Auto Sostenibilidad Agro Industrial: Bioenergética

Principios Teóricos

 

Auto sostenibilidad Agroindustrial

Parte 1. -Bioenergética

Introducción

Actualmente y dadas las condiciones de cambio climático que causan estragos en cosechas y granjas; aunado a la creciente expansión humana y a la reducción de terrenos agrícolas. La agricultura y la agroindustria intensivas se tornan cada vez más una necesidad vital. Pero que hay con las necesidades energéticas y nutricionales que se requieren para el mantenimiento y la productividad de estas instalaciones biotecnológicas. Quizá no en un 100% pero si en una alta taza, arriba del 70% se puede lograr una autosostenibilidad ambiental y energética para desarrollos bajo ambiente controlado. Todo está en el uso de tecnologías simples, puestas en desuso por el comercialismo industrial y en el reciclaje y la bioconversión de la biomasa que se “desecha”.

El Desarrollo Sostenible

El término desarrollo sostenible, perdurable o sustentable se aplica al desarrollo socio-económico y fue formalizado por primera vez en el documento conocido como Informe Brundtland (1987), fruto de los trabajos de la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas, creada en Asamblea de las Naciones Unidas en 1983. Dicha definición se asumiría en el Principio 3.º de la Declaración de Río (1992):

Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las del futuro para atender sus propias necesidades.[2]

Meets the needs of the present generation without compromising the ability of future generations to meet their own needs.[1]

Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (Comisión Brundtland): Nuestro Futuro Común

El ámbito del desarrollo sostenible puede dividirse conceptualmente en tres partes: ambiental, económica y social. Se considera el aspecto social por la relación entre el bienestar social con el medio ambiente y la bonanza económica. El triple resultado es un conjunto de indicadores de desempeño de una organización en las tres áreas.

El Concepto de Auto sostenibilidad

El concepto de auto sostenibilidad ya sea ambiental (1) o energética (2) está basado en el principio de conversión (1) o el de transformación (2).

La energía no se crea (bueno en la física relativista sí) ni se destruye, se transforma de una forma a otra. Lo mismo ocurre con la materia; ésta se convierte, mediante reacciones y procesos químicos en materia diferente a la original. Ambos fenómenos son principios universales por lo que son Leyes.

La conversión de materia y la transformación de energía están correlacionadas e interrelacionadas mediante el principio-fenómeno de reacción química; el cual permite que la materia cambie su estado y composición, absorbiendo o liberando energía. Bajo estos dos principios (conversión-transformación) la materia orgánica (biomasa) puede ser utilizada (conversión) para obtener una fuente orgánica de energía (combustible) y ésta a su vez (combustible) para generar la energía requerida.

Dado que ningún ciclo es perfecto, lo que se busca es subsanar las pérdidas, minimizándolas; lo que en términos económicos y sociales se traduce en:

Una economía de bajo carbono (acrónimo en inglés LCE) o economía de bajo combustible fósil (LFFE)^[1] es un concepto referido a una economía que emite un mínimo de emisiones de gas de invernadero (GHG) hacia la biósfera, y específicamente se refiere al gas de invernadero dióxido de carbono.

La economía energética es una subclase de la economía que se centra en sus relaciones con la energía (tecnología) como base de todas las demás relaciones. Es una subclase de la economía ecológica en cuanto asume que la cadena alimentaria en la ecología tiene una analogía directa a la cadena de suministro de energía para las actividades humanas.

Principios de Auto sostenibilidad en la Conversión de Materia (Bioconversión)

Biomasa, según el Diccionario de la Real Academia Española, tiene dos acepciones:

1. f. Biol. Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen.

2. f. Biol. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Bioenergía

La bioenergía es la energía renovable obtenida de materiales biológicos. En su más estricto sentido es un sinónimo de biocombustibles, combustibles derivados de fuentes biológicas. En su sentido más amplio abarca también la biomasa, el material biológico utilizado como biocombustible, así como las situaciones sociales, económicas, científicas y técnicas relacionadas con la utilización de fuentes de energía biológica. Hay una ligera tendencia a favor de la bioenergía en Europa, en comparación con los biocarburantes en América del Norte.

Biomasa como recurso energético

La biomasa como recurso energético se clasifica en tres categorías: biomasa natural, residual y los cultivos energéticos.^[1]

• La biomasa natural es la que se produce en la naturaleza sin intervención humana. Por ejemplo, las podas naturales de los bosques.
• La biomasa residual es el subproducto o residuo generado en las actividades agrícolas (poda, rastrojos, etc.), silvícolas y ganaderas, así como residuos sólidos de la industria agroalimentaria (alpechines, bagazos, cáscaras, vinazas, etc.) y en la industria de transformación de la madera (aserraderos, fábricas de papel, muebles, etc.), así como residuos de depuradoras y el reciclado de aceites.
• Los cultivos energéticos son aquellos que están destinados la producción de biocombustibles. Además de los cultivos existentes para la industria alimentaria (cereales y remolacha para producción de bioetanol y oleaginosas para producción de biodiésel), existen otros cultivos como los lignocelulósicos forestales y herbáceos o la pataca.

La primera acepción nos es útil para evaluar la materia que podemos utilizar como substrato o entrada para muestro proceso conversivo biológico (bioproceso). En este sentido, la biomasa es todo aquel material orgánico vivo que pueda ser utilizado para producir biocombustible.

