Etanol: Componente Principal de un Biocombustible

Una característica de la caña de azúcar como fuente de biocombustibles es su capacidad para generar un sinfín de productos. De hecho, mientras que en Ecuador se cultiva para producir azúcar y etanol, países líderes en su producción, como Brasil o India, obtienen también electricidad (con la combustión del bagazo), vinaza y compuestos químicos como furfural y amoniaco.

La gran ventaja de esta tecnología es que se basa en la fermentación, un método conocido y usado en todas las plantas de etanol (hasta las de celulósico), por lo que la aparición de sorpresas indeseables en los procesos es nula. Esto permite el uso de cualquier planta de etanol también para la obtención del biodiésel, ya que, en lugar de usar las cepas normales de Saccharomyces (u otras) para fabricar el primero, se emplean cepas genéticamente modificadas para producir farneseno, separado vía destilación normal del etanol, y elaborar biodiésel. El efecto final es la producción de ambos biocarburantes en un único proceso, con los consiguientes beneficios económicos.

En el presente trabajo se pretende indagar más a profundidad acerca de la producción de biocombustible a partir de la caña de azúcar, como una alternativa en el consumo y generación de combustible, puesto que en nuestro país Ecuador la caña de azúcar es una materia prima muy abundante y la cual no se ha llegado a explotar en su totalidad.

Produccion de biocombustible a partir de la caña de azúcar en una perspectiva mundial

La caña de azúcar es una planta semiperenne con ciclo fotosintético de tipo C4, perteneciente al género Saccharum, de la familia de las gramíneas, compuesta por especies de gramas altas perennes, oriundas de regiones templadas calientes a tropicales de Asia, específicamente de India. La parte aérea de la planta se compone, esencialmente, por los tallos, en los que se concentra la sacarosa, y por las puntas y hojas, que constituyen la paja de la caña de azúcar, como se detalla en la Figura 8. Todos esos componentes juntos totalizan cerca de 35 toneladas de materia seca por hectárea. La caña es uno de los cultivos comerciales más importantes del mundo, ocupando más de 20 millones de hectáreas. Entre los años 2006 y 2007 se produjeron aproximadamente 1.300 millones de toneladas. Brasil destaca por tener un área sembrada de casi 7 millones de hectáreas, representando el 42% del total de la producción mundial. Es importante destacar que el año azucarero, adoptado en todo el mundo, comienza en septiembre y termina en agosto del año siguiente.

El clima ideal para el cultivo de caña es el que presenta dos estaciones distintas: una caliente y húmeda, para proporcionar la germinación, el macollaje y el desarrollo vegetativo, seguida de otra fría y seca, para lograr la madurez y la consecuente acumulación de sacarosa en los tallos. La caña no presenta una buena productividad en climas como el de las regiones ecuatoriales húmedas, por eso la región amazónica no posee cultivos comerciales extensivos de esa planta.

El ciclo completo de la caña de azúcar varía según el clima local, las variedades y las prácticas culturales. En Brasil el ciclo es generalmente de seis años, en el cual hay cinco cortes, cuatro tratamientos de restos de cultivos y una reforma, como se explica a continuación. De manera general, se hace el primer corte 12 ó 18 meses luego del laboreo (dependiendo de la caña utilizada), cuando se cosecha la llamada caña planta. Los demás cortes, cuando se cosecha la caña soca resultante de la rebrota, se realizan una vez por año, a lo largo de cuatro años consecutivos, con disminución gradual de la productividad, hasta que llega un momento que económicamente conviene más reemplazar el cañaveral que efectuar un nuevo corte. En ese momento se reemplaza la caña antigua por un nuevo laboreo y se inicia así un nuevo ciclo productivo. Durante la renovación del cañaveral el área cultivada permanece en reposo por algunos meses y puede recibir otros cultivos de ciclo corto, como el de las leguminosas.

