Áreas Temáticas de la Bioenergía
Qué es la bioenergía ?
Biocombustibles Gaseosos
Biocombustibles Líquidos (Etanol y Biodiesel)
Energía Rural (leña y carbón)
Qué es la bioenergía ?
La bioenergía es la energía que se obtiene a partir de la biomasa. Esta presenta bajos niveles de emisiones de gas de efecto invernadero en comparación con las fuentes de energía fósil (Sheehan et al., 1998). Puede producirse a partir de los biocombustibles sólidos como la leña, el carbón o los residuos agrícolas (que pueden quemarse directamente o gasificarse para producir calor y electricidad), los cultivos energéticos (como la caña de azúcar y plantas oleaginosas de las que se pueden producir combustibles líquidos como el bioetanol y el biodiesel), y de los residuos municipales, industriales y pecuarios (de los que pueden obtenerse combustibles gaseosos como el biogás).
La biomasa es una atractiva materia prima por tres principales razones: primero, es un recurso renovable, segundo tiene propiedades positivas ambientales resultando en menor liberación de emisiones de dióxido de carbono y bajo contenido de azufre. Y tercero, aparece como un potencial económicamente significativo.
Clasificación de los Biocombustibles según su aspecto físico
| Aspecto físico | Biocombustible |
| Sólidos | Leñas y astillas Paja de biomasa y cereales de cardo,miscanthus entre otros Biocombustibles sólidos densificados (pellets y briquetas) Carbón Vegetal |
| Líquidos | Líquido piroleñoso Líquido de hidrólisis Bioetanol y bioalcoholes Aditivos oxigenados Aceite vegetal (Biodiesel) Metiléster |
| Gases | Biogás (diversos orígenes) |
Fuente: Los Biocombustibles. M. Camps y F. Marcos, 2002.
A continuación se dará una breve explicación sobre las diferentes fuentes de bioenergía:
Biocombustibles Líquidos (Etanol y Biodiesel)
Los biocombustibles líquidos son aceites, alcoholes y otros compuestos químicos producidos a partir de materia orgánica tal como, las plantas herbáceas, oleaginosas y leñosas, residuos de la agricultura y actividad forestal, como también de una gran cantidad de desechos biológicos industriales como los desperdicios, y los subproductos de la industria alimenticia. La principal forma de utilización de los biocombustibles líquidos, es como etanol o alcohol etílico y biodiesel. El biodiesel puede ser usado como reemplazo del diesel y el bioetanol para la gasolina.
Las ventajas de los biocombustibles son: a) Fácilmente disponibles a partir de las fuentes de biomasa, b) son ambientalmente amigables y c) son biodegradables y contribuyen a la sustentabilidad (Puppan, 2002).
Principales fuentes de Biocombustibles para Automóviles
Fuente: Demirbas, A. (2008). Biodiesel: A realistic fuel alternative for diesel engines.
El Bioetanol es un alcohol que se obtiene a partir de tres tipos de materia prima: los productos ricos en sacarosa, como la caña de azúcar, la melaza y el sorgo dulce; las fuentes ricas en almidón, como cereales (maíz, trigo, cebada, etc.) y tubérculos (yuca, camote, papa); y mediante la hidrólisis de los materiales ricos en celulosa, como la madera y los residuos agrícolas. El bioetanol se usa como solvente, en la elaboración de bebidas y ahora comúnmente como combustible o aditivo de gasolina. Las materias primas son en general el azúcar de caña o de remolacha.
Propiedades Técnicas del Bioetanol
| Características |
| Alto contenido de Oxigeno |
| Biodegradable |
| No produce compuestos de azufre |
| Biocombustible renovable (lleva una disminución de las emisiones de gases efecto invernadero) |
| Incremento en rendimiento y potencia |
Tres opciones básicas para la producción de Etanol
Fuente: Adaptado Horta, L. (2006 ). Viabilidad del etanol derivado de biomasa como combustible para el transporte. Tarea 5, Banco Interamericano de Desarrollo (borrador)
El biodiesel, es un sustituto del combustible diesel producido a partir de fuentes renovables como aceites vegetales, grasa animal y aceites de freir usados. Una fuente de aceite vegetal para el biodiesel es el producido por más de 350 especies de plantas oleaginosas, entre las que se encuentran la palma de aceite, la jatropha, colza, soya, ricino, maíz, girasol entre otros.
