Composición básica del biocombustible

Una de las muchas soluciones para ayudar a frenar el calentamiento global es encontrar fuentes de energía alternativas. Los paneles solares y las turbinas eólicas pueden satisfacer las necesidades mundiales de electricidad, incluidos los automóviles eléctricos, pero la actual La dependencia de los combustibles fósiles para alimentar automóviles, camiones, aviones, generadores y otros motores debe ser dirigido. El biocombustible como el biodiesel utiliza un combustible líquido creado a partir de material vegetal que puede reemplazar la quema de combustibles fósiles.

Combustibles fósiles derivan del petróleo sin refinar. Este petróleo crudo es una sustancia formada a partir de los restos de vida vegetal y animal que se ha mantenido bajo una tremenda presión durante millones de años.

Los tres tipos principales de combustibles fósiles son el petróleo, el carbón y el gas natural, ninguno de los cuales es renovable. Esto significa que los combustibles fósiles que existen hoy en día pueden agotarse algún día. Para prepararse para el advenimiento del agotamiento de los combustibles fósiles, se han creado y se están creando biocombustibles.

Biocombustibles se derivan de material vegetal vivo o recientemente vivo como el maíz o la hierba varilla, una hierba perenne que puede crecer de 8 a 10 pies de altura. Este material a granel se llama biomasa y se considera una fuente de energía renovable ya que el material vegetal puede volver a crecer.

La quema de combustibles fósiles produce dióxido de carbono, y se sabe desde hace mucho tiempo que este dióxido de carbono adicional aumenta el efecto invernadero natural de la atmósfera terrestre.

En resumen, el efecto invernadero es la energía del sol que llega a la Tierra, la calienta y luego se vuelve a irradiar a la atmósfera. Los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono o el metano absorben esta energía y vuelven a irradiar parte de ella a la Tierra. Esto ayuda a calentar la atmósfera a una temperatura global promedio de unos 16 grados Celsius (59 grados Fahrenheit), capaz de sustentar la vida.

Los combustibles fósiles aceleran el efecto invernadero colocando más dióxido de carbono en la atmósfera, y esto eleva la temperatura del planeta, un efecto conocido como calentamiento global. Este cambio de temperatura puede provocar un cambio climático a medida que el clima habitual de la Tierra se desequilibra.

La quema de biocombustibles también produce dióxido de carbono, pequeñas cantidades de monóxido de carbono y otras partículas al igual que los combustibles fósiles. La diferencia no está tanto en el contenido de la combustión, sino en que la biomasa, en su crecimiento reciente, utilizó dióxido de carbono atmosférico durante la fotosíntesis.

La suposición es que el biocombustible quemado reemplaza el dióxido de carbono original absorbido por la fotosíntesis. Por lo tanto, biocombustibles se consideran tienen una emisión neta de dióxido de carbono de cero a lo largo de su vida útil.

Los combustibles fósiles consisten en hidrocarburos en forma de cadena y aromática, pero el biocombustible consiste en cadenas de hidrocarburos con grupos de oxígeno unidos. Su composición química puede incluir ácidos, alcoholes y ésteres.

El biocombustible es más un enfoque de transición hacia cero emisiones de carbono, ya que la combustión de biomasa todavía produce dióxido de carbono, partículas y con el oxígeno agregado, incluso pueden crear toxinas como el formaldehído en la combustión proceso.

El biocombustible tiene generaciones. La primera generación de producción de biocombustibles es el combustible basado en cultivos de plantas como el maíz o la caña de azúcar. La segunda generación proviene de desechos animales o vegetales, y el biocombustible de tercera generación se deriva de las algas.

Existen diferentes tipos de biocombustibles, y muchos se utilizan actualmente en mezclas con los combustibles fósiles gasolina o diesel. A continuación se muestran los biocombustibles habituales actualmente en uso y sus definiciones, composición, producción y usos.

La definición básica de biodiésel es un combustible de color dorado a marrón oscuro destinado a sustituir al diésel. La composición del biodiésel se compone principalmente de triglicéridos que se clasifican como ésteres. Los ésteres se procesan mediante transesterificación. Los aceites biológicos de grasas vegetales y animales, incluidos los aceites usados ​​de cocina, reaccionan con alcoholes de cadena corta y un catalizador en condiciones de calor.

