Viernes, 09 de enero de 2009

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El etanol puede utilizarse como combustible para automóviles sin mezclar o mezclado con gasolina en cantidades variables para reducir el consumo de derivados del petróleo. El combustible resultante se conoce como gasohol (en algunos países, "alconafta"). Dos mezclas comunes son E10 y E85, que contienen el etanol al 10% y al 85%, respectivamente.

El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar, como reemplazo para el metil tert-butil éter (MTBE). Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.

El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles. Se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, por ejemplo. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación al del combustible producido. Por esta razón, no sería recomendable sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.

Información en un surtidor de California.

Fuentes y proceso de fabricación

Fermentación

Artículo principal: Fermentación del etanol

Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha sido la producción de bebidas alcohólicas.

Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa porque el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlos en azúcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido) y se calienta la papilla obtenida a 120 - 150ºC. Luego se cuela la masa, en un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.

A partir de celulosa es aun más complejo porque primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.

La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y produce etanol así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas.

Campo de maíz en Sudáfrica

En la actualidad tres países han desarrollado programas significativos para la fabricación de bioetanol como combustible: Estados Unidos (a partir de maíz), Brasil y Colombia (ambos a partir de caña de azúcar). El etanol se puede producir a partir de otros tipos de cultivos, como remolachas, zahína, mijo perenne, cebada, cáñamo, kenaf, patatas, mandioca y girasol. También puede extraerse de múltiples tipos de celulosa "no útil". Esta producción a gran escala de alcohol agrícola para utilizarlo como combustible requiere importantes cantidades de tierra cultivable con agua y suelos fértiles.

Cosecha de caña de azúcar. Gracias en parte al uso de etanol, Brasil ha reducido su dependencia de petróleo extranjero.

En cambio es menos atractiva para las regiones con alta densidad de población e industrializadas como Europa occidental, o para las regiones que al roturar nuevas tierras para labranza disminuyen las dedicadas a recursos naturales importantes como las selvas lluviosas. Se pueden obtener cantidades más reducidas de alcohol combustible de los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas de maíz, y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer piensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energía eléctrica. De hecho, EEUU podría conseguir todo el etanol que necesita usando una mezcla de, por ejemplo, los tallos (parte no aprovechada) del maíz y de la planta de maíz, sin roturar más tierras de labrantío (sin embargo habría que cultivar más tierra para substituir las partes de la planta, usadas por muchos granjeros como fuente barata, confiable y limpia de piensos o fertilizantes).

Purificación

El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente metanol, formado en reacciones secundarias. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano.

Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%.[cita requerida] El valor exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación entre las fases agua e hidrocarburos.

Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación aceotrópica en una mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares.

A escala de laboratorio también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.

Síntesis química

El etanol para uso industrial se suele sintetizar mediante hidratación catalítica del etileno con ácido sulfúrico como catalizador. El etileno suele provenir del etano (un componente del gas natural) o de nafta (un derivado del petróleo). Tras la síntesis se obtiene una mezcla de etanol y agua que posteriormente hay que purificar mediante alguno de los procesos descritos más arriba.

Según algunas fuentes, este proceso es más barato que la fermentación tradicional pero en la actualidad representa sólo un 5% de la capacidad mundial de producción de etanol.

Mezclas combustibles con etanol

Artículo principal: Gasohol
Motor típico de un vehículo de combustible flexible brasileño con el pequeño tanque de reserva de gasolina utilizado para el arranque en frío cuando la temperatura es inferior a 15° C.
Autobús E96 en Suecia, desarrollado para funcionar en un motor diesel.[3]

Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en una mezcla de gasohol, más baja es su conveniencia para los motores corrientes de automóvil. El etanol puro reacciona o se disuelve con ciertos materiales de goma y plásticos y no debe utilizarse en motores sin modificar. Además, el etanol puro tiene un octanaje mucho más alto (116 AKI, 129 RON) que la gasolina común (86/87 AKI, 91/92 RON), requiriendo por tanto cambiar el cociente de compresión o la sincronización de la chispa para obtener el rendimiento máximo. Cambiar un coche que utilice gasolina pura como combustible a un coche que utilice etanol puro como combustible, necesita carburadores y caudales más grandes (un aumento de área de cerca del 30-40%). El metanol requiere un aumento uniforme más grande de área, aproximadamente 50% más grande.