Diagrama de Flujo para la producción de Biodiesel
Fuente: Probst, O. (2005). Memorias II Reunión Nacional Rembio, Chiapas.
Propiedades Técnicas del Biodiesel
| Características |
| Insoluble en agua |
| Amarillo brillante u obscuro |
| Biodegradable |
| Bajas emisiones de efecto invernadero |
| No contiene azufre |
| Mejora la combustión |
| Es renovable |
| Puede emplearse puro o combinado |
Fuente: Demirbas, A. (2008). Biodiesel: A realistic fuel alternative for diesel engines
Cultivos para la producción de aceite vegetal
| Variedad Vegetal |
Nombre Científico |
kg aceite(ha*año) |
| Maíz | Zea mays | 145 |
| Algodón | Gossypíum hirsutum | 273 |
| Cáñamo | Cannabis sativa | 305 |
| Soya | Glycine max | 375 |
| Linaza | Linum usitatissimum | 402 |
| Cártamo | Carthamus tinctorius | 655 |
| Planta Búfalo | Cucurbita foetidissima | 665 |
| Arroz | Oriza sativa L. | 696 |
| Girasol | Helianthus annuus | 800 |
| Cacao | Theobroma cacao | 863 |
| Cacahuate | Arachis hypogaea | 890 |
| Canola | Brassica napus | 1000 |
| Olivo | Olea europaea | 1019 |
| Ricino | Ricinus communis | 1188 |
| Nogal | Carya illinoensis | 1505 |
| Jojoba | Simmondsia chinensis | 1528 |
| Palma babassu | Orbygnia martiana | 1541 |
| Jatropha | Jatropha curcas | 1590 |
| Aguacate | Persea americana | 2217 |
| Coco | Cocos nucifera | 2260 |
| Palma macauba | Acromia aculeata | 3775 |
| Palma de aceite | Elaeis guineensis | 5000 |
Fuente: Probst, O. (2006). Memorias III Reunión Rembio, Veracruz
Biocombustibles Gaseosos
Los biocombustibles gaseosos se clasifican de acuerdo a los procesos de conversión, ya sea por medios biológicos (biogás) o térmicos (gasificación).
El biogás se genera por las reacciones de biodegradación de residuos vegetales y animales (p.e estiércol animal o humano, aguas negras y residuos agrícolas), mediante la acción de microorganismos en ausencia de aire (anaeróbico). Generalmente, el biogás es producido en biodigestores. Este es un sistema que aprovecha la digestión anaerobia de las bacterias que ya habitan en el estiércol, para transformar este en biogás y fertilizante.
El biogás puede ser empleado como combustible en las cocinas, iluminación y calefacción doméstica, y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un motor que genere electricidad.
Esquema general de la obtención del Biogás a partir de biomasa y posibles usos
Fuente: Bernal, S. I., (2008). Ingeniería conceptual de una planta de Biogás. Facultad de Química, Tesis Licenciatura UNAM.
Tipo de recurso y tecnología para la obtención de biogás.
| Materia Prima | Tecnología (a) | Escala (m3/año) | Costos de inversión (US) (b) | Costo unitario (US/MW) (c) | Productos obtenidos | Costo producto (US/MWh) (b) |
| Estiércol y orina | Biodigestores de geomembrana de PVC | 24 | 100 | ND | Biogás | ND |
| Estiércol y orina | Biodigestores de polietileno de invernadero | 24 | 33 | ND | Biogás | ND |
| Estiércol | Biodigestor semi-industrial | 24,638 (18MW) | 51,750 | 2,875 | Biogás Vapor Electricidad |
49 266 |
| Estiércol y residuos de maíz | Biodigestor semi-industrial | 53,271 (36 MW) | 66,825 | 1,856 | Biogás Vapor Electricidad |
16 202 |
| Estiércol y residuos de alimentos | Biodigestor semi-industrial | 72,158 (50 MW) | 146,925 | 2,939 | Biogás Vapor Electricidad |
15 266 |
Fuente: Red Mexicana de Bioenergía, "La bioenergía como catalizador de desarrollo sustentable", (2006).
