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B615b Bioetanol de caa de azcar : energa para el desarrollo sostenible / coordinacin BNDES y CGEE. Rio de Janeiro : BNDES, 2008.

320 p.

ISBN: 978-85-87545-26-8

1. Bioenerga. 2. Biocombustible. 3. Bioetanol. 4. Caa de azcar. I. Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social. II. Centro de Gesto e Estudos Estratgicos.

CDD 333.953


Equipo TcnicoCoordinacin BNDES e CGEE

BNDESArmando Mariante Carvalho JuniorJulio Cesar Maciel RamundoCarlos Eduardo de Siqueira CavalcantiPaulo de S Campello Faveret Filho (supervisin)Nelson Isaac Pfefer (supervisin)Sergio Eduardo Silveira da RosaArtur Yabe Milanez

CGEEAntonio Carlos GalvoMarcelo Khaled Poppe

Organizacin y responsabilidad tcnicaLuiz Augusto Horta Nogueira Unifei

Redaccin y consultoraLuiz Augusto Horta Nogueira UnifeiJoaquim Eugnio Abel Seabra UnicampGustavo Best consultor FAO/CepalManoel Regis Lima Verde Leal CeneaMarcelo Khaled Poppe CGEE

Colaboracin institucional Cepal y FAO

Cepal

Adrin Rodrguez Jos Javier GmezJoseluis SamaniegoManlio CovielloMartine Dirven

FAO

Alberto SaucedoGuilherme Schuetz

Isaias de Carvalho Macedo UnicampJoo Carlos Ferraz BNDESLuis Augusto Barbosa Cortez UnicampMarcio Nappo UnicaRafael Capaz UnifeiRafael Pontes Feij BNDESTammy Klein IFQC

Agradecimientos

Adhemar Altieri UnicaAlfred Szwarc Unica Aluysio Antonio da Motta Asti BNDESAndr Correa do Lago MREAntonio Barros de Castro BNDESAntonio Dias Leite consultorArnaldo Vieira de Carvalho BID Edmar Fagundes de Almeida UFRJ


ndice

Prefacio 13

Presentacin 17

1. Bioenerga y biocombustibles 23

1.1 Fundamentos de la bioenerga 251.2 Evolucin de la bioenerga y de los biocombustibles 32

2. Etanol como combustible vehicular 39

2.1 Dimensiones tcnicas y ambientales del uso del etanol 412.2 Aspectos econmicos e institucionales del etanol combustible 542.3 Cadenas logsticas para el etanol 60

3. Produccin de bioetanol 67

3.1 Materias primas y tecnologas de produccin del bioetanol 693.2 Bioetanol de caa de azcar 723.3 Bioetanol de maz 833.4 Bioetanol de otras materias primas 893.5 Productividad, emisiones y balances energticos 92

4. Coproductos del bioetanol de caa de azcar 103

4.1 Azcar y derivados 1054.2 Bioelectricidad 1084.3 Otros coproductos del bioetanol de caa de azcar 118

5. Tecnologas avanzadas en la agroindustria de la caa de azcar 123

5.1 Hidrlisis de residuos lignocelulsicos 1255.2 Gasificacin para la produccin de combustibles y electricidad 1335.3 Uso del bioetanol como insumo petroqumico o alcoholqumico 1405.4 Produccin de plsticos biodegradables 1435.5 Biorrefinera: mltiples productos y uso integral de la materia prima 147

6. Bioetanol de caa de azcar en Brasil 151

6.1 Evolucin del bioetanol combustible en Brasil 1536.2 Agroindustria de la caa de azcar en Brasil 1626.3 Investigacin y desarrollo tecnolgico 169

7. Sostenibilidad del bioetanol de caa de azcar: la experiencia brasilea 179

7.1 Ambiente y energa de la caa de azcar 1817.2 Uso del suelo 196


7.3 Viabilidad econmica del bioetanol de caa de azcar 2037.4 Generacin de empleo y renta en la agroindustria del bioetanol 2097.5 Certificacin y sostenibilidad en la agroindustria del bioetanol 217

8. Perspectivas para un mercado mundial de biocombustibles 221

8.1 Potencial global para la produccin de biocombustibles 2238.2 Oferta y demanda de biocombustibles: escenario actual 2298.3 Proyecciones de oferta y demanda de bioetanol en 20102015 2348.4 Polticas de apoyo y fomento a los biocombustibles 2498.5 Vnculos entre alimentos y bioenerga 2538.6 Factores de induccin para un mercado global de bioetanol 265

9. Una visin de futuro del bioetanol como combustible 273

Anexos 283

Referencias 289


ndice de recuadros, figuras, grficos y tablas

Recuadros

El etanol en motores aeronuticos 53Las posibilidades del azcar orgnico 107Evolucin de la produccin de electricidad en una planta brasilea 115Primeros pasos de la etanolqumica en Brasil 142Mejoramiento gentico y disponibilidad de cultivares 171

Figuras

1 El proceso de fotosntesis 262 Pluviosidad media anual 283 Vas tecnolgicas para produccin de bioenerga 324 Solubilidad de agua en mezclas gasolina/etanol 475 Modelo de produccin, stock y demanda de etanol 616 Logstica de la gasolina y del etanol en Brasil 637 Rutas tecnolgicas para la produccin de bioetanol 708 Estructura tpica de la biomasa de la caa 739 Distribucin de las 350 plantas de procesamiento de caa de azcar en Brasil 7510 Diagrama del movimiento de la produccin de azcar y bioetanol de caa 7911 Estructura tpica de la biomasa del maz 8412 Distribucin de la produccin de maz en los Estados Unidos 8413 Organigrama del proceso de molienda hmeda para la produccin de bioetanol con maz 8714 Organigrama del proceso de molienda seca para la produccin de bioetanol con maz 8815 Diagrama del ciclo de vida de un biocombustible 9316 Anlisis de sensibilidad del uso de la energa y de relacin consumo/produccin de energa en la produccin de caa de azcar en el escenario actual (2005/2006) 9717 Anlisis de sensibilidad de las emisiones de GEE en la produccin de bioetanol de caa de azcar en el escenario actual (2005/2006) 9818 Configuracin usual del sistema de cogeneracin en la agroindustria de la caa 11019 Esquema del proceso de produccin de etanol por medio de la hidrlisis de la biomasa 12620 Representacin esquemtica de un sistema BIG/GT-CC 13521 Flujograma general para la produccin de metanol, hidrgeno y disel va gasificacin de biomasa (Fischer-Tropsch) 138


22 Diagrama de flujo de la produccin de PHB a base de azcar de caa 14523 Ciclo integrado completo agro-biocombustible-biomaterial-bioenerga para tecnologas sostenibles 14724 Localizacin de los nuevos ingenios de azcar y etanol en Brasil 16525 Ocupacin porcentual de las principales variedades de caa de azcar en Brasil de 1984 a 2003 17226 Ejemplo de una imagen tomada por un satlite, utilizada para el monitoreo de la cobertura vegetal 19327 Potencial del cultivo de caa sin irrigacin 20028 Potencial del cultivo de caa con irrigacin de salvacin 20029 reas cultivadas con plantaciones de caa de azcar 20230 Visin general de los elementos principales usados en la metodologa de la evaluacin del potencial bioenergtico 22431 Contribucin de la bioenerga a la oferta primaria y secundaria de energa en el ao 2007 230

Grficos

1 Usos de la superficie cultivable en la Tierra 292 Participacin de la bioenerga en la oferta interna de energa en Brasil 343 Contribucin de la bioenerga en funcin de la renta per capita 354 Evolucin de las emisiones de vehculos nuevos en Brasil 505 Precio de indiferencia del etanol anhidro en funcin del precio del azcar 556 Precio internacional del azcar (Contrato n 11 NYBOT) 567 Precios de indiferencia del etanol frente al azcar y internacional de la gasolina 578 Productividad promedio de etanol por rea para diferentes cultivos energticos 719 Distribucin de la produccin mundial de etanol en el ao 2006 7210 Principales pases productores de caa de azcar en el ao 2005 7311 Consumo de azcar per capita en diversos pases 10812 Posibilidad de instalacin de sistemas de cogeneracin en las plantas de azcar y bioetanol en el Estado de So Paulo, en los prximos aos 11413 Valor del bagazo utilizado para producir electricidad 11614 Valor del bagazo utilizado para la produccin de etanol 11715 Uso de energa (a) y emisiones de GEI (Gases de Efecto Invernadero) (b) para la produccin de plsticos 14416 - Evolucin de la produccin de caa de azcar, etanol y azcar en Brasil 15917 Promedio de concentracin de etanol anhidro en la gasolina brasilea 16018 Evolucin de la produccin de vehculos a etanol hidratado y de su participacin en las ventas de vehculos nuevos 16019 Fuentes primarias de energa utilizadas en Brasil en el ao 2007 161