Los motores de etanol también necesitan un sistema de arranque en frío para asegurar la suficiente vaporización con temperaturas por debajo de 15°C a 11°C para maximizar la combustión, evitar problemas de arranque con el motor frío y para reducir al mínimo la no combustión de etanol no vaporizado. Sin embargo, una mezcla de gasolinas con un 10 a un 30% de etanol, no necesita en general ninguna modificación del motor.[cita requerida] La mayoría de coches modernos pueden funcionar con estas mezclas sin ningún problema.

El gasohol E10, la variante más común, se ha introducido por toda Dinamarca, y en 1989, Brasil produjo 12 mil millones litros de etanol para combustible a partir de la caña de azúcar, que fue utilizado para mover 9.2 millones de coches. También suele estar disponible en el medio-Oeste de Estados Unidos y es el único tipo de gasolina que puede ser vendida en el estado de Minnesota. Las mezclas similares incluyen el E5 y el E7. Estas concentraciones son generalmente seguras para los últimos motores de automóvil, sin modificar, y algunas regiones y municipios asignan por mandato los límites en la cantidad de etanol en los combustibles vendidos. Un método para medir la cantidad de combustibles alternativos en EE.UU. es mediante “galones equivalentes de gasolina” (GEG), en España se suelen utilizar las toneladas equivalentes de petróleo(tep). En 2002, EE.UU. utilizaron como combustible una cantidad de etanol igual a 137 petajulios (PJ), la energía de 1,13 mil millones galones de EE.UU. (ó 4.280.000 m³Gui?o de gasolina, lo que representa menos del 1% del total de combustible usado ese año.

El término E85 se utiliza para la mezcla de un 15% de gasolina (por volumen) y de un 85% de etanol. Esta mezcla tiene un octanaje de cerca del 105. Lo cual es sensiblemente más bajo que el etanol puro, pero mucho mayor que el de la gasolina normal. La adición de una pequeña cantidad de gasolina ayuda a un motor convencional a arrancar al estar el motor (y el combustible) frío. El E85 no contiene siempre exactamente un 85% de etanol. En invierno, especialmente en climas más fríos, donde las temperaturas llegan a bajar de 11°C se agrega una mayor proporción de gasolina con el fin de facilitar el arranque en frío,[4] siendo sustituido el E85 por E70 en Estados Unidos[5][6] y E75 en Suecia.[7][8] Normalmente el E85 ha tenido un costo similar a la gasolina, pero con las grandes subidas del precio del petróleo de 2005 ha llegado a ser común ver E85 vendido hasta $ 0.18 menos por litro que la gasolina, haciéndolo altamente atractivo al pequeño pero creciente número de usuarios con coches capaces de quemarlo.

Desde que apareció el modelo de 1999, va en aumento el número de vehículos en el mundo que se fabrican con motores que pueden funcionar con cualquier gasolina a partir del etanol de la 0% hasta el etanol del 85% sin modificación. Muchos coches comerciales ligeros (una clase que contiene monovolúmenes, todoterrenos y furgonetas) se diseñan como vehículos flexibles para utilizar varias combinaciones de combustible, pues pueden detectar automáticamente el tipo de combustible y cambiar el comportamiento del motor, principalmente la sincronización de la ignición y la relación de compresión para compensar los diversos octanajes del combustible en los cilindros del motor.

Producción y uso

En 2006 la producción mundial total de etanol en todos sus grados fue de 51,06 mil millones de litros (13,49 mil millones de galones internacionales). Los dos principales productores mundiales son Estados Unidos y Brasil, que juntos producen el 70% del total de etanol, seguidos por China, India y Francia.[9] Incentivos del mercado han provocado el desarrollo de crecientes industrias en países como Tailandia, Filipinas, Guatemala, Colombia y República Dominicana.[10] En Europa, tanto Alemania como España han incrementado considerablemente su producción de etanol. El siguiente cuadro muestra la producción de etanol entre 2004 y 2006 para los quince mayores productores mundiales.

