BIOCOMBUSTIBLES: MITO O REALIDAD

BIOCOMBUSTIBLES: MITO O REALIDAD Plantaciones de palma aceitera en Borneo, en lo que antes era jungla tropical PRACTICUM Licenciatura en Ciencias Ambientales Universidad Miguel Hernández de Elche Mariana Ballenilla Samper 2006/2007

PRACTICUM 2006/2007 Biocombustibles: Mito o realidad www.ua.es/personal/fernando.ballenilla/apuntes/biocombustibles:_mito_o_realidad.html Biofuels: Myth or reality Mariana Ballenilla Samper Licenciada en Ciencias Ambientales Tutor: José Miguel Sales Civera Departamento: Economía Agroambiental, ing.cartográfica, expresión Gráfica en la Ingeniería y Antropología Social. Área de conocimiento: Economía, Sociología y Política Agraria. Universidad Miguel Hernández de Elche. Resumen Este practicum realiza una revisión bibliográfica de los procesos productivos de los distintos tipos de biocombustibles tanto del bioetanol como del biodiesel. También revisa la Tasa de Retorno Energético (TRE) de estos según varios autores y la compara con la de otros recursos energéticos. Se estudian las políticas de la Unión Europea en torno a los biocombustibles y el rendimiento de las distintas materias primas. Así mismo plantea la disponibilidad de tierras de cultivo, la competencia de los biocombustibles con la producción de alimentos y sus impactos ambientales. Abstract This practicum as much makes a bibliographical revision of the productive processes of the different ty pes of biocombustibles from bioetanol as of biodiesel. Also it reviews the Rate of power return of these according to several authors and it compares it with the EROEI of other sources of energy. They study policies of the Europe an Union around the biocombustibles and the yield of the different raw materials. Also it raises lands available for produce biofuels, the competition of the biocombustibles with food production and its environmental impacts. 2

A mis padres, mi hermano y Ana, porque sin vosotros nada de esto hubiera sido posible. 3

Índice de contenido PARTE I...6 1. INTRODUCCIÓN...6 2. EL BIODIESEL...8 2.1 Proceso de producción del Biodiesel...8 2.1.1 Los subproductos de la producción de Biodiesel...13 2.2. Evolución de la producción mundial de Biodesel...14 2.3. Producción mundial de Biodiesel...16 3. EL BIOETANOL...18 3.1 Proceso de producción del bioetanol...18 3.1.1 Los subproductos de la producción del Bioetanol...19 3.1.2 Bioetanol a partir de almidón...21 3.1.2.1 Molienda seca...22 3.1.2.2 Molienda húmeda...24 3.1.3 Bioetanol a partir de caña de azúcar...25 3.1.4 Bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica...26 3.2 Evolución de la producción mundial de Bioetanol...28 3.3 Producción mundial de Bioetanol...29 PARTEII...33 4. EL BALANCE ENERGÉTICO DE LOS BIOCOMBUSTIBLES...33 4.1 La Energía...33 4.2 La Tasa de Retorno Energético...41 4.2.1 Factores que influyen en el cálculo de la Tasa de Retorno Energético (TRE)...46 4.2.2 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol...51 4.2.2.1 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol de Maíz...51 4.2.2.2 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol de caña de azúcar...53 4.2.3 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel...54 4.2.3.1 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel de Palma Aceitera...54 4.2.3.2 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel de soja...55 4.2.4 Resumen de la Tasas de retorno energético según varios autores...56 4.3 Comparación de las tasas de retorno energético de los biocombustibles con las tasas de retorno energético de otras fuentes de ener gía...61 5. RENDIMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMAS EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES...63 PARTE III...65 6. LA DISPONIBILIDAD DE TIERRAS DE CULTIVO PARA BIOCOMBUSTIBLES...65 7. COMPETENCIA CON LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS...69 8. LAS POLÍTICAS DE LA UNIÓN EUROPEA EN TORNO A LOS BIOCOMBUSTIBLES...79 9. IMPACTOS AMBIENTALES...86 9.1 Argumentos contra el uso de la Biomasa como opción energética...91 9.2 Los Biocombustibles y sus impactos regionales...93 10. CONCLUSIONES...103 11. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...106 4

BIOCOMBUSTIBLES: MITO O REALIDAD 5

PARTE I 1. INTRODUCCIÓN El presente trabajo pretende ser un acercamiento al sector de los biocombustibles. Si se tiene en cuenta que en España prácticamente todo el combustible para el transporte proviene del petróleo, y como es una fuente energética no renovable, dilucidar si los biocombustibles podrían suplir al petroleo en su totalidad o en una pequeña parte, es de vital importancia. Como se pue de observar en la gráfica 1 hemos pasado de consumir 12 Mtoe en 1973 a más de 35 Mtoe en el 2004. Gráfico 1:Fuentes energéticas utilizadas en el transporte, la industria y otros sectores en España. Agencia internacional de la energía IEA 2007. Mtoe: megatoneladas equivalentes de petróleo 6

En la primea parte de este trabajo se analizan los procesos productivos del biodiesel y el bioetanol, así como la evolución de su producción. En la segunda parte se comparan los balances energéticos de los distintos biocombusti bles, basándose mayoritariamente en artículos anglosajones. En la tercera parte del trabajo se analiza la disponibilidad de las tierras de cultivo para biocombustibles, la competencia con la producción de alimentos que la producción a gran esca la de biocombustibles puede presentar, las políticas de la Unión Europea en cuanto a los bio combustibles y los potenciales impactos ambientales y locales de los mismos. 7

2. EL BIODIESEL 2.1 Proceso de producción del Biodiesel El biodiesel es un biocombustible que se obtiene a partir de aceites y grasas vegetales y animales, los vegetales que principalmente se usan como materia prima son la colza, el girasol, la soja y actualmente se esta potenciando el uso de la Palma aceitera debido a su alto contenido energético. Las propiedades del biodiesel son similares a las del gasóleo que se usa normalmente en la automoción, en densidad y número de cetanos. También posee una característica muy im portante y es que posee un punto de inflamación superior al gasóleo de origen fósil, gracias a esto el biodiesel puede sustituir en su totalidad al gasóleo o ser mezclado con él para que sea usado en motores diesel. Es de destacar que en la mecánica de los motores diesel actuales no se necesita realizar modificación alguna para usar el biodiesel, sólo es preciso hacer alguna susti tución puntual de manguitos y otras piezas plásticas con las que esté en contacto. El biodiesel se ha relacionado comunmente con la utilización de aceite vegetal puro como combustible, cosa que es posible, aunque en sentido estricto el término biodiesel es exclu sivamente el éster metílico que se produce de un aceite vegetal o animal y esta recogido en la norma UNE EN14214. El aceite vegetal puro es muy similar al gasóleo de origen fósil y gracias a esto es posi ble su empleo en motores diesel aunque, sin duda,el aceite esterificado presenta propiedades más similares al gasóleo (Asociación de Productores de Energías Renovables APPA, 2005 ). 8

Para su obtención se puede utilizar grasas animales de bajo coste y residuos de aceites usados para frituras en la alimentación. En Europa ya se está recogiendo estos aceites emplea dos en restaurantes, comedores, hoteles, etc. ( Larosa, 2001 ) o bien obtenerlo de cultivos ener géticos. Como primer paso para la producción del biodiésel está el prensado de semillas para la obtención del aceite vegetal. Posteriormente se somete el aceite al refinamiento y luego se inicia la fase de transesterificación de los ácidos grasos. Para esta fase se mezclan el alcohol (metanol) y el hidróxido de sodio para formar me tóxido de sodio (Sánchez Macias.J, et al 2006 ). En dicha reacción, el aceite vegetal se esterifica con un alcohol (normalmente, meta nol) en una proporción aproximada de 1/10 entre alcohol y aceite (1,1 kg de metanol por cada 10 Kg de aceite). Los dos compuestos principales sufren un proceso de refinado antes de ser utili zables. El metanol obtenido tras estos procesos de refinado puede volver a utilizarse en la tran sesterificación de los compuestos de entrada (APPA, 2005 ). Este proceso es prácticamente el mismo a pesar del tipo de grasas utilizadas o del ta maño de la explotación. Es por ello que se puede realizar de forma casera ya que tanto la tempe ratura como la presión del reactor no son elevadas (60º y 1,4 bares). Lo que si que es un factor limitante es la purificación del biodiesel, ya que de ella depende la calidad del producto final (que no tenga impurezas, humedad, restos y residuos procedentes de la reacción). 9

Se estima que la persistencia de restos de metanol en el producto final, incluso en por centajes minúsculas, supone una importante reducción en el rendimiento del producto final. Para garantizar mayores niveles de pureza, el producto puede ser sometido a destilación (Sán chez Macias.J, et al, 2006 ). El proceso general de producción de biodiesel a partir de la esterificación de aceites es el siguiente: Diagrama 1: Proceso de producción del biodiesel. Elaboración propia a partir de IEA Biodiesel in north america: implementation issues 2004. La reacción de transesterificación es una reacción característica de los esteres, y con secuentemente de los lípidos, en la cual el aceite o la grasa reacciona con ácidos grasos, alcoho les u otros esteres con el intercambio de los grupos acilo. Mezclados los triglicéridos y el meta nol con un catalizador (metilato de sodio o etilato de sodio), a temperatura ambiente, en aproxi madamente un par de horas se alcanza el equilibrio. Para que la reacción se complete es necesa ria la presencia de un exceso de metanol o separar el glicerol formado. Con tal precaución en 90 10

minutos la reacción se completa al menos en un 98%. La reacción de alcoholisis de un triglicé rido es la siguiente (Larosa, 2001): Diagrama 2: Reacción de transesterificación. Larosa, 2001 Estequiométricamente, la reacción de transesterificación responde a una proporción molar de alcohol a trigilcérido de 3:1. Como productos se obtienen tres moles de esteres del co rrespondiente alcohol y un mol de glicerina (biocarburantes magazine, 2007). El biodiesel elaborado a partir de aceites usados consta de las fases de refino de la ma teria prima, transesterificación para obtener éster metílico, depuración y secado (APPA, 2005). Se necesita alcohol para producir el biodiesel, que puede ser metanol o etanol, ambos pueden obtenerse a partir de productos agrícolas, el etanol sobre todo por vía fermentativa. Actualmente el metanol, que se obtiene como derivado petrolífero o del gas, posee un valor de mercado muy conveniente, siendo el más utilizado en este proceso productivo (Larosa, 2001). Se utiliza un catalizador para mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento final, que pueden ser ácidos, básicos o enzimáticos. Los básicos incluyen Na OH, KOH, carbonatos y los correspondientes alcóxidos sodicos y potásicos tales como metóxido sódico, etóxido sódico, propróxido sódico y butóxido sódico. Entre los catalizadores ácidos, cabe citar el ácido sulfúri co, clorhídrico y los ácidos sulfónicos. Las lipasas se pueden utilizar como catalizadores enzi 11

