Editorial
       
      Las matemáticas en la Estética
     
      Neurotoxinas: entre la muerte y el éxtasis
     
     

Biocombustibles: su uso y relación con el calentamiento global

     
      Los ladrillos cocidos y el aceite quemado
     
      Alias el mapache
     
      Plantas mágicas o curativas: cataplasmas, emplastos, tés y cocciones
     
      ¡A movernos! ¡basta de sedentarismo!
     
      La parálisis cerebral
     
      La Depresión
     
     

Bases biológicas del suicidio

     
      La depresión y el proceso creativo
     
      ENTREVISTA
      Manuel Martínez Morales:
necesario socializar el conocimiento
     
      TRADUCCIÓN
      Conservación internacional:
privatizando la naturaleza y robando biodiversidad
     
      DISTINTAS Y DISTANTES: MUJERES EN LA CIENCIA
      María la Hebrea:
la alquimia como ciencia experimental y el preludio de la química
     
      CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
      La suma de todos los premios
   
 
     

Biocombustibles: su uso y relación con el calentamiento global

Roberto Bravo Garzón, Raúl Cortés García, Ma. Guadalupe Aguilar Uscanga y Ricardo Tovar Miranda

El fenómeno del cambio climático global fue notado por primera vez en 1863 por el científico británico Tyndall, quien observó que las concentraciones de ciertos gases en la atmósfera se estaban incrementando, y que eso tenía una correlación con el incremento de la temperatura del planeta. Estos gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso, los hidrofluorocarbonos, los perfluorocarbonos y el hexafluoruro de azufre, así como el ozono, el vapor de agua y otros gases industriales, que juntos constituyen menos del 1% de la atmósfera, pero que son suficientes para producir un efecto de invernadero natural que mantiene al planeta aproximadamente 30° C más caliente de lo que estaría si no existieran, siendo entonces esenciales para la vida.
El aumento de las emisiones comenzó en el siglo XIX debido a la Revolución Industrial y a los cambios en el uso de la tierra. El dióxido de carbono proveniente de la quema de combustibles fósiles es la fuente individual más grande de la emisión de gases de efecto invernadero derivada de las actividades humanas. El suministro y el uso de combustibles fósiles representan cerca del 80% de las emisiones de dióxido de carbono, 20% de las emisiones de metano y una cantidad significativa de las de óxido nitroso. Además, producen óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y monóxido de carbono, que aunque en sí mismos no son gases de efecto invernadero, influyen sobre los ciclos químicos de la atmósfera que crean o destruyen otros gases que sí lo son, como el ozono troposférico.
El que más contribuye al efecto invernadero natural es el vapor de agua. El dióxido de carbono es actualmente responsable de más de 60% del aumento del efecto invernadero y proviene principalmente de la quema del carbón, petróleo y gas natural. Las emisiones de metano originadas por las actividades agrícolas, botaderos de basura y rellenos sanitarios, minas de carbón y gas natural contribuyen con 20% al aumento del efecto invernadero. Los óxidos nitrosos, procedentes principalmente de la agricultura intensiva y los cambios en el uso de la tierra, de los gases industriales de larga vida y el ozono que se genera por los escapes de gases de los autotransportes y otras fuentes, contribuyen al restante 20% de aumento del mencionado efecto. Los gases industriales de larga vida, como los clorofluorocarbonos, los hidrofluorocarbonos, los perfluorocarbonos y el hexafluoruro de azufre, están aumentando y cambiando la forma en que la atmósfera absorbe la energía. Esto está sucediendo a una velocidad sin precedentes y el resultado se conoce como "incremento del efecto invernadero".

