir en biochar. El uso de pirólisis moderna para obtener energía detiene la quema de gases y sólidos cortos.

Las variables de pirólisis como la temperatura, la presión, las velocidades de reacción y otros factores producen una amplia variedad de intermedios gases, líquidos y sólidos. Sin embargo, generalmente los procesos de pirólisis con temperaturas más altas y velocidades de reacción más rápidas son más eficientes en la producción de biocrudo. El proceso de pirólisis conocido como pirólisis rápida o de alta temperatura tiene velocidades de reacción más altas (más de 1,000 grados F o 538 grados C). Este proceso se puede utilizar para optimizar la producción de biocrudo o carbón. Los procesos de pirólisis a baja temperatura se utilizan generalmente para producir carbón. La pirólisis y la gasificación son procesos complejos que requieren condiciones similares a las de laboratorio para producir consistentemente productos bioenergéticos.

El biochar es un tipo de carbón vegetal con alto contenido de carbono orgánico y es un coproducto de la pirólisis de la biomasa. Char tiene muchos beneficios potenciales en la agricultura (International Biochar Initiative, sin fecha). Los sistemas de pirólisis de biomasa para la producción de biocrudo y biochar están disponibles en unidades de demostración más pequeñas en este momento, pero se están construyendo algunas instalaciones a mayor escala.

Para obtener más información sobre el biochar, consulte la publicación de ATTRA
Biochar and Sustainable Agriculture
. Puede encontrar más información sobre pirólisis en el sitio web de Sun Grant BioWeb.

Proceso Fischer-Tropsch

El proceso de Fischer-Tropsch convierte el gas de síntesis que generalmente se produce durante la gasificación en combustibles líquidos sin refinar como el biocrudo. El proceso de Fischer-Tropsch generalmente tiene lugar en un ambiente presurizado y de alta temperatura. Este proceso convierte químicamente un gas generalmente compuesto de monóxido de carbono e hidrógeno en combustibles líquidos o aceites que luego pueden quemarse en un motor de combustión interna y usarse para fabricar otros combustibles. Los líquidos de Fischer-Tropsch pueden refinarse aún más en combustibles de hidrocarburos como la gasolina y el diesel y utilizarse como reemplazo directo de los combustibles derivados del petróleo.

Proceso Haber-Bosch

El proceso Haber-Bosch es una reacción de síntesis entre gas nitrógeno, gas hidrógeno y un catalizador de hierro. El proceso Haber-Bosch se utiliza a menudo en secuencia con el reformado con vapor de gas natural o carbón en hidrógeno gaseoso para producir amoníaco. Todo el proceso de producción de amoníaco a menudo se conoce como el proceso Haber-Bosch.

El hidrógeno gaseoso para el proceso Haber-Bosch se puede producir utilizando electricidad eólica, solar, agua, biomasa y otros recursos renovables. En lugar de utilizar gas natural o carbón para producir hidrógeno, la bioenergía se utiliza para electrolizar el agua y producir hidrógeno. Esto ofrece el beneficio de liberar menos emisiones de dióxido de carbono, pero normalmente ha requerido grandes cantidades de energía y sigue siendo prohibitivo debido al gas natural y el carbón de bajo costo.

Amoníaco

El amoníaco producido durante el proceso Haber-Bosch puede funcionar en motores de combustión interna modificados como combustible líquido alternativo. El amoníaco tiene aproximadamente la mitad de la energía de la gasolina y se puede generar a partir de una variedad de fuentes de energía renovables. Los agricultores que tienen experiencia con la aplicación de amoníaco saben que hay muchos peligros asociados con el manejo y uso de amoníaco. El amplio uso de amoníaco como combustible líquido para vehículos requerirá inversiones sustanciales en almacenamiento y manejo seguros, y requerirá mejoras en la infraestructura de transporte.

