El documento analiza las alternativas energéticas de producción de biocombustibles como el bioetanol. Explica que los biocombustibles pueden reducir la dependencia de combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. También describe procesos para producir bioetanol a partir de cultivos como el sorgo y mediante fermentación de azúcares vegetales, así como métodos para almacenar energía solar para su conversión en combustibles.

1. ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS DE PRODUCCIÓN EN BIOCOMBUSTIBLES
Elaborado por:
NATALIA BORJA LEON
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
MANIZALES
2015

2. Alternativas energéticas de producción en biocombustibles
La búsqueda de alternativas de producción y consumo energético requiere una mirada
hacia la industria de los combustibles biológicos como el bioetanol que, como alternativa
energética, permita superar los inconvenientes generados por los métodos tradicionales de
producción y consumo, en especial en los temas políticos, ambientales, sociales y generar
ventajas competitivas frente a otras fuentes primarias de energía.
El uso de combustibles fósiles genera aumentos en la concentración de gases invernadero
en la atmosfera, lo cual está provocando el conocido fenómeno de “calentamiento
climático global”, cuya s consecuencias se expresan en impactos sobre la agricultura por
cambio en los regímenes de lluvias, contaminación por lluvias ácidas, reducción de la agro
y biodiversidad, efecto en la seguridad alimentaria, colonización de nuevas áreas por plagas
y enfermedades con efectos nocivos en animales, vegetales y seres humanos. De acuerdo
con el último reporte del clima entregado por el Instituto de Hidrología, la temporada de
calor tiene en alerta roja, el Departamento, por los efectos de reducción de lluvias, el
aumento de las temperaturas, el crecimiento de la probabilidad de los incendios forestales
y la disminución de la oferta hídrica en el territorio del Tolima.
Con base en lo anterior, existe gran preocupación por la problemática expresada en los
siguientes términos: alta contaminación por el uso de combustibles fósiles, alta
dependencia de combustibles con origen en el petróleo y en el carbón, insostenibilidad
ambiental, económica y social de los combustibles fósiles, incremento en las emisiones de
Co y Co2 en la actividad industrial, transporte y agrícola, incremento en la emisión de gases
efecto invernadero, incremento del calentamiento global e impacto negativo de las
actividades agropecuarias en la biodiversidad de los ecosistemas.
Ante toda esta problemática, es imprescindible obtener nuevas fuentes de energía eléctrica
que causen un mínimo impacto en el medio ambiente y no dependan de los combustibles
fósiles. Por lo anterior se ha considerado que los biocombustibles representan una solución
potencial, porque en lo energético contribuirían a disminuir sustancialmente la demanda
de combustibles fósiles reduciendo así los riesgos asociados a la vulnerabilidad del mercado
internacional del crudo. En lo ambiental se ha señalado que el bioetanol no sólo genera
menos emisiones de gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles, sino que los
cultivos energéticos tienen en teoría la capacidad de capturar carbono, contribuyendo así
a controlar el cambio climático.
No se puede desconocer que los requerimientos energéticos son necesarios en los distintos
ámbitos de las actividades humanas, tanto las domésticas como las industriales, agrícolas y
ganaderas, o las relacionadas con el ocio o los servicios. La disponibilidad de energía es una
necesidad determinante para el funcionamiento de las sociedades desarrolladas. El
incremento de la población mundial y una mejor calidad de vida para un mayor número de
humanos en el último siglo nos han situado delante de un escenario de crisis energética
global.

3. La producción de bioetanol a partir de materiales vegetales no convencionales y de alto
rendimiento en biomasa y precocidad a la cosecha, como el sorgo dulce, que contiene
grandes concentraciones de azúcares, altos contenidos de jugos útiles en los procesos de
fermentación y producción de alcohol etílico. Es por esto que la rusticidad de los materiales
genéticos de sorgo dulce, permite su producción en condiciones extremas de sequía, suelo
y manejo agronómico. La precocidad de los mismos garantiza mayor número de cortes (3)
al año que la caña de azúcar (1). Con esta estrategia se reduce las áreas destinadas a
producción de biocombustible sin intervenir áreas destinadas para cultivos destinados para
la alimentación humana, se genera empleo para las comunidades de agricultores, mayores
ingresos y mejoramiento de la calidad de vida.
El alcohol etílico o etanol (CH3-CH2OH) es un producto químico obtenido a partir de la
fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como
cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo. Estos azúcares están combinados en forma de
sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. Las plantas crecen gracias al proceso de
fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los
nutrientes de la tierra forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos
de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta. De este proceso se
obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que después
de ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El bioetanol mezclado con la
gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy
similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes
en los motores tradicionales de combustión. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en
concentraciones del 5 o el 10%, E5 y E10 que no requieren modificaciones en los motores
actuales.
La producción de biocombustibles forma parte de una estrategia competitiva, con un gran
potencial para impulsar una nueva estructura de mercado dentro del área agrícola. Sin
embargo, La biotecnología moderna puede ser considerada una alternativa para poner en
práctica una política energética sustentable, si se plantea desde una perspectiva nacional,
invirtiendo en investigación y desarrollo de nuevas tecnologías que no desplacen el uso de
la biomasa para la producción de biocombustibles a costa de la producción de alimentos.
El Etanol se promociona como un “combustible del futuro”, primordialmente porque tiene
un balance energético positivo, esto significa que cada unidad de energía contenida en el
mismo es mayor que la energía utilizada para su producción. Por lo tanto, no está fuera de
lugar proclamar que, al ser una alternativa de menor emisión de carbón que la quema de
combustibles fósiles, su uso es mejor no sólo para la salud sino también para la mitigación
del “efecto invernadero”, algo que tiene al mundo entero preocupado.
La gestión de estrategias de producción de energía renovable que contribuyan a la
conservación de la naturaleza y la salud humana se presenta como un aspecto central que
justifica el desarrollo de bioenergéticos, como son el caso del bioetanol y el biodiesel. El
principal riesgo económico, y que ya se está presentando dentro del mercado mundial, es
el aumento de precios en los alimentos no sólo por el actual sino por el futuro crecimiento

