Revista La Ciencia y el Hombre
Enero•Abril
de 2009
REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Volumen XXII
Número 1
Editorial
Con la fotosíntesis en casa
Célula:
¿“pequeños animálculos” o unidades de vida?
Agua subterránea:
el agua que no vemos
La biodiversidad desde la perspectiva de la conservación
La conservación de la vida salvaje
La vainilla
La vainilla y sus beneficios en el sistema de acahual
¿Es factible producir alimentos sin agroquímicos?
La produccion de biocombustibles en México:
la caña de azúcar
El problema de la técnica en Ortega y Gasset
La Sociedad de Reformulación Científica
Viajeros en el tiempo: mi encuentro con Turing
ENTREVISTA
Gerardo Jiménez Sánchez:
el conocimiento del genoma humano ha derrumbado el concepto de raza
DISTINTAS Y DISTANTES: MUJERES EN LA CIENCIA
Carolina Herschel:
la astronomía sideral o la canción de las estrellas
CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
Cuidar, invertir:
la economía de la vida
 

Producción de biocombustibles en México: la caña de azúcar*

Roberto Bravo Garzón y Raúl Cortés García

Antecedentes

Hace apenas unas decenas de años, la humanidad reparó en que el uso y abuso indiscriminado de los recursos naturales del planeta estaba provocando el grave deterioro del medio ambiente al enrarecer la calidad de la atmósfera, romper el techo de la biosfera, elevar la temperatura, modificar drásticamente las características climáticas y acelerar el proceso de contaminación del entorno ecológico mundial. El Club de Roma hizo la primera advertencia desde mediados del siglo pasado en Los límites del crecimiento, pero en ese entonces solamente algunos miembros de la comunidad científica atendieron el fenómeno. Los gobiernos, en cambio, en su acelerada competencia industrial, no repararon en los graves efectos que estaban causando.

Actualmente, el problema ecológico ya es reconocido mundialmente y está siendo enfrentado mediante el acuerdo internacional de Kyoto, firmado por la mayor parte de los países industrializados, que son los que más contaminación producen, e incluso por los países en vías de desarrollo. Sólo Estados Unidos, que es la nación que mayor contaminación provoca en el orbe (25% del total), no ha firmado aún ese convenio. Todos los demás se han comprometido a disminuir el uso de estos combustibles en el corto, mediano y largo plazo, para volver a las condiciones de contaminación que el mundo registraba a principios del siglo XX en un plazo no mayor de cien años. En este esfuerzo internacional se percibe otro problema que está generando una grave crisis económica mundial y que constituye el origen de los enfrentamientos bélicos: el agotamiento de los hidrocarburos y el encarecimiento del costo de su extracción.

México ha firmado el convenio de Kyoto, y si bien el actual precio del barril ha favorecido aparentemente el crecimiento de nuestras reservas por la exportación de crudo1, el aumento del consumo de gasolina se ha incrementado exponencialmente en los últimos años, sin que se haya invertido en nuevas refinerías, lo que obliga a importar actualmente 320 mil barriles diarios, que representan un poco más de 40% del consumo nacional, por lo que su efecto neto en la balanza internacional de pagos arroja que casi la tercera parte de nuestros ingresos petroleros se gasta en la importación de gasolina, y ello sin contar la importación de otros petrolíferos, cuya suma alcanzó los 6 mil 400 millones de dólares en los cuatro primeros meses de 2008.

Ante este problema mundial, la investigación científica, la tecnología aplicada y la producción industrial se han venido orientando a la utilización de una de las fuentes energéticas más antiguas, que había sido parcialmente olvidada por el uso de los derivados de los combustibles fósiles: la biomasa. Esta es la única fuente renovable de carbono natural, cuyas emisiones por su uso se recapturan a través de la fotosíntesis de las plantas, limpiando así la atmósfera y disminuyendo el efecto invernadero; además, las tecnologías para su aprovechamiento son ahora relativamente más baratas con respecto al precio actual de los hidrocarburos.