20 Distribucin de la capacidad anual de procesamiento de las plantas de azcar y etanol en Brasil 16321 Perfiles de produccin de los ingenios de azcar y etanol en Brasil en la cosecha 2006/2007 16422 Evolucin de la productividad agrcola, industrial y agroindustrial de los ingenios de azcar y etanol en Brasil 16723 Evolucin de los precios pagados a los productores de etanol en Brasil 16824 Consumo de fertilizantes en las principales plantaciones de Brasil 19025 Prdidas de suelo y de agua de lluvia en algunos cultivos en Brasil 19126 Deforestacin anual en la regin amaznica brasilea 19527 Uso de la tierra en propiedades rurales de Brasil 19728 Evolucin del rea utilizada por los principales cultivos en Brasil 19829 Uso de la tierra en Brasil 19830 Evolucin de precios pagados al productor (sin tributos) de gasolina en los EE.UU. y de bioetanol de caa de azcar en Brasil 20431 Estructura de los precios al consumidor de la gasolina comn, el bioetanol hidratado y el disel en Rio de Janeiro en marzo de 2008 20532 Evolucin de los precios promedio pagados por el consumidor de bioetanol hidratado y de gasolina comn y anlisis de la relacin entre estos precios en Brasil 20633 Estructura de los costos de produccin de la caa de azcar en la regin centro sur en el ao 2005 20834 Estructura de costos de operacin y mantenimiento de una destilera autnoma dedicada a la produccin de bioetanol de caa de azcar en la regin centro sur en el ao 2005 20935 Productividad promedio de los trabajadores de la agroindustria de caa en Brasil 21136 Potencial bioenergtico por tipo de biomasa 22537 Distribucin de la produccin de etanol por regiones, ao 2007 23438 Fraccin de la demanda de bioetanol para agregar el 10% a la gasolina que se puede producir mediante la conversin de melaza disponible en la fabricacin de azcar 24139 Fracciones de las reas de cultivo (total y en caa) necesarias para producir el bioetanol requerido para agregar un 10% a la gasolina, asumiendo la conversin de jugo directo 24240 Estimaciones de oferta y demanda de bioetanol combustible para los aos 2010 y 2015 24841 ndices de precios para el petrleo y los productos agrcolas 26242 ndices de precios para el petrleo y los productos agrcolas asociados al bioetanol y al biodisel 26343 ndices de precio para el petrleo bruto y los productos agrcolas asociados al bioetanol 264


Tablas

1 Parmetros de desempeo vegetal para los ciclos fotosintticos 302 Propiedades de la gasolina y del bioetanol 413 Exigencias de modificaciones en vehculos para diferentes concentraciones de bioetanol en la gasolina 444 Efecto del bioetanol en el octanaje de la gasolina-base 455 Durabilidad de materiales plsticos en bioetanol 486 Panorama general de los biocombustibles 697 Principales parmetros agrcolas de la caa de azcar 768 Demanda de energa en el procesamiento de la caa 829 Prdidas y rendimientos promedios de las plantas de caa 8310 Demanda de fertilizantes y defensivos para la produccin de maz en los EE.UU. 8611 Rendimientos de los coproductos en la molienda hmeda 8712 Balance de energa en la produccin de bioetanol de caa 9513 Emisiones en la produccin del bioetanol de caa 9514 Emisiones lquidas de la produccin y uso del bioetanol de caa 9615 Balance de energa y emisiones de GEE en el caso del bioetanol de maz en los EE.UU. 9916 Comparacin de las diferentes materias primas para la produccin de bioetanol 10017 Principales pases productores y exportadores de azcar en la cosecha 2006/2007 10518 Energa elctrica y bagazo excedente en sistemas de cogeneracin en la agroindustria de la caa 11319 Nuevos productos de la agroindustria de la caa de azcar 12020 Procesos para el pretratamiento de la biomasa para hidrlisis 12721 Comparacin de las diferentes opciones para la hidrlisis de la celulosa 12822 Comparacin de las estimaciones de rendimientos y costos para la produccin de bioetanol por medio de la hidrlisis 13123 Comparacin de las estimaciones de rendimiento y costos de los sistemas BIG/GT-CC 13724 Comparacin de los rendimientos y costos para la produccin de combustibles de sntesis 13925 Procesos bsicos de la industria alcoholqumica 14126 Impacto de la introduccin de nuevas tecnologas en la produccin de bioetanol 17427 Expectativas de ganancias de eficiencia en procesos de produccin de bioetanol 17428 Balance resumido de las emisiones de CO2 en la agroindustria del bioetanol de caa de azcar en el centro sur brasileo 18229 Efluentes de la agroindustria del bioetanol 18530 Uso de agroqumicos en las principales plantaciones de Brasil 18831 Potencial para la produccin de caa en Brasil 201


32 Demanda de reas para la produccin de bioetanol para abastecer el mercado global en 2025 20233 Empleos directos formales del sector sucroalcoholero, segn actividad y regin 21134 Impactos directos, indirectos e inducidos del procesamiento de un milln de toneladas de caa de azcar para la produccin de alcohol 21635 Potencial total tcnico de produccin de bioenerga para diversas regiones y escenarios productivos en 2050 22636 Potencial de diversas materias primas y sistemas productivos para bioenerga 22837 Biocombustibles en la oferta total primaria de energa 23238 Participacin relativa de los biocombustibles en la oferta total primaria de energa 23339 Capacidad, produccin y consumo de bioetanol en la Unin Europea 23840 Principales objetivos para el desarrollo de la bioenerga 25041 Principales instrumentos de polticas energticas relacionadas con la promocin de la bioenerga 25242 Coeficientes de correlacin simple entre los precios del petrleo y los precios de los productos directamente asociados a los biocombustibles, entre enero de 1990 y marzo de 2008, por subperodos 265


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Pref

acio Petrleo, gas natural y sus derivados representan

el 55% del consumo mundial de energa. Son esos combustibles los que permiten la existencia de los medios de transporte rpidos y eficientes que tenemos hoy, as como gran parte de las actividades industriales. Lamentablemente, ellos no van a durar ms que algunas dcadas: como combustibles fsiles, sus reservas son finitas, la seguridad de abastecimiento es problemtica para muchos pases que los importan y su uso es la principal fuente de los gases que estn provocando cambios climticos y el calentamiento global.

Es preciso, entonces, encontrar sustitutos para esos combustibles. Nada ms racional que producirlos en base a materia orgnica renovable (biomasa), a partir de la cual en un pasado distante, la naturaleza produjo los combustibles fsiles que utilizamos en la actualidad. Una de las opciones es el etanol, un excelente sustituto para la gasolina, principal combustible usado en automviles en el mundo.

Hoy en Brasil, el etanol producido de caa de azcar ya sustituye la mitad de la gasolina que sera usada si no existiera y su costo es competitivo sin los subsidios que viabilizaron el programa inicialmente. Eso se logr en cerca de 30 aos a partir de la creacin del Prolcool, programa lanzado en el pas a mediados de la decada de los setenta para reducir la dependencia de la importacin de petrleo. Consideraciones econmicas de la industria del azcar tambin influenciaron en el establecimiento del programa, pero preocupaciones de carcter ambiental y social no tuvieron un papel significativo en ese momento.

En los Estados Unidos, gran productor mundial de etanol a base de maz, el programa es ms reciente y sus justificaciones son la eliminacin de aditivos en la gasolina y la reduccin de las emisiones de gases que provocan el calentamiento global. En los pases de Europa Occidental tambin se usa etanol producido del trigo y de la remolacha. En esos pases el costo del etanol es de dos a cuatro veces ms elevado que


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en Brasil y subsidios internos y barreras aduaneras protegen las industrias locales, impidiendo la importacin del etanol de Brasil.

Esto viene creando resistencias de algunos grupos, que asocian el etanol (y el biodiesel, producido en cantidades menores) a un falso dilema, que es el de la produccin de alimentos versus combustibles. Ese argumento no se sustenta si observamos que la produccin de etanol en el mundo, de cerca de 50 mil millones de litros por ao, utiliza 15 millones de hectreas, o sea, el 1% del rea en uso por la agricultura en el mundo, que es de 1,5 mil millones de hectreas.

Argumentan esos grupos tambin que, en realidad, el uso de etanol no reduce las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que es totalmente incorrecto en lo que se refiere al etanol de la caa de azcar. ste es, de hecho, prcticamente renovable, pues el bagazo una vez que el bagazo de la caa suministra toda la energa necesaria para la fase industrial de la produccin del etanol. La situacin de los Estados Unidos es menos cmoda, porque la produccin del etanol exige el uso de energa que viene casi totalmente de combustibles fsiles. Se puede decir que el etanol del maz es, en realidad, carbn convertido en etanol, mientras que en Brasil ste es casi enteramente de energa solar.