Metanol

El metanol o alcohol de madera generalmente se produce a partir del metano durante el reformado de vapor y metano del gas natural y el carbón. El metano producido a partir de la digestión anaeróbica del estiércol (discutido a continuación) también puede ser una opción, pero generalmente tiene un costo prohibitivo. El metanol se puede usar como sustituto de la gasolina con algunas modificaciones en el motor, pero tiene solo la mitad de la densidad de energía de la gasolina. El metanol también se puede convertir en combustibles sintéticos como el éter dimetílico (DME) para ser utilizado como sustituto del diesel con emisiones significativamente más bajas y con aproximadamente la mitad de la densidad de energía del diesel. El metanol ya se usa comúnmente en el proceso de transesterificación de la producción de biodiesel, que se discute.

Conversión bioquímica

Las bacterias, levaduras y otras enzimas vivas fermentan material como azúcares y proteínas y los convierten en alcoholes útiles u otros combustibles líquidos. Estos procesos se conocen como procesos de conversión bioquímica. El etanol de maíz y otros alcoholes de grano son algunos de los combustibles más comunes producidos de esta manera. Otros métodos incluyen la captura de metano producido cuando las bacterias descomponen el estiércol de la producción ganadera y avícola, las aguas residuales humanas y los desechos de los vertederos para quemarlos para obtener calor y bioenergía.

Digestión anaeróbica

Los digestores anaeróbicos descomponen (o digieren) la materia orgánica sin oxígeno (anaeróbica) para producir metano y otros gases y coproductos que son útiles en la granja. Esta mezcla de gases se conoce comúnmente como biogás o gas digestor. El biogás es un combustible y normalmente consiste en 50 a 60 por ciento de metano. El biogás puede quemarse en un motor para generar bioenergía y energía térmica o procesarse en otros tipos de combustible, como el metanol. El biogás refinado se puede utilizar como gas natural comprimido (GNC) y gas natural licuado (GNL) en automóviles, entre otros usos. Los subproductos de la digestión anaeróbica se pueden utilizar como enmiendas del suelo y fertilizantes líquidos. Para obtener más información, consulte la publicación de ATTRA Anaerobic Digestion of Animal Wastes: Factors to Consider.

Fermentación (para etanol)

El etanol, un alcohol combustible, está hecho de fuentes biológicas y generalmente se produce a través de la fermentación de almidones y azúcares vegetales. En los Estados Unidos, el maíz es la fuente más común de almidón convertido en etanol, mientras que la cebada, el milo, el almidón de trigo, las papas, el suero de queso y los desechos de cervecería y bebidas constituyen una parte menor de la producción. El etanol también se puede producir a partir de la caña de azúcar, que tiene un alto contenido de los azúcares necesarios para la fermentación. Según la Asociación de Combustibles Renovables, Estados Unidos produjo 9 mil millones de galones de etanol en 2008 y se vendieron 22 millones de toneladas métricas de granos de destilería del proceso de fabricación de etanol (2008).

El etanol de maíz y otros granos se puede hacer utilizando un proceso de molienda en seco o molienda húmeda. El proceso de molienda en seco utiliza todo el grano de maíz, que se muele en polvo, se mezcla con agua para formar un puré y luego se cocina con enzimas agregadas que convierten el almidón licuado en glucosa (azúcar). Después del enfriamiento, el puré se fermenta con una segunda enzima (levadura) y finalmente se destila aún más para separar el alcohol de los sólidos y el agua. Los coproductos del proceso de molienda en seco incluyen grano de destilería, que se utiliza como alimento para animales (también conocido como destilador de grano seco con solubles o DDGS) y dióxido de carbono.

El proceso de molienda húmeda consiste en remojar el grano de maíz en agua y ácido sulfuroso antes de moler los granos en un puré. Este remojo separa los componentes del germen (aceite), fibra, gluten (proteína) y almidón. El almidón se fermenta en etanol y luego se destila más, el aceite de maíz se extrae del germen y se separan tanto la fibra como otros componentes del almidón. Mientras que la molienda en seco proporciona coproductos valiosos como DDGS, el proceso de molienda húmeda también se utiliza para producir aceite de maíz, gluten de maíz y harina.