Según el ciclo productivo de la caña, para estimular una producción más o menos estable en las distintas cosechas y la racionalización del uso de los recursos en la etapa agrícola (maquinaria y mano de obra), las áreas de producción deben estar subdivididas en parcelas en las distintas etapas del ciclo. Corresponde, a un ciclo de seis años, cerca de un sexto del área total de cada etapa. Otra consecuencia importante de ese ciclo productivo es que, en la implantación de una unidad de producción de bioetanol de caña, las actividades agrícolas deben comenzar dos o tres años antes que la efectiva producción industrial, para multiplicar los plantones y alcanzar, luego de empezada la molienda, una producción estable de materia prima durante tres a cuatro años. Para intentar reducir costos y preservar la fertilidad del suelo se han desarrollado técnicas como el cultivo directo y el empleo de Estructuras de Tráfico Controlado (ETCs) para las operaciones agrícolas, lo que permite ampliar el número de cortes, manteniendo la productividad en niveles elevados .

Es interesante analizar que, como el ciclo productivo típico de la caña presenta cinco cortes, a lo largo de seis años, la productividad promedio por año debe tener en cuenta el período de renovación del cañaveral. Además, como una parte de la caña producida (cerca del 8%) se destina al reemplazo de los cañaverales, la productividad anual, medida en toneladas de caña efectivamente procesadas por hectárea plantada, es inferior a la productividad total evaluada en términos de caña cosechada.

En promedio, la productividad anual, bastante influenciada por la variabilidad climática y por la región productora, se calcula entre 50 t/ha y 100 t/ha (peso del tallo húmedo), siendo que el promedio brasileño se ubica alrededor de 70 t/ha plantada, un valor comparable a las mejores regiones productoras de otros países. Aunque existen registros de productividad de caña de hasta 200 t/ha, en la región centro sur de Brasil – donde está ubicada la mayor parte de las plantas brasileñas – esos índices están entre 78 t/ha y 80 t/ha, mientras que en el estado de São Paulo, el principal productor, están en el rango de 80 t/ha a 85 t/ha. En ambos casos, se considera el ciclo de cinco cortes. 

La posibilidad de utilizar los azúcares de caña, total o parcialmente, para la producción de bioetanol se convierte en una característica muy importante para esta agroindustria que, debido a las condiciones de precio, a la demanda existente y a las perspectivas de mercado, puede establecer, respetando ciertos límites, un programa de producción de mínimo costo y máximo beneficio económico. Para aprovechar bien esa ventaja, varias plantas brasileñas poseen líneas de fabricación de azúcar y bioetanol, cada uno con capacidad para procesar el 75% del jugo producido, logrando un margen de un 50% de la capacidad total de proceso ante la capacidad de extracción de las moliendas.

Durante este proceso la descarga de agua es bastante alta. Actualmente, en las condiciones del centro sur brasileño, la captación es alrededor de 1,8 m3 por tonelada de caña procesada, pero está disminuyendo de modo significativo, como resultado de la implantación de medidas de reutilización, que permiten la reducción del nivel de captación, así como de la disposición de agua tratada. Considerando todo el proceso de producción de bioetanol de caña, los residuos consisten en la vinaza (entre 800 y 1.000 litros por tonelada de caña procesada para bioetanol), en la “torta de filtro” (aproximadamente 40 kg húmedos por tonelada de caña procesada) y en las cenizas de las calderas .

Como se mencionó antes, en las plantas brasileñas se valoran esos residuos y luego se convierten en subproductos, que se reciclan y se utilizan como fertilizantes. De esta manera, se reduce de manera significativa la necesidad de incorporar fertilizantes minerales y se evita la necesidad de irrigación en los cañaverales. Como la producción del bioetanol implica una gran eliminación de agua, la demanda de energía es alta, principalmente de energía térmica, elaborada según informaciones de Pizaia (1998).

Con relación a la demanda de energía eléctrica, hay una pequeña variación entre los procesos, pero todos estos se acercan al valor presentado de 12 kWh por tonelada de caña procesada. En el caso de la agroindustria de bioetanol basada en la caña de azúcar, la totalidad de energía consumida en el proceso se puede proveer por medio de un sistema combinado de producción de calor y potencia (sistema de cogeneración), instalado en la planta, y utilizando sólo el bagazo como fuente de energía. Efectivamente, en todo el mundo, muchas plantas de azúcar de caña producen gran parte de la energía que necesitan. En Brasil, las plantas se autoabastecen y, muchas veces, exportan a la red pública excedentes de energía cada vez más importantes, gracias al aumento del uso de equipos cada vez más eficientes.