4. en la producción y demanda de biocombustibles provenientes de productos agrícolas como
el maíz. Con la ingeniería genética se busca la obtención de levaduras genéticamente
modificadas para la producción de bioetanol a partir de desechos agrícolas. Otras de sus
aplicaciones son la modificación genética de bacterias para optimizar la conversión de la
biomasa; y la obtención de variedades resistentes a insectos, con alta tolerancia a
herbicidas.
Fuente:http://www.pincc.unam.mx/congresonacional2013/documentos_descargables/pdf/pdf%20ibero%2
0puebla/aguilaruscangamaguadalupe%20.pdf
Proceso de obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulosica utilizando levaduras
termotolerantes
El CIEMAT ha desarrollado un proceso de sacarificación y fermentación simultaneas
actualmente en en fase de patente, que supone una mejora de los procesos desarrollados
por otros laboratorios puesto que emplea una cepa termotolerante. (CIEMAT, 2001). A
comienzos de la década de los noventa el CIEMAT puso en marcha el programa de
investigación enfocado a la obtención de levaduras capaces de producir etanol, con buenos
rendimientos a temperaturas superiores a 40 grados. La cual dio como resultado una nueva
cepa de la especie Kluyveromyces marxianus. Esta cepa se obtiene mediante mutagenesis
química y posterior selección es capaz de fer mentar la glucosa, procedente de la hidrolisis
de la celulosa, con buenos rendimientos (CIEMAT, 2001). Mediante este proceso pueden
transformarse en etanol materias primas que contienen predominantemente celulosa tales
como, residuos forestales y agrícolas, pasta de papel, biomasa de cultivo lignocelulósicos y
la fracción orgánica de los residuos domésticos.

5. La producción de biocombustibles a partir de lodos de PTAR
Numerosos documentos están disponibles con respecto a los procesos de conversión
biológicos que se pueden utilizar para producir energía líquidos o gaseosos a partir de
biomasa (Rulkens, 2008).
La producción de energía consta de tres pasos principales. La primera etapa es una etapa
de pretratamiento que es a menudo necesario para hacer que el sustrato accesible a la
etapa de conversión biológica y la etapa de fermentación. En general, los componentes de
la biomasa generales, como el azúcar y el almidón, son fácilmente biodisponible. Sin
embargo, los materiales vegetales, especialmente los componentes de la pared celular de
plantas, a menudo contienen grandes cantidades de lignocelulosa.
Esta lignocelulosa consiste en un complejo de tres principales polímeros: celulosa,
hemicelulosa y lignina. Para hacer a los polisacáridos un complejo de lignocelulosa
biodisponibles para los microorganismos, se requiere un proceso de pretratamiento.
Algunos de estos sistemas de pretratamiento son el tratamiento de vapor, hidrólisis ácida
o alcalina, el tratamiento con enzimas, tratamiento ultrasónico, la oxidación húmeda, el
tratamiento de alta temperatura, extracción con disolvente, de reducción de tamaño de
partícula, la extrusión, la aplicación de ozono, o una combinación de uno de estos métodos.
En la etapa de fermentación, la conversión biológica se lleva a cabo. A menudo, será
necesario, para obtener las condiciones óptimas de proceso, para dividir este paso en dos
etapas de tratamiento integrados uno con el otro. Después de la etapa de fermentación,
una etapa de post-tratamiento es necesaria. (Rulkens, 2008)
En general, se puede concluir de lo anterior que hasta ahora la investigación en la
producción de combustibles líquidos o gaseosos distintos del metano (biogás) de las aguas
residuales no es muy prometedor (Rulkens, 2008). Cuando la forma sencilla de producir
metano de los lodos de PTAR, la experiencia con el proceso de producción de biogás, y la
aplicación de biogás para la producción de electricidad y energía térmica se tienen en
cuenta, es dudoso que la producción de otros líquidos gaseosos se convertirán en el futuro
una alternativa seria para la producción de biogás. Otra alternativa podría ser la producción
de estos biocombustibles a partir de mezcla de lodos de aguas residuales y otros residuos
de origen biológico, tale s como residuos de alimentos o la biomasa.
A nivel mundial, una gran cantidad de esfuerzo de investigación se gasta en el desarrollo de
innovadores procesos de conversión biológica de la biomasa y la mejora de los procesos de
conversión biológica existentes de biomasa. (Rulkens, 2008)