La expansin del cultivo de la caa de azcar y del maz involucra cambios en el uso del suelo, lo que puede implicar la emisin de gases de efecto invernadero si la expansin resulta en deforestacin, lo que no es el caso de Brasil, donde la expansin est ocurriendo sobre pasturas. De todos modos, se es un problema general de agricultura en expansin y no un problema de produccin de etanol (o biodiesel). Si hay un dilema, se lo podra titular produccin de alimentos versus cambios climticos.

La que se puede denominar como solucin brasilea para los problemas de los combustibles fsiles - el uso del etanol de caa de azcar para sustituir la gasolina no es exclusiva de nuestro pas y se la est adoptando en otros pases productores de caa de azcar (de los cuales existen casi cien en el mundo), como Colombia, Venezuela, Mozambique e islas Mauricio.

Esas y otras cuestiones son analizadas en profundidad en este libro, el cual describe las caractersticas biolgicas de la caa de azcar como planta, las tcnicas de produccin del alcohol y sus coproductos, como bioelectricidad, presentando el estado del arte de lo que se llama tecnologas de primera generacin.

Hay adems una discusin sobre las tecnologas de segunda generacin para la produccin de etanol a base de celulosa de cualesquiera otros productos agrcolas (incluso de caa de azcar), as como tecnologas de gasificacin de biomasa. Se discute, asimismo, la sostenibilidad social y ambiental de produccin del etanol.

La lectura de este libro con seguridad disipar varios mitos creados alrededor del grande y prometedor programa de etanol en Brasil y su potencial expansin en el mundo.

Profesor Jos GoldembergUniversidad de So Paulo


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Pres

enta

cin El inters mundial por el desarrollo de los

biocombustibles se empez a incrementar hacia mediados de la presente dcada, en el marco de una preocupacin ms amplia para el desarrollo de fuentes nuevas y ms limpias de energa, que permitan avanzar en la superacin del paradigma energtico actual, basado en los combustibles fsiles. En ese escenario destaca el Brasil, cuyo programa de bioetanol de caa de azcar presenta resultados interesantes, desde la investigacin de variedades de caa de mayor rendimiento, hasta la fabricacin de motores que funcionan con cualquier mezcla de gasolina y etanol.

Compartir esa experiencia y las lecciones que de ella se derivan, especialmente con pases en desarrollo ubicados en zonas tropicales y subtropicales, fue la principal motivacin para que el Presidente Luiz Incio Lula da Silva le encomendara al Banco Nacional de Desarrollo Econmico y Social (BNDES) y al Centro de Gestin y Estudios Estratgicos (CGEE) la elaboracin de este libro. Un inters similar motiv la colaboracin de la Comisin Econmica para Amrica Latina y el Caribe (Cepal) y de la Oficina Regional de la Organizacin de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentacin (FAO) para Amrica Latina y el Caribe.

La elevacin en el precio de los materias primas agrcolas y de los alimentos en los ltimos aos ha llevado a preguntarse si la demanda de productos agrcolas para la fabricacin de biocombustibles no ser uno de las causas importantes del incremento en el precio de los alimentos. En ese sentido, sin embargo, es crucial distinguir entre los diferentes sistemas de produccin de biocombustibles, considerando tanto aspectos ambientales y energticos como posibles trade-offs con la produccin de alimentos. Es importante entender que los biocumbustibles son bastante diferentes entre s en trminos de los impactos y beneficios. Por ejemplo, el etanol de caa es muy diferente del etanol de maz. Este libro tiene como premisa esa distincin, y argumenta que tanto en trminos energticos


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como de efectos sobre la seguridad alimentaria, la produccin de biotenol de caa es superior a las dems alternativas.

El libro consta de nueve captulos y procura cubrir en detalle esa amplia temtica. La obra fue coordinada por el BNDES y el CGEE, quienes se encargaron de la produccin de los Captulos 1 a 7 y 9. La Cepal y la FAO supervisaron la produccin del Captulo 8 y proveyeron retroalimentacin significativa a todos los dems captulos.

En el Captulo 1 se presentan los conceptos de bioenerga y biocombustibles y se revisa su evolucin e importancia en la actualidad. En el Captulo 2 presenta el etanol como combustible vehicular, comentando sus propiedades y desempeo, as como sus aspectos econmicos y requisitos de logstica para su utilizacin. En el Captulo 3 se describen los diferentes procesos de produccin de bioetanol a partir de vegetales que contienen azcares y almidones; se detallan las rutas de produccin para caa de azcar y maz, presentando los balances de energa y de emisiones de gases de efecto invernadero para cada caso. Los co-productos del bioetanol generados en el procesamiento de la caa de azcar, como el azcar y la bioelectricidad, se analizan en el Captulo 4, mientras que las tecnologas avanzadas para la produccin de biotenol de caa de azcar, como la hidrlisis de residuos y la gasificacin, se presentan en el Captulo 5. Hasta este captulo los temas son abordados de forma tcnica, de una manera que se puede aplicar a otros contextos, con referencias eventuales al caso brasileo. En el Captulo 6 se presenta la experiencia brasilea en produccin de bioetanol, implementada desde 1931 y reforzada en 1975, a travs del Programa Prolcool; se revisan su evolucin, sus indicadores y sus perspectivas actuales. Por su evidente importancia, en el Captulo 7 se analiza la sostenibilidad de la produccin de bioetanol de caa de azcar, considerando sus aspectos ambientales, econmicos y sociales, con referencia a la experiencia brasilea; adems, se incluyen comentarios sobre la certificacin de biocombustibles. En el Captulo 8 se presenta el potencial global para la produccin de biocombustibles y se discuten polticas adoptadas para su fomento, evaluando las perspectivas para la formacin de un mercado global para el biotenol y sus implicaciones sobre la oferta de alimentos. Finalmente, en el Captulo 9 se presenta una sntesis de los principales elementos estudiados y se ofrecen algunas recomendaciones.

Por su contenido, se espera que el libro sirva de base para un debate sobre el potencial y las limitaciones de la produccin de etanol de caa de azcar en condiciones adecuadas, especialmente en las regiones en donde sta se cultiva actualmente. En ese marco, se reconoce la importancia de polticas e incentivos que aseguren el desarrollo de un mercado competitivo para el bioetanol de caa de azcar, pero sin comprometer la seguridad alimentaria ni los objetivos prioritarios acordados internacionales en materia de reduccin de la pobreza y hambre y del manejo sostenible de los recursos naturales.


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En ese sentido, el libro destaca que muchos pases, especialmente aquellos localizados en regiones tropicales y subtropicales, como es el caso de buena parte de Amrica Latina y el Caribe, disponen de las condiciones adecuadas en cuanto a requerimientos de suelo, agua, radiacin solar y disponibilidad de tierras para expandir la produccin de caa de azcar con fines energticos. Estudios recientes destacan que es posible explotar esas ventajas en condiciones sostenibles, a travs de estrategias que promuevan un balance de los costos y beneficios implicados, considerando todas sus dimensiones (econmicas, sociales, ambientales, estratgicas etc.), sujetas a un anlisis cuidadoso de sus impactos en trminos de cambios en el uso de la tierra, patrones de inversin, emisiones de gases de efecto invernadero, flujos de comercio y seguridad alimentaria, tal como ha sido destacado en foros internacionales recientes. Ese proceso se podra beneficiar de la experiencia agrcola, industrial, tecnolgica y logstica acumulada por Brasil durante los ltimos treinta aos. Ese acervo de conocimiento representa, sin duda, un importante activo para otros pases de la regin, que se podra potenciar a partir de la cooperacin horizontal.

Para potenciar las ventajas de la produccin de biotenol de caa de azcar es importante lograr una mayor integracin y coherencia de las polticas en los niveles nacional e internacional y en las acciones de los sectores pblico y privado, evitando el desarrollo de instrumentos de poltica distorsionantes y que limitan las legtimas ventajas comparativas que tienen muchos pases para la produccin de este biocombustible. Tal como se discute en este libro, es particularmente relevante: (a) desarrollar metodologas comunes para el anlisis de ciclo de vida de las emisiones de GEI, reconociendo la importancia de las emisiones directas e indirectas asociadas al cambio de uso de la tierra; (b) adoptar estndares no distorsionantes, acordados internacionalmente, para enfrentar las posibles implicaciones ambientales de la produccin de bioenerga; (c) establecer orientaciones para la estimacin y reporte de emisiones de GEI en pases desarrollados y en desarrollo, el cumplimiento de reglas en el marco de la OMC y la prevencin de barreras comerciales; y (d) lograr un mayor vnculo entre las polticas alimentarias y energticas, de manera que no se comprometa la seguridad alimentaria ni se despoje a los agricultores de las ganancias potenciales que podran obtener de la produccin de biocombustibles.