Antecedentes

De los 121 países productores de azúcar en el mundo, México ocupa el séptimo lugar, después de Brasil, la India , la Unión Europea , China, Estados Unidos y Tailandia, pues produjo 5.8 millones de toneladas durante la zafra 2004-2005, y se estima que en la zafra 2005- 2006 se produjeron 5.3 millones.
La agroindustria de la caña de azúcar es la más antigua e importante del país y su cultivo ocupa alrededor de 658 mil hectáreas, que producen cerca de 51 millones de toneladas de caña que se procesan en 58 ingenios distribuidos en 217 municipios de 15 estados de la República. A pesar de que su valor en el Producto Interno Bruto se ha venido reduciendo, de esta actividad dependen más de 3 millones de personas, genera miles de empleos directos e indirectos y es el sustento de casi 6 mil familias por ingenio, en promedio. Por ello, esta industria se considera de interés público y detonadora del desarrollo regional. Los 22 ingenios que se localizan en el estado de Veracruz producen más del 40% del total nacional de azúcar, para lo que se utilizan alrededor de 240 mil hectáreas.
En los países del área latinoamericana los cañaverales tienden a tener una mayor productividad por hectárea y los ingenios se reconvierten, adquiriendo nuevas tecnologías para producir otros productos. Algo similar acontece en África, Australia y en el Lejano Oriente, en donde China, luego de firmar un convenio comercial y tecnológico con Brasil, pondrá a funcionar nuevos ingenios cañeros que no se dedicarán solamente a la producción de azúcar, como sucede en México, sino también a la producción de etanol y generación de energía eléctrica.
La principal fuente de energía durante el siglo pasado fue el petróleo, hoy caro y escaso, ya que aun sin aumentar su consumo diario el horizonte previsto para su agotamiento en México no rebasa los 15 años. Las nuevas fuentes de energía serán indudablemente la biomasa y otras renovables, dado que las otras fuentes alternas tradicionales son caras e insuficientes para proveer el consumo creciente en el mundo. Y una de las fuentes de biomasa más barata y renovable es la caña de azúcar. Además de ser la plantación que por su efecto fotosintético produce una mayor cantidad de oxígeno y fija el carbono proveniente de la atmósfera, no es solamente generadora de azúcar y excelente forraje para el consumo animal, sino el insumo más redituable para obtener de esta agroindustria otros productos a través de síntesis químicas y procesos biotecnológicos para darles una mayor valor agregado, especialmente en las áreas de bioenergéticos, alimentos y fármacos, entre los cuales podemos destacar por su demanda y valor en el mercado al etanol.

Producción y uso del bioetanol

De los 57 países productores de etanol, los programas más exitosos son los desarrollados en Brasil y Estados Unidos de Norteamérica, con 36.4% y 35.5%, respectivamente, de la producción mundial de 45.3 millones de m 3 . México se encuentra atrasado en esta actividad, pues produjo 59.3 mil m 3 en el año 2005 para atender una demanda nacional de aproximadamente 220 mil m 3 , cifra que habla de la necesidad de aumentar nuestra producción para evitar las importaciones y revalorar los subproductos, como bagazos, mieles y melazas, a partir de los cuales se pueden obtener diversos derivados.
La producción de etanol por vía microbiana a partir de las melazas o del jugo de caña para uso industrial en general (21%), en la industria de licores (13%) y como combustible (66%) es ampliamente utilizada, pero nuestros ingenios lo producen solamente a partir de las melazas, con poca eficiencia en rendimiento, productividad y calidad debido al inadecuado control del proceso fermentativo (pH, temperatura y aireación), lo que provoca problemas de contaminación e insuficiencia y eleva el costo del producto, lo que nos impide competir con el precio de otros países, como Brasil y Guatemala.
Una alternativa a las melazas es obtener el etanol directamente del jugo y de la miel B, lo que reduce costos. En este proceso también se emplean cepas de levaduras puras y procesos adecuadamente controlados para optimizar los rendimientos y la productividad.
Recientemente, la Cámara de Senadores emitió el decreto mediante el cual se expide la Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos, misma que será considerada en el actual periodo de sesiones de la Cámara de Diputados, pues estimula la producción, la distribución y la comercialización del etanol usando cultivos energéticos o subproductos de actividades agropecuarias, como la de la caña de azúcar, ya sea como oxigenante de las gasolinas mezclado en diferentes proporciones (etanol anhidro), o puro como combustible (etanol 96°), a fin de reducir el impacto ambiental producido por los gases de efecto invernadero en la atmósfera y sustituir al éter-metil-terbutílico que se usa en nuestro país como oxigenante de las gasolinas, el cual está prohibido en varios estados de la Unión Americana por su efecto contaminante de los mantos freáticos. Esta reforma plantea la necesidad de fomentar la creación de cadenas productivas relacionadas con los biocombustibles y proveerse de los apoyos técnicos y presupuestales que se requieren para estos efectos, impulsando así la producción agrícola y el empleo productivo de la bioenergía.