máticos (biocarburantes magazine, 2007). En general, la transesterificación catalizada por álcalis es mucho más rápida que la ca talizada por ácidos y es la que se suele utilizar a escala comercial. Sin embargo, la utilización de álcalis implica que los glicéridos y el alcohol deben ser sustancialmente anhidros, ya que el agua hace que la reacción vire parcialmente hacia una saponificación, que produce jabones. Además, para la utilización de álcalis se requiere que los triglicéridos tengan una baja proporción de ácidos grasos libres y se evite así su neutralización que conduce también a la for mación de jabones. Esta formación de jabones consume parcialmente el catalizador y disminuye sensiblemente el rendimiento del proceso. Para evitar esto, se pueden utilizar catalizadores ácidos o bien someter a los triglicéri dos a un proceso previo de saponificación (conocido como tratamiento alcalino) y después utili zar el catalizador básico. También se pueden utilizar aceites con baja proporción de ácidos grasos libres (<0,5%), pero estos no son los más rentables económicamente. Es el caso de los aceites y grasas usadas, que son muy rentables desde el punto de vista económico (ya que no son fabricados sino que se reciclan), pero contienen una cierta proporción de ácidos grasos libres (Biocarbu rantes magazine, 2007). Las temperaturas de reacción más elevadas aceleran la reacción y acortan el tiempo de la misma. La reacción es lenta al principio durante un corto período de tiempo, luego continúa de forma rápida y después se ralentiza nuevamente. Las reacciones de transesterificación con un catalizador alcalino se terminan básicamente en una hora. 12

Una vez separados los esteres, estos se tratan para separar una parte del alcohol no re accionante (50%) y eliminar restos de impurezas. A su vez la glicerina también se purifica para poder ser utilizada en diversas aplicaciones. En la purificación de la glicerina se separa la otra parte del alcohol no reaccionante y ácidos grasos, que pueden esterificarse nuevamente para formar más biodiesel, o utilizarse como materia prima para producir jabón u otros productos ( biocarburantes magazine, 2007). 2.1.1 Los subproductos de la producción de Biodiesel Los subproductos principales en la producción de biodiesel son glicerol (glicerina) y pastas jabonosas. La glicerina es un subproducto de elevado valor económico, cuando su nivel de pureza es alto se utiliza mayoritariamente en la industria cosmética y farmacéutica, pero el exceso de oferta causado por la proliferación de plantas de biodiesel ha provocado un descenso de su coti zación en los mercados, esto provoca un encarecimiento del proceso por la pérdida de rendi miento de los subproductos (Sánchez Macias.J, et al.., 2006 ). De modo indirecto, en la extracción del aceite vegetal usado como materia prima se obtiene también torta alimenticia de aplicación en los piensos (APPA, 2005). Con la finalidad de reducir costes se ha producido un incremento en el tamaño de las plantas de procesado del biodiesel, mejorando la eficiencia del proceso gracias a la economía de escala (Booth et al., 2005). Así, frente a una primera generación de instalaciones con capacidades inferiores a las 13

30.000 toneladas/año, en la actualidad la mayor parte de los proyectos de nuevas plantas, se si túan generalmente por encima de las 100.000 toneladas por año (Sánchez Macias et al.., 2006 ). 2.2. Evolución de la producción mundial de Biodesel El uso por primera vez de aceites vegetales como combustibles se remontan al año de 1900, siendo Rudolph Diesel quien lo utilizara por primera vez en su motor de ignición por compresión. Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles, se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil sobre diesel de origen vege tal, pero no fue hasta la década de los '70 cuando el biodiesel se desarrolló de forma significati va a raíz de la crisis energética y los altos precios del petróleo a causa dela guerra del Yom Kip pur y la revolución Iraní. Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la primera planta piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester metil éster o aceite de semilla de colza) (Eco2site, 2004). En Europa el biodiesel se produce casi exclusivamente a partir del aceite de de colza y el metanol. Comercialmente se llama Rapeseed Methyl Ester y se usa en motores diesel, puro o mezclado en proporciones que oscilan de un 5% a un 20%. Además de la colza, en los últimos años se ha producido biodiesel a partir de soja, gi 14

rasol y palma, siendo esta última la principal fuente vegetal utilizada en Malasia para la produc ción de Palm Methyl Ester y Palm Ethyl Ester, biodiesel PME y PEE respectivamente (Eco2si te, 2004). Millones de litros Evolución de la produccción mundial de biodiesel,1991-2005 4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 05 20 04 20 03 20 02 20 01 20 00 20 99 19 8 9 19 97 19 6 9 19 95 19 4 9 19 93 19 92 19 91 19 Gráfico 2:Evolución de la producción mundial de biodiesel. Elaboración propia a partir de datos de: Compiled by Earth Policy Institute from F.O. Licht data, cited in Suzanne Hunt and Peter Stair, "Biofuels Hit a Gusher," Vital Signs 2006 2007 (Washington, DC: Worldwatch Institute, 2006), pp. 40 41, and from F.O. Licht, "World Biodiesel Production (tonnes)," table, World Ethanol and Biofuels Report, vol. 4, no. 16 (26 April 2006), p. 365. Llama la atención observando la gráfica 2, lo relativamente reciente que es la producción de biodiesel comparada con la del bioetanol (gráfica 4). Dicha producción está creciendo con gran intensidad, ya que se duplica la producción en dos años y eso significa un crecimiento anual de aproximadamente el 35%. 15

2.3. Producción mundial de Biodiesel Producción mundial de Biodiesel,2005 Alemania Paises Francia Estados Unidos Italia Republica Checa Austria España Dinamarca Polonia Reino Unido Brasil Australia Suiza Otros paises 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 Millones de Litros Gráfico 3: Producción mundial de Biodiesel, 2005. Elaboración propia a partir de datos de: F.O. Licht, "World Biodiesel Production (tonnes)," table, World Ethanol and Biofuels Report, vol. 4, no. 16 (26 April 2006), p. 365. Alemania, por su parte, como primer productor mundial de biodiesel posee 25 plantas de transformación de aceite vegetal distribuidas por el país, principalmente utiliza la colza como materia prima (Biofuels market place, 2007). 16

España se encuentra en el séptimo lugar entre los principales productores de biodiesel. Los aceites vegetales proceden principalmente de la soja, la colza y la palma aceitera, todas es tas materias primas se importan en su práctica totalidad (Newsoliclima, 2007). España consta de las siguientes plantas en funcionamiento: Plantas biodiesel Provincia Capacidad Puesta en marcha (Tm/año) Stocks del Vallés Barcelona 6000 2002 Bionor transformación Álava 30000 2003 Bionet Europa Tarragona 50000 2004 IDAE Madrid 5000 2004 Biodiesel Castilla LM Toledo 13000 Enero 2005 Biodiesel Caparroso Navarra 35000 Enero 2005 Bionorte Asturias 5000 Mayo 2005 Biocarbur.Almadén Ciudad Real 21000 Nov.2005 Gebiosa Cantabria 150000 Dic.2005 Grup Ecològic Natural Baleares 7000 2005 Total 322000 Tabla 1: Plantas españolas de biodiesel (Appa, 2005). 17

3. EL BIOETANOL 3.1 Proceso de producción del bioetanol El bioetanol se obtiene a partir de compuestos de almidón como maíz, trigo, cebada, sorgo o patata, de compuestos azucarados como la caña de azúcar o la remolacha, y de com puestos celulósicos como la madera, desperdicios forestales o basuras, aunque este proceso se encuentra todavía en fase de investigación. En España se produce con cereales como materia prima y también con excedentes pro cedentes de la remolacha (compuestos azucarados). A parte de emplear el producto directamente se puede utilizar mezclado con las gasoli nas como elemento oxigenador: ETBE cuando a esta se le añade etanol y MTBE cuando se le añade metanol (APPA, 2005). El proceso de producción del bioetanol es el siguiente: Diagrama 3: Proceso de producción del Bioetanol. Elaboración propia a partir de: Ministerio Agro pecuario y Forestal. Republica de Nicaragua. Cadena Agroindustrial "Analisis de estudios de cadena.etanol "www.magfor.gob.ni /servicios/descargas /Cadenas _Productos /Etanol.pdf y APPA (2006) Asociación de pro ductores de energias renovables. "Una Estrategia de biocarburantes para España (2005 2010) "http:// www.ap pa.es /09documentos /documentos01.htm 18

Las principales fases del proceso son: Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla, y por lo tanto, la cantidad de alcohol en el producto resultante, ya que la acción de la levadura usada más adelante en el proceso de fermentación, puede inhibirse debido a una concentración dema siado alta de alcohol. Hidrólisis: Es el proceso de convertir el almidón o celulosa, que son polímeros de mo nosacáridos, en monosacáridos, es decir, azúcares fermentables. Se realiza con el uso de la mal ta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón o de la celulosa con el ácido correspondiente Fermentación: La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol. Destilación: La destilación es la operación de separar mediante el calor los distintos componentes líquidos de una mezcla, aprovechando sus distintas temperaturas de ebullición (Biocarburantes magazine, 2007). 3.1.1 Los subproductos de la producción del Bioetanol Los subproductos generados en la producción de bioetanol, así como el volumen de los mismos, dependen en parte de la materia prima utilizada. 19

