El bioetanol es el etanol convencional obtenido del procesamiento de materias primas vegetales para su uso como biocombustible . La producción mundial de bioetanol en 2005 ascendió a 36,3 mil millones de litros, de los cuales el 45% provino de Brasil y el 44,7% de Estados Unidos . El etanol en Brasil se produce predominantemente a partir de la caña de azúcar , mientras que en EE.UU. se produce a partir del maíz . La producción de etanol a partir de la caña es mucho más económica que la del maíz. El gobierno federal de EE. UU. otorga crédito fiscal a los productores de etanol(pero no subsidios) a $0.51 por galón de etanol. El etanol brasileño es barato debido a los bajos salarios de los recolectores de caña de azúcar.
Los Estados Unidos en agosto de 2005 adoptaron el "Energy Bill" (" Energy Policy Act of 2005 "), y el "Renewable Fuels Standard" (" Renewable Fuels Standard "). Prevén para 2012 una producción anual de 30 000 millones de litros de etanol a partir de cereales y 3 800 millones de litros a partir de celulosa (tallo de maíz, paja de arroz, residuos de la industria forestal, etc.).
Actualmente, la mayor parte del bioetanol se produce a partir de maíz (EE. UU.) y caña de azúcar (Brasil). La materia prima para la producción de bioetanol también pueden ser diversos cultivos agrícolas con un alto contenido en almidón o azúcar : mandioca , patata , remolacha azucarera , boniato , sorgo , cebada , etc.
La mandioca tiene un gran potencial . La yuca se produce en grandes cantidades en China , Nigeria y Tailandia . El costo de producir bioetanol a partir de yuca en Tailandia es de aproximadamente $35 por barril de petróleo equivalente .
El mejor clima para la producción de caña de azúcar lo tiene Perú , países del Caribe . Indonesia y algunos países africanos como Mozambique también pueden producir grandes cantidades de caña de azúcar .
El etanol se puede producir en grandes cantidades a partir de la celulosa . La materia prima puede ser diversos residuos agrícolas y forestales: paja de trigo , paja de arroz , bagazo de caña de azúcar , aserrín, etc.
El perejil de Sosnovsky puede servir como materia prima para la producción de bioetanol . De una hectárea de perejil, aproximadamente, se pueden obtener hasta 25 mil litros de bioetanol. En comparación, la caña de azúcar y la remolacha azucarera producen 4.550 y 5.060 litros de bioetanol por hectárea, respectivamente. [una]
Un método para producir etanol conocido desde la antigüedad es la fermentación alcohólica de productos orgánicos que contienen carbohidratos ( uvas , frutas , etc.) bajo la acción de enzimas de levaduras y bacterias . El procesamiento de almidón , papas , arroz , maíz , etc. es similar. Esta reacción es bastante complicada, su esquema se puede expresar mediante la ecuación:
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2Como resultado de la fermentación se obtiene una solución que no contiene más del 15% de etanol, ya que la levadura suele morir en soluciones más concentradas. El etanol así obtenido necesita ser purificado y concentrado, generalmente por destilación .
Producción industrial de alcohol a partir de materias primas biológicasLa tecnología industrial moderna para obtener alcohol etílico a partir de materias primas alimentarias incluye las siguientes etapas:
Los desechos de la producción de fermentación son aceites de vinaza y fusel . Bard se utiliza para la producción de piensos.
Los mayores productores de bioetanol en EE.UU. son Archer Daniels Midland y Cargill .
Producción de hidrólisisA escala industrial, el alcohol etílico se obtiene a partir de materias primas que contienen celulosa ( madera , paja ), que se hidroliza previamente . La mezcla resultante de pentosas y hexosas se somete a fermentación alcohólica. En los países de Europa Occidental y América , esta tecnología no estaba muy extendida, pero en la URSS (ahora en Rusia ) había una industria desarrollada de levadura de hidrólisis de forraje y etanol de hidrólisis.