El biocombustible es el término con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa – organismos recientemente vivos o sus desechos metabólicos, tales como el estiércol de la vaca.

La caña de azúcar, productora de bioetanol.

Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón).

Los biocombustibles más usados y desarrollados son el biogás, el bioetanol y el biodiésel.

El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como trigo o cebada. Brasil es el principal productor de bioetanol (45% de la producción mundial), Estados Unidos representa el 44%, China el 6%, la Unión Europea el 3%, India el 1% y otros países el restante 1%.

El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja o jatrofa, los cuales son cultivados para este propósito. El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.

El biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.), y otros factores, en ausencia de aire (esto es, en un ambiente anaeróbico).

La mezcla está constituida por metano (CH₄) en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono (CO₂), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H₂), nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y sulfuro de hidrógeno ( H₂S).^[1]

Sus características se resumen en la siguiente tabla.

CARACTERISTICAS	CH4	CO2	H2-H2S	OTROS	BIOGAS 60/40
Proporciones % Volumen				3	100
Valor Calórico MJ/m3	35,8	–	10,8		21,5
Valor Calórico kCal/m3	8600	–	2581		5140
Ignición % en aire		–	–	–	6-12
Temp. ignición en ºC	650-750	–	–	–	650-750
Presión crítica en Mpa	4,7	7,5	1,2	8,9	7,5-8,9
g/l	0,7	1,9	0,08	–	1,2
Densidad relativa	0,55	2,5	0,07	1,2	0,83
Inflamabilidad Vol. en % aire	5-15	–	–	–	6-12

http://www.textoscientificos.com/energia/biogas

El biogás tiene un poder calorífico entre 4.500 a 5.600 kilocalorías por m³. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto.

Auto Sostenibilidad Agro Industrial: Bioenergética

Bioconversión y Fermentación Anaeróbica

 

Fermentación Anaeróbica

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

La producción de biogás se realiza por descomposición anaeróbica de la biomasa que sirve de substrato y es un bioproceso tanto de digestión como de degradación. La descomposición anaeróbica es un bioproceso denominado fermentación. El bioproceso de fermentación que conduce a la producción biológica de metano (biogás) se llama metanogénesis.

La digestión anaeróbica es un bioproceso mediante el cual diferentes microorganismos descomponen el material biodegradable en ausencia de oxígeno. La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. La metanogénesis es la formación de metano por microbios. Es una forma de metabolismo microbiano muy importante y extendido. En la mayoría de los entornos, es el paso final de la descomposición de la biomasa. La metanogénesis es por tanto un bioproceso de fermentación (descomposición anaeróbica) en el que se producen gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio; los cuales son llamados productos resultantes de la fermentación.

Existen dos formas de producir metano vía metanogénesis:

1. Producción de metano por reducción del CO₂

La metanogénesis por reducción del CO₂ es una forma de respiración anaeróbica.^[2] Los microbios metanógenos no utilizan el oxígeno para respirar; de hecho, el oxígeno inhibe el crecimiento de los metanógenos. El aceptor de electrones terminal en la metanogénesis no es el oxígeno, sino el carbono. El carbono puede aparecer en un pequeño número de compuestos orgánicos con poco peso molecular. Los dos caminos mejor descritos implican la utilización de dióxido de carbono y acetato como aceptores terminales de electrones: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2H₂O

2. Producción de metano a partir de moléculas orgánicas

Las bacterias metanógenas también producen metano pero a partir de sustratos orgánicos sencillos como el ácido acético, el formiato, el metanol, la metilamina, el sulfuro de dimetilo y el metanotiol. Por medio del marcaje radiactivo con el isótopo ¹⁴C se ha demostrado que el metano se origina exclusivamente a partir del carbono metílico del ácido acético: CH₃COOH → CH₄ + CO₂ Estas formas de producir metano a partir de formas parcialmente reducidas de carbono contenido en compuestos orgánicos; son reacciones que pueden considerarse como verdaderas fermentaciones.^[3

Biodegradación Aeróbica

Se entiende como biodegradable al producto o sustancia que puede descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales. En consecuencia todas las sustancias son biodegradables, la diferencia radica en el tiempo que tardan los agentes biológicos en descomponerlas en químicos naturales, ya que toda forma parte de la naturaleza.

Plazos de tiempo para la descomposición de varias materias comunes

• Canillas de plástico (de paquetes de latas de aluminio): 450 años.
• Bolsas de plástico: 100 a 200 años.
• Botella de vidrio: cerca de 4.000 años.
• Calcetines de lana: 1 a 5 años.
• Cáscara de naranja: 6 meses.
• Cáscara de plátano o de banana: 2 a 10 días.
• Cuerda: 3 a 14 meses.
• Envases de leche (Tetra PACK): 100 años.
• Estaca de madera: 2 a 3 años.
• Estaca de madera pintada: 12 a 15 años.
• Filtros de cigarrillos: 1 a 2 años.
• Hierro: depende del tipo de hierro de 1 año a varios millones de años
• Papel: 2 a 5 meses.
• Pañuelos hechos de algodón: 1 a 5 meses.
• Telas de nailon: 30 a 40 años.
• Vasos de aislante térmico de poliestireno "Styrofoam": 500 a 1000 años.
• Zapatos de cuero: 50 a 200 años.
• Latas de Aluminio (paquete de 6): aproximadamente 450 años
• Pañales desechables 5 a 100 años.