6. Procesos de almacenado de la energía solar para la producción de combustibles
En el suministro de energías renovables, la energía solar es la más abundante, disponible
de todas las fuentes de energía renovable. La energía solar recibida por la tierra cada diez
días es equivalente a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas. Por lo cual es
necesario conocer las bondades y sus aplicaciones. (CIEMAT, 2001)
La propiedad química del almacenamiento de energía que posee algunas sustancias es una
de las razones técnicas fundamentales para el éxito y desarrollo de tecnologías basadas en
el carbón o petróleo. Los desarrollos hacia sistemas energéticos globales sostenibles van a
exigir la sustitución de los carburantes fósiles por otros cuya principal fuente sea energía
renovable. De acuerdo a lo anterior el objetivo más importante de la química solar es
reemplazar la función energética de los combustibles fósiles en el transporte, industria
química, petroquímica, metalurgia e industrias relacionadas. Si la radiación solar se utiliza
como un combustible idéntico o con propiedades similares a los basados en materias primas
y procesos de conversión convencionales, se tiene los denominados “combustibles solares”
como es el caso por ejemplo del gas de síntesis, hidrogeno, metanol etc. (CIEMAT, 2001)
Una característica común de todos estos procesos para ser llevados a cabo requiere un
elevado aporte energético con altas densidades de flujo solar. Los procesos más
prometedores son los ciclos termoquímicos son: 1.Producción solar de hidrogeno, 2
reducción carbotérmica de óxidos metálicos, 3. Reformado solar de gas natural, 4.
Conversión termoquímica de compuestos de carbono.
Fuente:http://www.pincc.unam.mx/congresonacional2013/documentos_descargables/pdf/pdf%20ibero%2
0puebla/aguilaruscangamaguadalupe%20.pdf
Conclusion
Las alternativas energeticas cubren un amplio rango de aplicaciones y algunas se han
demostrado tecnicamente viables, aunque las tecnologias no puede considerarse lo
suficientemente desarrollados en la mayoria de los casos para poder alcanzar la viabilidad
comercial y economica.

7. La biotecnología moderna se está convirtiendo en una herramienta inclusiva en muchas
ramas productivas. La importancia de la aplicación de la ingeniería genética ahora no sólo
se encuentra en el sector farmacéutico, agrícola alimentario, genoma humano, sino
también en la producción de bioenergéticos.
La utilización energética de biomasa presenta importante barreras, ya que este depende
de los recursos con que se cuente, la tecnología y los productos que se deseen obtener, en
Colombia son muy incipientes, aunque en otros lugares del mundo por ejemplo Europa, ya
está avanzando en este sentido, sobretodo en la generación de biocombustibles como
biogás a partir del metano que se produce como residuo en la maduración de los lodos.
Para evaluar el impacto de los biocombustibles en la producción nacional, se debe
considerar los efectos del calentamiento global que ha dado como resultado la pérdida de
cosechas en diversas regiones, lo cual repercute en la capacidad de la producción interna,
esto ha sido devastador para los agricultores, así como la pérdida de la autosuficiencia
alimentaria, por esto se hace necesario investigar nuevas.
Referencias
Colomer Mendoza, F., Alberola, M. C., Prats, L. H., Izquierdo, A. G., & Bovea, M. (2009). Viabilidad
de la Valorización energética de lodos procedentes de distintos tipos de depuradoras. Residuos 110,
32-37.
Husillos, N. (2012). Valorización de residuos de estaciones de tratamiento de agua potable y residual
en la industria del cemento. Madrid: Universidad Autónoma de Madrid.
Parra Piérart, I., & Chiang Rojas, G. (2013). Integrated model of biopurifiation system for home
sewage. A proposal for peri-urban communities from south center of Chile. Gestion y Ambiente, 39-
51.
Rulkens, W. (2008). Sewage Sludge as a Biomass Resource for the Production of Energy: Overview
and Assessment of the Various Options. Energy & Fuels, 9-15.
Garcia Pedro L. (2001). Tecnología energética e impacto de ambiental. Mc Graw hill Profesional.
España. Ej 3.