Analisis de las alternativas que proporciona la biotecnología en la transformación de alcohol para la obtención de biomasa como combustible analizando Ventajas y Desventajas del Proceso

El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caía de azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares estan combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. Las plantas crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman moléculas organicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta.
El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia organica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones en los motores actuales.

Procesos deobtención de bioetanol
El bioetanol se obtiene a partir de la remolacha (u otras plantas ricas en azúcares), de cereales, de alcohol vínico o de biomasa, mediante un proceso de destilación. En España la producción industrial emplea principalmente cereal como materia prima basica, con posibilidad de utilizar los excedentes de la industria remolachera transformados en jugos azucarados de bajo costo. En general, se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol:
* Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo.
* Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón.
* Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa.
El esquema general de fabricación del bioetanol (diagrama 1), muestra las siguientes fases en el proceso
* Dilución
Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o (en última instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada mas adelante en el proceso de fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado grande del alcohol.
* Conversión
La conversión es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el acido en un proceso de hidrólisis acida.
* Fermentación
La fermentación alcohólica es un procesoanaeróbico realizado por las levaduras, basicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol
* Destilación o Deshidratación
La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua). Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada.

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 Entre los productos agrícolas que se utilizan como materia prima para la producción de combustibles de automoción, el etanol es, en estos momentos, el producto dominante.El etanol se obtiene de plantas ricas en azúcar (principalmente la caña de azúcar de la que se obtiene la melaza que es la principal materia prima azucarada para la producción de etanol) y granos ricos en almidón. Entre los cereales, el maíz, arroz, trigo y cebada son las materias primas mas comunes para la producción de etanol. Existe una sobreproducción mundial de grano por lo que la disponibilidad de materia prima no es problema en la actualidad.La producción de etanol a partir de azúcares esta controlada por los precios del azúcar para consumo humano.Otros cultivos que se estan investigando para la producción de etanol combustible son la pataca y el sorgo azucarero. Estos productos aparte de su menor costo de producción, serían rentables para la producción de etanol ya que se podrían emplear los tallos secos (pataca) o el bagazo (sorgo) para laproducción del vapor y la electricidad necesaria en el proceso de obtención de etanol.El bioetanol se obtiene por fermentación de medios azucarados hasta lograr un grado alcohólico, después de fermentación, en torno al 10-15%, concentrandose por destilación para la obtención del 'alcohol hidratado' o llegar hasta el alcohol absoluto tras un proceso específico de deshidratación. Esta última calidad es la necesaria si se quiere utilizar el alcohol en mezclas con gasolina en vehículos convencionales.El etanol se puede utilizar como único combustible, realizando modificaciones a los motores, o en mezclas con la gasolina desde un 10% hasta mezclas mucho mas altas como el E-85 que es un combustible que contiene hasta el 85% de etanol y sólo un 15% de gasolina.Para mejorar la competitividad del bioetanol frente a los productos derivados del petróleo se deben reducir los costos de las materias primas, ya que éstas suponen el 60-70% del costo final del etanol, introducir mejoras en los cultivos y determinar los cultivos mas rentables y adecuados para la producción de bioetanol. LA BIOMASA LIGNOCELULÓSICA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL Una gran parte de los materiales con alto contenido de celulosa, susceptibles de ser utilzados como materia prima para la producción de etanol combustible se generan como residuos en los procesos productivos de los sectores agrícola, forestal e industrial. Los residuos agrícolas proceden de los cultivos leñosos yherbaceos y entre ellos hay que destacar los producidos en los cultivos de cereal y en algunos otros cultivos con utilidad industrial textil y oleícola.La biomasa de origen forestal proviene de los tratamientos silvícolas y de mejora y mantenimiento de los montes y masas forestales. La biomasa de origen industrial son los generados en las industrias, como la papelera, y la fracción organica de los residuos sólidos industriales. Muchos de estos residuos no sólo tienen un valor económico en el contexto en el que se generan, sino que suelen provocar problemas ambientales durante su eliminación.La biomasa lignocellulósica presenta una estructura compleja compuesta de tres fracciones que deben ser procesadas por separado para asegurar una conversión eficiente de este tipo de materiales a etanol. La fracción mayoritaria de esta biomasa es la celulosa cristalina. La celulosa esta compuesta de cadenas largas de moléculas de D-glucosa unidas por enlaces beta(1-4) que, a su vez, se agrupan en estructuras superiores de gran cristalinidad, lo que dificulta su hidrólisis y conversión a azúcares fermentables. Sin embargo, una vez se producen los azúcares simples, pueden fermentarse sin dificultad. La celulosa puede ser hidrolizada a etanol mediante procesos acidos o enzimaticos.La segunda fracción es la hemicelulosa, formada por polímeros de azúcares de cinco atomos de carbono (principalmente xilosa). Esta fracción es facilmente hidrolizable ya que no presenta estructuracristalina; sin embargo, la xilosa es un azúcar difícil de fermentar a etanol. La última fracción es lignina, polímero tridimensional de unidades de fenilpropano ligadas por enlaces éster y C-C.Los procesos de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica que utilizan catalizadores acidos permiten, en condiciones adecuadas de presión y temperatura, una solubilización de la hemicelulosa y la celulosa, quedando practicamente inalterada la lignina. A temperaturas superiores a los 200°C aparecen productos de descomposición de los azúcares, por lo que no pueden obtenerse rendimientos muy altos. Ademas, estas sustancias son inhibidoras del proceso fermentativo por lo que deben eliminarse del hidrolizado antes de realizar la fermentación. Los métodos indstriales de hidrólisis acida de la fracción celulósica se agrupan en dos tipos: los que emplean acidos concentrados y bajas temperaturas y los que utilizan acidos diluidos a temperaturas mas altas. A pesar de los altos rendimientos de hidrólisis que se obtienen con los procesos que utilizan acidos concentrados, no existe ninguna planta industrial operando con este sistema, por su falta de rentabilidad. Entre los procesos de hidrólisis de celulosa utilizando acidos diluidos, el mas utilizado es el método de percolación, en el que el acido se hace pasar a través del material.Los problemas mencionados en los procesos acidos se evitan si se utiliza en el proceso una hidrólisis enzimatica. Para ello, es necesariorealizar un pretatamiento de la biomasa lignocelulósica que altere la compleja estructura de este tipo de materiales, facilitando así la acción de los enzimas celulolíticos. La dificultad esta en quela cristalinidad de las moléculas de celulosa, y la naturaleza de su asociación con la lignina, consituyen una verdadera barrera física a la penetración de los enzimas. |