En general estos se pueden agrupar en dos tipos: Materiales lignocelulósicos: tallos, bagazo, etc., correspondientes a las partes estructu rales de la planta. Puede ser utilizado para valorización energética en cogeneración, especial mente para cubrir las necesidades energéticas de la fase de destilación del bioetanol (APPA, 2005). Materiales alimenticios: pulpa y DDGS ( Distilled Dried Grain Solubles), que son los restos alimenticios de la planta después de la fermentación y destilación del bioetanol. Tienen interés para el mercado de piensos animales por su riqueza en proteína y valor energético. La caña de azúcar es la planta con restos más aprovechable porque el bagazo generado puede ser útil como combustible para la generación energética. La remolacha azucarera también genera unas 0,75 toneladas de pulpa por tonelada de bioetanol producido. La producción de bioetanol a partir de trigo o maíz genera, a su vez, en torno a 1,2 to neladas de DDGS por tonelada de bioetanol. En general, existen dos prácticas en cuanto al empleo del DDGS en la alimentación del ganado. Cuando el pienso está en el 15 % o menos de la dieta, el DDGS se utiliza como fuente de proteína suplementaria. Cuando el pienso está en niveles más altos (superior al 15 % de la dieta en materia seca) se emplea como fuente de energía. El DDGS está compuesto de grasa (en un 10 15 %) de fibra neutra (en un 40 55 %), de proteína neta (CP) (en un 30 35 %) y de ceniza en un 5 % (APPA, 2005). Cuando se usa como materia prima el maíz para la producción de bioetanol existen dos métodos: la molienda seca y la molienda húmeda. En EEUU se utiliza principalmente la 20

molienda seca. Ambos procesos presentan las mismas etapas: preparado de materias primas, la fer mentación de azúcares simples y la recuperación del alcohol y de los subproductos generados en el proceso. Dependiendo de que proceso se utilice se obtienen derivados o subproductos distintos. En el proceso de molienda seca además del bioetanol se obtiene pulpa y DDGS ( Distilled Dried Grain Solubles) que una vez en forma de granulado seco es un alimento de alta calidad para el ganado. En el proceso de molienda húmeda además del bioetanol se genera aceite de maíz y gluten, que también son alimentos para el ganado (Maizar, 2007). 3.1.2 Bioetanol a partir de almidón En el proceso de obtención de bioetanol a partir de almidón es necesario romper las ca denas de este polisacárido para conseguir jarabe de glucosa, el cual se convierte en Etanol me diante las levaduras. Para esto se debe incluir una etapa adicional de hidrólisis (rompimiento, degradación) de este biopolímero. De cada 100g de almidón se pueden obtener teóricamente 111g de glucosa, es decir una relación estequiométrica de 9:10. En EEUU el bioetanol se obtiene a partir de almidón de maíz. El almidón anteriormen te se hidrolizaba mediante ácidos, pero la especificidad de las enzimas, sus condiciones suaves 21

de reacción y la ausencia de reacciones secundarias han hecho que las amilasas sean los catali zadores que han sustituido a los ácidos. Para la hidrólisis enzimática del almidón primero hace falta descompactar sus gránu los, ya que si no, las enzimas no pueden actuar. Para eso las suspensiones de almidón tienen que ser llevadas a temperaturas altas, de 90 a 110º C, donde las enzimas normales estarían desnatu ralizadas, por eso se usa la alfa amilasa obtenida de bacterias termoresistentes como Bacillus li cheniformis o B. amyloliquefaciens, lo que las hace ideal para la primera etapa de la hidrólisis. El producto de esta etapa, que se conoce como licuefacción, es una emulsión o puré de almidón que contiene dextrinas (oligosacáridos compuestos por varias unidades de glucosa) y pequeñas cantidades de glucosa. El almidón disuelto se somete a sacarificación a menores temperaturas (60 70ºC) con glucoamilasa obtenida de Aspergillus niger o de especies de Rhizopus (Nigam y Singh, 1995), la cual hidroliza las dextrinas hasta glucosa (Sanchez.O y Cardona.C, 2005 ). Para extraer el almidón de los granos de maíz, como hemos apuntado antes, existen dos tipos industriales de molienda, húmeda y la seca, de las que veremos a continuación sus princi pales características. 3.1.2.1 Molienda seca La molienda seca es el proceso para extraer almidón contenido en el maíz para produ cir bioetanol requiere menos capital que la molienda húmeda tanto en la fase de construcción 22

como la fase operativa de la planta. Se han producido avances tecnológicos importantes en el proceso de molienda seca y ahora es mucho más eficaz y productivo que en la década de los 80. Se han reducido en forma considerable los requerimientos de energía, se incorporaron sofisticados procesos de automatización, las enzimas disminuyeron su costo a su vez que vieron incrementado su poder de conversión, logrando con ello menores tiempos de procesamiento, el desarrollo de cedazos moleculares, todos factores que han contribuido a disminuir los costos y aumentar el volumen de etanol obtenido. El costo de construir una planta de etanol de molienda seca se redujo en un 25 30%, mientras el costo de producción casi un 50% en los últimos 20 años (Maizar, 2007). Los 8 pasos principales en la producción de etanol bajo este proceso son los siguientes: Molienda: El proceso de molienda seca comienza con la limpieza del grano de maíz (puede ser cebada, trigo o sorgo), que una vez limpio pasa a través de los molinos que lo muelen en un polvo fino harina de maíz. Licuefacción: La harina de maíz se sopla en grandes tanques donde se la mez cla con agua y las enzimas (amilasa alfa) y pasan a través de las calderas don de se emulsiona el almidón. A la mezcla se le agregan componentes químicos para mantenerla con un ph de 7. En esta etapa se aplica calor para permitir la licuefacción, en una primera etapa a alta temperatura (120 150ºC) y luego a temperatura más baja (95ºC). Estas altas temperaturas reducen la cantidad de bacterias presentes en el puré o mosto. Sacarificación: El puré de las calderas se refresca a una temperatura levemen te debajo del punto de ebullición del agua y se le agrega una enzima secunda ria (glucoamilasa) para convertir las moléculas del almidón licuado en azúca res fermentables (dextrosa) mediante el proceso de sacarificación. Las enzimas funcionan como catalizadores para acelerar los cambios químicos. Fermentación: El etanol se produce a partir de la fermentación. Al puré se le agrega levadura para fermentar los azúcares y con ello se obtiene el etanol y 23

anhídrido carbónico (cada molécula de glucosa produce dos moléculas de eta nol y dos de dióxido de carbono). Usando un proceso continuo, el puré fluirá a través de varios fermentadores hasta que fermente completamente. El puré per manece cerca de 48 horas en esta situación antes de que comience el proceso de destilación. En la fermentación, el etanol conserva mucha de la energía que estaba originalmente en el azúcar, lo cual explica que el etanol sea un excelente combustible. Destilación: El puré fermentado (...) contendrá alcohol (cerca del 15%) y agua (al 85%), así como todos los sólidos no fermentables del maíz y de la levadura. El puré entonces será bombeado a flujo continuo al sistema de la columna de destilación, donde la cerveza se hierve, separándose el alcohol etílico de los sólidos y del agua. El alcohol dejará la columna de destilación con una pureza del 90 al 96%, y el puré de residuo, llamado stillage, será transferido desde la base de la columna para su procesamiento como subproducto. Deshidratación: El alcohol pasa a través de un sistema que le quita el agua res tante. La mayoría de las plantas utilizan un tamiz molecular para capturar las partículas de agua que contiene el etanol al momento de salir del sistema de destilación. Al alcohol puro, sin el agua, se lo denomina alcohol anhidro. Desnaturalizado: El etanol que será usado como combustible se debe desnatu ralizar con una cantidad pequeña (2 5%) de algún producto, como nafta, para que no sea apto para el consumo humano (Maizar, 2007). 3.1.2.2 Molienda húmeda La molienda húmeda tiene una capacidad de procesamiento de un gran volumen de granos, pero para su desarrollo son necesarias más inversiones en capital. Su capacidad de pro cesamiento está en torno a las varias centenas de millones de litros de bioetanol por año, en cambio la producción mediante la molienda seca gira en torno a los 230 millones de litros anua les. El proceso de la molienda húmeda es mucho más complejo ya que separa el grano en sus componentes lo que permite una separación más efectiva de los mismos y se obtienen sub 24

productos de mayor valor. En la molienda húmeda solamente se somete a fermentación el almidón mientras que en la molienda seca se fermenta el puré entero. La molienda húmeda consiste en empapar el maíz en agua caliente, posteriormente se retira el agua y los núcleos ablandados pasan a los molinos y a los separadores donde se separa el germen, extrayéndose de éste el aceite de maíz. El resto de los componentes (almidón, gluten y fibras) se muelen y se pasan a través de separadores donde se retira la fibra, se separa el almi dón y el gluten. Posteriormente se lava y se seca el almidón que puede ser usado como almidón (maizena) o ser convertido en dulcificantes (jarabes de maíz) o en etanol (Maizar, 2007). 3.1.3 Bioetanol a partir de caña de azúcar La caña de azúcar es sin duda la materia prima para la producción de bioetanol más rentable en estos momentos, no solo se puede aprovechar directamente para producir bioetanol (mediante el jugo de caña) sino también la melaza (que se obtiene como subproducto de la in dustria azucarera). El microorganismo más utilizado es S. cerevisiae por su capacidad de hidroli zar la sacarosa de la caña de azúcar, en condiciones anaeróbicas, para su con versión hasta glucosa y fructosa, dos hexosas fácilmente asimilables; además puede producir, en presencia de pequeñas cantidades de oxígeno, la síntesis de sustancias como ácidos grasos y esteroles. La fermentación alcohólica puede llevarse a cabo por lotes, alimentados o en forma continua. El proceso típico de producción de alcohol por lotes a partir de melazas o jugo de caña (denominado proceso Melle Boinot), comprende la esterilización de la materia prima seguida del ajuste del ph. El mosto obtenido se somete a fer mentación. El vino resultante se decanta y centrifuga para recuperar el bioeta nol, mientras la levadura se recircula a los fermentadores. Para la obtención de 25

alcohol anhidro se utiliza mayoritariamente la destilación azeotrópica con ben ceno (Kosaric y Velikonja, 1995) (Sanchez.O y Cardona.C,2005 a). 3.1.4 Bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica En el mundo se llevan a cabo gran cantidad de estudios para desarrollar la producción a gran escala de alcohol a partir de biomasa lignocelulósica. Los materiales que más se han in vestigado son madera y residuos forestales, papel reciclado y residuos de la industria papelera, bagazo de caña, desechos agrícolas (hojas, ramas, hierba, frutas, paja, etc.) así como residuos sólidos urbanos. El principal reto en la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica es el pretratamiento e hidrólisis de la materia prima. El complejo lignocelulósico está compuesto principalmente de una matriz de carbohi dratos compuesta de celulosa y lignina enlazada por cadenas de hemicelulosa. El pretratamiento tiene como objetivo desintegrar esta matriz de tal manera que la ce lulosa reduzca su grado de cristalización y aumente la celulosa amorfa, que es la más adecuada para el posterior ataque enzimático. Adicionalmente, la mayor parte de la hemicelulosa se hidroliza durante el petratra miento y la lignina se libera o puede incluso descomponerse. En una etapa posterior, la celulosa liberada es sometida a hidrólisis enzimática con cé lulas exógenas, lo cual hace que se obtenga una solución de azúcares fermentables que contiene principalmente glucosa, pero también pentosas, resultantes de la hidrólisis inicial de la hemice lulosa. 26

