BIOCOMBUSTIBLES
Què són els biocombustibles?
Els biocombustibles són combustibles
d’origen biològic que s’obtenen de manera renovable a partir de restes
orgàniques (deixalles domèstiques, sabons biodegradables, palla, fusta, restes
de cereals, etc.). Són derivats de la biomassa i poden utilitzar-se per generar
energia tèrmica per combustió o mitjançant alta tecnologia. Poden ser primaris,
secundaris o terciaris; a la Taula 1 es poden observar les característiques més
importants de cada un. (1, 10)
Els tres tipus principals i els més
explotats són el bioetanol, un alcohol que s’obté a partir de productes
rics en sacarosa i de substàncies amb un alt contingut en midó o en cel·lulosa;
el biodiesel és un biocombustible líquid obtingut a partir de lípids
naturals com olis vegetals o grasses animals mitjançant processos industrials
d’esterificació i transesterificació; i el biogàs, que és un combustible resultant de la fermentació
anaeròbica de matèria orgànica, rica en sucres, cel·lulosa i/o hemicel·lulosa.
(4)
Taula 1: La taula següent ens informa sobre l’origen dels biocombustibles
segons la generació i els avantatges i inconvenients que comporta la seva
obtenció. (8)
Generació
|
Definició
|
Avantatges
|
Inconvenients
|
Primera
|
Produïts a partir de matèries primeres que es
poden utilitzar també com a font alimentària.
|
Actualment ja es comercialitzen.
Fàcil cultiu (similar a cultius agrícoles i
alimentaris).
|
Utilització de terres de conreu amb finalitat no
alimentària i conseqüent pujada de preus.
Problemes ambientals: desforestació, esgotament
del sòl, monocultius...
|
Segona
|
Són produïts a partir de biomassa
lignocel·lulòsica (no s’utilitzen aliments per la seva elaboració).
|
No competeixen per la utilització del sòl
agrícola.
Són els més aptes per substituir els combustibles
fòssils.
|
Encara s’està introduint als mercats i falta
investigació.
|
Tercera
|
Són principalment olis procedents d’algues i
hidrogen procedent de la biomassa.
|
No és necessària la utilització de grans espais
de sembra.
Reutilització i aprofitament de gairebé tota la
matèria prima.
|
Encara està en desenvolupament e investigació.
Preu molt elevat, no és rendible ara per ara.
|
Microorganismes i biocombustibles
La
síntesi de la majoria de biocombustibles es duu a terme gràcies a l’acció dels
microorganismes, que a partir del seu metabolisme desfan aquesta matèria
orgànica i la transformen en un combustible apte per a la seva utilització com
a font d’energia. Aquesta producció microbiana de biocombustible es pot dividir
en dos fases: en la primera, els microorganismes desfan la matèria orgànica en
rutes catabòliques per tal d’aconseguir intermediaris útils com ara el Piruvat
i l’Acetil-CoA (veure Figura 1), en la segona, a partir d’altres rutes
metabòliques, aquests intermediaris es transformen fins aconseguir finalment el
biocombustible desitjat. (1, 2)
Figura 1.
Esquema de les diferents vies metabòliques per a la producció de
biocombustibles. En el esquema podem observar biocombustibles derivats
d’isoprenoides (blau), àcids grassos (gris), la biosíntesi d’aminoàcids
(vermell) i les vies fermentatives tradicionals
(verd).
Cal
esmentar que tots els productes aconseguits en la Figura 1 són alcohols,
utilitzats en la producció de bioetanol. Aquests productes es poden utilitzar com
a substituents de la gasolina i l’isopropanol també funciona com a matèria
prima per a la transesterificació de greixos en el biodiesel.
· Biogàs
El biogàs és la barreja de gasos
resultants de la descomposició de la matèria orgànica, realitzada gràcies a
l’acció bacteriana en condicions anaeròbies. La composició del biogàs depèn del
tipus de biomassa utilitzada i les condicions en què es processa. Els
principals components del biogàs són el metà (CH4), que és el gas
que li aporta les característiques de combustible, i el diòxid de carboni (CO2).
(9)
Per a realitzar aquest
biocombustible ens seria útil per exemple la microbiota que hi ha al rumen de
les vaques, ja que aquesta és capaç d’hidrolitzar la cel·lulosa completament i
a més alliberar metà.
La producció del biogàs té dues etapes:
en la primera etapa la matèria primera és atacada pels bacteris formadors
d'àcids, aquests converteixen les deixalles en compostos més simples com els
àcids acètic, butíric i propiònic. En la segona etapa els àcids formats en la
primera són transformats a metà i diòxid de carboni per acció d'un altre grup
de bacteris. Alguns exemples de bacteris emprats en aquest tipus de
biocombustible són: Clostridium
perfringens, Peptostreptococcus anaerobius i Campylobacter gracilis.
· Bioetanol
El bioetanol, actualment el biocombustible
més utilitzat, es pot obtenir mitjançant la fermentació dels sucres d’algunes
espècies vegetals com ara la remolatxa, el blat, el blat de moro i la fusta
provinent d’arbres com l’ohm o el faig i també de residus agrícoles i/o
forestals.