Los biocombustibles

De la biomasa se pueden producir infinidad de productos, pero hoy nos concentraremos en tres de los más importantes sustitutos de los hidrocarburos: el etanol, el bio-oil y el biodiesel. El etanol es un alcohol que se obtiene de varios vegetales. En Estados Unidos se produce actualmente a partir de un maíz transgénicamente modificado, cuyo uso como fuente de energía ha generado una fuerte discusión científica en el mundo por considerarse, en primer lugar, que los granos, dada su escasez, deben ser utilizados solo como alimento (animal y humano), y también porque en su elaboración se utiliza una gran cantidad de energía que arroja un balance mínimo favorable: 1 x 1.3%. En México, la última legislación –ya en vigor– prohíbe el uso del maíz para producir etanol, a menos que se utilicen los excedentes del grano una vez cubiertas las necesidades de la demanda alimenticia nacional. La verdad es que ya importamos siete millones de toneladas anuales.

Pero además el etanol se puede producir de manera más barata y utilizando una menor cantidad de energía; su balance energético es favorable, variando entre 1 x 3 a 1 x 8% en su transformación a partir del jugo de la caña. Brasil ya está produciendo actualmente 20 mil 600 millones de litros de etanol a partir de ese producto. Y allá las estaciones de gasolina ofrecen indistintamente, en sendas bombas, gasolina y etanol para que cada cliente pida la proporción de su preferencia. Por su parte, Estados Unidos ya rebasó este nivel: en 2007 produjo 26 mil millones de litros a partir del maíz híbrido, desde luego a mayor costo, pero inferior al precio actual de la gasolina debido a los altos subsidios que ese país destina a la producción de granos.

La agroindustria cañera de México

México es el séptimo productor de azúcar en el mundo y la agroindustria cañera es la más antigua del país. Su cultivo ocupa alrededor de 675 mil hectáreas, con una producción de 50 millones de toneladas de caña al año, las que se procesan en 57 ingenios distribuidos en quince estados de la República y cuya producción promedio en los últimos cinco años es de 5.2 millones de toneladas de azúcar; asimismo, genera alrededor de 3 millones de empleos directos e indirectos y es el sustento de casi 5 mil familias campesinas por ingenio en promedio. Es por ello que esta industrial es considerada de interés público y como un importante detonador del desarrollo económico regional.

Por su parte, Veracruz es la entidad que registra la mayor producción de azúcar en el país; para ello utiliza aproximadamente 260 mil hectáreas de cañaverales, y en sus 22 ingenios se genera 40% de la producción nacional. Por ello se estima que uno de cada siete habitantes de la entidad –directa o indirectamente– depende económicamente de esta actividad. Y si bien la superficie cultivada se ha incrementado, su productividad se ha estancado en un rendimiento promedio de 72 toneladas por hectárea, que es el mismo que se registra en el resto del país. Pero potencialmente, y tomando en consideración la calidad de las tierras, con un cultivo y riego adecuados, se podrían alcanzar más de las 100 toneladas anuales por hectárea; de hecho, en el estado hay campos cañeros que obtienen hasta 120 toneladas por hectárea.

Sin embargo, a lo largo de la historia económica de México esta agroindustria –que ha sido la principal generadora del desarrollo regional– ha venido registrando grandes rezagos tecnológicos en los últimos 50 años, tanto en campo como en fábrica, mismos que tienden a agravarse frente a la competitividad internacional. Pese a ello, en la zafra 2004-2005 se alcanzó el récord histórico de 5.8 millones de toneladas de azúcar, de las cuales 80% fue consumido por el mercado interno, pero el excedente (alrededor de un millón) difícilmente puede colocarse en el mercado internacional, a menos que sea subsidiado para que su precio pueda ser internacionalmente competitivo. Hoy, en el mercado spot la tonelada de azúcar fluctúa alrededor de los 350 dólares, que es menor al costo promedio de la producción nacional.