La biodegradación es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, denominados descomponedores, que emplean los substratos orgánicos para producir energía (por respiración celular) y crear las sustancias que requieren, nuevos tejidos y nuevos organismos. Los microorganismos descomponedores pueden emplearse en la eliminación de contaminantes; así como en la degradación de desechos orgánicos urbanos o agrícolas, papel, hidrocarburos, etc. No obstante, en vertidos de materia biodegradable que presenten sustancias tales como metales pesados, o si el medio tiene un pH extremo; este tratamiento puede no ser efectivo. En estos casos, se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en condiciones en que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable.

La degradación de la materia orgánica se produce por dos vías:

Degradación aerobia.

Degradación anaerobia.

La degradación anaerobia corresponde al bioproceso de digestión anaeróbica (fermentación) que ya se analizó. Al proceso de descomposición aeróbico se le denomina compost o compostaje.

Compost

El compost se obtiene de manera natural por descomposición aeróbica (con oxígeno) de residuos orgánicos: restos vegetales y animales, excrementos y purines. El proceso se realiza por medio de la reproducción masiva de bacterias aerobias termófilas que están presentes en forma natural en casi cualquier lugar. Posteriormente, se da un proceso de fermentación que continúan otras especies de bacterias, hongos y actinomicetos. En la producción de compost para abono orgánico se trata de evitar la putrefacción de los residuos orgánicos por exceso de agua que impide la aireación-oxigenación y crea las condiciones biológicas anaeróbicas requeridas para la digestión anaeróbica; aunque ciertos procesos industriales de compostaje usan la putrefacción por bacterias anaerobias.

Esencialmente hay dos métodos para el compostaje aeróbico:

Activo o caliente: se controla la temperatura para permitir el desarrollo de las bacterias más activas, matar la mayoría de patógenos y gérmenes y así producir compost útil de forma rápida.

Pasivo o frío: sin control de temperatura, los procesos son los naturales a temperatura ambiente.

La mayoría de plantas industriales y comerciales de compostaje utilizan procesos activos, porque garantizan productos de mejor calidad en el plazo menor. El mayor grado de control y, por tanto, la mayor calidad, suele conseguirse compostando en un recipiente cerrado con un control y ajuste continuo de temperatura, flujo de aire y humedad, entre otros parámetros.

Composteador casero

El compostaje casero es más variado, fluctuando entre técnicas extremadamente pasivas hasta técnicas activas propias de una industria. Se pueden utilizar productos desodorantes, aunque una pila bien mantenida raramente produce malos olores. Una pila de compost efectiva debe tener una humedad entre el 40 y el 60%. Ese grado de humedad es suficiente para que exista vida en la pila de compost y las bacterias puedan realizar su función. Las bacterias y otros microorganismos se clasifican en grupos en función de cuál es su temperatura ideal y cuánto calor generan en su metabolismo. Las bacterias mesofílicas requieren temperaturas moderadas, entre 20 y 40ºC. Conforme descomponen la materia orgánica generan calor. Lógicamente, es la zona interna de la pila la que más se calienta. Las pilas de compost deben tener, al menos, 1 m de ancho por 1 m de alto y la longitud que sea posible. Así se consigue que el propio material aísle el calor generado. Hay sistemas como Faber-Ambra que permiten pilas mucho más anchas y más altas. Así se puede hacer composta de una tonelada de residuos en un metro cuadrado. La aireación pasiva se ejecuta por medio de un piso falso. Tampoco necesita un revolteo del material en degradación. La temperatura ideal está alrededor de los 60ºC. Así la mayoría de patógenos y semillas indeseadas mueren a la par que se genera un ambiente ideal para las bacterias termofílicas, que son los agentes más rápidos de la descomposición. De hecho, el centro de la pila debería estar caliente (tanto como para llegar a quemar al tocarlo con la mano). Si esto no sucede, puede estar pasando alguna de las siguientes cosas:

• Hay demasiada humedad en la pila por lo que se reduce la cantidad de oxígeno disponible para las bacterias.
• La pila está muy seca y las bacterias no disponen de la humedad necesaria para vivir y reproducirse.
• No hay suficientes proteínas (material rico en nitrógeno)

La mezcla debe pasar por la adición de material y el volteo de la pila para que se airee.