Producción anual de etanol por país (2004-2006)[9]
Quince mayores países productores
(millones de galones internacionales, todos los grados de etanol)
Clasificación
mundial
País 2006 2005 2004
1 Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 4.855 4.264 3.535
2 Bandera de Brasil Brasil 4.491 4.227 3.989
3 Bandera de la República Popular China China 1.017 1.004 964
4 Bandera de India India 502 449 462
5 Bandera de Francia Francia 251 240 219
6  Alemania 202 114 71
7 Bandera de Rusia Rusia 171 198 198
8 Bandera de Canadá Canadá 153 61 61
9 Bandera de España España 122 93 79
10 Bandera de Sudáfrica Sudáfrica 102 103 110
11  Tailandia 93 79 74
12 Bandera del Reino Unido Reino Unido 74 92 106
13  Ucrania 71 65 66
14 Bandera de Polonia Polonia 66 58 53
15 Bandera de Arabia Saudita Arabia Saudita 52 32 79
Producción mundial total 13.489 12.150 10.770

Etanol como combustible en Brasil

Brasil tiene etanol como combustible disponible en todo el país. Mostrada aquí una típica estación de abastecimiento de Petrobras en São Paulo con los dos combustibles disponibles, alcohol (etanol) marcado con A y gasolina con la letra G.

En 2007, Brasil es el segundo mayor productor de etanol como combustible del mundo. Desde hace más de treinta años Brasil ha desarrollado una extensa industria doméstica del etanol como combustible a partir de la producción y la refinación de la caña de azúcar. Brasil produce aproximadamente 15 millones de m³ de etanol por año. Las fábricas del etanol en el Brasil mantienen un balance energético positivo (entre 8,3 a 10,2 veces) al quemar la parte que no produce azúcar de la caña.

Desde 2003, la mayoría de los automóviles nuevos traen incorporada la tecnología de motor bivalente, popularmente denominados "flex" en Brasil, la cual permite a los usuarios mezclar cualquier proporción de etanol y gasolina en el tanque, decisión que depende de los precios de mercado de cada combustible. Para agosto de 2008 la flota de vehículo de combustible flexible alcanzó 6 millones de vehículos, incluyendo automóviles y vehículos comerciales livianos, representando un 23% de la flota de vehículos livianos de Brasil.[11]

Ubicación de las áreas de mayor valor ambiental con respecto a las plantaciones de caña de azúcar. El Estado de São Paulo, localizado en la Región Sudeste, concentra dos tercios de los cultivos de caña de azúcar.[12]

El éxito de los vehículos "flex", en conjunto con el uso obligatorio a nivel nacional de 25% de alcohol mezclado con gasolina convencional (gasohol E25) para los vehículos de motor a gasolina,[13] permitieron que el consumo de etanol superase el consumo de gasolina a partir de febrero de 2008.[14][15][16] Este nivel de consumo de etanol como combustible no había sido alcanzado desde el final de la década de los ochenta, cuando el Programa Pró-Álcool estaba en su mayor auge.[14][15][16] Al considerar el consumo total de combustible de toda la flota (inlcuyendo los vehículos con motor diesel), el consumo de etanol destilado de la caña de azúcar en 2006 fue del 18% del consumo total de combustible del sector vial.[17][18]

Brasil es considerado como la primera economía que logró un uso sostenible del etanol y el modelo a seguir por otros países.[19] Comparado con el etanol producido en Estados Unidos con base en el maíz, la productividad del insumo energético en Brasil es ocho veces mayor que la estadounidense, y la productividad por hectárea es casi el doble, mientras en Estados Unidos se producen entre 3.800 a 4.000 litros de etanol por hectárea plantada de maíz, en Brasil se producen entre 6.800 a 8.000 litros por hectárea plantada de caña de azúcar.[20][21] En 2006 Brasil destinó solo 1% de su área cultivable para producir el etanol, mientras que Estados Unidos destinó un 3,7% del total de tierras cultivables. Las áreas donde se cultiva la caña de azúcar se concentran el estado de São Paulo, a poco más de 2.500 km de la selva amazónica.[22]

Leer más: https://es.wikipedia.org/wiki/Etanol


Tags: Etanol, combustible, gasolina, contaminación, fósiles, octanaje, wikipedia

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