La transesterificación convierte los ésteres, los ácidos grasos de cadena larga, en biodiésel y glicerina. Aunque es una mezcla, la fórmula química básica del biodiésel es C₁₇H₃₄O₂, con el grupo éster –CO₂CH₃ al final de la larga cadena de carbono.

Los biodiésel se utilizan en motores diseñados para combustible diesel. El biodiesel produce menos azufre en el proceso de combustión pero entrega menos energía que el diesel a base de petróleo. Se necesitan modificaciones mínimas del motor para utilizar biodiésel; por lo general, solo la instalación de mangueras y sellos de caucho sintético en el sistema de combustible ya que el biocombustible degrada el caucho natural.

A bajas temperaturas, una alta concentración de biocombustible se vuelve demasiado viscosa para trabajar en un motor y no sería Adecuado para temperaturas inferiores a 13 grados Celsius (55 grados Fahrenheit) ya que la corrosión de las piezas del motor puede ocurrir. Las mezclas de menos del 20 por ciento de biocombustible y el 80 por ciento o más de diesel evitan este problema de viscosidad.

El biodiesel se puede comprar en ciertas estaciones de combustible y comúnmente se distribuye como B100, 100 por ciento de biocombustible o B20, una mezcla de 20 por ciento de biocombustible y 80 por ciento de diesel. El rendimiento de la gasolina disminuye por encima de la calificación B20 de biodiésel. Esta disminución anula cualquier ganancia que el diesel tenga sobre la gasolina, especialmente cuando se viaja a velocidades más altas.

La definición básica de etanol es un líquido incoloro producido por la fermentación natural de azúcares. El etanol está compuesto de carbono, hidrógeno y un grupo hidróxido, y se deriva del maíz, la remolacha azucarera y la caña de azúcar. El proceso utilizado es la fermentación. El proceso más económico es moler el maíz hasta obtener una consistencia similar a la harina antes de fermentar.

Después del proceso de fermentación, el etanol se destila (purifica) a una alta concentración. La fórmula química de la molécula de etanol es C₂H₅OH.

El etanol se puede utilizar en motores diseñados para gasolina. Cualquier vehículo vendido en los Estados Unidos puede funcionar con una mezcla de 10 por ciento de etanol y 90 por ciento de gasolina sin plomo. La mayor parte de la gasolina que se vende ahora se mezcla con etanol.

El etanol ayuda a que la gasolina se queme más completamente; esto aumenta el rendimiento energético, pero tiene el potencial de contribuir más contaminantes de smog al medio ambiente.

La definición básica de metanol es un líquido incoloro destilado de material vegetal o mediante la oxidación del metano. El metanol se compone de carbono, hidrógeno y un hidróxido. Es el más simple de los alcoholes con una fórmula química CH₃OH. El metanol es menos costoso de producir que el etanol y puede derivarse de cualquier material vegetal o de emisiones de gas de vertedero o de plantas de energía.

El metanol se produce mediante una reacción de síntesis de monóxido de carbono e hidrógeno. Estos componentes pueden generarse a partir de la quema de carbón, gas o biomasa. Usar el producto de desecho de un proceso, como los gases de la quema de carbón, para los productos iniciales de otro proceso, como la creación de metanol, es reciclaje industrial y reducirá la liberación de contaminantes en el atmósfera.

El metanol se puede utilizar en motores de gasolina. Las ventajas de usar metanol como combustible incluyen un menor volumen de toxinas y partículas de combustión que la gasolina. Se puede mezclar hasta un 15 por ciento de metanol en volumen en motores de gasolina sin ninguna modificación del motor.

Aunque el metanol es significativamente menos costoso, la reducción del consumo de combustible anula la rentabilidad. Además, es difícil eliminar el agua del metanol y esto puede corroer las mangueras y los sellos del motor.

La definición básica de biobutanol es un combustible líquido incoloro elaborado a partir de ciertas plantas, principalmente maíz. La composición básica del butanol consiste en carbono, hidrógeno y oxígeno. Es un alcohol de cuatro carbonos (alcohol butílico) con una fórmula química de C₄H₁₀O.