Dependiendo del ritmo de producción de compost deseado la pila puede ser volteada más veces para llevar a la zona interna el material de las capas externas y viceversa, a la vez que se airea la mezcla. La adición de agua puede hacerse en ese mismo momento, contribuyendo a mantener un nivel correcto de humedad. Un indicador de que ha llegado el momento del volteo es el descenso de la temperatura debido a que las bacterias del centro de la pila (las más activas) han consumido toda su fuente de alimentación. Llega un momento en que la temperatura deja de subir incluso inmediatamente después de que la pila haya sido removida. Eso indica que ya no es necesario voltearla más. Finalmente todo el material será homogéneo, de un color oscuro y sin ningún parecido con el producto inicial. Entonces está listo para ser usado. Hay quien prefiere alargar la maduración durante incluso un año más, ya que, aunque no está demostrado, puede que los beneficios del compost así producido sean más duraderos. A veces se añaden otros ingredientes con el fin de enriquecer la mezcla final, controlar las condiciones del proceso o de activar los microorganismos responsables del mismo. Espolvorear cal en pequeñas cantidades puede controlar la aparición de un excesivo grado de acidez que reduzca la velocidad de fermentación. Las algas proporcionan importantes micronutrientes. Algunas rocas pulverizadas proporcionan minerales, al contrario que la arcilla. La fracción de estiércol puede provenir de heces humanas. No obstante, el riesgo de que no se alcancen temperaturas suficientemente altas para eliminar los patógenos hace que no suelan utilizarse en cultivos alimentarios. Tampoco se recomienda en el compostaje casero la utilización en general de heces de animales carnívoros pues contienen patógenos difícilmente eliminables. Aun así pueden ser útiles para el abonado de árboles, jardines, etc. Se puede obtener vermicompost como producto de excreción de la lombriz roja u otros miembros de la familia Lumbricidae. Estos organismos se alimentan de residuos orgánicos y los transforman en un producto rico en nutrientes y microbios del suelo utilizado para fertilizar o enriquecer la tierra como medio de cultivo. Existe una actividad llamada lombricultura, que trata las condiciones de cría, reproducción y supervivencia de estas lombrices. Incluso existe un mercado mundial para comercializarlas. La vermicultura se puede practicar en pequeña escala dentro de las casas tanto como en gran escala.

Lumbricus rubellus.

Es una tecnología basada en la cría intensiva de lombrices para la producción de humus a partir de un sustrato orgánico. Es un proceso de descomposición natural, similar al compostaje, en el que el material orgánico, además de ser atacado por los microorganismos (hongos, bacterias, actinomicetos, levaduras, etc.) existentes en el medio natural, también lo es por el complejo sistema digestivo de la lombriz. Las especies de lombriz más frecuentemente utilizadas para la lombricultura son Eisenia foetida, Lumbricus rubellus, Eisenia Andrei, Eisenia hortensis, Lumbricus castaneus éstas se encuentran comúnmente por toda Euroasia y en la actualidad se han vuelto especies cosmopolitas en tierras orgánicas ricas, especialmente en vegetación en descomposición, compost y montones de estiércol. Los gusanos de compostaje se pueden obtener a través de lombricultores profesionales, lombricultores domésticos (es habitual que un criador casero regale a las personas del entorno y ayude a expandir la lombricultura) y otra manera no común pero sí muy válida es trampear en la intemperie o buscar colonias de lombrices en los montículos de estiércol.

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Biogás y Biodigestores

 

Biodigestores (bioproceso fermentativo)

http://www.textoscientificos.com/energia/fermentacion

Los biodigestores son dispositivos biotecnológicos en donde se aprovecha la liberación del biogás para ser usado luego como combustible; posterior a un proceso de limpieza y otro de purificación. Como se indicó con anterioridad, la presencia de agua en cantidad significativa, favorece la putrefacción de la materia orgánica, en un proceso de digestión anaeróbico. Este proceso fermentativo inicia con una fase acidogénica que se caracteriza por la producción de ácido acético por microorganismos y bacterias facultativas. En el gráfico y el cuadro expuestos resumen las distintas fases y sus características para cada una de las etapas que ocurren en el proceso global

Fase Acidogénica	Fase Metanogénica
Bacterias facultativas (pueden vivir en presencia de bajos contenidos de oxígeno).	Bacterias anaeróbicas estrictas (No pueden vivir en presencia de oxígeno).
Reproducción muy rápida (alta tasa reproductiva).	Reproducción lenta (baja tasa reproductiva).
Poco sensibles a los cambios de acidez y temperatura.	Muy sensibles a los cambios de acidez y temperatura.
Principales metabolitos, ácidos orgánicos.	Principales productos finales, metano y dióxido de carbono

Factores que afectan la producción del biogás

http://www.textoscientificos.com/energia/biogas/factores

El punto crítico en la operación de un biodigestor es la lenta velocidad de recuperación de las bacterias metanogénicas. Es por eso que la estabilización del digestor depende en gran manera del cuidado de los parámetros que gobiernan el proceso.

Los factores más importantes son los siguientes:

· tipo de sustrato (nutrientes disponibles)

· temperatura del sustrato; la carga volumétrica

· tiempo de retención hidráulico

· nivel de acidez (pH)

· relación Carbono/Nitrógeno

· concentración del sustrato; el agregado de inoculantes

· grado de mezclado

· presencia de compuestos inhibidores del proceso.

Tipo de materia prima

ESPECIE	PESO VIVO	kg ESTIERCOL/día	l/kg.S.V.	%CH4
Cerdos	50	4,5 – 6	340 – 550	65 – 70
Vacunos	400	25 -40	90 – 310	65
Equinos	450	12 – 16	200 – 300	65
Ovinos	45	2,5	90 – 310	63
Aves	1.5	0,06	310 – 620	60
Caprinos	40	1,5	110 – 290	–

 

Las materias primas fermentables incluyen: excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas e industriales (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, alimenticias en general), restos de cosechas y basuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas. El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores). Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechos industriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestos enumerados o bien un post tratamiento aeróbico. Las sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado, compostado) a fin de liberar las sustancias factibles de ser transformadas de las incrustaciones de lignina. En lo atinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependerá fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos. A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércol producido por distintos tipos de animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando como referencia el kilogramo de sólidos volátiles.