La agenda del bioetanol se amplia cada da y algunos temas estn todava abiertos a la discusin, quedando fuera del alcance del libro, para ser trabajados en el futuro prximo. Uno de ellos es la globalizacin del bioetanol. Al igual que en el caso del petrleo, la creacin de un mercado mundial de bioetanol implica el desarrollo de un cmulo de medidas complementarias para asegurar su produccin y abastecimiento, aspectos que demandarn la creacin de alianzas y el desarrollo de mercados consumidores, con reglas claras en materia de mecanismos de formacin precios y de definicin de especificaciones de referencia.


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Otros temas relevantes son la proteccin intelectual de los desarrollos biotecnolgicos y de mejoramiento de las variedades de caa y las provisiones para mantener la ventaja competitiva de los productores de bioetanol del mundo en desarrollo.

Hoy en da est claro que las polticas relacionadas con los biocombustibles deben guiarse por los siguientes cuatro principios fundamentales:

a) Orientacin dirigida por el mercado, a efecto de reducir las distorsiones en los mercados agrcolas y de biocombustibles y evitar la introduccin de restricciones nuevas;

b) Sostenibilidad ambiental, buscando el desarrollo de biocombustibles con efectos positivos netos en trminos energticos y de emisiones de gases de efecto invernadero, procurando la proteccin de los recursos agua y suelo y evitando los daos ambientales en general;

c) Promocin del desarrollo econmico, valorizando polticas de investigacin, desarrollo e innovacin que contribuyan a mejorar la eficiencia fsica y econmica de las materias primas y de los procesos de conversin de stas en biocombustibles; y

d) Proteccin de la poblacin de menores ingresos y de la seguridad alimentaria, dndole la debida atencin a los problemas creados por los dficit de alimentos y la dependencia de importaciones de petrleo en los pases ms pobres y con mayores problemas de hambre.

Considerando esas orientaciones fundamentales, las instituciones involucradas en la produccin de este libro entienden que los programas de produccin y uso de biotanol de caa de azcar, adecuadamente diseados y bien conducidos, pueden contribuir a reforzar positivamente las relaciones entre los pases y a promover de manera efectiva el desarrollo sostenible de sus sociedades.

Luciano CoutinhoPresidente, BNDES

Lcia MeloPresidente, CGEE

Alicia BrcenaSecretaria Ejecutiva, Cepal

Jos Graziano da SilvaRepresentante Regional de la FAO para Amrica Latina y el Caribe


Luz do solque a folha traga e traduz

em verde novo,em folha, em graa,

em vida, em fora, em luz...Luz do sol, Caetano Veloso1

1 Luz del sol / que la hoja sorbe y convierte / en verde nuevo / en hoja, en gracia / en vida, en fuerza, en luz


Cap

tulo

1 Bioenerga y biocombustiblesLa conversin de energa solar en energa qumica, que se realiza en los vegetales durante la fotosntesis, es uno de los fenmenos ms fascinantes de la naturaleza. En la planta iluminada por el sol, la fugaz radiacin solar se transforma en productos estables, absolutamente esenciales a la vida en nuestro planeta. Y, desde el principio de la humanidad, fue la simbiosis con el mundo vegetal lo que garantiz el suplemento de alimentos, energa y materias primas de amplio uso, permitiendo, a lo largo de milenios, que aumenten los niveles de bienestar y productividad econmica. Tras la breve interrupcin en los ltimos siglos, durante los cuales la energa solar fosilizada pas a ser ambiciosamente explotada y utilizada, en forma de carbn, petrleo y gas natural, la energa fotosinttica vuelve, lentamente, a ser la protagonista principal. Capaz de mitigar preocupantes problemas ambientales, la energa fotosinttica le brinda una nueva dinmica al mundo agroindustrial y ofrece una alternativa efectiva a la necesaria evolucin de la sociedad industrial moderna hacia un contexto energtico ms sostenible y racional. Sin pretender ser la solucin exclusiva, la captacin y el almacenamiento de energa solar en los vegetales pueden desempear un rol destacado en el futuro energtico de las naciones. De hecho, como ya deca Melvin Calvin Premio Nbel de Qumica en 1961 por sus descubrimientos sobre la fotosntesis-, las hojas son verdadera fbricas silenciosas.

Este captulo inicial est dedicado a los conceptos bsicos y a la evolucin de la bioenerga, particularmente a los biocombustibles, con una perspectiva de largo plazo. Posteriormente, se abordarn ms detalladamente la expansin y las perspectivas actuales del mercado brasileo de bioetanol y del mercado mundial de biocombustibles.


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1.1 Fundamentos de la bioenerga

En su acepcin ms rigurosa, la energa es la capacidad de realizar cambios, presentada bajo diferentes formas, como la energa trmica, la energa elctrica y la energa qumica, pero siempre representando un potencial para causar transformaciones, ya sean naturales o deter-minadas por el ser humano. La energa qumica es la forma de energa que se genera a travs de reacciones qumicas en las que tienen lugar cambios de composicin, transformndose los reactivos en productos, generalmente con liberacin de calor. Por ejemplo, la energa qumi-ca est disponible en los alimentos y en los combustibles, y se usa en los procesos vitales de los animales y de las personas, as como para mover vehculos, entre otros fines.

Un caso particular de energa qumica es la bioenerga, que se puede definir como cualquier forma de energa asociada a formas de energa qumica acumulada mediante procesos fo-tosintticos recientes. En general, se denomina biomasa a los recursos naturales que poseen bioenerga y que se pueden procesar para obtener formas bioenergticas ms elaboradas y adecuadas para el uso final. Por lo tanto, seran ejemplos de fuentes de bioenerga la lea y los residuos de aserraderos, el carbn vegetal, el biogs resultante de la descomposicin anaerbica de los residuos orgnicos y otros residuos agropecuarios, as como los biocombus-tibles lquidos, como el bioetanol y el biodisel, y la bioelectricidad, generada por la quema de combustibles como el bagazo de caa y la lea.

En el amplio contexto de la bioenerga, la produccin de biocombustibles lquidos sirve para atender particularmente las necesidades de transporte automotor. Para estos fines, adems de los biocombustibles, an no existen, en la actualidad, otras alternativas renovables con madu-rez tecnolgica y viabilidad econmica suficientes. Los biocombustibles lquidos se pueden utilizar de manera bastante eficiente en motores de combustin interna que equipan los ms diversos vehculos automotores y que se clasifican bsicamente en dos tipos, dependiendo de la manera como inicia la combustin. Motores del ciclo Otto, con ignicin a chispa, para los cuales el biocombustible ms recomendado es el bioetanol; y motores del ciclo Diesel, en los cuales la ignicin se logra por compresin y que pueden utilizar con buen desempeo el biodisel. En ambas situaciones, los biocombustibles pueden ser usados puros o mezclados con combustibles convencionales derivados de petrleo. Es interesante observar que, en los primeros aos de la industria automotriz, durante la segunda mitad del siglo XIX, los bio-combustibles representaban la principal fuente de energa para los motores de combustin interna, con el uso del bioetanol por Henry Ford y del aceite de man, por Rudolf Diesel. Estos dos productos se reemplazaron, respectivamente, por la gasolina y el disel a medida que los combustibles derivados de petrleo pasaron a ser abundantes y baratos, a partir del comienzo del siglo pasado. Los aspectos tcnicos asociados al uso de etanol en motores se comentarn en el prximo captulo.


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Automvil Ford Modelo A (1896) para etanol puro.

Figura 1 El proceso de fotosntesis

Agua

Energa solar

O2CO2

Fuente: Elaboracin de Luiz Augusto Horta Nogueira.


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La produccin de biomasa, como resultado de la reaccin de fotosntesis, depende esencial-mente de la energa solar y de la presencia de agua y dixido de carbono (CO2), y tiene lugar en las clulas vegetales de los estomas de las hojas, segn complejos ciclos que pueden ser representados por la siguiente expresin, en la cual agua y dixido de carbono se combinan para formar una molcula de glucosa (un azcar simple) y oxgeno.

6 H2O+6 CO

2luz solar C

6H

12O

6+6 O

2 (1)

En esta reaccin, en trminos energticos, la formacin de 1 Kg de azcar corresponde a la fijacin de cerca de 17,6 MJ (mega joules) de energa solar, equivalente a cerca de medio litro de gasolina. Por balance de masa de esta reaccin, se sabe que la sntesis de 1 Kg de glucosa consume cerca de 0,6 Kg de agua y 1,4 Kg de dixido de carbono, liberando a la atmsfera 1 Kg de oxgeno. Naturalmente, esta agua representa slo la parte utilizada en la composicin del azcar, pues durante su crecimiento y, en particular, durante la fotosntesis, se produce evapotranspiracin y el vegetal necesita agua en volmenes centenas de veces mayor que la cantidad fijada en el producto vegetal. As, la condicin fundamental para producir biomasa y, por ende, de bioenerga es la disponibilidad de radiacin solar, agua y dixido de carbono.