Estos últimos valores se relacionan a un proceso de producción de azúcar con dos masas (procesos sucesivos de cristalización), en el cual la miel no se agota, sino que el resto (que contiene bastante sacarosa) se envía a la producción de bioetanol. Esto permite mejorar la calidad del producto y disminuir el consumo de energía en la producción de azúcar. En síntesis, las sinergias y la complementariedad posible entre la producción de azúcar y bioetanol ayudan a disminuir los costos y a mejorar la eficiencia de los procesos agroindustriales.

Produccion de biocombustible en Ecuador

En el presente tan sólo existe la producción de etanol en el proyecto piloto Ecopaís, en la ciudad de Guayaquil. Este proyecto se lanzó el 12 de enero de 2011 y su objetivo es comercializar un nuevo combustible denominado Ecopaís, mezcla de 95% gasolina extra y 5% de etanol anhidro. El plan, que se desarrolla en Guayaquil, tiene dos años de plazo para evaluar la conveniencia de la introducción del alcohol como carburante a nivel nacional. La extensión del proyecto al resto del país dependerá de los resultados de este proyecto .

El plan piloto está produciendo actualmente alrededor de 80 000 galones diarios de Ecopaís, para lo cual demanda 4 000 galones de etanol (unos 15 000 litros) que le provee Producargo, productora de alcohol del ingenio estatal Ecudos (La Troncal). Con esta producción, se sustituyó la gasolina extra por Ecopaís en 19 estaciones de servicio en Guayaquil. Además, Producargo ha requerido utilizar 5 000 litros diarios de etanol provenientes de Loja. Así, el abastecimiento total es de 20 000 litros diarios . El plan piloto ya demostró su viabilidad en cuanto a la existencia del mercado y la aceptación del producto, pero se encuentra limitado para reemplazar toda la gasolina extra de Guayaquil por la mezcla Ecopaís (5% etanol) por la falta de producción de etanol en el país. Cabe señalar que la destilería estuvo importando melazas de Perú y que actualmente importa de Bolivia alcohol crudo de 92 grados para cubrir parte de su producción actual .

La palma, la caña de azúcar y el banano son los principales residuos de segunda generación que tiene el país según los investigadores de la PUCE Quito que desarrollan la biorefinería piloto . Es necesario evaluar la cantidad de combustible que puede provenir de estos residuos, su ubicación y la logística requerida para acopio y transporte hacia plantas procesadoras. La implementación de las biorefinerías puede generar cadenas productivas agrícolas y empleo rural alrededor del abastecimiento de una materia prima ya existente. La ubicación de varias refinerías de pequeña escala descentralizada puede también generar alternativas de transferencia tecnológica y empleos de buena calidad en ciudades pequeñas y medianas del país.

Conclusiones

La disponibilidad del petróleo que, de acuerdo a las reservas y al consumo actuales, permite prever que se agotará aproximadamente en 35 años y la necesidad de contar con combustibles ecológicos, con alto octanaje y grado de oxigenación hacen que sea necesario plantear seriamente estrategias de generación de energéticos que le permitan a nuestro país seguir desarrollándose y mantener la autonomía e independencia con grandes implicaciones económicas y sociales.

Una estrategia clave para Ecuador está en el aprovechamiento al máximo de esta materia prima ya que es una materia abundante en materia de energías renovables, ya que su comercialización y producción tiene su importancia, aunque en menor grado. Los datos del Banco Central, nos informa, que: la producción de la caña de azúcar contribuye con el 1,4% al PIB nacional y genera más de 30.000 empleos directos y 80.000 indirectos sobre todo en la época seca de su cosecha (de julio a diciembre).

El uso de los biocombustibles radica en que son una fuente de energía limpia y eficiente, por lo que en la actualidad sus usos y aplicaciones se extienden sectores, ya sea el industrial, automotriz o doméstico, su bajo coste lo hace perfecto para usar en las labores del hogar, como cocinar, calentar agua o encender la calefacción, sin embargo, el área que registra más avances en la utilización de este tipo de combustibles de origen renovable, es el automotriz.

Principalmente por lo económico que resulta, por la capacidad de potencia que es capaz de generar y porque es eco amigable. Es decir, emite casi nada de desechos tóxicos al entorno, disminuyendo de manera significativa el efecto invernadero y la contaminación ambiental. La eficiencia de los biocombustibles ha sido comparada con la de los combustibles fósiles derivados del petróleo, descubriendo que un vehículo impulsado con biocombustible presenta hasta más eficiencia que uno que use gasolina tradicional.