Temperatura del sustrato

BACTERIAS	RANGO DE TEMPERATURAS	SENSIBILIDAD
Psiccrofílicas	menos de 20ºC	± 2ºC/hora
Mesofílicas	entre 20ºC y 40ºC	± 1ºC/hora
Termofílicas	más de 40ºC	± 0,5ºC/hora

 

Para que se inicie el proceso se necesita una temperatura mínima de 4º a 5º C y no se debe sobrepasar una máxima de alrededor de 70ºC. Se realiza generalmente una diferenciación en tres rangos de temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan en cada una de ellas. La actividad biológica y por lo tanto la producción de gas aumenta con la temperatura. Al mismo tiempo se deberá tener en cuenta que al no generar calor el proceso la temperatura deberá ser lograda y mantenida mediante energía exterior. El cuidado en el mantenimiento también debe extremarse a medida que aumentamos la temperatura, dada la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas. Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger un determinado rango de temperaturas para el funcionamiento de un digestor ya que a pesar de incrementarse la eficiencia y producción de gas paralelamente aumentará los costos de instalación y la complejidad de la misma. Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termofílicas poseen generalmente sistemas de calefacción, aislamiento y control los cuales son obviados en digestores rurales económicos que trabajan a bajas temperaturas. La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debe permanecer la biomasa dentro del digestor para completar su degradación (Tiempo de retención Hidráulica, TRH). A medida que se aumenta la temperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuencia se necesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad de biomasa.

Velocidad de carga volumétrica

 

Con este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor. Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida que se incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención. Existen diferentes formas de expresar este parámetro siendo los más usuales los siguientes: kg de material/día; kg de materia seca/día; kg de sólidos volátiles/día todos expresados por metro cúbico de digestor. Las cantidades de sólidos y sólidos volátiles se extraen afectando a las cantidades en Kg. de material cargado con los porcentajes de sólidos o sólidos volátiles que se obtiene por análisis. (Porcentaje de sólidos sometiendo al sustrato a desecación, 105ºC hasta peso constante y extrayendo el siguiente coeficiente: (peso húmedo – peso seco)/peso húmedo. El porcentaje de sólidos volátiles se obtiene sometiendo la muestra seca a la mufla, 560ºC durante tres horas y extrayendo el siguiente coeficiente:

Un factor importante a tener en cuenta en este parámetro es la dilución utilizada, debido a que una misma cantidad de material biodegradable podrá ser cargado con diferentes volúmenes de agua.

Tiempos de retención

MATERIA PRIMA	T.R.H.
Estiércol vacuno líquido	20 – 30 días
Estiércol porcino líquido	15 – 25 días
Estiércol aviar líquido	20 – 40 días

 

Este parámetro sólo puede ser claramente definido en los “sistemas discontinuos o batch” donde el T.R. coincide con el tiempo de permanencia del sustrato dentro del digestor. En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retención se define como el valor en días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria. De acuerdo al diseño del reactor, el mezclado y la forma de extracción de los efluentes pueden existir variables diferencias entre los tiempos de retención de líquidos y sólidos debido a lo cual suelen determinarse ambos valores. El T.R. está íntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo. La selección de una mayor temperatura implicará una disminución en los tiempos de retención requeridos y consecuentemente serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen de material. La relación costo beneficio es el factor que finalmente determinará la optimización entre la temperatura y el T.R., ya varían los volúmenes, los sistemas paralelos de control, la calefacción y la eficiencia. Con relación al tipo de sustrato, generalmente los materiales con mayor proporción de carbono retenido en moléculas resistentes como la celulosa demandarán mayores tiempos de retención para ser totalmente digeridos. En la FIGURA 4 podemos observar cómo se distribuye en función al tiempo de retención la producción diaria de gas para materiales con distintas proporciones de celulosa. A modo de ejemplo se dan valores indicativos de tiempos de retención usualmente más utilizados en la digestión de estiércoles a temperatura mesofílica. El límite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de las bacterias metanogénicas debido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad de bacterias que se encuentran en el líquido. Esta extracción debe ser compensada por la multiplicación de las bacterias que pertenecen dentro del reactor. Por esta razón en los últimos años se han buscado diseños de cámaras de digestión que procuran lograr grandes superficies internas sobre las cuales se depositan como una película las bacterias u otros sistemas que logran retener a las metanogénicas pudiéndose lograr de este modo T.R. menores (ver 2.4., Filtro anaeróbico y U.A.S.B., respectivamente).

Valor de acidez (pH)

 

Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en valores que oscilan entre 7 y 8,5. Debido a los efectos buffer que producen los compuestos bicarbonato-dióxido de carbono (CO 2 -HCO 3 ) y Amonio -Amoníaco (NH 4 -NH 3 ) el proceso en sí mismo tiene capacidad de regular diferencias en el pH del material de entrada. Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte deterioro del equilibrio entre las bacterias de la faz ácida y la metanogénica provocado por severas fluctuaciones en alguno de los parámetros que gobiernan el proceso.

Contenido de sólidos

 

La movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve crecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de sólidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y producción de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de producciones de gas importantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de sólidos. En este punto tampoco existen reglas fijas; mediciones realizadas utilizando mezclas de estiércoles animales en agua han determinado que para digestores continuos el porcentaje de sólidos óptimo oscila entre el 8% y el 12%.