Entre estos factores de produccin bsicos para la produccin vegetal, el dixido de carbono es el menos problemtico, pues est bien distribuido en la atmsfera, en concentraciones su-ficientes para las plantas. Sin embargo, es relevante observar que su concentracin muestra, en las ltimas dcadas, un preocupante crecimiento principalmente asociado al uso intensivo de combustibles fsiles, capaz de incrementar el efecto invernadero en la atmsfera terrestre y el consecuente calentamiento global. En este sentido, los biocombustibles presentan dos importantes ventajas: su uso permite reducir la emisin de carbono a la atmsfera y, adems, la produccin de biomasa es potencialmente favorecida, dentro de ciertos lmites y para al-gunas especies, por la creciente disponibilidad de dixido de carbono en la atmsfera.

Con relacin a la radiacin solar, interesa conocer cul es la fraccin utilizada por las plan-tas y cmo est disponible en el planeta. La fotosntesis se realiza con absorcin de luz por la clorofila en bandas especficas del espectro solar, especialmente para las longitudes de onda entre 400 y 700 nm, regin del color rojo. En fisiologa vegetal, esta banda se conoce como radiacin fotosintticamente activa (PAR, del ingls photosynthetically active radiation) y corresponde, aproximadamente, al 50% del total de la radiacin solar. Con relacin a la disponibilidad de radiacin solar, el factor primordial es la latitud, donde las regiones tropica-les reciben ms energa solar en comparacin con las ubicadas en latitudes mayores. Segn el Atlas Solarimtrico Brasileo, un rea de un metro cuadrado, ubicada entre 10 y 15 de latitud sur, en la regin norte de Brasil, recibe, ms o menos, 18,0 MJ/da, mientras que, para una latitud entre 20 y 25, en la regin sur, la misma rea recibe 16,6 MJ/da, cerca del 8% menos de energa [Cresesb (2000)]. Tambin asociada a la latitud, la temperatura ambiente es otro factor que influye directamente en la fotosntesis. Dentro de ciertos lmites, mayores


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temperaturas favorecen la produccin bioenergtica, reforzando la ventaja de las regiones ms calurosas del planeta en este sentido.

El agua, el ltimo de los factores esenciales para la fotosntesis, constituye, de hecho, el gran limitante a considerarse para la produccin vegetal. La reducida disponibilidad de recursos hdricos con adecuada calidad y su heterognea distribucin sobre los continentes configuran uno de los grandes retos para el desarrollo de muchas naciones. Extensas reas soleadas en las regiones semiridas pueden colaborar poco como fuente de biomasa sin ser irrigadas con vo-lmenes significativos de agua, implicando costos siempre muy elevados y, con frecuencia, dis-pendios energticos que dificultan la produccin bioenergtica. A escala mundial, la irrigacin consume actualmente ms del 70% de los recursos hdricos utilizados y responde por cerca del 40% de la produccin agrcola, transformando el acceso al agua en un tema de enorme prio-ridad [Horta Nogueira 2008)]. Adems, los posibles cambios climticos derivados del aumento del efecto invernadero en nuestro planeta tienden a modificar de manera preocupante los regmenes pluviales e hdricos, ampliando los riesgos de fenmenos crticos, como sequas e inundaciones, que, evidentemente, afectan la produccin vegetal de modo negativo.

Segn lo representado en la Figura 2, algunas regiones tropicales, en particular en Sudam-rica y frica, presentan significativa disponibilidad pluvial. Aunada a una mayor incidencia de energa solar y a temperaturas adecuadas, sta es una ventaja relevante que configura, en dichas regiones, las condiciones ms favorables para producir bioenerga, cuyo fomento debe realizarse en armona con los bosques naturales y la agricultura ah existentes.

Figura 2 Pluviosidad media anual

Fuente: FAO (1997).


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Adems de los factores bsicos (luz, agua y dixido de carbono), otros requisitos importantes para la produccin bioenergtica son la fertilidad del suelo y la topografa. Los principales nutrientes minerales para el crecimiento vegetal son nitrgeno, fsforo y potasio, pero tam-bin es decisiva la disponibilidad, en menores concentraciones, de otros minerales, como boro, manganesio y azufre, as como la presencia de materia orgnica. Adicionalmente, un suelo frtil se caracteriza por la adecuada estructura y porosidad. De modo general, los cul-tivos bioenergticos precisan de fertilizantes qumicos para lograr niveles satisfactorios de productividad, cuyo mantenimiento depende adems del manejo adecuado de los suelos, especialmente la mecanizacin en las operaciones agrcolas. Con relacin a la topografa, la inclinacin de las reas de cultivo no debe ser muy grande, para reducir la incidencia de procesos erosivos, principalmente en los cultivos de ciclo anual, as como para facilitar las operaciones de cultivo y cosecha.

La consideracin conjunta de todos estos factores delimita el rea potencialmente cultivable para bioenerga y todos los dems usos. Considerando todo el planeta, esa rea est estimada en 13,2 mil millones de hectreas, de las cuales son actualmente utilizadas para producir ali-mentos para humanos y animales cerca de 1,5 mil millones de hectreas, correspondientes al 11% del total [Hoogwijk et al. (2003)]. Adelantando un tema que ser analizado con ms de-talles en el Captulo 8, el Grfico 1 muestra cmo se distribuyen los usos de la superficie culti-vable entre todos los continentes, sealando la existencia de reas disponibles para expandir las fronteras agrcolas y la eventual produccin de bioenerga, en especial en los sitios an poco explotados o utilizados en forma extensiva, como en pastos de baja productividad.

Grfico 1 Usos de la superficie cultivable en la Tierra

Fuente: Elaboracin en base a Hoogwijk et al. (2003).

Como uno de los parmetros elementales en sistemas bioenergticos, es relevante conocer la eficiencia de los cultivos en los procesos de captacin y almacenamiento de energa solar. Al determinar cmo y cunto de la energa solar se transforma realmente en bioenerga y al comprender cmo ocurren las transformaciones y prdidas de energa, es posible, even-tualmente, obtener las condiciones ms favorables para el desempeo de las plantas como


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colectoras de energa. No obstante, recin en las ltimas dcadas se estn elucidando los mecanismos bioqumicos que permiten que el vegetal sintetice azcares y otros productos qumicos, as como las vas de fijacin del carbono identificando sus diferentes etapas, que se desarrollan segn una secuencia compleja de reacciones sucesivas, con diversas bifurcaciones y compuestos inestables hasta formar sustancias estables, denominadas ciclos fotosintticos. Tal conocimiento devela una nueva e importante frontera de posibilidades para comprender el comportamiento de las plantas y, eventualmente, incrementar la productividad de las es-pecies de potencial bioenergtico.

Los ciclos fotosintticos de mayor inters son el ciclo de Calvin, o ciclo C3, y el ciclo Hatch-Lack, o ciclo C4, en que la molcula del primer producto estable producido presenta, res-pectivamente, tres carbonos (cido fosfoglicrico) o cuatro carbonos (productos como oxala-cetato, malato y aspartato) [Hall y Rao (1999)]. Mientras la mayora de las plantas conocidas utiliza el ciclo C3, en algunas gramneas tropicales, como caa de azcar, cebada y sorgo, se identific el ciclo C4. Tal distincin es relevante para desarrollar sistemas bioenergticos, en funcin de la gran diferencia de productividad entre tales ciclos a favor del ciclo C4, que presenta una elevada tasa fotosinttica de saturacin (absorbe ms energa solar), ausencia de prdidas por fotorrespiracin, alta eficiencia en la utilizacin del agua, mayor tolerancia salina y bajo punto de compensacin para el CO2, es decir, responde mejor bajo menores concentraciones de este gas. En resumen, se puede afirmar que los vegetales con ciclo C4 son los ms aptos para la produccin bioenergtica. La Tabla 1 presenta una comparacin de algunos parmetros de inters para estos dos ciclos fotosintticos [Janssens et al. (2007)].

Tabla 1 Parmetros de desempeo vegetal para los ciclos fotosintticos

Caracterstica Especies C3 Especies C4

Razn de transpiracin (kg de agua evaporada por kg sintetizado)

350 1000 150 300

Temperatura ptima para fotosntesis (C)

15 a 25 25 a 35

Lugar de la fotosntesis Toda la hoja Parte externa de la hoja

Respuesta a la luz Saturada para radiaciones medias

No saturada bajo radiaciones elevadas

Productividad anual media (t/ha) ~ 40 60 a 80Aptitud climtica Templado a tropical TropicalEjemplos Arroz, trigo, soya, todas las

fructferas, oleaginosas y la mayora de los vegetales conocidos

Maz, caa de azcar, sorgo y otras gramneas tropicales

Fuente: Janssens et al. (2007).