Al igual que con el etanol producido a partir de granos de almidón, el procesamiento de materia prima celulósica para etanol tiene como objetivo extraer el almidón fermentable de la materia prima. Sin embargo, los almidones que se encuentran en la celulosa son difíciles de extraer porque están encerrados en carbohidratos complejos llamados polisacáridos (largas cadenas de azúcares simples). Para producir etanol a partir de celulosa de manera eficiente, estas cadenas de azúcares simples deben romperse antes de la fermentación. La fermentación de azúcares de celulosa en etanol es menos eficiente que la fermentación directa de azúcares, aunque el etanol de cualquiera de las fuentes es químicamente idéntico.

La conversión de celulosa en azúcar generalmente se logra a través de uno de dos procesos. El primero utiliza la hidrólisis ácida (un método para dividir las moléculas de agua) para romper los carbohidratos complejos en azúcares simples. El segundo utiliza una combinación de pretratamiento para romper la estructura celular de la materia prima e hidrólisis enzimática para la producción de azúcares fermentables. El etanol celulósico también se puede producir a partir de la gasificación, que es un proceso termoquímico.

Biobutanol

El biobutanol es muy similar a la gasolina y se produce de la misma manera que el etanol. El biobutanol se produce por fermentación de acetona-butanoletanol (ABE). El biobutanol tiene una densidad de energía que es de 10 a 20 por ciento más baja que la gasolina y ligeramente más alta que el etanol. La Agencia de Protección Ambiental permite que el biobutanol se mezcle con gasolina hasta en un 11.5 por ciento. Las mezclas más altas tienen mayores restricciones y pueden requerir modificaciones en los motores de combustión interna (DOE, sin fecha). El biobutanol se puede entregar al usuario final con la infraestructura de tubería y almacenamiento existente en muchos casos. Sin embargo, el biobutanol es tóxico para los seres humanos y es soluble en agua, lo que significa que puede encontrar fácilmente su camino hacia las fuentes de agua.

Transesterificación para combustibles diesel renovables

La transesterificación es un proceso químico que hace reaccionar un alcohol con los triglicéridos contenidos en aceites vegetales y grasas animales para producir biodiesel y glicerina. Este proceso se usa comúnmente para producir biodiesel B100, o 100 por ciento biodiesel para mezclar con diesel de petróleo. El biodiesel es esencialmente aceite vegetal o grasa animal permanentemente diluido, con una viscosidad que se aproxima a la del combustible diesel estándar No. 2 a base de petróleo. El biodiesel es químicamente diferente del diesel a base de petróleo porque contiene átomos de oxígeno y no es un hidrocarburo puro. Para obtener más información sobre el biodiesel, consulte la publicación de ATTRA
Biodiesel Use, Handling and Fuel Quality
.

Otro tipo de diesel renovable conocido como diesel verde o diesel renovable derivado de la hidrogenación se parece más al diesel a base de petróleo, pero utiliza muchas de las mismas materias primas de aceite vegetal y grasa animal utilizadas en la fabricación de biodiesel. El diesel verde se produce utilizando una reacción química conocida como hidrocraqueo o hidrotratamiento. El hidrocraqueo es un proceso en el que se agrega hidrógeno a las moléculas orgánicas bajo presión y calor. Una ventaja importante del diesel verde es que se puede producir como un reemplazo químicamente idéntico al diesel de petróleo.