Inclusión de inoculantes

El crecimiento bacteriano dentro de los digestores sigue desde su arranque la curva típica graficada en la siguiente figura. En la figura pueden distinguirse claramente tres etapas: La de arranque (I), la de estabilización (II) y la de declinación (III). La primera etapa puede ser acortada mediante la inclusión de un determinado porcentaje de material de otro digestor rico en bacterias que se encuentran en plena actividad. Esto es particularmente importante en los digestores discontinuos que deben ser arrancados frecuentemente. Al llegarse en forma más rápida a la estabilización puede incrementarse la producción de gas por kg. de estiércol. Los dos factores a tener en cuenta en la inoculación de un digestor es la proporción en que se agrega y la edad del mismo. Cuanto mayor sea la proporción y menor la edad mayor será la eficacia.

Agitación – mezclado

 

Los objetivos buscados con la agitación son: remoción de los metabolitos producidos por las bacterias metanógenas, mezclado del sustrato fresco con la población bacteriana, evitar la formación de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar la formación de espacios “muertos” sin actividad biológica. En la selección del sistema, frecuencia e intensidad de la agitación se deberán realizar las siguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra un equilibrio simbiótico entre varios tipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cuál el metabolito de un grupo específico servirá de alimento para el siguiente implicará una mema en la actividad biológica y por ende una reducción en la producción de gas. Como conclusión en la elección de un determinado sistema se tendrá siempre presente tanto los objetivos buscados como el prejuicio que puede causar una agitación excesiva debiéndose buscar un punto medio óptimo. Existen varios mecanismos de agitación utilizados desde los más simples que consisten en un batido manual o el provocado por la entrada y salida de los líquidos hasta sofisticados equipos que involucran agitadores a hélice, recirculadores de sustrato e inyectores de gas.

Inhibidores

 

La presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes en determinadas concentraciones pueden inhibir e incluso interrumpir el proceso fermentativo. Cuando es demasiado alta la concentración de ácidos volátiles (más de 2.000 ppm para la fermentación mesofílica y de 3.600 ppm para la termofílica se inhibirá la digestión. También una elevada concentración de Nitrógeno y Amoníaco destruyen las bacterias metanogénicas.

 

INHIBIDORES	CONCENTRACION INHIBIDORA
SO4	5.000 ppm
NaCl	40.000 ppm
Nitrato (según contenido de Nitrógeno)	0,05 mg/ml
Cu	100 mg/l
Cr	200 mg/l
Ni	200-500 mg/l
CN (Después que se han domesticado las bacterias metanogénicas a 2-10 mg/ml).	25 mg/l
ABS (Detergente sintético)	20-40 mg/l
Na	3.500-5.500 mg/l
K	2.500-4.500 mg/l
Ca	2.500-4.500 mg/l
Mg	1.000-1.500 mg/l

En el cuadro se dan valores de concentraciones de ciertos inhibidores comunes. Valores que se deben tomar como orientativos, puesto que las bacterias intervinientes pueden con el tiempo adaptarse a condiciones que en un principio las afectaba marcadamente.

Digestores anaeróbicos en Tel-Aviv, Israel

Biodigestores (Diseño)

 

Los biodigestores deben de ser diseñados de acuerdo a su finalidad (disposición de ganado o agrícola y su tipo; temperatura a la que va a trabajar) y a la escala productiva de la granja o desarrollo agropecuario. Un biodigestor puede ser diseñado para procesar todo el estiércol producido en una granja de gran magnitud; o bien, como herramienta de saneamiento básico en una pequeña.

Biodigestores Familiares de Bajo Costo

http://www.ruralcostarica.com/biodigestor-2.html

Este modelo de biodigestor consiste en fabricar una bolsa de polietileno tubular (de color negro en este caso) empleando en su color natural semitransparente, en capas solares, para disponer de una cámara de varios metros cúbicos cerrada herméticamente. El hermetismo es esencial para que se produzcan las reacciones biológicas anaerobias. Arriba es un dibujo del perfil de un biodigestor para tener una idea básica de su concepto. En el dibujo, A representa el tanque donde se va a digerir la mezcla de agua y estiércol. Cuando uno está trabajando con el estiércol de vacas en un biodigestor de este tamaño (1.9 metros de hondo X 1.5 metros de ancho X 3 metros de largo), hay que echarle 10 galones de agua y 5 galones de estiércol cada día. Con el uso de los desechos porcinos, uno puede trabajar con una relación 1:1, o sea, 5 galones de agua por el mismo volumen de desechos. En Costa Rica se usa más agua para el ganado vacuno porque son rumiantes y los pastos en los desechos necesitan más agua para digerirse. Entonces, hay que tener en cuenta que para ganado vacuno que se alimenta de grano probablemente va a tener desechos más favorables a la digestión con la proporción de agua y desechos de 1:1. En el dibujo, B y C representan el tubo de entrada y el tubo de salida respectivamente. El tubo de entrada debe entrar el tanque cerca del fondo, y el tubo de salida debe entrar el tanque justo por debajo de la primera fila de block de cemento. D y E representan la pila de carga y la pila de descarga respectivamente. La pila de carga debe tener un volumen mayor de 15 galones para poder mezclar el agua con los desechos antes de ingresar la mezcla al tanque. También, en el dibujo los círculos verdes representan los pines que van a sostener el marco del plástico en el caso de una bajada en el nivel de la mezcla en el tanque. Los círculos morados representan los ganchos que van a estar contra el marco del plástico mientras que intenta flotarse hasta la superficie. Los tubos con curvas que están en los dos lados del tanque son los tubos por los cuales pasa la soga delgada que es para mezclar el contenido del tanque para que no se forme una capa sólida por la superficie que puede ahogar a las bacterias que digieren adentro. Atados a esta soga estarán desde 3 hasta 5 envases (un galón cada uno) llenos hasta la mitad con arena que van a ayudar a batir la mezcla. En el dibujo, la raya amarilla suspendida representa el nivel de la mezcla líquida dentro del tanque. Nótese que el nivel está parejo con el nivel del tubo de salida. Esta paridad es importante porque cada día, cuando se echa la mezcla, el mismo volumen debe salir del tubo de salida que entró por la pila de carga.