Estos azúcares son posteriormente convertidos en bioetanol mediante microorganis mos, que pueden utilizar uno o varios de los azúcares presentes, en el material lignocelulósico pretratado e hidrolizado. El pretratamiento permite que los rendimientos en la hidrólisis de celulosa au menten de menos del 20% de los rendimientos teóricos a valores mayores al 90% (Lynd, 1996). Durante el pretratamiento e hidrólisis de la biomasa lignocelulósica se forman, junto con los azúcares fermentables, gran cantidad de compuestos que pueden inhibir la fermentación subsiguiente. Las sustancias inhibitorias se originan como resultado de la hidrólisis de los diferentes componentes, desde ácidos or gánicos esterificados a la hemicelulosa, y de los derivados fenólicos solubiliza dos de la lignina. También se forman los inhibidores a partir de productos de degradación de los azúcares solubles y de la lignina (Lynd, 1996; Palmqvist y Hahn Hägerdal, 2000a, b). Por eso, y dependiendo del tipo de pretratamiento e hidrólisis utilizados, es necesario llevar a cabo la destoxificación de las co rrientes que van a ser sometidas a fermentación. Las etapas de hidrólisis y fermentación se pueden realizar en forma secuencial (hidrólisis y fermentación separadas, SHF por sus siglas en inglés) o llevando a cabo en una sola unidad la hidrólisis y la fermentación al mismo tiempo (saca rificación y fermentación simultáneas; SSF). El microorganismo más utilizado para este proceso es S. cerevisiae que fer menta las hexosas presentes en el hidrolizado mas no las pentosas. Se ha explorado la producción de bioetanol a partir de residuos sólidos urbanos (RSU). Se estima que más del 70% de los materiales enterrados en los vertede ros de EEUU son lignocelulósicos (papel, cartón, desechos de jardín, entre otros). El proceso de obtención de bioetanol a partir de estos residuos por hi drólisis ácida ya se ha patentado (Titmas, 1999)(Sanchez.O y Cardona.C 2005). Otro objetivo es la hidrólisis enzimática del almidón y la celulosa presentes en forma mayoritaria en los RSU de origen vegetal procedentes de restos de mercadillo para su conver sión posterior a bioetanol (Cardona et al., 2004), resultando difícil la conversión de la celulosa pero no la del almidón y verificándose la posibilidad de obtener alcohol a partir de estos resi duos vegetales (Sanchez.O y Cardona.C 2005). 27

3.2 Evolución de la producción mundial de Bioetanol Industrialmente la produción de bioetanol comienza a inicios de los años 80, pero du rante la primera demostración de funcionamiento de un motor diesel, en la Feria de Exhibición de París de 1898, se utilizó aceite de cacahuete como combustible. Su inventor, Rudolph Diesel, pensaba que el futuro de dicho motor (en contraposición con las máquinas de vapor de la época, que utilizaban carbón) pasaba por la utilización de combustibles procedentes de la biomasa, y así fue de hecho hasta los años 20, en que la industria petrolera los relegó. De igual manera, los primeros automóviles estadounidenses de American Ford funcionaban con bioetanol, y su crea dor, Henry Ford, mantenía tesis muy similares a las de Rudolph Diesel. Como respuesta a las crisis del petróleo de 1973 y 1978, las políticas energéticas de los años 80 favorecieron la búsqueda de alternativas a la dependencia de los combustibles fósiles, especialmente en EEUU y Brasil (APPA, 2007). Observando el gráfico 4, cabe destacar el incremento espectacular en la producción de bioetanol que, en los dos años y medio últimos, ha crecido con una tasa anual del 28%. Millones del litros Evolución de la producción mundial de bioetanol 1975-2005 45000 42500 40000 37500 35000 32500 30000 27500 25000 22500 20000 17500 15000 12500 10000 7500 5000 2500 0 1975 1980 1985 Año1990 1995 2000 2005 Gráfico 4: Evolución de la producción mundial de bioetanol 1975 2005. Elaboración propia a partir de datos de: Compiled by Earth Policy Institute from F.O. Licht data, cited in Suzanne Hunt and Peter 28 Stair, "Biofuels Hit a Gusher," Vital Signs 2006 2007 (Washington, DC: Worldwatch Institute, 2006), pp. 40 41, and from F.O. Licht, "Ethanol: World Production, by Country," table, World Ethanol and Biofuels Report, vol. 4, no. 17 (9 May 2006), p. 395.

3.3 Producción mundial de Bioetanol Producción mundial de Bioetanol,2005 Paises Estados Unidos Brasil china India Francia Rusia Sudafrica España Alemania Tailandia Reino Unido Ucrania Canada Polonia Indonesia Arabia Saudi Argentina Italia Australia Japon Otros paises 0 5000 10000 15000 Millones de litros 20000 Gráfico 5:Producción mundial de Bioetanol, 2005. Elaboración propia a partir de datos de: F. O. Licht, "Ethanol: World Production, by Country," table, World Ethanol and Biofuels Report, vol. 4, no. 17 (9 May 2006), p. 395. Como se observa en el gráfico 5, Estado Unidos es el primer productor mundial de bio etanol y posee, según datos de la Renowable Fuels Association (RFA), 114 biorefinerias (siendo Iowa el estado con más plantas), 80 en proceso de construcción y 7 en proceso de expansión a fecha del 13 de Marzo del 2007. Prácticamente la totalidad de estas plantas utilizan como materia prima principal el maíz (RFA, 2007). 29

La manera menos complicada de producir bioetanol es usar biomasa que con tiene azúcares de seis átomos de carbono, que pueden ser fermentadas directa mente a bioetanol. La caña de azúcar y remolacha contienen cantidades cuan tiosas de azúcar, y en algunos países de la UE (por ejemplo Francia) dependen de la remolacha para producir etanol. Hasta los años treinta el bioetanol indus trial era producido en los Estados Unidos a través de la fermentación de mela za obtenida de cultivos azucarados. Sin embargo, el precio relativamente alto de azúcar en los EE.UU ha hecho más costoso los cultivos de caña de azúcar que de cereal como un materia prima de etanol desde entonces. En Brasil y en la mayoría de los países tropicales que producen alcohol, la caña de azúcar es la materia prima más común usada para producir etanol (Agencia Internacional de la Energía IEA, 2004). En cambio Brasil siguiendo muy de cerca a EE.UU es el segundo productor mundial de bioetanol, utiliza como materia prima principal la caña de azúcar. Brasil posee 25 plantas en este momento aunque después de la visita del presidente de los Estados Unidos al país, se fir maron acuerdos de ampliación en la producción de bioetanol como da noticia el siguiente artí culo: Estados Unidos y Brasil firmaron hoy un memorando para abrir una nueva era de cooperación en biocombustible, en el marco de la estrategia de Washington para reducir su dependencia del petróleo. El documento fue suscrito esta ma ñana por la secretaria de Estado norteamericana, Condoleezza Rice, y el canci ller brasileño, Celso Amorim, en el World Trade Center de la ciudad de Sao Pablo, durante una reunión que se extendió poco más de una hora. Los canci lleres dieron así impulso al inicio de un acuerdo estratégico sobre la produc ción de etanol, el combustible extraído de vegetales, del cual ambos países do minan el 75 por ciento de la existencia mundial. El encuentro entre Rice y Amorim, es el gran hito que se esperaba de la visita que el Presidente estadou nidense, George W. Bush, inició anoche en la capital paulista, primera escala de su gira por países de Latinoamérica, que seguirá en Uruguay, Colombia, Guatemala y México. El acuerdo permite la coordinación de Brasil y EEUU para establecer estándares internacionales para los biocombustibles, de modo que puedan comercializarse en los mercados internacionales. Ambos países fo mentarán también la producción de este combustible en países de Centroamé rica y el Caribe, para responder a la creciente demanda mundial de esta fuente de energía alternativa al petróleo. Lo que el acuerdo no contiene es una reduc ción de los aranceles que EEUU impone al etanol procedente de Brasil (...). El Gobierno de Lula da Silva pretende una rebaja de esos impuestos, mientras que Washington alega que la cuestión corresponde al Congreso de EEUU (La nación, 9 de Marzo del 2007). 30

Brasil es el mayor exportador de bioetanol en el escenario global actualmente. Como se observa en el gráfico 6 las exportaciones brasileñas de bioetanol han crecido significativa mente desde el año 2000. Este aumento se debe al creciente interés por el bioetanol como com bustible en el mercado internacional de los últimos años. Exportaciones brasileñas de Bioetanol, 2000-2005 2500 Millones de litros 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 2000 2001 2002 Año 2003 2004 2005 Gráfico 6: Exportaciones brasileñas de Bioetanol, 2000 2005. Elaboración propia a partir de datos de RANIERI.S, et al..(2007) En los últimos 3 años, Estados Unidos, India, Japón, Países bajos, Corea del Sur, y Suecia han sido los principales destinatarios del bioetanol brasileño. En 2004 el 73% de las ex portaciones brasileñas de bioetanol fueron destinadas para esos países y en el 2005 el 66%. En el periodo de Enero a Mayo de 2006 fueron exportados 738 millones de litros siendo del 83% de ese volumen para esos seis destinos (Rainieri.S el al.., 2007). El Salvador, Costa Rica y Jamaica constituyen también importantes destinos de las ex portaciones brasileñas de bioetanol. Estos países son parte del Caribean Basin Iniciative (CBI) y pueden exportar bioetanol producido a partir de materia prima no domestica para el 31

mercado de los EEUU, siempre que no se supere el límite del 7% de la demanda de aquel país. Si ese es el caso, están exentos de impuestos de importación, que son aplicadas al producto ad quirido de otros orígenes como Brasil. Entonces esos países importan de Brasil, bioetanol hidra tado, reprocesandolo y exportándolo para el mercado de Estado Unidos. Por eso parte de las ex portaciones brasileñas de bioetanol para esos países, en realidad, tienen como destino final los Estados Unidos (Ranieri.S et al.., 2007). En España las plantas que producen bioetanol son las siguientes: Plantas Bioetanol Provincia Capacidad (Tm/año) Puesta en Marcha Ecocarbur.Españoles Murcia 118000 2000 Bioetanol Galicia A Coruña 139000 2002 Biocarb. Castilla León Salamanca 158000 Dic. 2005 Total 415000 Tabla 2: Plantas productoras de Bioetanol en España. Fuente: Appa, 2005. 32