En 2008, la participación del etanol en el consumo mundial de combustible para motores fue del 5,4%. En el mismo año, el 89% de la producción mundial de etanol provino de Estados Unidos y Brasil. [2]
El etanol es una fuente de energía menos "densa en energía" que la gasolina (solo para mezclas con alto contenido de etanol, consulte Eficiencia energética del etanol a continuación); el kilometraje de los automóviles que funcionan con E85 (una mezcla de 85% de etanol y 15% de gasolina; la letra "E" - del inglés Ethanol ) por unidad de volumen de combustible es aproximadamente el 75% del kilometraje de los automóviles estándar. Los motores de combustión interna de automóviles convencionales no pueden funcionar con E85, aunque funcionan bien con E10 . En etanol "real", solo los llamados. máquinas " Flex-Fuel " (automóvil con motor multicombustible). Estos vehículos también pueden funcionar con gasolina regular (todavía se requiere una pequeña adición de etanol) o con una mezcla arbitraria de ambos. Brasil es líder en la producción y uso de bioetanol a partir de caña de azúcar como combustible. Las estaciones de servicio en Brasil ofrecen la opción de E20 (a veces E25) bajo la apariencia de gasolina regular, o " acool " E100 , un azeótropo de etanol (96% C 2 H 5 OH y 4% (en peso) de agua). Aprovechando que el etanol es más barato que la gasolina, petroleros sin escrúpulos diluyen el E20 con un azeótropo, de manera que su concentración puede alcanzar tácitamente hasta el 40%. Es posible convertir un automóvil ordinario en Flex-fuel, pero no es económicamente factible.
Los críticos de la producción de bioetanol afirman que los bosques tropicales a menudo se talan para plantaciones de caña de azúcar para producir bioetanol. Aunque las plantaciones de caña de azúcar no son el objetivo principal de los leñadores. Los bosques tropicales están siendo talados ilegalmente para obtener madera. Si los productores ilegales de madera talan una parcela de bosque, luego de que se van, la parcela es ocupada por agricultores para el pastoreo. Después de 3 o 4 años, el pastoreo de ganado en este sitio se detiene y el sitio es ocupado por agricultores para la producción de soja y otros cultivos.
La producción de etanol a partir de maíz en EE.UU. es 5-6 veces menos eficiente que su producción a partir de caña de azúcar en Brasil. Recientemente, se ha iniciado la producción de etanol celulósico en los estados del sur de los Estados Unidos, para lo cual se siembra sorgo dulce [2] .
En 2004, la Federación Rusa adoptó GOST R 52201-2004 para combustibles para motores que contienen alcohol ("benzanoles") con un contenido de etanol de 5 a 10%. Desde 2006, entraron en vigor las enmiendas a la Ley "Sobre la regulación estatal de la producción y el volumen de negocios de alcohol etílico, productos alcohólicos y que contienen alcohol" y al capítulo "Impuestos especiales" del Código Fiscal de la Federación Rusa. Como consecuencia de los cambios, la gasolina con un contenido de alcohol superior al 1,5% se reconoce como producto con contenido alcohólico con todas las consecuencias que ello conlleva: su fabricación y comercialización están sujetas a licencia y control especial por parte de las autoridades fiscales. [3]
En 2018, se adoptó una ley que regula la producción y circulación de bioetanol y diseñada para eliminar la producción y circulación de gasolina de motor producida con la adición de alcohol etílico de la ley de 2006 sobre la regulación estatal de la producción y circulación de alcohol etílico. [cuatro]
E5, E7, E10 : mezclas con bajo contenido de etanol (5, 7 y 10 por ciento en peso, respectivamente), las más comunes en la actualidad. En estos casos, la adición de etanol no solo ahorra gasolina reemplazándola, sino que también elimina el nocivo aditivo oxigenante MTBE .
E85 : una mezcla de 85% de etanol y 15% de gasolina . Combustible estándar para los llamados. Máquinas " Flex-Fuel ", distribuidas principalmente en Brasil y Estados Unidos, y en menor medida - en otros países. Por su menor densidad energética, se vende más barato que la gasolina.
ED95 es una mezcla de 95% de etanol y 5% de aditivo de combustible. Scania comenzó a desarrollar un motor de autobús diésel con 95 % de etanol a mediados de la década de 1980 . Se ha creado un programa de prueba para autobuses urbanos con motores que funcionan con 95% de etanol - "BEST" (" BioEthanol for Sustainable Transport ").
E100 es formalmente 100% etanol, sin embargo, debido al hecho de que el etanol es higroscópico , su producción y uso sin una concentración residual de agua no es rentable. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, E100 significa una mezcla azeotrópica estándar de etanol (96 % C 2 H 5 OH y 4 % de agua (en peso); 96,5 % y 3,5 % en porcentaje en volumen). Por destilación convencional, es imposible obtener una mayor concentración de etanol.