Este líquido que sale de la salida se recoge en un balde (pila de descarga) para echar a cualquier planta como fertilizante. La bolsa negra sobre el tanque es el plástico y su marco que se intenta flotar, se acomoda contra los ganchos y que coge el biogás que se escapa de la superficie de la mezcla. Las flechas representan el biogás que luego se escapa por el hoyo en el medio del plástico y se va por el tubo PVC hasta la cocina donde se quema para cocinar. Una de las tuberías servirá como entrada de materia prima (mezcla de estiércol con agua de 1:4). En el biodigestor se alcanza finalmente un equilibrio de nivel hidráulico, por el cual, según la cantidad de estiércol mezclado con agua que se introduzca, saldrá una determinada cantidad de fertilizante por la tubería del otro extremo.

Usos del Biogás

http://www.textoscientificos.com/energia/biogas/usos

En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso con gas natural. El gráfico que se encuentra a continuación resume las posibles aplicaciones.

Con el objetivo de proveer como mínimo cinco horas de combustión (metano) a una cocina familiar; se requieren al menos 20 kilos de estiércol fresco diariamente. Dado que el estiércol también es muy apreciado como fertilizante líquido, un biodigestor diseñado para tal fin, debe permitir que la materia prima esté mayor tiempo en el interior de la cámara hermética; es decir, debe haber un mayor tiempo de retención. También se requiere reducir la mezcla con agua a 1:3 para aumentar la concentración del substrato. La temperatura ambiente en que va a trabajar el biodigestor indica el tiempo de retención necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. En ambientes de 30 ºC se requieren unos 10 días, a 20 ºC unos 25 y en altiplano, con invernadero, la temperatura de trabajo es de unos 10 ºC de media, y se requieren 55 días de tiempo de retención. Es por esto, que para una misma cantidad de materia prima entrante se requiere un volumen cinco veces mayor para la cámara hermética en el altiplano que en el trópico. La conducción de biogás hasta la cocina se hace directa, manteniendo todo el sistema a la misma presión: entre 8 y 13 cm de columna de agua dependiendo la altura y el tipo de fogón. Esta presión se alcanza incorporando en la conducción una válvula de seguridad construida a partir de una botella de refresco. Se incluye un ‘tee’ en la conducción, y mientras sigue la línea de gas, el tercer extremo de la tubería se introduce en el agua contenido en la botella de 8 a 13 cm. También se añade un reservorio, o almacén de biogás, en la conducción, permitiendo almacenar unos 2 a 3 metros cúbicos de biogás. Los costes en materiales de un biodigestor pueden variar de 110 dólares para trópico a 170 dólares para altiplano, ya que en la altura tienen mayores dimensiones y requieren de carpa solar.

Auto Sostenibilidad Agro Industrial: Bioenergética

Biocombustibles

 

Biodiesel

El biodiésel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,^[1] mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo. El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla. El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.

El biodiésel se describe químicamente como compuestos orgánicos de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga y corta. El proceso de síntesis del biodiesel consiste en una transesterificación que ocurre al combinar aceite vegetal con un alcohol ligero, normalmente metanol, en presencia de una base fuerte, por lo general KOH; la reacción deja como residuo de valor añadido propanotriol (glicerina) que se separa fácilmente de la mezcla y puede ser aprovechada luego para otros propósitos; industria cosmética, por ejemplo.

Síntesis_biodiésel

Procesos industriales de fabricación de biodiesel

En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se pueden obtener biodiésel. Los más importantes son los siguientes:

1. Proceso base-base. Mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido. Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (soda cáustica) o hidróxido de potasio (potasa cáustica).

2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa generalmente para aceites con alto índice de acidez.

3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo, como el hidróxido, actúe en la reacción.

4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide que se produzca biodiésel en grandes cantidades.

5. Método de reacción Ultrasónica. En el método reacción ultrasónica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así, utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiésel, se reduce drásticamente el tiempo, temperatura y energía necesaria para la reacción. Y no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación.^[2] De ahí que el proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasónicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día. Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba significativamente a causa de sus ventajas económicas.

Ventajas

• El biodiésel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diésel.
• La producción de biodiésel supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores.
• El biodiésel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte.
• Por su mayor índice de octano y lubricidad reduce el desgaste en la bomba de inyección y en las toberas.
• No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de combustión.
• El biodiésel también es utilizado como una alternativa de aceite para motores de dos tiempos, en varios porcentajes; el porcentaje más utilizado es el de 10/1.
• El biodiésel también puede ser utilizado como aditivo para motores a gasolina (nafta) para la limpieza interna de estos.