Aceite vegetal puro (SVO)

La viscosidad (espesor) del aceite vegetal puro puede causar acumulación cuando se quema en un motor no modificado. Sin embargo, los motores que queman aceite vegetal puro están disponibles y los kits de modificación también están disponibles. Con el filtrado, calentamiento y conversión correctos de un motor diesel, el aceite vegetal puro ofrece una alternativa parcial al combustible diesel de base biológica o No. 2 a base de petróleo. Para obtener más información sobre el aceite vegetal puro, consulte la publicación de ATTRA
Biodiesel Use, Handling and Fuel Quality
.

Una parte importante de la producción de bioenergía es el balance energético neto (también conocido como balance energético). El balance energético es un método de ciclo de vida para contabilizar la cantidad de energía necesaria para hacer una unidad de bioenergía frente a la cantidad de energía utilizable producida. Por lo tanto, el balance energético del ciclo de vida de la bioenergía incluirá los insumos necesarios para plantar, cultivar, fertilizar, cosechar, transportar, secar y procesar la materia prima y convertirla en una forma de bioenergía útil. Dicho de otra manera, el balance energético es la diferencia entre la energía producida y la energía necesaria para producir esa unidad de energía dada. La complejidad involucrada en el cálculo preciso del balance energético de la bioenergía hace que los cálculos sean casi imposibles de realizar en este punto. Los métodos utilizados para producir un cultivo energético en una granja, por ejemplo, pueden ser algo o significativamente diferentes en la siguiente. Un ejemplo de esto podría ser el cultivo intercalado de fijadores de nitrógeno y pastos perennes sin el uso de herbicidas en una granja versus el uso de nutrientes alternativos y prácticas de manejo de malezas en la siguiente granja.

Conclusión

A través de su papel en el ciclo del carbono, la bioenergía puede reducir las emisiones directas como el dióxido de carbono (_CO2) en comparación con la energía basada en el petróleo. Por ejemplo, cuando se cultivan materias primas de biomasa, extraen dióxido de carbono del aire y producen tallos, raíces, hojas y semillas. Cuando se quema el biodiesel de las semillas oleaginosas, el dióxido de carbono y otras emisiones se liberan de nuevo en el aire y son absorbidos nuevamente por el cultivo energético del próximo año, completando así el ciclo del carbono. En comparación, cuando se queman combustibles fósiles como el carbón o los combustibles derivados del petróleo, todo el dióxido de carbono liberado agrega dióxido de carbono adicional al aire (NREL, 2008). Sin embargo, no toda la bioenergía es igualmente buena para reducir las emisiones. Hay muchos factores complejos a considerar cuando se piensa en la producción de biomasa y bioenergía en la granja.

Algunas cosas a considerar incluyen:

• ¿Existe un mercado local para mi materia prima o combustible o puedo usarlo en la granja para compensar los costos de energía?
• ¿La cantidad de fertilizante y energía utilizada durante la producción de mi materia prima será positiva o negativa para el medio ambiente?
• ¿Convertir mi tierra, una vez fuera de la producción agrícola, en producción (cambio indirecto del uso de la tierra) creará gases de efecto invernadero adicionales?
• ¿Cuánta energía se consumirá durante el transporte de materias primas?
• ¿Cuánta energía se utilizará durante la conversión de materia prima?
• ¿La bioenergía proporcionará beneficios netos positivos a mi granja y al medio ambiente cuando se sumen todos los costos económicos, energéticos y ambientales?

Esta publicación no proporcionó respuestas a todas estas preguntas y pretende ser un punto de partida para aprender sobre bioenergía. No es una guía de referencia completa y le recomendamos que explore todas las publicaciones y recursos adicionales proporcionados por ATTRA y en los Recursos adicionales que siguen.

Más recursos

Materia prima y recursos de producción de bioenergía

Para obtener un glosario de términos de bioenergía, consulte Energy.gov Glosario de la Oficina de Tecnologías de Bioenergía.

El Centro de Datos de Combustibles Alternativos y Vehículos Avanzados proporciona información sobre la producción, distribución y beneficios del biobutanol, biodiesel, etanol, hidrógeno, metanol, gas natural, propano, diesel de azufre ultra bajo, biogás, combustibles de la serie p y mucho más.