PARTEII 4. EL BALANCE ENERGÉTICO DE LOS BIOCOMBUSTIBLES 4.1 La Energía Materia y energía Desde el punto de vista de la física en el universo solo hay dos cosas, materia y ener gía. La materia tiene masa, forma y volumen, nuestros sentidos la perciben directamente, o eso creemos, por ejemplo, cuando nos convencemos de la materialidad de un objeto, al verlo, no tenemos en cuenta que la vista en realidad es sensible a una radiación electromagnética, la visi ble, que ni siquiera necesita un medio material para transmitirse. Cuando detectamos la presen cia de otro objeto material por el sonido, resulta que cuando el oído detecta sonidos, estos en re alidad son ondas de compresión, otra forma de transmitirse la energía, pero en este caso sopor tadas por un medio material, el aire. Cuando con el tacto apreciamos la materialidad de un obje to por su temperatura, en realidad estamos apreciando una transferencia de calor, que es una for ma de energía. Y todo esto sin contar con el trabajo de nuestro sistema nervioso para organizar estos datos y proporcionarnos una percepción material del universo. Sin embargo nuestra percepción de la materia (aunque esté mediada por procesos de transmisión de energía) es más directa, concreta y cierta, mientras que la de la energía es más imprecisa, relativa y especulativa. De siempre a los charlatanes y embaucadores les ha resultado 33

fácil hablar de difusas energías, y les resulta difícil ejercer cuando pasan al terreno de las crudas realidades materiales (Ballenilla, 2006a). Energía y trabajo Una acepción clásica de energía la define como la capacidad de realizar un trabajo, Los manuales de física definen el trabajo como el proceso en el que una fuerza produce alguna mo dificación, por ejemplo, un desplazamiento de algo que estaba quieto, o una variación de la di rección o la velocidad de algo que se estaba moviendo. Sistemas, materia y energía En el universo los distintos elementos no se encuentran aislados, sino que interaccio nan unos con otros. Un conjunto de elementos que interaccionan entre si es un sistema. Si en ese sistema hay intercambio de materia y energía con el exterior se trata de un sistema abierto, si solo hay intercambios de energía pero no de materia, se trata de un sistema cerrado, y si no hay intercambios con otros sistemas, ni de materia ni de energía, se trata de un sistema aislado. Nunca podremos conocer un sistema aislado, ya que al no intercambiar con otros ni materia ni energía, es indetectable, el único sistema aislado del que tenemos noticia es nuestro universo. El sistema terrestre, sin embargo, podemos considerarlo un sistema cerrado, porque po demos valorar como insignificantes en relación con la masa total de la tierra las toneladas de meteoritos y de polvo de meteoritos que llueve sobre la superficie terrestre (procedente de la conversión de estos en estrellas fugaces al penetrar en la atmósfera). 34

No es así con la energía. La tierra recibe radiación solar que tiene importantes efectos sobre su dinámica. Es especialmente significativa para la biosfera la radiación luminosa, ya que parte de esta, gracias a la fotosíntesis, es transformada en energía química en forma de biomasa. El planeta, a su vez, también emite radiación, la mayor parte de ella infrarroja, proce dente del calentamiento de su superficie debido a la radiación solar, y procedente también, en parte, de la energía interna de la tierra. A esa radiación infrarroja hay que sumarle la radiación solar reflejada debida al albedo. De manera que la tierra puede considerarse un sistema cerrado porque sus intercam bios de materia con el exterior son proporcionalmente muy pequeños y poco significativos en su dinámica, mientras que el intercambio de energía si que es muy relevante. Una ciudad, sin em bargo, es un ejemplo de sistema abierto, ya que que canaliza un intenso flujo de salida y entrada tanto de materia como de energía. Energía y su transferencia: trabajo y calor Joule construyó un aparato que consistía en un termo de vidrio con las superficies pla teadas y con una doble pared entre la que se había hecho el vacío. En su interior había un ter mómetro y unas aspas que se podían agitar desde el exterior. Con este instrumento comprobó que el trabajo que se realizaba agitando las aspas desde el exterior, tenía el efecto de calentar el líquido del interior, y que se necesitaba siempre el mismo trabajo para calentar una misma can tidad de agua desde una temperatura concreta a otra también determinada. De manera que este experimento estableció que había una relación directa entre trabajo 35

y calor, y que la energía empleada en agitar las aspas se acumulaba en el sistema cerrado del termo, como se manifestaba con la subida de temperatura del agua. El incremento de temperatu ra de un sistema lo interpretamos como que las partículas que lo constituyen se agitan a más ve locidad, es decir, tienen más energía cinética, que antes. La cantidad de energía que puede tener un sistema, su energía interna, puede variar, y esto es porque se puede transmitir a otro de dos maneras, bien mediante el trabajo, es decir, me diante fuerzas que producen desplazamientos, o bien mediante el calor. Esta transmisión se pro duce cuando dos sistemas cerrados se ponen en contacto y no tienen la misma temperatura, en tonces se transmite energía del de mayor temperatura al de menor temperatura en forma de ca lor, hasta que se alcanza el equilibrio térmico, es decir, hasta que igualan su temperatura. De manera que podemos considerar tanto al calor como al trabajo como la forma en que los sistemas se transfieren energía. En homenaje a Joule, en el sistema internacional la unidad para medir la energía y sus formas de transferirse: el trabajo y el calor, es el julio, sin embargo hay otras unidades también muy populares, por ejemplo la caloría, que equivale a 4,184 julios. La conservación de la energía: Primer principio de la termodinámica Ahora bien, si lo que consideramos es un sistema aislado, la cantidad de energía que contiene es constante, constituyendo esta afirmación el primer principio de la termodinámica. Partiendo de consideraciones teóricas, que más tarde confirmaron datos experimenta les, Einstein consideró a la materia como una forma de energía y relacionó a ambas con la si 36

guiente expresión: E=mc2 Además extendió el principio de conservación al conjunto de la materia y la energía del universo, que recordemos que es un sistema aislado. Desde ese punto de vista, la suma de materia y energía del universo, al ser un sistema aislado, debe permanecer constante. Este principio, validado experimentalmente, se cumple siempre, y tiene importantes consecuencias desde el punto de vista de las máquinas. Si consideramos una máquina como un sistema, y esta desarrolla continuamente un tra bajo que afecta al exterior del sistema (de la máquina), es decir, transfiere energía hacia el exte rior en forma de trabajo (y de pérdidas por rozamiento), es necesario que la máquina reciba una cantidad equivalente de energía desde el exterior. Las máquinas que pretenden no cumplir este principio se conocen como móviles perpetuos de primera especie, y no existen. La conversión de calor en trabajo Con la experiencia de Joule vemos que podemos transformar el trabajo íntegramente en calor, y también vemos todos los días que hay máquinas que transforman el calor en trabajo, son las máquinas térmicas, la más popular es el motor de combustión interna (que funciona con die sel o con gasolina), pero el ejemplo más relevante de ellas es la máquina de vapor, responsable del comienzo del uso de los combustibles fósiles en la industria. El incremento de productividad en la industria fue tan grande gracias al uso de la má quina de vapor y el carbón como fuente de energía, que llevó a estudiarlas en profundidad, y ya 37

en 1842 Carnot estableció que a diferencia de lo que ocurría con el trabajo (que si se puede con vertir íntegramente en calor), no todo el calor se podía transformar en trabajo. Estableció ade más que para que esto ocurriese, hacían falta dos focos caloríficos, uno a más temperatura (la caldera) y otro a menos (el sistema de refrigeración), en la transmisión de energía (calor) desde el foco de mayor temperatura al de menor, es cuando se puede derivar parte de la energía como trabajo. El rendimiento teórico depende de la diferencia de temperatura entre los dos focos, pero en los motores reales, en los que van circulando por ahí, este no supera el 30% (ni en los mejo res automóviles) a pesar de toda nuestra tecnología. Es decir, para obtener solo 30 julios de tra bajo necesitamos 100 julios de calor. Carnot estableció, además, que no se podía convertir calor en trabajo con una máquina que tuviese un solo foco, es decir, un automóvil no puede sacar energía calorífica del aire y con vertirla en trabajo, esta máquina imaginaria se conoce como móvil perpetuo de segunda especie, y es tan imposible como los móviles de primera especie. De manera que en lo que se refiere a motores hay dos cosas claras, la primera es que si una máquina desarrolla un trabajo, a esa máquina hay que aportarle, como mínimo, la misma cantidad de energía que equivale al trabajo desarrollado. La segunda es que si la energía que le aportamos es calorífica, siempre habrá que aportarle mucha más de la equivalente al trabajo que desarrolla. Pero es que además, incluso en el primer caso, la energía que hay que aportar debe ser superior a la equivalente al trabajo útil que desarrolla, porque no toda la energía que aportamos al sistema se convierte en trabajo útil, parte de ella se utiliza en vencer rozamientos y se trans 38

forma en calor. Las máquinas más eficientes que hemos conseguido fabricar son las turbinas gigantes de una gran central hidroeléctrica, que consiguen transformar más del 99% de la energía mecá nica en eléctrica, le siguen los motores eléctricos grandes, con eficiencias del 90% y a mucha mayor distancia los motores eléctricos pequeños y la pila de hidrógeno con poco más del 60% de eficiencia. La eficiencia de las máquinas térmicas reales, como hemos visto antes, no suelen llegar a superar el 30%, excepto en casos muy especiales como en los cohetes de combustible líquido y las grandes turbinas de vapor, con eficiencias que, en todo caso, no superan el 50%. Resumiendo, una máquina no puede realizar un trabajo de la nada, sino a partir de la energía, además, siempre vamos a obtener menos trabajo que la energía aportada al sistema, y si la energía que aportamos es calor, obtendremos aún mucho menos trabajo que la energía aporta da. Degradación de la energía y entropía: Segundo principio de la termodinámica Aunque calor y trabajo son las dos formas en que se manifiesta la transferencia de energía, hay una diferencia cualitativa muy notable entre ambas, ya que una determinada canti dad de trabajo se puede trasformar íntegramente en calor, pero no al revés. Además, para que pueda realizarlo hacen falta dos focos a distinta temperatura. Es en ese sentido que podemos considerar la energía calorífica como degradada, por que es energía que ha perdido parte de su capacidad de realizar trabajo. 39

Como siempre que hay transferencia de energía, parte de esta se convierte en calor con el paso del tiempo, la energía se irá degradando. A esta pérdida de la energía de su capacidad de realizar un trabajo se la conoce como incremento de la entropía, y es un proceso que se da es pontáneamente en el universo y se conoce como segundo principio de la termodinámica. Además los focos con distinta temperatura tenderán a desaparecer, con lo que la ener gía no podrá realizar ningún trabajo, y sobrevendrá la muerte térmica del universo en una expre sión de Clausius. La entropía es una medida del grado de degradación de la energía de un siste ma. 40

4.2 La Tasa de Retorno Energético Cuando se analiza cualquier máquina o proceso de transferencia de un tipo de energía en otro tenemos lo siguiente: Diagrama 4a: Transformación de energía a partir de una fuente en energía útil La energía útil más las perdidas, en aplicación del primer principio de la termodiná mica es igual a la cantidad de energía que entra en el proceso procedente de la fuente. Desde el punto de vista del segundo principio de la termodinámica, la energía útil nunca será igual a la energía obtenida de la fuente, ya que se producirá una pérdida de energía por disipación en forma de calor. Conocemos por eficiencia el cociente entre Energía útil / Energía fuente, y cuando de cimos que la eficiencia de un motor de un coche es de un 20%, queremos indicar que para obte ner un 20 julios de energía mecánica útil (para transportarnos) necesitamos 100 julios de ener 41

gía química de la gasolina (que es la fuente). Cuando hablamos de generación de energía, en realidad no estamos generando nada, lo que estamos haciendo es utilizar una máquina o un proceso que transforma determinado tipo de energía (la fuente) que no nos resulta útil tal cual está, en otro tipo distinto que si tiene utilidad para nosotros. Como hemos visto en ese proceso, debido al segundo principio de la termodinámica, se producen pérdidas, y será más o menos eficiente en la medida en que consigamos minimizar esas pérdidas. El diagrama 4b sería el mismo diagrama pero aplicado a la obtención de energía útil en forma de biocombustibles. Pero para desarrollarla y mantener el proceso de transformación energética hace falta invertir energía útil en crear su infraestructura, mantenerla y mantener el proceso. Mientras hemos disfrutado de la disponibilidad de energía barata, no nos ha preocupa do mucho el costo energético de poner en marcha y mantener un proceso para obtener energía Diagrama 4b: Obtención de energía útil como biocombustibles a partir de radiación luminosa 42