Inconvenientes

• La explotación de plantaciones para palmas de aceite (utilizadas para hacer biodiesel) fue responsable de un 87% de la desforestación de Malasia hasta el año 2000. En Sumatra y Borneo, millones de hectáreas de bosque se convirtieron en tierra de cultivo de estas palmeras y en los últimos años se ha conseguido más que doblar esa cifra, la tala y los incendios perduran. Hasta deforestaron por completo el famoso parque nacional Tanjung Puting de Kalimantan. Orangutanes, gibones, rinocerontes, tapires tigres, panteras nebulosa, etc… se van a extinguir por la destrucción del hábitat. Miles de indígenas han sido desalojados de sus tierras y 1500 indonesios fueron torturados. Pero los gobiernos, mientras Europa siga comprando su palma de aceite para hacer biodiesel, seguirán promoviendo el cultivo de estas plantas para su propio beneficio.

• Debido a su mejor capacidad solvente con respecto al petrodiésel, los residuos existentes son disueltos y enviados por la línea de combustible, pudiendo atascar los filtros, caso que se da únicamente cuando se utiliza por primera vez después de haber estado consumiendo diésel mineral.

• Tiene una menor capacidad energética, aproximadamente un 3% menos, aunque esto, en la práctica, no es tan notorio ya que es compensado con el mayor índice cetano, lo que produce una combustión más completa con menor compresión.

• Ciertas hipótesis sugieren que se producen mayores depósitos de combustión y que se degrada el arranque en frío de los motores, pero esto aún no está documentado.

• Otros problemas que presenta se refieren al área de la logística de almacenamiento, ya que es un producto hidrófilo y degradable, por lo cual es necesaria una planificación exacta de su producción y expedición. El producto se degrada notoriamente más rápido que el petrodiésel.

• Hasta el momento, no está claro el tiempo de vida útil del biodiésel; algunos sostienen que posee un tiempo de vida muy corto (meses), mientras que otros afirman que su vida útil llega incluso a 10 años o más. Pero todos concuerdan que depende de su manipulación y almacenamiento.

• El rendimiento promedio para oleaginosas como girasol, maní, arroz, algodón, soja o ricino ronda los 900 litros de biodiésel por hectárea cosechada. Esto puede hacer que sea poco práctico para países con poca superficie cultivable; sin embargo, la gran variedad de semillas aptas para su producción (muchas de ellas complementarias en su rotación o con subproductos utilizables en otras industrias) hace que sea un proyecto sustentable^{[cita requerida]}. No obstante, se está comenzando a utilizar la jatrofa para producir aceite vegetal y, posteriormente, biodiésel y que puede cultivarse incluso en zonas desérticas ^{[cita requerida]}.

Bioetanol

El etanol puede producirse de dos formas. La mayor parte de la producción mundial se obtiene del procesamiento de materia biológica, en particular ciertas plantas con azúcares. El etanol así producido se conoce como bioetanol. Por otra parte, también puede obtenerse etanol mediante la modificación química del etileno, por hidratación. El etanol puede producirse a partir de un gran número de plantas, con una variación, según el producto agrícola, del rendimiento entre el combustible consumido y el generado en dicho proceso. Este etanol, conocido como bioetanol, está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción,^[1] dudando además de su rentabilidad energética. El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.

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):

· Sustancias con alto contenido de sacarosa

o caña de azúcar

o remolacha

o melazas

o sorgo dulce

· Sustancias con alto contenido de almidón

o maíz

o patata

o yuca

· Sustancias con alto contenido de celulosa

o madera

o residuos agrícolas (incluyendo los residuos de los cítricos^{[2] [3]} ).

El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlo 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 – 150 °C. Posteriormente 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, ya que 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, pirolisis 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. 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. 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 ^{[cita requerida]} (sin embargo, habría que cultivar más tierra para substituir ese material, usado 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, 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 azeotrópica 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.

Gasohol

Autobús brasileño (motor Scania y carrocería Marcopolo) que opera con etanol E95 como combustible, está en servicio como prueba piloto del programa BEST en la ciudad de São Paulo, Brasil.

Gasohol o alconafta es la mezcla de gasolina y alcohol en distintas proporciones, para uso como combustible en motores de explosión diseñados para quemar derivados del petróleo. La mezcla del gasohol puede ser realizada con alcohol etílico (etanol) o con alcohol metílico (metanol), aunque el etanol es el tipo de alcohol que ha sido más utilizado comercialmente. El metanol ha sido utilizado en forma más limitada debido a que es tóxico. El uso más común del término gasohol se refiere a la mezcla con 10% de alcohol, pero también se utiliza en general para referirse a las mezclas con bajos contenidos de alcohol, usualmente inferiores a 25% de alcohol. Las mezclas que contienen un alto porcentaje de alcohol requieren que el motor, el sistema de inyección y otros sistemas del vehículo sean adaptados a las propiedades químicas del alcohol, con mayor atención a sus propiedades corrosivas. La proporción entre ambos combustibles se suele indicar con el porcentaje de etanol precedido por una E mayúscula. De esta manera, el gasohol E10 se compone de un 10% de etanol y un 90% de gasolina, y el E85 se obtiene mezclando un 85% de etanol y un 15% de gasolina. Una nomenclatura similar se utiliza con el gasohol producido con metanol. El porcentaje de metanol es precedido por una M mayúscula. Así, M85 es un combustible compuesto de 85% de metanol y un 15% de gasolina. Los primeros vehículos de combustible flexible fabricados en Estados Unidos utilizaban M85.^[1]