Métodos biológicos.
La fermentación alcohólica: Es una técnica empleada desde muy antiguo con los azúcares, que puede utilizase también con la celulosa y el almidón, a condición de realizar una hidrólisis previa (en medio acido) de estas dos sustancias. Pero la destilación, que permite obtener alcohol etílico practicamente anhidro, es una operación muy costosa en energía. En estas condiciones la transformación de la biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance energético global dudoso. A pesar de esta reserva, ciertos países (Brasil, E.U.A.) tienen importantes proyectos de producción de etanol a partir de biomasa con un objetivo energético (propulsión de vehículos; cuando el alcohol es puro o mezclado con gasolina, el carburante recibe el nombre de gasohol).
 La fermentación metanica: Es la digestión anaerobia de la biomasa por bacteria. Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (mas del 75% de humedad relativa).En los fermentadores, o digestiones, la celulosa es esencialmente la sustancia que se degrada en un gas, quecontiene alrededor de 60% de metano y 40% de gas carbónico. El problema principal consiste en la necesidad de calentar el equipo, para mantenerlo en la temperatura optima de 30-35 grados centígrados. No obstante, el empleo de digestores es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del ganado. Ademas, es una técnica de gran interés para los países en vías de desarrollo. Así, millones de digestores ya son utilizados por familias campesinas chinas.
¿Es económica la biomasa?
La biomasa agrícola y forestal supone un potencial económico importante especialmente en las zonas tropicales y subtropicales, dado que en ellas se dan las condiciones mas idóneas para el desarrollo de los vegetales. Los organismos fotosintéticos, tanto terrestres como marinos, pueden ser considerados como convertidores continuos de la energía solar, y por consiguiente renovables, en materia organica. Las plantas fijan anualmente mediante la fotosíntesis una cantidad de carbono equivalente en energía a 2·1021 julios, que equivalen aproximadamente a 10 veces el consumo mundial de energía y aproximadamente a 200 veces la energía consumida en forma de alimentos.
7. El interés de la biomasa en el medio ambiente
El interés medioambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a mas velocidad que la capacidad del bosque, latierra, etc. para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia organica es capaz de retener durante su crecimiento mas CO2 del que se libera en su combustión.

Ventajas e inconvenientes medioambientales:
 Ventajas
1. Es renovable.
2. Es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia organica es capaz de retener durante su crecimiento mas CO2 del que se libera en su combustión.
3. No depende de ninguna fuerza (como en la eólica).
4. Los combustibles que se generan a partir de la biomasa tienen una gran variedad de usos (probablemente sean los únicos combustibles primarios que puedan sustituir a la gasolina para el transporte).
5. La construcción de una central y su mantenimiento generan puestos de trabajo.
6. Es una forma de crear infraestructura rural, abre nuevas oportunidades.
7. Tiene un gran potencial para rehabilitar tierras degradadas.
8. Se evita la contaminación del medio aprovechando los residuos organicos para la obtención de energía.
9. Ausencia de emisión de azufres e hidrocarburos altamente contaminantes (lluvia acida).
10. Obtención de productos biodegradables.
Inconvenientes
1. Sólo es capaz de aprovechar residuos organicos.
2. La construcción de una central provoca alteraciones en el medio natural.
3. Para conseguir un buen aporte energético se necesita gran cantidad de biomasa y por lo tanto ocupar grandes extensionesde tierra en el caso del cultivo energético.
4. Menor coste de producción de la energía proveniente de los combustibles fósiles.
5. Menor rendimiento de los combustibles derivados de la biomasa respecto de los combustibles fósiles
Inconvenientes
El potencial energético de la biomasa existente en el planeta podría bastar para cubrir la totalidad de las necesidades energéticas mundiales. No obstante, una serie de circunstancias limitan notablemente su aprovechamiento. Por ejemplo
- Alrededor del 40% de la biomasa es acuatica. Se produce fundamentalmente en los océanos y es de muy difícil recuperación.
- De la biomasa terrestre, una gran parte esta muy dispersa y es imposible utilizarla de forma eficaz.
- El aprovechamiento directo y a gran escala de los recursos forestales para fines energéticos podría conducir a un agotamiento de dichos recursos y dar lugar a efectos medioambientales negativos.
- Aprovechar la parte utilizable de la biomasa existente exige aportar una notable cantidad de energía para su recolección, transporte y transformación en combustible útil, lo cual reduce considerablemente la energía neta resultante.
Por el momento, la mayor parte de la biomasa que se utiliza para fines energéticos es explotada a través de medios tradicionales, poco eficaces y productivos, y que permiten únicamente el aprovechamiento de una pequeña parte de su potencial energético.

Bibliografía.

https://html.rincondelvago.com/biomasa_1.html