útil, es decir, con poca entropía y fácilmente manejable. Si los números (económicos) salían, era suficiente, ya que la energía para su puesta en marcha y mantenimiento no era un factor relevante en esos números. Sin embargo, en la actualidad, cuando ya estamos en el zenit de producción petrolífera o en sus aledaños, interrogarse sobre cuanta energía útil me va a aportar un determinado proce so de transformación de energía, y compararlo con la energía que ha supuesto ponerlo en mar cha y mantenerlo, es de las preguntas más pertinentes que se pueden hacer. Diagrama 5a: Energía útil invertida en un proceso de transformación de energía La respuesta a esta pregunta es la TRE (Prieto, P. 2005 y 2007), o Tasa de Retorno Energético (EROEI en el mundo anglosajón). Se calcula dividiendo la energía útil que dicho proceso nos proporciona entre la energía útil que hemos empleado en implementar y mantener un proceso de transformación de energía. 43

Si poner en marcha y mantener un determinado proceso de obtención de energía a lo largo de su vida útil me ha supuesto utilizar 2 Giga julios y durante todo ese tiempo he obtenido 40 Giga julios, la TRE es de 20. Obtengo veinte veces la energía invertida en el proceso, es por tanto un proceso rentable energéticamente. Sin embargo un proceso con una TRE igual o menor de 1 no es rentable energéticamente, y por tanto no se trataría de un proceso de obtención de energía, si es menor de 1 más bien será un sumidero de energía. El diagrama 5b sería el mismo pero aplicado al caso de los biocombustibles, como ve mos tanto la claridad del concepto del índice, como su utilidad, resultan evidentes, pero donde comienzan las dificultades es a la hora de determinar su valor. Diagrama 5b: Energía útil invertida en la obtención de biocombustibles 44

Es relativamente fácil determinar la energía útil en mantener el funcionamiento del proceso, también puede serlo llevar la contabilidad de la energía invertida en mantener la infra estructura del proceso, pero Cómo evaluar la energía invertida en la creación del propio proce so? Debe incluirse la construcción de la fábrica? la fabricación del cemento? La de la ma quinaria? La minería del metal con que se fabricó la maquinaria? Es un problema difícil, y además no hay un criterio consensuado sobre cómo hacerlo. En principio, será más fiable un calculo de la TRE, cuanto más se haya especificado cómo se ha realizado, y cuantos más elementos se consideren en ese balance. Por otra parte en el balance también debe de entrar la energía aportada por los subpro ductos, y sobre todo no hay que perder de vista que se trata de una tasa situada, es decir, la TRE para un mismo proceso es distinta según el año de que se trate, ya que las facilidades proporcio nadas por la infraestructura, la tecnología, la disponibilidad de energía, etc. de una sociedad dada influye considerablemente en el valor de la TRE. Diagrama 6: La dependencia energética de la agricultura (Ballenilla, 2004) Además, en el caso de los biocombustibles se trata de un proceso, la agricultura ac 45

tual, que está fuertemente mediado por los combustibles fósiles, como podemos apreciar en el diagrama 6. 4.2.1 Factores que influyen en el cálculo de la Tasa de Retorno Energético (TRE) De manera que cuando se analiza cualquier proceso de transferencia de un tipo de ener gía en otro tenemos que considerar los aspectos de energía útil precisos para desarrollar dicho proceso, que son los siguientes: Diagrama 7: La TRE o tasa de retorno energético (Ballenilla, 2006b) 46

Energía útil empleada en crear la infraestructura del proceso La agricultura industrial usa una extensa infraestructura como talleres mecánicos, pie zas de repuesto, fabricas de maquinaria, vías de acceso, vías férreas, etc. ( Patzek, 2004) y re quiere maquinaria pesada (camiones, tractores, arados, grúas, automóviles, ferrocarril, aviones, locomotoras, embarcaciones) Lo cual debe ser reemplazado periódicamente. Lo mismo puede decirse de las factorías que convierten la materia prima en biocom bustibles, aparte de la energía invertida en las infraestructuras que permiten el desarrollo de esa industria, hay que tener en cuenta la energía invertida en la creación de la propia factoría, por ejemplo, si se ha utilizado cemento para construir la factoría, se ha tenido que excavar una can tera, transportar la roca, triturarla, procesarla y calentarla a 1400 º C, transportar y distribuir el cemento y después edificar. Está claro que sin el aporte inicial de energía útil, que permite cons truir la factoría, no tendríamos después la energía útil, en forma de biocombustible, que nos in teresa. Resulta evidente la dificultad de valorar este insumo energético Cómo valorar el coste energético de las infraestructuras que permiten el desarrollo de un proceso? De ese coste, a re partir entre multitud de procesos distintos, Cuanto es el atribuible al proceso que nos ocupa? Si tenemos en cuenta que la utilidad de un indice está, sobre todo, en permitir la com paración de distintos procesos, esta dificultad se puede soslayar no teniendo en cuenta el gasto energético de las infraestructuras generales, ya que ese gasto es compartido por todos los proce sos en un momento dado. Se trataría simplemente situar cronológicamente la TRE calculada así. No ocurre lo mismo con el gasto energético más específico de un determinado proceso 47

(la construcción de la factoría, por ejemplo), ese si que habría que tenerlo en cuenta, y también es difícil. Como veremos, hay notables diferencias sobre los factores que se tienen en cuenta y en la forma de abordarlos por los distintos autores revisados en este Practicum. En este caso, lo esencial para que las TRE fuesen comparables, sería consensuar los factores a tener en cuenta y el protocolo para su cálculo. Energía útil invertida en mantener la infraestructura del proceso Una vez construida la máquina, la factoría, o puesto en marcha el proceso, este debe de mantenerse, hay un gasto energético en electricidad, en administración y gestión, en reparacio nes, en mantenimiento, en modernización... Energía útil invertida en mantener el funcionamiento del proceso Se trata del apartado más fácil de inventariar para realizar un balance energético y es, por tanto, el más desarrollado por los distintos autores revisados en este Practicum. Aquí se re corren algunos de los imputs energéticos más citados: Fertilizantes de nitrógeno :Son obtenidos a partir de amoniaco, ácido nítrico y dióxido de carbona. Prácticamente todo el amoniaco se produce con gas natural. Por ejemplo en 1995 en Europa la síntesis de amoniaco en plantas modernas consumieron aproximadamente 36,93 MJ/Kg (Biermann et al.., 1999). Fosfato, potasio, y cal : obtenidos principalmente a partir de energía fósil Herbicidas e insecticidas: obtenidos a partir de energía fosil 48

Combustibles fósiles: diesel, Gasolina gas de petróleo licuado (LPG), y gas natural Transporte: para el transporte de la materia prima hasta su procesamiento se usan com bustibles fósiles Semillas : Por ejemplo la producción de semillas de maíz híbridas es energéticamente muy intensiva (Pimentel, 2004). Se necesitan dos genotipos de maíz. Se usa el polen de un ge notipo y debe impedirse que el polen del otro genotipo polinice al genotipo de las semillas de maíz que serán cosechadas (Paztek, 2004). Irrigación : la fuente energética para la extracción del agua, la infraestructuras de riego para el transporte corresponden principalmente a energía fósil. Laboreo : un trabajador necesita aproximadamente 2000 Kcal al día de alimento los cuales provienen de la producción agraria que a su vez es obtenida mediante el aporte de ener gía fósil. Como ya he señalado, es muy difícil cuantificar los valores de la energía útil en crear la infraes tructura del proceso y la energía útil invertida en mantener la infraestructura del proceso, lo que ocasiona que los diferentes valores de la TRE se deban en muchos casos a diferencias de criterio de los distintos autores sobre la energía que se consume. El gráfico 7, en el que se puede observar los requerimientos energéticos de energía fó sil del cultivo del maíz para diversos autores, ilustra muy bien esta circunstancia. 49

Gráfico 7: Requerimientos energéticos de energía fósil del cultivo del maíz para diversos autores. Fuente: Patzek, 2004. Como se puede observar la diferencia fundamental se encuentra en el gasto energético derivado de la necesidad de usar maquinaria. Para Shaupouri, Wang y Berthiaume, el gasto energético en maquinaria es inexistente, mientras que Pimentel y Patzek si que lo consideran, obteniendo resultados muy distintos. 50

4.2.2 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol 4.2.2.1 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol de Maíz En la tabla 3 se presentan un resumen de la producción de maíz por hectárea, de la energía total usada en el proceso de de conversión del maíz a bioetanol, de la energía aportada por los subproductos, del valor energético neto de toda la operación y de la Tasa de Retorno Energético del Bioetanol de Maiz, todo ello basado en 10 fuentes distintas de varios autores en diferentes años. Los datos se encontraba originalmente en las unidades anglosajonas: Bushel por Acres (Bu/acre), Libras por acre (lb/acre), Btu/lb, Galones por Bushel (gal/bu), British Thermal Unit por galones (Btu/gal). Energía apor Producción de Ratio de conversión Proceso de conver Energía total tada por los Valor ener TRE maiz del etanol de maiz sión de Etanol usada coproductos gético neto Estudio/año l/ha litro de etanol/lito de KJ/l maiz KJ/l KJ/l KJ/l Pimentel (1991) 1569,40 0,27 20539,89 36345,54 (LHV) 5964,33 9297,98 0,74 Pimentel (2001) 1811,94 0,27 20838,55 36358,02 (LHV) 5964,33 9310,46 0,74 Keeney and DeLuca (1990) 1697,80 0,27 13446,10 25298,76 (LHV) 2240,92 2340,79 0,91 Marland and Morris (1995) 1697,80 0,27 13899,67 20510,09 (HHV) 2254,51 5036,12 1,25 Lorenz and Mo rris (1995) 1712,06 0,27 14967,98 22495,24 (HHV) 7650,71 8485,72 1,37 Ho (1989) 1284,05 nd 15812,42 24966,97 (LHV) 2912,81 1109,64 0,96 Wang el al (1999) 1783,40 0,27 11332,23 18988,77(LHV) 4147,29 6241,74 1,33 Agri. and agri Food canada (1999) 1654,99 0,29 13985,67 18988,77 (LHV) 3899,00 8274,05 1,32 Shaupouri et al. (1995) 1740,60 0,27 14779,62 22976,27 (HHV) 4176,69 4492,11 1,20 Shaupouri el al (2002) 1783,40 0,29 14364,06 21423,88 (HHV) 3986,95 5854,75 1,27 Tabla 3: Balance energético del Etanol fabricado con maíz según diversos autores. Elaboración propia a partir de datos de Shaupouri, 2002. Nd: no divulgado LHV: valor calorífico bajo = 21083,22 KJ/L Keeney and DeLuca usan 20717,04 KJ/L HHV : valor calorífico alto= 23291,69 KJ/L de etanol. Lorenz and Morris usan 23330,25 KJ/L 51