Beneficios

El uso del etanol como combustible puro o mezclado con las gasolinas tiene entre otras las siguientes ventajas: 1) Reduce la contaminación atmosférica producida por la emisión de los gases de efecto invernadero; 2) Sustituye al éter-metil-terbutílico que actualmente se usa en las gasolinas como oxigenante y aumenta el octanaje de las mismas, conservando más los motores; 3) Su empleo reducirá la importación de las gasolinas, que alcanzan 30% del consumo nacional (alrededor de 220 mil barriles diarios); 4) Con la sustitución del 10% de las importaciones de gasolina por etanol ahorraríamos divisas por alrededor de 2 mil millones de dólares al año; 5) La producción y el uso del etanol impulsaría la producción agrícola al sembrarse nuevas hectáreas de caña de azúcar y, por ende, el empleo en el campo y la industria mediante la instalación de nuevas destilerías; 6) De acuerdo al Protocolo de Kyoto, la reducción del dióxido de carbono nos permitiría incursionar en el mercado de los bonos de carbono (Mecanismo de Desarrollo Limpio) que hoy se impulsan fuertemente en todo el mundo (a un precio de cinco dólares por toneladas de dióxido de carbono) y podríamos obtener financiamientos para su desarrollo del Banco Mundial, el Banco Interamericano de Desarrollo y la Unión Europea , entre otros; y 7) Ayudaríamos al sector agroindustrial de la caña de azúcar a salir de la crisis por la que atraviesa y que tiene visos de empeorar con la próxima apertura del Tratado de Libre Comercio de Norteamérica, que implica el ingreso de otros edulcorantes baratos y la producción de bioenergéticos de otras fuentes.

Producción y uso del biodiesel

El término biodiesel se refiere en particular a un diesel producido a partir de material renovable, como los aceites vegetales o las grasas animales. Este diesel es biodegradable (hasta cuatro veces más rápido que el diesel fósil; en agua se degrada 88% en 28 días), y puede usarse directamente puro o mezclado con el diesel tradicional. La combustión del biodiesel reduce hasta 95% las emisiones de hidrocarburos aromáticos que son considerados como cancerígenos, las de óxido de azufre son prácticamente eliminadas en su totalidad, en 65% las partículas suspendidas, en 78% el dióxido de carbono y en 50% las de monóxido de carbono.
Es conocido que las grasas animales y aceites vegetales pueden ser transesterificados -incluso aquellos que ya han sido usados- empleando alcoholes monohídricos, siendo el más utilizado el metanol; su polaridad facilita la separación de la mezcla biodiesel/glicerol, de tal manera que el biodiesel producido es un combustible ampliamente utilizado en Europa debido a los beneficios ecológicos de su combustión. La reacción con el metanol es muy noble ya que puede llevarse a cabo con ciertas bases fuertes, como el hidróxido de sodio o el hidróxido de potasio, pero también se puede obtener el biodiesel usando catalizadores heterogéneos, como el óxido de magnesio o el de calcio (logrando así una mayor pureza de los productos y una más fácil recuperación del catalizador del medio de reacción), o empleando biocatalizadores (enzimas) para acelerar el proceso.
Su insumo principal es el aceite vegetal, que se obtiene de diversos cultivos, como la soya (cuyo rendimiento por hectárea es de 420 litros ), el arroz (777), el girasol (890), el cacahuate (990), el ricino (1,320), el aguacate (2,460), el coco (2,510) o la palma africana (5,550), entre otros. Todos pueden ser usados en la producción del biodiesel tanto en el uso inicial como en el reuso.
El biodiesel se puede preparar principalmente por tres métodos: 1) Por transesterificación de las grasas animales o aceites vegetales con un alcohol monohídrico, usando como catalizador una base que puede ser hidróxido de sodio o de potasio; 2) Por catálisis ácida directa con metanol (menos común), y 3) Por hidrólisis del aceite o las grasas, lo que da ácidos grasos libres (saponificación) con la posterior esterificación de estos.
Cuando la transesterificación se lleva a cabo con etanol, la reacción es dependiente de diversas variables: la calidad del etanol, el catalizador utilizado, la temperatura, la velocidad de agitación y el número de equivalentes del alcohol, por lo que es una reacción difícil. Para facilitar esta reacción, el etanol utilizado debe ser anhidro.
El diesel elaborado con metanol proveniente del petróleo es más barato debido a que es más fácil su obtención, pero tiene la desventaja de su toxicidad, pues se absorbe en la piel, y en su oxidación produce ácido fórmico y formaldehído, que son cancerígenos y que se acumulan en el organismo; en cambio, cuando se utiliza metanol obtenido de la madera, su costo de producción aumenta. La producción mundial del biodiesel es de cerca de 3,500 millones de litros por año, siendo Alemania el mayor productor, seguido por Francia, Estados Unidos, Italia y Austria.
Sin embargo, los precios de los hidrocarburos seguirán subiendo ya que su escasez tiene un horizonte relativamente corto y su consumo se incrementa año con año; por eso hay que buscar tecnologías apropiadas para poder obtener y usar el etanol proveniente de la caña de azúcar, ya sea como combustible directo o empleado como agente reaccionante en la preparación del biodiesel, que también se usa como combustible puro o mezclado en diferentes proporciones con el diesel fósil.