En el mercado interno, la agroindustria confronta otro problema, pues actualmente el azúcar compite con otros edulcorantes sustitutos, particularmente con el jarabe de maíz genéticamente modificado y altamente subsidiado en Estados Unidos que se conoce como alta fructosa, cuyo precio es más bajo que el del azúcar y con un poder edulcorante mayor, lo que lo hace ser preferido por la industria refresquera, que ha venido absorbiendo la cuarta parte de la producción nacional de azúcar. La importación de alta fructosa por México se detuvo parcialmente en años anteriores, cuando se le fijó un impuesto especial de 20% a su consumo, pero recientemente fue derogado al perderse un litigio ante la Organización Mundial de Comercio, y asimismo porque el Tratado de Libre Comercio de América del Norte establece que a partir del presente año todos los productos y derivados agrícolas se deben abrir totalmente al comercio internacional, sin aranceles.

Todas estas condiciones se podían prever desde fines del siglo pasado: el encarecimiento de los hidrocarburos y sus derivados, su escasez y alto costo de extracción y la competencia internacional de otros edulcorantes frente a la producción del azúcar nacional. Ante esta desalentadora perspectiva, así como la inminente quiebra de muchos ingenios, el gobierno mexicano expropió 27 factorías que ya operaban con números rojos, once de las cuales se encuentran en la entidad. Después, derogó el decreto cañero, que desde los años cuarenta establecía reglas para los productores e industriales, tratando de liberar el precio del azúcar como producto protegido e incorporándolo al Comité Nacional del Sistema Productivo, que pretende establecer precios acordes con los rendimientos de cada cultivo para incentivar la productividad en campo. Posteriormente, envió al Congreso una nueva Ley Cañera, misma que fue aprobada y que en términos generales pretende establecer nuevas reglas en la relación entre productores e industriales a fin de eliminar los campos cañeros y los ingenios improductivos o inviables. Hasta la fecha, la discusión sobre el precio de la tonelada de caña no ha sido resuelta. Todo esto presagia que la agroindustria volverá a enfrentar otro grave problema, como los que cíclicamente ha venido registrando: los precios internacionales del azúcar, que a su vez dependen de su abundancia o escasez internacional, y la falta de una eficaz política agrícola nacional.

Biocombustibles derivados de la caña

Pero el azúcar no es el único producto de la caña. En México, el etanol se obtiene de la melaza (residuo del proceso de la producción de azúcar) y no del jugo de la caña, como en Brasil, mediante un simple proceso de fermentación que abarata drásticamente el costo de su producción. Cierto es que para cambiar nuestra tecnología es necesario reconvertir los ingenios azucareros en factorías de triple propósito: producción de azúcar y de etanol y generación de electricidad. En Brasil, un porcentaje creciente del consumo nacional de electricidad es ya producido por los ingenios.

Todo esto explica por qué en la mayor parte de los países del área latinoamericana los cañaverales tienden a crecer –y cada vez con mayor productividad por hectárea–, al mismo tiempo que los ingenios se reconvierten y transforman. Tal es el caso de Colombia, Venezuela, Brasil y Guatemala. Algo similar acontece en África y Australia y aun en el Lejano Oriente, donde China ya firmó un convenio comercial y tecnológico con Brasil para poner en funcionamiento nuevos ingenios cañeros de triple propósito en un futuro próximo, amén de utilizar todos los residuos y los múltiples derivados de la caña para producir otros artículos de alto valor agregado, como xilitol, furfural, ácidos succínico, láctico y acético y policosanoles, entre otros.

El Centro Virtual de Investigación Multidisciplinaria

Ante esta perspectiva, desde agosto de 2001 se integró un grupo multidisciplinario de académicos de la Universidad Veracruzana para analizar y proponer trabajos de investigación que atendieran los problemas de la agroindustria, tomando en consideración, sobre todo, que es una de las principales actividades económicas de nuestro estado. Y así, por acuerdo del H. Consejo Universitario, en junio de ese año se constituyó el Centro Virtual de Investigación Multidisciplinaria (CEVIM), donde los presentes autores laboran. De entonces a la fecha se han venido integrando a este grupo algunos académicos de las Facultades de Agronomía de Peñuela; de Veterinaria, Comercio y Administración de Veracruz; de Economía y Ciencias Químicas de Xalapa; de los Institutos de Ciencias Básicas y de Investigaciones Jurídicas, y desde 2003 del Instituto Tecnológico de Veracruz.