Per tal de produir el bioetanol
necessitem microorganismes que siguin fermentadors de sucres com per exemple Saccharomyces cerevisae, per la seva
alta capacitat per a hidrolitzar la sacarosa i convertir-la en glucosa i
fructosa. Aquest llevat pot fer la fermentació tant en condicions aeròbiques
com anaeròbiques.
Tot i així, l’ interès
industrial ha fet que s’estudiïn altres microorganismes etanologènics,
destacant a Zymomonas mobilis com el
microorganisme estrella degut al seu elevat rendiment, la gran tolerància a
altes temperatures i un ampli ús de substrats facilitant així la
industrialització del procés. (1)
Per a la seva fabricació tenim
tres processos principals:
- la
fermentació del sucre:
La glucosa i sacarosa provinents de la matèria orgànica de les matèries
primeres són fermentades mitjançant llevats. El llevat conté un enzim invertasa
que actua com a catalitzador de la reacció de conversió de la sacarosa (en el
cas del primer grup de matèries primeres) a glucosa i fructosa (ambdós C6H12O6):
C12H22O11
+ H2O →
C6H12O6 + C6H12O6
Seguidament, la glucosa i la
fructosa reaccionen amb un segon enzim anomenat zimasa que també és present al
llevat i que transforma els dos sucres en etanol (C2H5OH),
en una reacció en la que s'allibera diòxid de carboni (CO2):
C6H12O6
→
2C2H5OH + 2CO2↑,
- la purificació: on es destil·la l’alcohol produït per la
fermentació, ja que sinó no seria miscible amb la gasolina.
- la deshidratació de l’etanol hidratat: on
s’obté etanol totalment deshidratat. (6)
· Biodièsel
El biodièsel és un biocombustible
líquid que s'obté a partir de lípids naturals com olis vegetals o greixos
animals, mitjançant processos industrials d’esterificació (es sintetitza un
èster) i transesterificació (per poder utilitzar-lo com biodièsel). S'aplica en
la preparació de substituts totals o parcials del petrodièsel o gasoil obtingut
del petroli.
L’obtenció de biodièsel de forma més
senzilla, econòmica i ecològica és gràcies als microorganismes oleaginosos
microalgues principalment, tot i que també poden ser utilitzats, bacteris,
fongs i llevats. Aquests acumulen més d’un 20% de lípids, majoritàriament
triglicèrids, igual que els olis vegetals i greixos animals.
L'acumulació de lípids en aquests
microorganismes comença quan s'esgota un nutrient del medi (en general és de
nitrogen), però un excés de carboni (en forma de glucosa) segueix sent
assimilada per les cèl·lules i es converteix en triglicèrids. (3, 5, 7)
· Bibliografia
- Camps, M., i F. Marcos. Los Biocombustibles. 2a ed. Energías renovables. Madrid: Ediciones Mundi-Prensa, 2008.
- Michael R Connor,
James C Liao, 2009. Microbial production of advanced transportation fuels in
non-natural hosts. Department of Chemical and Biomolecular Engineering,
University of California, Los Angeles, 20:307-315.
- Pàgines web: - El biodièsel i la seva fabricació al laboratori. Data de consulta: 7/03/2013
- Los
biocombustibles. Data de consulta: 4/03/2013
http://exterior.pntic.mec.es/pvec0002/e_biocombus.htm - El
biodièsel i la seva fabricació al laboratori. Data de consulta: 7/03/2013
http://www.edu365.cat/aulanet/comsoc/treballsrecerca/treballs_04_05/treb_publicats/biocombustibles/textA.html - . BIOCOMBUSTIBLES: perspectivas, riesgos y oportunidades. Data de consulta: 11/03/2013 ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/011/i0100s/i0100s02.pdf
- Lizana R., Diego. Antecedentes generales sobre biodiesel. Data de
consulta: 9/03/2013 http://www.ecodesarrollo.cl/descargas/Antecedentes_Biodiesel_D.pdf
- Renovables verdes: Biocombustibles de primera generación. Data de
consulta: 11/03/2013 http://www.renovablesverdes.com/biocombustibles-de-primera-generacion/
- ¿Qué es el biogás?. Data de consulta: 9/03/2013
http://www.planthogar.net/encyclopedia/jump.asp?doc=00000293.htm - SET-TE Biocombustibles. Data de consulta: 13/04/2013 http://www.energiaycambioclimatico.com/export/sites/foro/resources/pdf/programa_investigacion/investigacion/110111_SET_TE_01_Biocombustibles.pdf
- Vídeos
Vídeo sobre el
biodiesel. Data de consulta: 15/04/13
Vídeo sobre el biogas.