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De la radiacin solar incidente sobre la Tierra, de 178 mil TW (terawatt o mil millones de kilowatts), se estima que cerca de 180 TW, o el 0,1%, son utilizados en los procesos fotosint-ticos, naturales o promovidos por los seres humanos. De este modo, en todo el planeta, son producidos anualmente cerca de 114 mil millones de toneladas de biomasa, en base seca, correspondiendo a, aproximadamente, 1,97 mil millones de TJ (terajoule o mil millones de kilojoules), a su vez equivalentes a 314 mil millones de barriles de petrleo o cerca de diez mil veces el actual consumo mundial de ese combustible fsil. En ese contexto, el promedio de la eficiencia de asimilacin de la energa solar es inferior al 1%, aunque vegetales de mayor des-empeo, como la caa de azcar, puedan alcanzar un 2,5% en promedio anual [Smil (1991)]. Naturalmente, estos valores sirven slo como referencia para entender la magnitud energtica de la fotosntesis. No tiene sentido imaginar la bioenerga como sustituta de todas las formas fsiles de suplemento energtico, principalmente en los pases de elevada demanda. Este creci-miento vegetal sucede, como se coment, sobre todo en especies nativas de las regiones tropi-cales, estimndose que las actividades agrcolas corresponden a cerca del 6% de este total.

Es interesante observar que, dependiendo del vegetal, la energa solar se fija en diferentes sustancias y rganos de acumulacin, que determinan las vas tecnolgicas posibles de adop-tar para convertirlo en biocombustibles para uso final. En la caa de azcar, por ejemplo, las reservas energticas se ubican principalmente en los tallos, como sacarosa, celulosa y lignina, siendo tradicionalmente empleadas en la produccin de bioetanol y bagazo, pero tambin las puntas y hojas de la caa presentan creciente inters, a medida que se desarrollan proce-sos para la utilizacin de su substrato lignocelulsico. A su vez, en los rboles y otras especies leosas, el contenido energtico est esencialmente en el fuste (tronco ms ramas), en forma de celulosa y lignina, siendo empleado bsicamente como lea. Las races y tubrculos de plantas como la mandioca y la remolacha acumulan almidn y sacarosa, mientras que los fru-tos y las semillas, como la palma y el maz, acumulan generalmente almidn, azcar y aceites vegetales, segn cada especie.

Adems de definir las vas tecnolgicas ms adecuadas para convertir la biomasa en biocom-bustibles, estos aspectos son relevantes para la eficiencia global de captacin y utilizacin de energa solar: para la sntesis de carbohidratos (como celulosa y sacarosa), el vegetal requie-re cerca del 60% menos de energa que para la sntesis de grasas o lpidos [Demeyer et al. (1985)], por unidad de masa de producto final, lo que, en principio, hace las vas asociadas al biodisel comparativamente menos eficientes que las vas del bioetanol, en base a la sacarosa o a la celulosa.

La Figura 3 presenta una sntesis de las diversas vas de conversin que se pueden aplicar para transformar la biomasa en biocombustibles y calor til. Adems de los procesos fsicos, puramente mecnicos, para concentracin, reduccin granulomtrica, compactacin o re-duccin de la humedad de la biomasa, son utilizados dos grupos de tecnologas qumicas, que modifican la composicin de la materia prima para suministrar productos ms compa-tibles con los usos finales: procesos termoqumicos, que emplean materias primas con baja humedad y temperaturas elevadas; y procesos bioqumicos, desarrollados en ambientes con elevada concentracin de agua y temperaturas cercanas a la ambiente.


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Figura 3 Vas tecnolgicas para produccin de bioenerga

Combustin

Vapor Gas Gas PetrleoCarbn Biogas

Turbinaa vapor

Ciclos combinados,

motores

Sntesis Refinacin Motor a gas Destilacin Esterificacin

Clula a combustible Diesel Etanol Biodisell

Gasificacin Digestin FermentacinPirlisis

LicuefaccinHTU

Extraccin (oleaginosas)

Conversin termoqumica

CALOR ELETRICIDAD COMBUSTIBLE

Conversin bioqumica

Fuente: Elaborado en base a Turkenburg et al. (2000), apud Seabra (2008).

1.2 Evolucin de la bioenerga y de los biocombustibles

La bioenerga, en sus diferentes formas, fue la principal y, en algunas situaciones, la nica forma de suplemento energtico exgeno utilizada por la humanidad a lo largo de su historia. Desde las primitivas hogueras, hace ms de 500 mil aos, la biomasa leosa fue la fuente energtica por excelencia y atenda las necesidades domsticas de energa para coccin y calentamiento, adems de proporcionar primitivos sistemas de iluminacin que empleaban grasas vegetales y animales en quinqus y velas. Posteriormente y durante milenios, la pro-duccin cermica y metalrgica pas a representar una demanda importante de bioenerga, consumida en hornos y forjas. Slo a partir del siglo XVIII, se produjo el agotamiento de las reservas de lea disponibles en gran parte de Europa Occidental y, principalmente, en Ingla-terra, factor determinante para comenzar la explotacin del carbn mineral y que, junto a la mquina a vapor, fue uno de los hechos desencadenantes de la Revolucin Industrial. Si no hubiera sido introducida la energa fsil en forma de carbn mineral, disponible en cantidad abundante y con acceso relativamente fcil en esa poca, la historia moderna seguramente hubiera seguido otro rumbo.


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Del Brasil colonial, tenemos un registro interesante de un proceso agroindustrial econmica-mente relevante, proporcionado por la energa de la biomasa. Segn relata Antonil (1982), los ingenios de azcar del Recncavo Baiano (rea alrededor de la Baha de Todos los Santos), durante el siglo XVII, posean

as fornalhas, que por sete meses ardem dia e noite, querem muita lenha... (pois) o alimento do fogo a lenha, e s o Brasil, com a imensidade dos matos que tem, podia fartar, como fartou por tantos anos, e fartar nos tempos vindouros, a tantas fornalhas, quantas so as que se contam nos engenhos da Bahia, Pernambuco e Rio de Janeiro...1

Es curioso imaginar lo que dichos ingenios hacan entonces con el bagazo de las caas pro-cesadas si lo empleaban para alimentar los bueyes de carroza o lo destinaban a otros fines , pues este subproducto podra constituir una fuente de energa bsica para el proceso productivo. Como sucede en las usinas de azcar y bioetanol de hoy da, que no usan lea y aun as producen excedentes considerables de energa exportable en la forma de bagazo y electricidad.

Como en otros pases en desarrollo ubicados en regiones tropicales, la amplitud de los recursos bioenergticos en Brasil ayuda a entender por qu, slo despus de 1915, los combustibles fsiles pasaron a ser utilizados con alguna relevancia en el pas, donde la lea permaneci ms importante que el petrleo en el suplemento energtico hasta 1964 [Dias Leite (2007)]. Sin duda, en muchos ferrocarriles brasileos, que eran casi la nica forma de transporte de carga de medianas distancias, as como en las embarcaciones de la Amazonia y en las jaulas (embarcacin fluvial a vapor) del Ro So Francisco, e incluso para generar energa elctrica en sistemas aislados utilizando locomotores (conjuntos de mquinas a vapor simples y calde-ras de pequea envergadura), la lea era el nico combustible empleado hasta mediados del siglo XX. El Grfico 2 muestra cmo evolucion la oferta interna de energa en Brasil en las ltimas dcadas y cul fue la contribucin de la bioenerga, separndose las partes debidas a la caa y a la lea. En 2007, estas fuentes de bioenerga correspondieron, respectivamente, al 16,0% y 12,5% del consumo total de energa en el pas [MME (2008)].

Los datos referentes a la bioenerga y, particularmente, a la parte de la lea en las estadsticas energticas estn, para la mayora de los sectores, determinados en forma indirecta, en base a indicadores como la produccin de la industria de papel y pulpa y el nmero de cocinas a lea. Recientemente, la Empresa de Investigacin Energtica (EPE) ha revisado esta metodo-loga, buscando mejorar la consistencia de estas informaciones en el caso brasileo. De todos modos, investigaciones del Instituto Brasileo de Geografa y Estadstica (IBGE) demuestran que la lea sigue siendo un combustible importante a nivel domstico. En ms de 50 millo-nes de viviendas brasileas, cerca de un 3,5% cocinan slo con biomasa y ms del 14% usan

1 N. del T. : los hornos, que por siete meses queman da y noche, quieren mucha lea... (pues) el alimento del fuego es la lea, y slo Brasil, con la inmensidad de matorrales que tiene, podra satisfacer, como satisfizo por tantos aos, y satisfar en tiempos venideros, a tantos hornos, como son los que se encuentran en los ingenios de Baha, Pernambuco y Ro de Janeiro...