Los integrantes de este grupo han venido trabajando –cada uno en su área profesional, pero de manera coordinada– con el objetivo común de actualizar conocimientos e investigar y proponer soluciones a los problemas de campo y fábrica, diversificar productos y derivados de la caña, analizar mercados y reconversión industrial, todo ello acorde con las condiciones y las escalas nacionales. Hemos participado en diversos actos relacionados con el tema, nacionales e internacionales, con ponencias, artículos y libros, demostrando en la práctica las ventajas de la interdisciplinariedad e interinstitucionalidad, las que multiplican la potencialidad intelectual, académica y científica de las instituciones de educación superior.

En términos de vinculación, ha colaborado, a petición del gobierno del estado, en diversas acciones. Asesoró a la Comisión Especial de la Agroindustria de la Caña de Azúcar del Senado de la República, y después a la Comisión en paralelo que estuvo funcionando en la Cámara de Diputados respecto de los problemas de la agroindustria y sus posibles soluciones. También ha colaborado con la Secretaría de Desarrollo Agropecuario, Rural, Forestal y Pesca del Gobierno del Estado asesorando los proyectos de inversión en Atoyac, donde se instaló una planta para producir 100 mil litros diarios de etanol; actualmente asesora el proyecto Pujal Coy en el norte de la entidad, que en su inicio planea la apertura de 30 mil hectáreas de cañaverales para producir, a partir del jugo de la caña, un millón de litros diarios, y recientemente se firmó un protocolo de cooperación entre el estado de Veracruz, a través de la SEDARPA, y el Centro Virtual de Investigación Multidisciplinaria de la Universidad Veracruzana con el estado de Sao Paulo, Brasil, por intermedio de la Secretaría de Agricultura y Abastecimiento y sus instituciones académicas.

El CEVIM ha venido participado en el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED), en sus redes “Empleo de la biomasa azucarera como fuente de alimentos, energía, derivados y su relación con la preservación del medio ambiente” y “Nuevas tecnologías para obtención de biocombustibles”, en la Red Mexicana de Bioenergía, así como en el Comité Consultivo sobre Biocombustibles en México, integrado por el Banco Interamericano de Desarrollo, las Secretarías de Energía y de Economía, SAGARPA, SEMARNAT, PEMEX, FEESA, Instituto Mexicano de Petróleo, la Cámara Nacional de las Industrias de Transformación y Azucarera y Alcoholera, la UNAM, el Tecnológico de Monterrey y el Grupo de Cooperación Técnica Alemana.

Prospectiva

Regresando a las posibilidades energéticas de la biomasa, ya dijimos que es una de las fuentes de energía más importantes del futuro y que la caña de azúcar es la materia prima más barata e inagotable para generarla mediante la producción de etanol por vía microbiana, la cual ya es ampliamente utilizada para su elaboración a partir de melazas o jugo de caña, tanto para uso industrial como para alimentos, fármacos y carburante.

El etanol

En México, hasta hace unos años solo unos cuantos ingenios producían etanol a partir de la melaza, con escasa eficiencia en rendimiento y productividad y calidad, provocando adicionalmente la contaminación de ríos por la alta proporción de vinazas que se generan en su transformación; pero la misma puede ser usada, previo tratamiento, como abono natural y alimento animal. Por ello, tenemos que importar la mayor parte del etanol que demanda el mercado nacional, sin considerar su posible uso como combustible; de hecho, apenas producimos alrededor de 60 millones de litros frente a una demanda nacional de 300 millones.

El etanol como oxigenante o carburante se puede usar sólo o en diversas proporciones con gasolina, sustituyendo al éter-metil-terbutílico, que es tóxico y que ha sido prohibido en varios estados de la Unión Americana, pero que en México seguimos importando de ese país. Aquí, uno de los principales problemas para producir etanol es el inadecuado control del proceso fermentativo de las melazas (pH, temperatura y aireación), pero la mejor alternativa es obtener el etanol directamente del jugo y de la miel B, reduciendo costos mediante un proceso de fermentación adecuadamente controlada.

