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BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN – ETANOL DE RASTROJOS DE MAÍZ

Patricio Cavieres Korn

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Luego del espectacular crecimiento de la producción de etanol de primera generación en EEUU, ahora ese país se esta convirtiendo en líder mundial en la segunda generación a partir de materiales lignocelulósicos. De una producción de etanol de grano de maíz en 2003 de 10,6 billones de litros en el transcurso de 10 años alcanzo en 2013 aa 50,4 billones de litros. Este volumen representa mas del doble de la producción de Brasil que fue pionero a partir de 1975 en desarrollar este biocombustible a partir de caña de azúcar.

En la actualidad casi el cien por ciento del consumo de gasolina en Estados Unidos contiene 10% de etanol (E10) y deberá crecer progresivamente ya que EPA ha autorizado el aumento a 15% (E15), unido a mayor uso de vehículos flex que usan 85% (E85) de etanol.

El liderazgo de EEUU en esta segunda generaciónde etanol se percibe en el desarrollo de la agroindustria. A partir de la temporada 2003/2014 hay 7 biorefinerías en operación comercial con una capacidad de producción anual de más de 400 millones. Además, eneste año se ha comenzado la construcción de 8 nuevas plantas en escala industrial; 10 plantas en proyectos de ingeniería y 12 plantas pilotos que están en desarrollando nuevas tecnologías.En el resto del mundopara esta misma generación de etanol, existeun solo emprendimiento industrial en cada uno de siguientes países: Alemania, Italia, Brasil, China y Finlandia.

Para viabilizar esta segunda generación desde hace mas de una década, se ha realizado en EEUU un intenso trabajo de investigación aplicada, que ha permitido desarrollar nuevas tecnologías para convertir materiales lignocelulósicos en etanol . Por ejemplo hasta el año 2012, de 644 solicitudes de patentes solicitadas por un grupo de 12 países, EEUU ocupaba el primer lugar con 318 lo que equivale casi el 50% y en segundo lugar China con 101 y así sucesivamente con Japón 48; Canadá 44 y Dinamarca 40 y luego 7 países con entre 9 y 20 solicitudes. En esta lista no figura Brasil y Chile.aunque en nuestro caso ya existe una planta piloto de producción de etanol de residuos forestales del Consorcio Bioenercel en Concepción.

Como se sabe considerando la disponibilidad de biomasa, el mayor desarrollo de producción de etanol de segunda generación en el mundo, deberá provenir de rastrojos y residuos agrícolas , así como residuos y plantaciones forestales dedicadas.

Es importante destacar que los rastrojos y residuos agrícolas, es la materia orgánica mas importante que existe en la tierra; son recursos energéticos potencialmente abundantes, relativamente baratos y sin valor alimenticio para el hombre. La composición de estos es38-50% de celulosa, 23-32 % de hemicelulosa y 15 -30% de lignina.

Hasta ahora de la biomasa no alimenticia solo es posible obtener etanol dela celulosa y hemicelulosa. Lo interesante es que la lignina como subproducto es un excelente combustible para generar energía térmica y eléctrica. Además, resultante del procesamiento de la materia prima, se puede obtener una serie de co-productos y subproductos de valor alimentico e industrial.

Entre los rastrojos de cultivos agrícolas de mayor potencial para obtener etanol se destacan el maíz y caña de azúcar, pues estas dos especies forman parte del grupo de plantas C4, que son mas eficientes en convertir la energía solar en energía química.

En términos de eficiencia en la primera generación, el rendimiento medio del parque industrial de etanol de caña de azúcar en Brasil es de 85 litros/ton. Y de las biorefinerías de etanol de grano de maíz en EEUU, es de 420 litros/ton.

De acuerdo a la tecnología desarrollada por Du Pont en EEUU – mediante la conversión bioquímica de los rastrojos de maíz – se obtienen entre 300 a 330 litros de etanol por tonelada, en cambio el rendimiento del bagazo celulósico de caña de azúcar en Brasil es entre 200-220 litros/ton., aunque se espera que a futuro próximo este pueda llegar a 300 litros o mas por tonelada.

En general, los rastrojos de maíz son mayores y mas lignificados que el resto de los cultivos anuales. Lamentablemente el exceso de rastrojos que queda en el campo después de las cosecha del grano, además de albergar plagas y enfermedades, dificulta y encarece la preparación de suelos, la siembra y el establecimiento del cultivo siguiente, por esta razón en numerosos casos estos se queman o trituran, lo que facilita su incorporación al suelo.

De acuerdo a las condiciones climáticas que existen en el cordón maicero de Estados Unidos, se ha determinado que después de cosechado el grano, el 95% de los rastrojos se pudren en el suelo, liberándose dióxido de carbono. EL 15% restantes – junto con los nutrientes y micronutrientes que formaban parte de la planta – se incorporan, aumentando el contenido de materia orgánica y la fertilidad.
Es conveniente señalar que la biomasa en general y particularmente los rastrojos agrícolas; residuos forestales; arbustos; plantaciones forestales dedicadas y el bosque nativo son sumideros de carbono. Si se queman, se libera el carbono a la atmosfera en forma de dióxido de carbono.

En el caso de Chile, como una parte considerable de los rastrojos se queman , es indispensable implementar una estrategia de manejo y cosecha que permita darle un destino mas conveniente, que además de agregarle valor al cultivo, contribuiría a rentabilizar la producción de maíz.