Data de consulta: 16/04/13
Autors: Andrea Gestoso Abella, Anna Casquet, Irene Fenández, Marina Gómez
i Soraya Hernández
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
ResponderEliminarL'organització i estructura del treball, en termes generals, és correcte. Hi ha un apartat, però, que no tinc clar que sigui escaient, que és el de les "transformacions per obtenir un biocombustible", ja que fa referència a materials sòlids i els tres tipus de biocombustibles que esmenteu són líquids o gasos. Potser es refereix a un procés previ a la seva producció? O a altres tipus de biocombustibles? En qualsevol cas, cal fer alguna cosa per resoldre la incoherència (almenys aparent) que comporta.
ResponderEliminarEn relació al contingut, caldria que aprofundíssiu una mica més en l'explicació de cadascun dels biocombustibles, especialment en els processos microbians que permeten obtenir-los: cal definir bé quin tipus de processos són, com es porten a terme i en quines condicions, quins microorganismes en són responsables, perquè realitzen aquests processos, etc. Tot això, evidentment, cal ilustrar-ho adequadament, amb materials que podreu incorporar fàcilment al bloc des d'internet.
Heu de revisar una mica els redactats, alguns intertítols, la taula (en una comparació amb avantatges i inconvenients, no hi hauria d'haver caselles buides), ... i assegurar-vos que tot (taules, figures, bibliografia) estigui correctament referenciat en el text.
Ah! I cal posar-hi també els noms dels autors del treball.
Per avaluar:
ResponderEliminarDarrerament destaquen l'hidrogen com la nova font d'energia renovable. Coneixeu quins efectes perjudicials podria tenir sobre el medi ambient?
Gràcies!
Ariadna Suari Rivera
L'hidrogen és molt inflamable. És altament volàtil i pot provocar explosions quan s'introdueix en l'aire o barrejat amb altres gasos, provocant d’aquesta manera incendis molt calents i gairebé invisibles. Les esquerdes i explosions es poden donar també per la ‘fragilització per hidrogen’ que és el procés pel qual diversos metalls, especialment acer d'alta resistència, esdevenen fràgils i fracturen després d'haver estat exposats a l'hidrogen. Un altre punt negatiu és que és inolor i incolor i per tant, difícil de detectar.
EliminarA més, l'hidrogen es pot absorbir per inhalació. Una persona respirant en un ambient amb molt hidrogen pot experimentar els símptomes de la privació d'oxigen. Aquests inclouen marejos, nàusees, vòmits, mals de cap i somnolència. En casos extrems, això pot ser mortal.
Per avaluar:
ResponderEliminarHola, digueu que els principals components del biogàs és el metà, però tot i ser combustibles renovables, se sap que el metà produït per les vaques provoca els ja coneguts "efecte hibernacle". Per tant, fent combustibles renovables agreujarem aquesta situació¿?
Gràcies!!!
Yolanda Lucas Márquez
Tot el contrari, el que es busca amb la producció de biogàs és aprofitar aquest metà que causa l'efecte hivernacle. Aquest metà del biogàs és la matèria primera que s'utilitza en les plantes energètiques i que donarà lloc a energia llumínica, calorífica o elèctrica. A partir d'aquest biogàs, si es passa per un procés de purificació, també podem obtenir gas natural de forma neta. Hi ha iniciatives com energy4farms que el que busquen és implantar plantes productores de biogàs a les granjes de vaques i així utilitzar aquest metà per tal de produïr energia neta.
EliminarComentari avaluabe:
ResponderEliminarHola! Després de llegir el vostre blog m'han quedat dos dubtes.
Hi ha un punt concret en què dieu que aquests combustibles poden utilitzar-se per generar energia tèrmica per combustió o mitjançant alta tecnologia. Em podríeu aclarir a que us referiu amb "alta tecnologia"?
Deixant apart tot el tema ecològic, aquests combustibles es poden comparar en eficiència energètica i rendiment amb els derivats del petroli? Moltes gràcies!
Marc Montero.
Amb els terme "Mitjançant alta tecnologia" ens volem referir a processos com ara poden ser els dels motors dels cotxes, motos, maquinaria industrial, etc.
EliminarSí, es poden comparar amb l'eficiència energètica i rendiment d'un derivat del petroli, malgrat això, els biocombustibles de segona generació no són gaire utilitzats ja que el gran monopoli del petroli el té qui hauria d'adequar la maquinària a poder funcionar amb aquests, i per tant, no li convè.
Avaluable:
ResponderEliminarBones, en l'obtenció de biodiesel comenteu que l'acumulació de lípids en els microorganismes oleaginosos comença quan s'esgota un nutrient del medi, i que normalment aquest nutrient és el nitrogen.
Això vol dir que abans no hi ha acumulació de lípids en els microorganismes? I si és així... per què el nutrient que "activa" l'acumulació de lípids és el nitrogen? Quins són els altres nutrients que quan s'esgoten poden iniciar el procès d'obtencio de lípids?
Moltes gràcies.
Ferran Lozano Juan
Sí que hi ha una acumulació de lípids en el microorganisme. L'acumulació de lípids augmenta quan aquest es troba en un medi amb unes determinades condicions d'estrès com poden ser: la limitació del nitrògen, salinitat, un canvi de temperatura o una contentració elevada de CO2.
Eliminar