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simultneamente lea y gas licuado de petrleo [IBGE (2005)]. En la agroindustria (lcteos, carnes, dulces), en general, y en la industria cermica, especialmente las pequeas y media-nas, la lea es el principal energtico, cada vez ms producida en base a la silvicultura, en una cadena energtica que ampla la generacin de valor en el medio rural.

Grfico 2 Participacin de la bioenerga en la oferta interna de energa en Brasil

Fuente: MME (2007).

Se estima que las plantaciones forestales para fines econmicos en Brasil cubren 4,1 millones de hectreas, de las cuales cerca de la mitad est destinada a fines energticos, principalmen-te para producir carbn vegetal [FAO (2006)]. Esta superficie reforestada se est expandiendo, anualmente, cerca de 250 mil hectreas y presenta productividades energticas interesantes, asociadas a un significativo desarrollo de las tecnologas en silvicultura. Aunque una parte importante de la produccin de carbn vegetal, efectuada principalmente en la Amazonia occidental, y una parte de la demanda industrial en el interior del noreste todava se basan en la tala y en la explotacin predatoria de formas nativas, de manera general, el uso de lea en Brasil presenta buenos indicadores de sostenibilidad en sus varias vertientes [FAO (2007a)].

En trminos globales y actualizando los datos de la Agencia Internacional de Energa (AIE), la demanda de energa comercial (es decir, que pas por los mercados energticos), en 2007, fue de 470 millones de GJ, correspondiendo a cerca de 82 mil millones de barriles de petr-leo en un ao [Best et al. (2008)]. De este consumo total, aproximadamente un 88% se obtu-vo de recursos fsiles, especialmente carbn mineral y petrleo. El resto se obtuvo mediante bioenerga, energa hidroelctrica, energa nuclear y, en menor grado, otras fuentes, como energa geotrmica y energa elica, destacndose la bioenerga como la ms importante en-tre las energas renovables. La bioenerga, cuyo aporte anual (comercial y no comercial) est estimado en 45 millones de GJ [Best et al. (2008)], se puede encontrar en las cocinas a lea


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de gran parte de las viviendas de todo el mundo, en las calderas de muchas agroindustrias y en los tanques de combustibles de un nmero creciente de vehculos, sobre todo en los pases industrializados.

De este modo, los sistemas bioenergticos presentan una marcada dicotoma entre dos gran-des y diferenciados paradigmas. En el primer caso, se encuentran los sistemas tradicionales, practicados hace miles de aos, en los cuales la explotacin de los recursos de biomasa se realiza bajo un esquema extractivista, sin adecuada valoracin econmica de los productos y, en general, por medio de sistemas de baja eficiencia y menor productividad, atendiendo a necesidades residenciales y de industrias tradicionales. Como ejemplos de este paradigma est la utilizacin de lea para la coccin domstica en el medio rural, prctica comn sin impactos notables, y la produccin de carbn vegetal asociada a la tala de rboles, daina y destinada a desaparecer. Como segundo paradigma, se encuentran los sistemas innovadores y modernos de bioenerga, en que la produccin se produce generalmente de manera co-mercial, por medio de tecnologas eficientes, incluso desde el punto de vista ambiental, bus-cando atender las necesidades de energa de la moderna industria, del sector de transporte y la generacin de electricidad. Para este caso, se pueden citar como ejemplos las cadenas bioenergticas del bioetanol de caa de azcar, del biodisel de palma o de sebo, de la bio-electricidad producida con bagazo, licor negro o lixiviado celulsico, entre otras.

Grfico 3 Contribucin de la bioenerga en funcin de la renta per capita

Fuente: FAO (1998).


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Esta doble realidad se evidencia en el Grfico 3, en el que se relaciona el consumo bioe-nergtico (esencialmente en base a recursos leosos) per capita con la renta per capita para diversos pases. Si se toman solamente los puntos claros, correspondientes a los pases en desarrollo, donde predominan las formas tradicionales de bioenerga, se puede afirmar que el crecimiento de la renta conduce a una reduccin de la demanda bioenergtica o, dicho de otra manera, que el uso de la bioenerga es una caracterstica de las naciones pobres. Sin em-bargo, tal hiptesis no se confirma al incluir el anlisis los pases industrializados, correspon-dientes a los puntos oscuros, donde, incluso para rentas elevadas, la demanda de bioenerga puede ser relevante, alcanzando niveles superiores a los dems pases.

Como ejemplos notables de pases de elevado consumo energtico y ubicados en regiones fras, de baja insolacin y, por lo tanto, de baja productividad fotosinttica, pero que logran producir de forma sostenible volmenes importantes de bioenerga, Suecia y Finlandia ob-tienen de la fotosntesis, respectivamente, 19% y 20% de su demanda energtica total [Hall y Scrase (2005)]. Como otro ejemplo notable, estudios de los Departamentos de Energa y Agricultura de los Estados Unidos indican para 2030 una produccin anual de biomasa para fines energticos e industriales del orden del mil millnes de toneladas (base seca), capaz de reducir en un 30% la demanda prevista de petrleo [DOE/USDA (2005)]. En estos casos, como en la moderna produccin de biocombustibles, la bioenerga se concibe bajo moder-nas tecnologas de produccin y conversin, atendiendo a premisas de sostenibilidad y sien-do reconocida como una forma renovable de suplemento energtico [FAO (2001)].

A escala mundial, por tanto, la evolucin futura de la bioenerga presenta una tendencia de reduccin de la contribucin de las bioenergas tradicionales, a ser mantenidas circunscritas a las situaciones de menor impacto, mientras que las bioenergas modernas se expanden, ocupando el espacio de las fuentes energticas fsiles. De esta forma, la bioenerga, progre-sivamente, deja de ser considerada una energa antigua y pasa a ser reconocida como una forma energtica moderna, competitiva y adecuada, en condiciones de proporcionar una nueva revolucin tecnolgica. Como profetiza Sachs (2007):

La bioenerga es slo una parte de un concepto ms amplio de lo que se llama desarrollo sostenible, un concepto que se basa en el trpode de biodiversidad, la biomasa y la biotecnologa y que puede servir de palanca para el lugar que la biomasa podr representar en las prximas dcadas.


Cap

tulo

2 Etanol como combustible vehicularCualquiera sea su origen biomasa o procesos petroqumicos y carboqumicos , el etanol es un combustible, es decir, libera significativas cantidades de calor al quemarse. Sin embargo, el etanol presenta algunas diferencias importantes con relacin a los combustibles convencionales derivados de petrleo. La principal es el elevado tenor de oxgeno, que constituye cerca del 35% en masa del etanol. Las caractersticas del etanol posibilitan la combustin ms limpia y mejor desempeo de los motores, lo que contribuye a reducir las emisiones contaminantes, aun al mezclarlo con la gasolina. En estos casos, acta como un verdadero aditivo para el combustible normal, mejorando sus propiedades. No obstante la larga experiencia con el etanol como combustible en algunos pases, en particular Brasil, es notable como, en diversos pases donde el etanol todava no se utiliza regularmente, subsisten prejuicios y desinformaciones sobre las reales condiciones de uso y las ventajas que se deben asociar a este combustible y aditivo.

El presente captulo busca presentar aspectos tcnicos, econmicos y ambientales importantes para el etanol como combustible en motores de combustin interna, ya sea en mezclas con gasolina (etanol anhidro, es decir, sin agua) o puro (etanol hidratado). Se comentan, aqu, las principales caractersticas fsicas y qumicas que definen su especificacin y se revisan su adecuacin y compatibilidad con los elastmeros y metales de mayor uso en motores, destacando la visin de la industria automovilstica con respecto al uso. Tambin se analizan las emisiones atmosfricas asociadas al uso del etanol comparado con la gasolina y se ofrecen algunos comentarios sobre el marco legal para el empleo de etanol para fines vehiculares, as como sobre algunos aspectos econmicos, tales como la formacin de precios en el mercado de combustibles con etanol y los mecanismos tributarios asociados. Adems, se destacan aspectos de la logstica del mercado de combustible, considerando la eventual adopcin del etanol, aspecto que resulta interesante para los contextos en que se pretende introducir el uso del etanol como combustible.