El valor del rastrojo esta asociado al costo de recoleccion, confeccion de los fardosy el transporte desde el campo hasta la industria. El radio o la distancia maxima entre el punto de recoleccion y la planta de procesamiento es un aspecto que debe determinarse con mucha precision, pues se corre el riesgo que se gaste mas energia en transportar los rastrojos que la energia que estos contienen.

Debido a la importancia que tiene el transporte de los rastrojos de maiz a la planta de etanol, en el proyecto de la compañía Du Pont en operación en Nevada para producir 113 millones de litros/año , se determino que para garantizar el suministro de materia prima a un costo razonable, el radio de accion o distancia maxima entre el area de produccion y la planta debía ser 48 km (30 millas).

Para reducir la liberación del carbono y contribuir a mantener la materia orgánica del suelo, – muy importante en la estructura, fertilidad (nutrientes) y en la capacidad de retención de agua- es necesario retornar una parte de los rastrojos al terreno. Por estas razones, según la investigación agronómica realizadas en EEUU, no se recomienda retirar mas del 50% de los rastrojos que quedan en el campo después de la cosecha.Hay que considerar que en el cultivo de maíz, en general el peso del rastrojo corresponde aproximadamente al peso del grano producido, es decir hay una relación 1:1.

Usualmente en Chile, una parte importante de los rastrojos de maíz se queman, provocando un serio problema ambiental, causado por las emisiones de dióxido de carbono y material particulado. Además, el humo que se desprende reduce la visibilidad provocando accidentes en los caminos aledaños y como es lógico producto de las elevadas temperaturas, desaparece la microflora del suelo disminuyendo la fertilidad.

Con relación al Impacto en el medio ambiente, según la Universidad de Nebraska
el etanol de grano de maíz (1°generacion) reduce las emisiones de CO2 entre 48-59% comparado con gasolina, mientras que el etanol de rastrojos de maíz (2° generación) reduce las emisiones de CO2 hasta un 110%.

Los objetivos del uso de rastrojos de maíz con fines energéticos en EEUU son: seguridad energética, ya que permite disminuir la dependencia de petróleo importado; desarrolloeconómico en el sector rural; incrementar la producción de energía a nivel local y poner en marcha una nueva industria de la bioenergía.

Es interesante señalar que la biorefinería de etanol de Du Pont de Nevada, EEUU es autosuficiente en energía térmica y eléctrica, que se obtienen de la combustión de la lignina. De la electricidad que se genera además se produce un excedente que se inyecta y vende a la compañía eléctrica local, generando un ingreso adicional a la planta.

Esta planta además esta autosuficiente también en agua, ya que toda la que se requiere en el procesamiento industrial se recicla y se vuelve a reutilizar en la fase siguiente.
En general, la madera y residuos forestales contienen mas lignina y esta es mas densa que la de rastrojos agrícolas. Por esta razón, su contenido en celulosa y hemicelulosa es inferior que la de rastrojos agrícolas, consecuentemente tiene menor rendimiento en etanol.

El mayor contenido de lignina en las especies forestales es un aspectopositivo como fuente de energía, ya que el proceso de molienda y trituración requiere gastar mas energía que lo que necesita el procesamiento de los rastrojos agrícolas. La planta de etanol de Finlandia que hacíamos referencia con anterioridad utiliza como materia prima “aserrin”, que es un subproducto de la explotación del bosque e industrialización dela madera.

Conforme el rendimiento medio del maíz en EEUU, la producción de etanol de rastrojos que se obtiene es de aproximadamente 1.600 a 1.700 litros por hectárea. Extrapolando estos valores a base de la productividad del maíz en la sexta región de Chile con los mejores rendimientos del país, se puede obtener entre 1.980 a 2.310 litros de etanol por hectárea por año. Con este combustible un automóvil puede recorrer entre 19.800 a 23.100 km/año.

Ventajas de convertir rastrojos de maiz en etanol: (1) Ambientalmente reduce las emisiones de gases de efecto invernadero, en especial dioxido de carbono. . Según estudios realizados en EEUU, al eliminar la quema de los rastrojos de maiz, evita la emision de CO2 en 100%. Por otro lado el etanol de rastrojos usado como combustible reduce las emisiones de CO2 hasta 110% comparado con gasolina; (2) Desde el punto de vista economico, la agregacion de valor que se obtiene por la venta de los rastrojos y la conversion de estos en combustible contribuye a rentabilizar la produccion del cultivo de maiz, (3) Una industria de etanol genera mayores empleos e ingresos localmente; (4) El etanol de rastrojos es un combustible 100% sustentable, cuyo procesamiento industrial ademas de ser autosuficiente en energia termica y electrica, consume muy poca agua ya toda se recicla, (5) El etanol es un combustible renovable que sustituye a la gasolina y que se puede producir localmente.

Con relacion al costo de produccion, es interesante señalar que según la tecnologia desarrollada por Du Pont en Estados Unidos es en torno de US$ 0,58 a 0,66 por litro de etanol anhidro. En Chile, según la tesis de grado del año 2009 de Diego Alejandro SchenuerF. de la Facultad de Ciencias Fisicas y Matematicas de la Universidad de Chile, el costo de produccion de etanol a partir de rastrojos de maiz sería de US$ 0,54/litro.

PCK/Diciembre 2014


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