Para ello, se requiere, en primer lugar, que Petróleos Mexicanos incorpore en su programa de almacenamiento, distribución y venta al etanol como un combustible que, junto con la gasolina en las proporciones que se consideren adecuadas, pueda ser utilizado por los vehículos de motores de combustión interna. En segundo lugar, que los industriales propietarios de los actuales ingenios azucareros estén dispuestos a incorporarse a un programa de reconversión industrial que los transforme en biorrefinerías que puedan producir azúcar y etanol y generen energía eléctrica al mismo tiempo, para lo que será necesario un convenio con la Comisión Federal de Electricidad. Esto traería como consecuencia una mayor rentabilidad de esta agroindustria, que actualmente está en crisis, y un mejor precio para los productores agrícolas, lo que terminará con la discusión hasta hoy irresuelta. Todo ello, independientemente de la necesidad de abrir una mayor extensión de áreas de cultivo de la caña de azúcar y de agregar a los ingenios reconvertidos nuevas factorías que utilicen desde su origen la nueva tecnología, dando lugar a una mayor cantidad de fuentes de trabajo, tanto en fábrica como en campo; un mayor ahorro de divisas, y, sobre todo, un apoyo al programa para disminuir la contaminación ambiental en México y en el mundo, con lo que se podría participar en los bonos de carbono (GEI) que se otorgan por contaminantes no emitidos, lo que agregaría valor a la agroindustria azucarera.

El bio-oil

De la caña –ya sea bagazo o caña verde, que normalmente no es industrializada por diversos factores climatológicos o de sobreproducción– se puede obtener otro biocombustible, conocido como bio-oil. El bio-oil es una mezcla líquida de compuestos oxigenados que contiene varios grupos de químicos funcionales. Se obtiene a través de una pirólisis rápida, mejor definida como termólisis, mediante un proceso en el cual la biomasa vegetal es rápidamente calentada a altas temperaturas en ausencia de oxígeno. Se descompone en una combinación de carbón sólido, gas, vapores y aerosoles. Cuando se enfría, los compuestos más volátiles se condensan en un aceite y los gases del proceso se reciclan produciendo un medio calorífico de gases no condensables que siguen coadyuvando a la producción.

En el proceso de pirólisis rápida, se pueden usar como materia prima los desechos de la biomasa, incluyendo los residuos agrícolas y los subproductos de madera. El bio-oil es un combustible limpio y tiene algunas ventajas ambientales sobre los combustibles fósiles. No produce bióxido de carbono, que es el que más incide en el efecto invernadero, y por ende puede generar créditos de carbono que los países industriales compran para llenar su cuota anual de disminución de la contaminación mundial a la que están obligados. Tampoco genera emisiones de azufre, por lo cual no está sujeto a los impuestos que en muchos países se cobran por el uso de compuestos que emiten azufre. El bio-oil produce menos de la mitad de las emisiones de óxido nitroso que el diesel fósil, y por lo tanto la maquinaria que lo utiliza tiene una mayor durabilidad y mejor lubricación en su funcionamiento.

En resumen, el proceso de pirólisis rápida convierte los residuos sólidos de biomasa en un combustible biológico líquido que puede ser utilizado como sustituto del gasoleo para producir energía en motores de turbinas y calderas. Esta nueva tecnología ha sido desarrollada y demostrada exitosamente en una planta piloto de la Universidad de Western Ontario, Canadá, usando diferentes biomasas vegetales, aserrín principalmente.

En julio de 2006, esa institución y la compañía canadiense Agri-Therm, que construyó a escala industrial el prototipo experimental, invitaron al CEVIM a participar en una serie de pruebas que su inventor, el doctor Franco Berruti, deseaba realizar utilizando diversos residuos vegetales del trópico, ya que inicialmente solo usaban aserrín en la producción de bio-oil. Aceptamos gustosamente la invitación, y el segundo autor acudió a las instalaciones de esa universidad acompañado por el ingeniero Francisco Javier García Sánchez, representante de Agri-Therm en México, quienes llevaron diversos residuos vegetales de nuestra región, como el bagazo de caña de azúcar y la cascarilla de café y de arroz.