El biobutanol se deriva principalmente de la fermentación de la materia prima del maíz. En la fermentación de azúcares simples a partir de materia prima, se producen butanol, etanol y acetona. La separación de estos subproductos aumenta el costo de producción, aunque cualquier planta de procesamiento que produzca etanol también puede producir butanol.

El biobutanol es menos corrosivo y proporciona casi un 25 por ciento más de energía que el etanol y se puede mezclar con gasolina para ayudar a reducir los gases de efecto invernadero. El butanol puede mezclarse con gasolina antes del transporte, mientras que el etanol debe transportarse por separado y mezclarse en la salida de combustible.

El biobutanol proporciona menos energía que la gasolina, pero tiene significativamente menos compuestos tóxicos durante la combustión. Cualquier automóvil que funcione con gasolina puede funcionar con una mezcla de biobutanol. La mayoría de los fabricantes de automóviles aceptarán una mezcla de biobutanol con gasolina hasta en un 15 por ciento sin modificaciones en el motor.

La definición básica de biocombustible de algas es un combustible líquido de color verde claro hecho de algas. Al igual que las plantas, las algas convierten la luz solar en energía mediante la fotosíntesis. Hay más de 100.000 cepas de algas genéticamente diversas, desde pequeños protozoos en estanques hasta grandes algas en el océano.

Las algas tienen una alta concentración de lípidos o moléculas grasas que contienen aceite. Estos lípidos deben extraerse y convertirse en biocombustible. Hay muchos tipos de algas, pero una fórmula química general de biocombustible de algas es C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀norte₁₆.

La clorella y la espirulina son más adecuadas para la biosíntesis que otras algas, pero modificadas genéticamente. Las algas crean organismos con un mayor contenido de lípidos que podrían aumentar el rendimiento energético hasta en 40 por ciento.

Las algas se pueden cultivar en grandes estanques abiertos o en sistemas similares a piscinas. Los sistemas de circuito cerrado no están abiertos al aire y se debe bombear dióxido de carbono. Usando CO₂ de las chimeneas pueden reciclar los productos de desecho de un proceso para el combustible de otro. El crecimiento de algas es abundante y el producto se puede recolectar en promedio cada cinco días.

Para separar los lípidos, las algas deben ser un polvo seco. A menudo, el secado de las algas requiere más energía que la energía que proporcionaría el combustible cuando se quema como combustible utilizable. Se está desarrollando una nueva tecnología que omite el proceso de secado y tiene algas en estado de suspensión líquida mientras chorros de solvente extraen los lípidos.

Al igual que el aceite vegetal, las algas contienen lípidos y el combustible de algas se puede convertir en biodiésel. Puede utilizarse en cualquier motor diesel.

Se pueden crear mezclas que van desde B5, un 5 por ciento de biocombustible en 95 por ciento de diésel, hasta B50, 50 por ciento de biocombustible y 50 por ciento de diésel. La mezcla B30 fue ligeramente más eficiente que el combustible diesel en un estudio, y en otros estudios, el CO₂ las emisiones fueron más altas que las de los combustibles fósiles.

El biocombustible necesita el crecimiento de las plantas como base. En un mundo de población en constante crecimiento, que se espera que alcance los 9.600 millones en 2050, el uso de tierras fértiles para cultivar plantas como combustible puede no ser lo mejor para los seres humanos. Sin embargo, si se utilizaran áreas de tierra denigrada, como tierras de cultivo abandonadas, se compensaría esta preocupación.

De los biocombustibles enumerados, el biodiésel es el más democrático. Un consumidor podría, con una puesta en marcha y un espacio económicos, crear biocombustible en su patio trasero. El aceite de cocina usado se puede recolectar de los restaurantes locales, filtrar y luego colocar en un recipiente para la transesterificación.

El costo de los biocombustibles sigue siendo alto en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, esto también se debe a los subsidios gubernamentales a los combustibles fósiles. Los subsidios a los combustibles fósiles en los Estados Unidos pueden ser del orden de billones de dólares por año. Si los combustibles renovables fueran subsidiados a este ritmo, los costos de producción podrían reducirse y los biocombustibles renovables podrían competir con los combustibles fósiles.