Beneficios

El uso del biodiesel como combustible puro o mezclado con el diesel fósil tiene entre otras las siguientes ventajas: 1) Es un combustible biodegradable, limpio y renovable, amigable al medio ambiente; 2) Reduce las emisiones de gases de efecto invernadero (el dióxido de carbono es el responsable del 60% del aumento de la temperatura; una molécula de óxido nitroso calienta 250 veces más que una molécula de aquél); 3) No contiene compuestos aromáticos como el benceno, ni otros hidrocarburos aromáticos policíclicos considerados cancerígenos; 4) Reduce las emisiones de azufre evitando la lluvia ácida, así como las de otros gases contaminantes no considerados de efecto invernadero, como el óxido de nitrógeno, los hidrocarburos y el monóxido de carbono; 5) Es un combustible que funciona en cualquier motor diesel convencional sin que sea necesaria ninguna modificación; 6) Puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporción con diesel de petróleo, y aumenta el índice de cetanos, lo que produce mejor combustión; 7) El uso del biodiesel prolonga la vida útil de los motores hasta en 75% ya que posee mejores cualidades lubricantes que el diesel fósil y su combustión es más limpia; 8) El biodiesel contiene 11% de oxígeno en peso; 9) Reduce las emisiones de hollín hasta en 55%, por lo que desaparece el humo negro y el olor desagradable; 10) La producción y el uso del biodiesel impulsaría la producción agrícola al sembrarse nuevas hectáreas de caña de azúcar y de oleaginosas, y, por ende, el empleo en el campo y la industria; 11) Su uso permite recibir los beneficios del Protocolo de Kyoto ya mencionados.
Se prevé que el calentamiento global acelere el ciclo hidrológico y consecuentemente aumente la presencia de precipitaciones extremas. Además del riesgo de inundaciones, esto podría contribuir a causar mayores deslizamientos de tierras y avalanchas y a aumentar la erosión del suelo. Un mayor escurrimiento del agua de las inundaciones podría disminuir la cantidad de agua superficial capturada para riego u otros efectos, aunque también podría ayudar a recargar algunos acuíferos de planicie inundable. Es probable que la intensidad de los ciclones tropicales aumente en algunas áreas. Los riesgos incluyen amenazas directas a la vida humana, epidemias y otros riesgos a la salud, daños a la agricultura y la ganadería, perjuicios a las infraestructuras y edificios, erosión costera y destrucción de ecosistemas tales como los arrecifes de coral y los manglares.
Es vital reducir las incertidumbres sobre el cambio climático, sus impactos y los costos de las distintas opciones de respuesta. Entre tanto, será necesario equilibrar las preocupaciones sobre los riesgos y daños con las referentes al desarrollo económico. La respuesta prudente al cambio climático consiste en adoptar una serie de acciones que controlen las emisiones, adaptarse a los impactos e impulsar la investigación científica, tecnológica y socioeconómica.