El resultado del experimento fue absolutamente satisfactorio, pudiéndose observar que, en términos de peso, arrojaron en promedio 60% de bio-oil con respecto al peso de la biomasa utilizada. Pero cabe destacar que el bagazo de caña de azúcar fue el que obtuvo un mayor rendimiento (aproximadamente 70%), todo lo cual sirvió de base para concertar un convenio de colaboración entre ambas instituciones, correspondiendo a la Universidad Veracruzana realizar las pruebas de su funcionamiento y registrar la calidad de los productos, así como el comportamiento de la maquinaria en estas latitudes.

La demostración de este programa puede detonar el uso intensivo de esta tecnología en diversas zonas del estado y del país, dando lugar a la generación de empleos, agregando valor económico a los residuos de diversos tipos de cosecha, especialmente los de la caña de azúcar (verde inclusive), e incrementando el ingreso de los productores agrícolas al venderlos en lugar de quemarlos. Esta es la tarea a la que el CEVIM se dedicará en el futuro como su principal programa de investigación multidisciplinaria.

El biodiesel

Por otra parte, el biodiesel sustituye con ventajas al diesel producto del petróleo ya que evita la emisión de gases de efecto invernadero. Es un combustible biodegradable de origen vegetal o animal y en su transformación se producen ésteres etílicos o metílicos y un subproducto conocido como glicerol, que se emplea en la industria de cosméticos, alimentos y fármacos. Se obtiene de grasas animales, puras o recicladas, y de diversos aceites vegetales de las oleaginosas, entre las cuales la palma africana, la jatropa, la soya y el girasol producen los más altos rendimientos. Sostenemos que con el adecuado apoyo a nuestro programa de investigaciones podríamos desarrollar nuevas tecnologías para la obtención de biocombustibles no solo de la caña de azúcar, sino también de otros residuos de biomasa vegetal de diversos cultivos, sin afectar los destinados a la alimentación.

La sucroquímica

Sin embargo, habrá que considerar en el mediano y en el largo plazo que la sucroquímica tiene un gran futuro en la elaboración de diversos tipos de productos que, además de agregar mayor valor a la agroindustria, generarían nuevas cadenas de producción industrial a partir de tecnologías más avanzadas con nuevos productos que actualmente se obtienen de los hidrocarburos: medicamentos, solventes, plásticos, fertilizantes o resinas, entre otros, todo lo cual indica que la agroindustria azucarera en México y en el mundo tiene un futuro promisorio, siempre y cuando se apoyen los programas de investigación adecuados y se compartan las tecnologías que ya están disponibles internacionalmente.

A partir de estas reflexiones, la Universidad Veracruzana propone que el Centro de Investigación Científica y Tecnológica de la Caña de Azúcar (CICTCAÑA) sea un organismo multiinstitucional integrado por diversos centros de investigación de las universidades e institutos de educación superior que se aboquen a programas específicos para transformar nuestra agroindustria azucarera en una fortaleza científica, tecnológica y económica que apoye el desarrollo general del país y resuelva problemas de empleo y del medio ambiente.

Puede ser una red en la que todas estas instituciones participen a través de las técnicas de comunicación informando y retroalimentando un banco de datos al alcance de todas ellas, de acuerdo con un programa previamente discutido y aprobado por un cuerpo directivo integrado por los principales actores del proceso y con la presencia de representantes de los poderes legislativo y ejecutivo (federal y estatales), y que disponga de un respaldo económico apropiado a las necesidades de cada programa institucional, aprobado por un cuerpo colegiado de científicos reconocidos. Paralelamente, un programa de financiamiento a mediano y largo plazo que apoye la reconversión industrial de los actuales ingenios y la fundación de los nuevos.

La Universidad Veracruzana respalda esta iniciativa y pone a disposición de las instituciones que se sumen a este trabajo su conocimiento y experiencias, esperando que sean de utilidad en esta tarea.

* En representación del doctor Raúl Arias Lovillo, rector de la Universidad Veracruzana, el presente trabajo fue presentado por sus autores en la 1ª Conferencia de Rectores de las Universidades de los Estados Productores de Caña de Azúcar, celebrada en Boca del Río, Ver., el 22 de agosto de 2008 y convocada por la Comisión Especial para la Agroindustria Azucarera que preside el senador Arturo Herviz Reyes.

1 Este artículo fue redactado antes de la crisis financiera internacional (N. del D.)