La Gasificación es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (residuo orgánico) es transformado en un gas combustible de bajo poder calorífico, mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada en presencia de un agente gasificante (aire, oxígeno y/o vapor de agua).
El proceso químico de la gasificación convierte cualquier material que contenga carbono en un gas de síntesis compuesto principalmente de monóxido de carbono e hidrógeno. Este gas de síntesis puede ser usado como combustible para generar vapor o electricidad, o como productor de materia prima en la industria química así como en una gran cantidad de procesos industriales.
Proceso de Gasificación
Energía Rural (leña y carbón)
Los biocombustibles más utilizados en el sector rural son leña (incluyendo carbón vegetal y residuos forestales), residuos agrícolas y residuos de animales (estiércol). El uso de la leña se concentra principalmente en los hogares rurales y en pequeñas industrias y por el momento no existen aplicaciones a gran escala.
La situación en México: Uno de cada tres hogares usan leña para cocinar (28 millones de habitantes). El consumo promedio es de 2.1 kg/cap/día o 5 ton/fam/año. Los niveles de contaminación intramuros en los hogares que utilizan leña para cocinar son muy altos (700 microgramos/m3), más de tres veces al promedio reportado en grandes ciudades donde los principales afectados son mujeres y niños.
Consumo de Leña en México
Fuente: FAO (1998), Díaz-Jiménez (2000).
El mayor reto consiste en utilizar los cambios hacia una mayor eficiencia energética y el uso de fuentes renovables en beneficio de las zonas rurales. Como una solución a esta problemática, desde los años ochenta se han difundido las estufas eficientes de leña. En México, existe poca experiencia documentada de programas de estufas mejoradas de leña.
En los últimos años se han desarrollado nuevas iniciativas en diferentes regiones de México, particularmente en Michoacán, Chiapas y Oaxaca. Se ha trabajado con una diversidad de diseños de estufas y planes de diseminación. Probablemente existan en nuestro país alrededor de 50 mil estufas mejoradas de leña.
Recientemente, algunos proyectos han buscado ser más consistentes y pretender metas con plazos más amplios, como por ejemplo, el “Proyecto Estufas Patsari” el cual inicia en 2003. Este proyecto además del desarrollo y difusión de la Estufa Patsari, evalúa por primera vez y de manera integral, el uso de las estufas, llevando a cabo de manera simultánea estudios de investigación para documentar los impactos tales como: Contaminación intramuros, Eficiencia y funcionamiento, Percepciones y calidad de vida, Impactos a la salud, Gases de efecto invernadero y el potencial de mitigación.
Proyecto Estufa Patsari
Foto: Víctor Berrueta
Fuente: Víctor Berrueta
Carbón vegetal:
Existe una gran demanda a nivel nacional, se calcula que alrededor de 10 millones de familias urbanas usan carbón). Se produce fundamentalmente en hornos tradicionales de tierra, que tienen eficiencia baja en la transformación de leña a carbón, del 12 al 20% del peso seco de la leña. Este tipo de producción provoca daños a la salud de los productores, por inhalación de gases tóxicos y exposición a altas temperaturas.
La producción eficiente de carbón vegetal se puede lograr (entre otras estrategias) mediante el uso de hornos eficientes, ya sean a base ladrillo como el modelo Rabo Quente o metálicos (Arias, T., 2008- Memorias V Reunión Nacional Rembio, Morelia). En general, la producción tradicional de carbón abastece los mercados locales tanto en las áreas rurales como urbanas.
Horno tradicional para producir carbón
Foto: Tere Arias