Journey to Forever es una pequeña organización no gubernamental con sede en Japón y que participa en el trabajo de desarrollo rural del Tercer Mundo. El sitio web también ofrece mucha información sobre biocombustibles y otras tecnologías apropiadas.

Sun Grant BioWeb proporciona información técnica y no técnica sobre biomasa, tecnologías de conversión de bioenergía, economía de biomasa y políticas relacionadas.

El Centro de Información de Bioenergía es una puerta de entrada útil a los recursos de biomasa del Departamento de Energía de los Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, el Laboratorio Nacional de Idaho, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y otras organizaciones de investigación.

El Centro de Recursos de Comercialización Agrícola proporciona recursos sobre agricultura de valor agregado, incluidas las materias primas de bioenergía.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) es un recurso de aprendizaje que cubre biocombustibles, bioenergía, bioproductos y otras tecnologías energéticas para granjas y ranchos.

Recursos adicionales en línea

Junta Nacional del Biodiesel

Asociación de Combustibles Renovables

Asociación de Energía de Amoníaco

Iniciativa Internacional del Biocarbón

U.S. Department of Energy — Eficiencia Energética y Energía Renovable

Iniciativa Sun Grant

El Programa AgSTAR

Revista BioCycle

Revista Home Power

Mesa redonda sobre biocombustibles sostenibles

Referencias

Bergman, Patrick C.A y Jacob H.A Kiel. 2005. Torrefacción para la mejora de la biomasa. 14ª Conferencia y Exposición Europea de Biomasa. Consultado en julio de 2009.

Departamento de Energía. 2005. Biomasa como materia prima para una industria de bioenergía y bioproductos: la viabilidad técnica de un suministro anual de mil millones de toneladas p. 23. Consultado en mayo de 2009.

Departamento de Energía (DOE). Sin fecha. ¿Qué es Biobutanol? Centro de datos de combustibles alternativos y vehículos avanzados. Consultado en junio de 2009.

Administración de Información Energética (EIA). 2009. Estadísticas preliminares de consumo de energía renovable y electricidad 2009. Consultado en octubre de 2009.

Programa Federal de Administración de Energía (FEMP). 2004. Cocombustión de biomasa en calderas de carbón. DOE/EE-0288. Washington, D.C. U.S. Department of Energy. Consultado en mayo de 2009.

Graham, R. L. et al. 2007. Suministros actuales y potenciales de rastrojo de maíz de EE. UU. Sociedad Americana de Agronomía – Agronomy Journal. pág. 10

Iniciativa Internacional del Biocarbón. Sin fecha. Biochar: Una enmienda del suelo que combate el calentamiento global y mejora la sostenibilidad agrícola y los impactos ambientales. pág. 3.

Marshall, Liz y Zugg, Zachary. 2008. Encontrar el equilibrio: residuos agrícolas, etanol y medio ambiente. Instituto de Recursos Mundiales. Nota de política de la IRG. No. 3. p. 1.

Laboratorio Nacional de Energías Renovables. 2008. Guía de manejo y uso de biodiesel. 4ª ed. pág. 7. Consultado en julio de 2009.

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Persson, Kristoffer et al. Sin fecha. Refinamiento de biomasa por torrefacción. Tecnología Energética y Química de Procesos Térmicos. Universidad de Umea. Consultado en agosto de 2009.

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Sadaka, Samy. 2010. Producción potencial de bioenergía mediante procesos termoquímicos. Webinar de formación energética para profesionales de la agricultura. En septiembre.

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Introducción a la bioenergía: Materias primas, procesos y productos
Por Leif Kindberg, especialista en energía agrícola de NCAT
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Esta publicación es producida por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en virtud de un acuerdo de cooperación con el Desarrollo Rural del USDA. ATTRA.NCAT.ORG.