Cuando se oxida (quema) un combustible para obtener energía, el agua que resulta de la reac ción está en forma de vapor de agua. Cuando se trabaja con el valor calorífico bajo (LHV) de un combustible, se supone que los productos de combustión contienen el agua en forma de vapor, y que el contenido de energía de ese agua no se ha recuperado. Si se utiliza el valor calorífico alto (HHV), se supone que el agua se ha condensado completamente y que por tanto se recupera el calor contenido en el agua (Patzek, 2004). Como se puede observar en la tabla 3 se indica el valor calorífico que utiliza cada autor, esta falta de homogeneidad no influye en el cálculo de la TRE (siempre que se mantenga el mismo criterio, LHV o HHV, el cálculo es correcto) pero hace más difícil la comparación entre los va lores absolutos energéticos de los distintos autores. 52

4.2.2.2 La Tasa de Retorno Energético del Bioetanol de caña de azúcar En la siguiente tabla (tabla 4) se presentan las entradas de energía y las salidas de ener gía en el proceso de la conversión de la caña de azúcar a bioetanol, así como la Tasa de retorno energético del mismo. Se han convertido al Sistema Internacional los datos del estudio original que se encontraban en Kilocalorias por Toneladas de caña (Kcal/TC). Entradas de energía Producción de caña de azúcar (total) Producción de etanol (total) Energía consumida Energía consumida KJ/L KJ/L Operaciones de Agricultura 543,74 Electricidad Transporte 613,31 Fertilizantes Salida de energía KJ/L 0 Etanol 27441,06 Químicos, lubricantes 90,85 Bagazo 2408,78 949,77 Construcciones 170,95 Cal, herbicidas, pesticidas etc 274,11 Equipamiento 443,50 Simiente 83,92 Equipamiento 416,61 Total 2881,46 TRE Salida/entrada 705,30 29849,85 8,3 Tabla 4: Balance energético del Bioetanol fabricado con caña de azúcar. Elaboración propia a partir de datos de Macedo, 2004. 53

4.2.3 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel 4.2.3.1 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel de Palma Aceitera En la siguiente tabla (tabla 5) se puede observar las entradas y salidas de energía para la conversión de la Palma aceitera en biodiesel para diferentes estudios en Brasil y Colombia, además de su Tasa de Retorno Energética respectiva. Balance de energía del biodiesel procedente de Palma aceitera en KJ/L Total Shell Torta del núcleo de la palma palmaaceite del núcleo de la Biodiesel (LHV) Producción de Glicerina Total A B B r a C si l Producción de bidiesel C o l B o C m b i a TRE Transporte y producción agrícola A Salida de energía Transporte y producción agrícola Estudios Entrada de energía 2800 460 3250 6510 1380 2600 4320 35040 1850 45210 6,93 3470 730 3250 7460 1000 2440 4080 35040 1850 44410 5,95 1870 510 3250 5630 1170 5 35040 1850 38070 6,76 13 1550 3250 4810 780 1300 35040 1800 38980 8,10 69 930 3250 4260 4050 860 2140 35040 1850 43950 10,31 31 2650 3250 5940 6250 860 2420 35040 1850 46150 7,77 Tabla 5: Balance de energía del biodiesel procedente de Palma aceitera en las condiciones de produc ción de Colombia y Brasil. Elaboración propia a partir de datos de Da Costa, 2006. 54

4.2.3.2 La Tasa de Retorno Energético del Biodiesel de soja La tabla 6 presenta las entradas de energía en el cultivo de la soja, y las entradas de energía en el procesamiento de la soja cultivada para producir Biodiesel. También se presentan las salidas de energía (la que proporciona el propio biodiesel y las de los subproductos), así como la Tasa de Retorno Energético. En el estudio original los datos se presentaban en British Thermal Unit por Galon de biodiesel de soja, y se han convertido al Sistema Internacional. Tabla 6. Balance energético del biodiesel fabricado con soja Entrada de energía en la agricultura Entrada de energía en el procesamiento KJ/L de biodiesel de soja Salida de energía KJ/L KJ/L Fertilizante 1235,58 Extracción de 8891,85 aceite Energía en el 36868,45 biodiesel Pesticida 1037,24 Refinamiento de 302,93 aceite Co productos Combustible 4036,88 Esterificación Salida de ener 64121,01 gía total Otros (feeds 1856,16 tock) 8139,51 Energía gana da 27252,56 Energía neta ga nada 38621,14KJ/L Total (procesa 17334,02 miento) Total (feedstock) 8165,59 Total entrada 25499,88 Porcentaje ganado 151% TRE 2,51 Tabla 6: Balance energético del Biodiesel fabricado con soja. Elaboración propia a partir de datos de Ahmed, 1994. 55

4.2.4 Resumen de la Tasas de retorno energético según varios autores A continuación se presenta las tablas resumen de todos los estudios revisados en este trabajo tanto del bioetanol como del biodiesel, (el número que aparece debajo cada autor es el número de la tabla de referencia en el trabajo original). La tabla 7 se refiere a los costes energé ticos del cultivo de la matera prima. La tabla 8 abarca los procesos de fabricación de los bio combustibles y la tabla 9 es un resumen de las TRE de los distintos autores a partir de los datos de las tablas 7 y 8. Las tres tablas presentan una síntesis de diversos trabajos y para eso, no solo se han pa sado todas las unidades al SI, sino que se ha tratado de unificar con el mismo criterio los datos de todas las entradas y salidas de energía. Para organizar los datos de las tres tablas, se ha utilizado la clasificación que aparece en el Diagrama 7 en el que se clasifica la Energía útil invertida en implementar y mantener el proceso (EI) en: Crear la infraestructura del proceso Mantener la infraestructura del proceso Mantener el funcionamiento del proceso Esto ha supuesto un gran trabajo ya que los estudios originales no atendían a esta clasi ficación y ha habido que encajar los datos dentro de este formato, gracias a esto se pueden com parar en las tablas 7 y 8 todos los aportes energéticos que señala cada autor. También ha supuesto mucho trabajo y tiempo realizar la conversión de unidades anglo 56

sajonas (absolutamente idiosincrásicas e incluso exóticas) al sistema internacional, sin esa tarea y la organización de los datos, la comparación de los resultados de los distintos autores revisa dos en este Practicum, hubiera sido imposible. Al comparar los resultados de los distintos autores, podemos observar que los trabajos más detallados en cuanto a la obtención de la Tasa de Retorno Energético lo ha realizado Pi mentel y Patzek. Por otro lado el trabajo que especifica con más detalle los aportes energéticos de los subproductos es el de Da Costa y Silva obteniendo, y no por casualidad, la TRE más alta de este estudio comparativo (ya que apunta menos gastos de energía útil en el cultivo y fabricación de biocombustibles, y especifican más la energía retornada por los subproductos). 57

Tabla 7: Coste energético de cultivos para producir biocombustibles. 58

Tabla 8: Costes energéticos del proceso por litro de biocombustible. 59

Tabla 9: TRE de varios biocombustibles, según distintos autores. 60

4.3 Comparación de las tasas de retorno energético de los biocombustibles con las tasas de retorno energético de otras fuentes de energía. No tendría ningún sentido hacer un análisis de la TRE de los distintos biocombustibles sin tener como elemento de referencia la TRE de otras fuentes energéticas. A continuación se ofrece una comparación entre ellas basándose en los datos de Hall y Cleveland (2006). Tasa de retorno energético 110 100 90 80 70 60 TRE 50 40 30 20 Revs biocombust Ballenilla_07 Arenas asfálticas Nuclear Gashol Leña Carbón nacional 2005 Hidroeléctrica Gas natural Aerogeneradores Petróleo nacional USA 2005 Petróleo importado USA 2005 Petróleo nacional USA 1970 Petróleo importado USA 1970 Petróleo nacional USA 1930 10 0 Elaboración propia a partir de los datos de esta revisión y de Hall and Cleveland, 1981; Cleveland et al., 1984; Hall et al., 1986; Cleveland 2005 en EROI: The Key Variable in Assessing Alternative Energy Futures? (and EROI for global oil and gas 1992 2005) ponencia presentada en la V conferencia de ASPO en Pisa, Italia, el 19 de julio de 2006. Biocombustibles, mito o realidad (Ballenilla, M. 2007). Gráfico 8:Tasa de retorno energético de otras fuentes energéticas comparandola con la TRE de esta revisión biobliográfica para biocombustibles. Destaca de entre todas ellas la TRE del petroleo USA de los años 30 con una TRE mayor de 100. Se puede decir sin temor a equivocarse que la abundancia de dicho combustible, con una TRE tan alta, y tan fácil de manejar, ha sido el principal responsable del desarrollo de la civili 61

zación industrial tal y como ahora la conocemos. Le sigue la del carbón con una TRE de casi 90, luego se encuentran, con una TRE entre 20 y 40, los aerogeneradores, la hidroeléctrica, el petroleo importado USA 1970, el petroleo nacional USA 1970, el petroleo importado USA 2005 y la leña. Impresiona ver como ha caído la TRE del petróleo nacional USA de 2005, seguramen te debido a que gran parte procede de yacimientos antiguos y de plataformas marinas, en ambos casos se trata de un petróleo difícil de extraer. También llama la atención la relativamente baja TRE del gas natural, está claro que su dificultad de explotación pasa factura en el cálculo de la TRE, no es extraño que la generalización de su uso haya sido posterior al petróleo. Y ya en la cola se encuentran los biocombustibles de esta revisión, las nucleares, y las arenas asfálticas, con una TRE que oscila entre 0 y 10. 62

5. RENDIMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMAS EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES El rendimiento de las materias primas a utilizar para la obtención de biocombustibles es un factor muy importante, teniendo en cuenta que la materia prima supone más de la mitad de los costos de fabricación de los biocombustibles. En la gráfica 9 se puede observar que la caña de azúcar tiene un rendimiento en litros por hectárea que dobla al del maíz, sin embargo el maíz es la materia prima usada en los Estado Unidos. El gráfico 9 muestra la enorme diferencia de rendimiento entre los diferentes productos agrícolas de países tropicales y de clima templado. Para producir el mismo volumen de biocom bustible, los Estados Unidos necesitan el doble del área de maíz que Brasil con caña de azúcar. Las típicas plantas del clima templado como el trigo o la cebada, con excepción de la remola cha, tienen aún menor rendimiento (Phaumann, 2006). Rendimiento de las Materia Primas del Bioetanol 6000 Litros/Hectarea 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Cebada Trigo Maíz Materias primas Remolacha Caña de Azucar Gráfico 9: Rendimiento de las Materias Primas del Bioetanol. Elaboración propia a parir de datos de Fulton et al.. citado en Worlwatchinstitute, 2006. 63

Rendimiento de la Materias Primas del Biodiesel 4500 Litros/Hectarea 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Soja Ricino Girasol Colza Jatropha Palma aceitera Materias Primas Gráfico 10:Rendimiento de las Materias Primas del Biodiesel. Elaboración propia a partir de datos de Fulton et al.. citado en Worlwatchinstitute, 2006. Para la producción de biodiesel ocurre lo mismo, como se puede observar en la gráfica 10, el aceite de palma supera en tres veces el rendimiento de la colza (utilizada en Alemania) esto explica las nuevas inversiones que se están llevando a cabo en Malasia para producir aceite de palma. Igualmente, los cultivos tropicales tienen una ventaja comparativa en su rendimiento por hectárea frente a los cultivos de las zonas templadas. Las causas de esta circunstancia son más luz, temperatura alta todo el año y pluviome tria abundante. 64

PARTE III 6. LA DISPONIBILIDAD DE TIERRAS DE CULTIVO PARA BIOCOMBUSTIBLES En la gráfica 11 se muestra el porcentaje de tierras de cultivo que serian necesarias para sustituir el 10% del consumo de gasolina para el transporte por biocombustibles, la Europa de los quince necesitaría un 72% de todas sus tierras de cultivo para suplir solo el 10% del car burante usado en el transporte. Hay que tener en cuenta que con la ampliación de la UE a 25 este porcentaje disminuiría ya que se dispondrían de nuevas tierras de cultivo. % de tierras de cultivo Requerimiento de tierras de cultivo para sustituir un consumo del 10% por biocombustibles en el tranporte 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 EEUU Canada Europa-15 Polonia Brasil Mundo 1) Mundo 2) Paises Gráfico 11: Requerimiento de tierras de cultivo para sustituir un consumo del 10% por biocombusti bles en el transporte. Elaboración propia a partir de datos de la OCDE, 2004 Las partes del área del Mundo se calculan concerniente a la tierra usada para los cereales, las oleaginosas y el azú car global (Mundo 1) y dentro de las principales cinco regiones que producen biocombustibles solamente (Mundo 2) 65

Todos los requerimientos de las áreas se calculan en base al área media de la cosecha y recogen los datos para 2000 2004 y para el consumo de combustible para transporte en 2004. Para estos cálculos, los porcentajes del 2004 en la mezcla de la materia prima se asume que permanecen sin cambiar. Los cálculos para la Unión Europea excluyen el etanol del vino, el cual representa cerca de el 18% de producción del etanol de europea en 2004. Los ejemplos de los dos productores principales de bioetanol, Brasil y Estados Unidos, muestran estas diferencias. Para producir los 16.500 millones de litros de bioetanol por año, Brasil utiliza cerca de 2,75 millones de ha (la mitad del área de caña) lo cual representa el 0,5% del área agrícola actualmente cultivada en Brasil. Esta producción basta para reemplazar casi la mitad de la gasolina. Estados Unidos necesita para la misma cantidad de bioetanol casi 6 millo nes de has que representa el 15% del área cultivada actualmente con maíz y 3,5% del área total agrícola. La producción actual llega a sustituir apenas el 2,5% del consumo total de la gasolina. Estimaciones sobre el potencial total de producción de etanol de maíz en Estados Unidos (Uni versity of Toronto, 2006) llegan a la conclusión de que no será posible aumentar la producción de bioetanol en base a maíz más allá de una substitución del 15% del consumo de gasolina (Pfaumann, 2006). La situación para los países industrializados con la producción de biodiesel es más complicada todavía. Alemania, el mayor productor de biodiesel, produce actualmente 1.900 mi llones de litros lo que representa 54% de la producción mundial pero ni el 2% del consumo del diesel en Alemania. Para producir esta cantidad Alemania necesita casi 1,5 millones de ha de colza y girasol, lo que significa 10% del área total cultivada actualmente en ese país. Una extrapolación de estos datos demuestra la ventaja comparativa que tiene Brasil y seguramente otros países de la región en la producción de biocombustibles (Pfaumann, 2006). Para cumplir con el mandato de mezcla del 5,75% de biodiesel hasta el 2010, Alemania 66

tendría que ocupar casi 1/3 de su tierra apta para agricultura para la producción de oleaginosas. Para implementar una mezcla del 10% en la gasolina, Estados Unidos tendría que transformar la mitad de la producción de maíz en bioetanol, utilizando un 15% de su tierra agrícola para ese menester. Brasil, por el contrario, con el 1 ó 1,5% de sus tierras actualmente cultivadas, podría reemplazar totalmente su gasolina por etanol (pero hay que tener en cuenta que el consumo de petroleo en Brasil es mucho menor que el de EEUU). Para producir el bioetanol necesario para sustituir 10% de gasolina en Estados Unidos, Brasil necesitaría el 3% de la tierra actualmente utilizada para agricultura (en base a un rendimiento del 80% de las mejores tierras de caña de azúcar de Brasil ( Pfaumann, 2006). Sin embargo hay que tener en cuenta que estos países tienen los índices más altos en biodiversidad del planeta, por ello el aumento de la superficie dedicada a biocombustibles su pondría pérdidas irreparables en cuanto a biodoversidad. Viendo la foto de portada de este tra bajo de Practicum es muy fácil darse cuenta de la gravedad de este condicionante. El gráfico 11 visualiza la problemática que enfrentan los países industrializados. La Unión Europea tendría que ocupar casi tres cuartas partes de su área cultivada para sustituir apenas el 10% de gasolina y de biodiesel (Pfaumann, 2006). Hay que constatar que los países industrializados (que al mismo tiempo son los gran des consumidores de combustibles) no llegarán a porcentajes significativos de reemplazo de los combustibles tradicionales en base a su propia producción agrícola. Si quieren cumplir con las metas establecidas o por establecerse, tendrán que importar parte de los biocombustibles y bajar 67

las restricciones comerciales estableciendo así un mercado global. Esto es lo que está sucediendo en La Unión Europea, como veremos en el capitulo 7, las políticas que esta llevando a cabo van en esta dirección. Esta posición de los países industrializados podría cambiar en 5 a 10 años una vez cre ada la posibilidad de producir bioetanol a partir de celulosa, a gran escala. Aunque hay que tener en cuenta que este proceso de obtención de bioetanol esta toda vía en fase de investigación. El Banco Mundial llega a las siguientes conclusiones: A corto plazo, el bioetanol de la caña de azúcar es probablemente la opción más viable comercialmente. Otros cultivos aumentan el coste de producción y es poco probable que financieramente sean viables sin la ayuda de subvencio nes del gobierno... A largo plazo, una de las áreas con la promesa más grande de llegar a ser comercialmente viable es fabricación del bioetanol de la celulo sa: productos de bosque, basuras de madera, residuos de la cosecha, y cosechas energéticas tales como switchgrass (WorlBank, 2005). Es de destacar como, hasta las grandes instancias, tienen puestas sus expectativas en el bioetanol a partir de materiales lignocelulósicos, pero hay que recordar que actualmente no son viables. Como señalan diversos autores, los costos de producción son tan elevados que todavía no se ha puesto en funcionamiento ninguna planta comercial que utilice esta materia prima. Sin embargo, muchos centros de investigación de diferentes países están adelantando estudios con miras a disminuir estos costos y llevarlos a niveles rentables para una operación industrial ( Sanchez y Cardona, 2005). 68

7. COMPETENCIA CON LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS Actualmente para los países del primer mundo la producción de biocombustibles no re presenta ningún daño a la seguridad alimentaria. Es sin embargo en los países del tercer mundo donde los biocombustibles pueden representar problemas en cuanto a su seguridad alimentaria. A continuación se incluyen las reflexiones de la FAO sobre esta cuestión: Los biocombustibles se producen fundamentalmente a base de cultivos agríco las que también pueden ser utilizados para la alimentación y los piensos, por lo que podrían tener repercusiones directas en la seguridad alimentaria por medio de sus efectos en los precios de los productos básicos (Oficina regional de la FAO para América Latina y el Caribe CEPAL, 2007). Hay que entender que no se trata de un problema de insuficiencia en la producción agrícola de esos países, sino de acceso de las capas más desfavorecidas a los alimentos produci dos, debido a su precio. América Latina y el Caribe tiene una amplia capacidad de producción, expor tación e importación de alimentos, por lo que la disponibilidad no es el princi pal problema de la seguridad alimentaria. Además, la región presenta un mayor crecimiento en la producción de alimentos (en torno a 0,6% anual entre 1990 y 2003) y una mayor proporción de exportaciones de alimentos respecto al pro medio mundial ("El estado mundial de la agricultura y la alimentación SOFA 2006). En el gráfico 12 se presenta un índice "oferta de energía alimentaria per cápita" de los países de la región sudamericana para el periodo 1990 1992 y 2002 2004. Todos los países, a excepción de Haití y Bolivia, presentan un superávit y Perú presentaba un déficit en el periodo 1990 92. Este gráfico también muestra que países como Argentina (debido a la crisis económica 69

del 2000 2001), Rep Dominicana, Guatemala, Panamá y Venezuela tuvieron un crecimiento ne gativo en este indicador. Estimaciones más recientes de la FAO indican que entre 1995 97 y 2002 04 República Dominicana, Ecuador y Honduras también tuvieron un crecimiento negativo en la disponibilidad de alimentos (CEPAL, 2007). Gráfico 12: Índice "oferta de energía alimentaria per cápita" de los países de la región sudameri cana para el periodo 1990 1992 y 2002 2004. En general los países de Centroamérica, cuya dieta está basada en el maíz, son los que presentan mayores riesgos de disponibilidad de alimentos, ya sea por una baja en la producción nacional, debido a efectos climáticos adversos, o en una reducción de su capacidad para impor tar debido al aumento potencial de los precios de maíz (CEPAL, 2007). Muy recientemente se han dado ya los primeros casos de competencia entre el uso de granos para fabricar biocombustible frente a su uso alimentario, por ejemplo es el caso de la torta de maíz en México que se puede leer a continuación: México debe establecer sustanciales y permanentes apoyos a la producción de 70