En el artículo de Wikipedia en inglés Mezclas de combustible de etanol se describe una nomenclatura detallada de las mezclas de etanol y gasolina utilizadas como combustible en diferentes países y vehículos .
En diciembre de 2007, la Universidad de Dakota del Norte y el Centro de Investigación Automotriz de Minnesota (MnCAR) publicaron los resultados de un estudio sobre la eficiencia energética del bioetanol en el transporte por carretera [5] . En el estudio participaron tanto automóviles ordinarios como automóviles con motores de "combustible flexible ". Se estudiaron mezclas de 2% a 85% de contenido de etanol en gasolina .
Para los autos comunes, la mezcla E30 resultó ser óptima . El consumo de combustible disminuyó un 1% en comparación con la gasolina. El resultado se obtuvo en los autos " Toyota Camry " y " Ford Fusion ".
Para los autos de "combustible flexible ", la mezcla E20 resultó ser óptima . El consumo de combustible ha disminuido un 15% en comparación con la gasolina. El resultado se obtuvo sobre el modelo " flex-fuel " " Chevrolet Impala ".
En 2006 , en su informe , el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) informó que el costo de producción de bioetanol en los Estados Unidos es de alrededor de $0,3 por litro, en Brasil - $0,19-0,2, en Europa - $0,5 [6] . A principios de 2008, el precio de mercado de 1 litro de etanol era: en los EE. UU. - $ 0,43 (gasolina - $ 0,55), en Brasil - $ 0,4, en Europa - $ 0,72 (gasolina - $ 1,5) [7] .
En Brasil, el bagazo de caña de azúcar se utiliza como combustible en centrales eléctricas . Esto permite aumentar el balance de combustible del etanol producido a partir de la caña de azúcar hasta en un 8% .
El uso de bioetanol como combustible reduce las emisiones de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero . La reducción de las emisiones de dióxido de carbono por el uso de bioetanol depende del material vegetal utilizado, la zona climática y los costos indirectos de su cultivo, transporte y procesamiento, ya que estos procesos utilizan combustibles fósiles (trabajos agrotécnicos, secado de granos para almacenamiento, producción de fertilizantes para restaurar la fertilidad del suelo, rectificación de alcohol y tratamiento de residuos). Las reducciones en las emisiones de CO2 de la producción de etanol a base de granos en los Estados Unidos promediaron el 19 % en 2007, y se estima que se podría lograr una reducción de CO2 del 28-32 % al actualizar la producción de alcohol a gas natural solamente. La máxima reducción de las emisiones de CO 2 puede lograrse en la producción de etanol a partir de desechos que contienen celulosa (p. ej., desechos de la industria forestal, 52 %) como fuente de celulosa y combustible en la producción de alcohol; La reducción de emisiones máxima teórica - 82% - se puede lograr en la producción de etanol a partir de la biomasa celulósica del mijo Panicum virgatum , pero dicha producción está actualmente (2011) ausente [8] .
El principal problema en la producción de bioetanol a partir de productos agrícolas comerciales, principalmente a partir de cereales, es la reducción de la proporción de tierra ocupada por la producción de cultivos forrajeros y alimentarios y, como consecuencia, el aumento de los precios de los alimentos. Así, según las estimaciones del Comité de Presupuesto del Congreso de los Estados Unidos, la contribución del crecimiento en el uso de granos para la producción de etanol en el aumento de los precios de los alimentos en 2008 fue del 35% [9] .
El oxígeno contenido en el etanol permite una combustión más completa de los hidrocarburos combustibles. Un contenido de etanol del 10 % en la gasolina reduce las emisiones de partículas hasta en un 50 % y las emisiones de CO en un 30 %.
En 2006, el uso de etanol en los Estados Unidos redujo las emisiones de alrededor de 8 millones de toneladas de gases de efecto invernadero (en CO 2 equivalente), lo que equivale aproximadamente a las emisiones anuales de 1,21 millones de automóviles.
A principios de 2007, el 15% de los automóviles en Brasil tenían motores de combustible flexible .
En 2007, se vendieron 2 millones de vehículos nuevos con biocombustible en Brasil, lo que representa el 85,6% del mercado brasileño de automóviles nuevos. En 2003, se vendieron 48.000 vehículos con biocombustible en Brasil, lo que representa el 4% del mercado automotriz.
Recientemente, los motores Flexifuel de Ford se han generalizado . Aproximadamente 17.500 Flexifuels se vendieron en Europa en 2007 .
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