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2.1 Dimensiones tcnicas y ambientales del uso del etanol

El etanol, o alcohol etlico, es una sustancia con frmula molecular C2H6O, que puede ser utilizada como combustible en motores de combustin interna con ignicin a chispa (ciclo Otto) de dos maneras, bsicamente: 1) en mezclas de gasolina y etanol anhidro; o 2) como etanol puro, generalmente hidratado. La Tabla 2 sintetiza las principales caractersticas del etanol y de una gasolina tpica. Vale observar que estas propiedades no se refieren a una especi-ficacin formal, que incluye diversas propiedades y parmetros asociados a la seguridad, al desempeo, a la contaminacin y a la agresividad qumica. En el caso brasileo, las especi-ficaciones, que deben ser atendidas por los productores y respetadas por toda la cadena de comercializacin, son definidas por la Resolucin ANP 309/2001, para la gasolina con etanol anhidro, y por la Resolucin ANP 36/2005, para el etanol anhidro e hidratado, denomina-dos, respectivamente, alcohol etlico anhidro combustible (AEAC) y alcohol etlico hidratado combustible (AEHC), en la legislacin brasilea. Segn esta legislacin, considerando con-centraciones en masa, el etanol anhidro debe contener menos del 0,6% de agua, mientras que para el etanol hidratado esta concentracin debe estar entre el 6,2% y 7,4%. Expresados como proporcin en volumen a 20 C, estos valores corresponden, respectivamente, a una concentracin mxima del 0,48% para el etanol anhidro y una franja del 4,02% a 4,87% para el etanol hidratado.

Tabla 2 Propiedades de la gasolina y del bioetanol

Parmetro Unidad Gasolina Etanol

Poder calorfico inferior kJ/kg 43.500 28.225

kJ/litro 32.180 22.350

Densidade kg/litro 0,72 0,78 0,792

Octanaje RON (Research Octane Number) 90 100 102 130

Octanaje MON (Motor Octane Number) 80 92 89 96

Calor latente de vaporizacin kJ/kg 330 400 842 930

Relacin aire/combustible estequiomtrica 14,5 9,0

Presin de vapor kPa 40 65 15 17

Temperatura de ignicin C 220 420

Solubilidad en agua % en volumen ~ 0 100

Fuente: API (1998) y Goldemberg y Macedo (1994).


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En Brasil, desde hace varias dcadas, los nicos combustibles que se expenden en todas las gasolineras para motores de ignicin a chispa son:

gasolinas regular y premium, con octanaje mediano (entre los mtodos RON y MON) mnima de 87 y 91, respectivamente, ambas siempre con concentracin de etanol anhidro establecida entre 20% y 25%, de acuerdo a la decisin del gobierno federal, utilizadas en los vehculos nacionales e importados con motores a gasolina, inclusive los modelos de lujo.

etanol hidratado, con un octanaje mediano superior a 110, usado en vehculos adaptados para tal uso, que pueden usar motores propios para este combustible o motores flex-fuel, capaces de usar cualquier mezcla de etanol hidratado y gasolina (con 20 a 25% de etanol).

El etanol hidratado puro debe ser usado en motores fabricados o adaptados especficamente para este fin, en particular adoptando ndices de compresin ms elevados, buscando utilizar adecuadamente el octanaje ms alto del etanol frente a la gasolina y obtener ganancias de eficiencia del 10%. En otras palabras, el mayor octanaje del etanol permite que los motores obtengan ms energa til del calor del combustible comparativamente a la gasolina. Otros cambios deben ser efectuados en el sistema de alimentacin de combustible y en la ignicin, para compensar las diferencias en la relacin aire-combustible y otras propiedades. Adems, debe haber algunos cambios de materiales en contacto con el combustible, como tratamien-to anticorrosivo de las superficies metlicas de los tanques, filtros y bombas de combustible y sustitucin de tuberas o adopcin de materiales ms compatibles con el etanol. Actualmen-te, tras dcadas de perfeccionamiento de motores especialmente fabricados para etanol, la tecnologa automotriz ha evolucionado lo suficiente como para permitir que los vehculos a etanol puro hidratado tengan desempeo, maniobrabilidad, condiciones de arranque en fro y durabilidad absolutamente similares a los motores a gasolina, especialmente en pases con inviernos moderados.

Con la intensa utilizacin de la electrnica aplicada a sistemas avanzados de control de mezcla y de ignicin, a partir del 2003 se lanzaron comercialmente en Brasil vehculos con motores flexibles (flex-fuel), capaces de utilizar, sin cualquier interferencia del conductor, ga-solina (con 20% a 25% de etanol), etanol hidratado puro o mezclas de esos dos combustibles en cualquier proporcin, segn exigencias de eficiencia y maniobrabilidad y atendiendo a los lmites legales de emisiones de gases de escape [Joseph Jr. (2007)]. Los vehculos equipa-dos con estos motores ya representan la mayora de los vehculos nuevos vendidos en Brasil a partir de 2005 y, desde entonces, estn perfeccionndose en trminos de desempeo y funcionalidad de los sistemas de arranque en fro. Actualmente, existen ms de 60 modelos diferentes, fabricados por diez montadoras de origen estadounidense, europeo y japons , instaladas en el pas. Obsrvese que esta concepcin de vehculo flexible, como la adoptada en Brasil, permite que el usuario elija, segn su conveniencia, el combustible que usar, des-de 100% de etanol hidratado hasta una gasolina con 20% a 25% de etanol. En Estados Uni-


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dos, en Canad o en Suecia tambin se comercializan vehculos con motores flexibles, pero bajo otro concepto, operando en franjas de concentraciones de etanol que van desde la gasolina pura, sin etanol, hasta una mezcla con el 85% de etanol anhidro y el 15% de gasolina, producto que est disponible en cantidad creciente, pero todava limitada, de gasolineras, con la sigla E85.

No obstante, la manera ms sencilla, frecuente e inmediata para utilizar el etanol como com-bustible es a travs de las mezclas con gasolina en los vehculos ya existentes en el pas, sin necesidad de efectuar modificaciones en los motores. Esta es la situacin de mayor inters, tanto para los pases en desarrollo, los cuales pueden producir etanol y dependen de impor-taciones de combustibles para su abastecimiento, a un costo cada vez ms elevado, como para los pases industrializados que tienen, actualmente, un potencial limitado de produccin interna de etanol, pero que pueden diversificar su matriz de combustibles lquidos, agregan-do a la produccin local el etanol importado de regiones con condiciones favorables para producir este biocombustible. En este sentido, es necesario verificar las implicaciones para adop-tar las mezclas de etanol y gasolina sobre el desempeo de los motores, la maniobrabilidad y la durabilidad de los vehculos y el impacto ambiental asociado.

En Brasil, desde la dcada de 1980, la concentracin de etanol anhidro en toda la gasolina comercializada en las gasolineras se mantuvo por encima del 20%. En Estados Unidos, que tambin pas a utilizar mezclas etanol-gasolina en esa misma dcada, esta concentracin estuvo limitada al 10%, tambin conocido como E10, y fue considerado por la industria automovilstica como el modelo del mximo de mezcla a adoptar sin necesidad de modifi-caciones de materiales, componentes o recalibraciones del motor. Recientemente, diversos pases, como China, Tailandia, Australia y Colombia, adoptaron el E10 como punto de parti-da para introducir el uso del etanol en los mercados. En esas concentraciones el etanol acta como un aditivo que mejora la calidad de la gasolina (octane booster) y reduce emisiones contaminantes, sustituyendo el tetraetilo de plomo y otros aditivos oxigenantes que presen-tan restriccin ambiental, como el MTBE, cuyo uso est prohibido en muchos pases. La ex-periencia de diversos pases con el E10 permite afirmar que se puede introducir esta mezcla para abastecer el parque vehicular existente sin mayores modificaciones.

La Tabla 3 muestra como varan las exigencias de modificaciones en los vehculos en funcin de la concentracin de etanol en la gasolina [Joseph Jr. (2005)]. Obsrvese que los vehculos a gasolina utilizados en Brasil (fabricados localmente o importados) estn preparados para uti-lizar concentraciones medias de etanol y ya cuentan con algunas modificaciones con relacin a un vehculo para gasolina pura. En el caso de los motores flexibles, se verifica que la con-cepcin estadounidense, que utiliza mezclas con hasta 85% de etanol en la gasolina, es ms sencilla que la brasilea, pues no viene equipada con el sistema auxiliar de arranque en fro y no permite que los motores operen incluso con etanol puro. No obstante, con el desarrollo de sistemas de inyeccin ms avanzados, en un futuro prximo no habr necesidad de estos sistemas auxiliares, y la configuracin adoptada en Brasil podr ser simplificada.


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Tabla 3 Exigencias de modificaciones en vehculos para diferentes concentraciones de bioetanol en la gasolina

% de bioetanol

en la gasolina

Modificaes em um veculo a gasolina pura

Car

bura

dor

Inye

cci

n de

com

bust

ible

Bom

ba d

e co

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Sist

ema

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scap

e

Sist

ema

de a

rran

que

en fr

o

5% Para cualquier vehculo

10% Para vehculo producido a partir de 1990

25% Vehculo brasileo a gasolina

85% Vehculo flexible utilizado en los EE.UU. y en Canad

85% Vehculo flexible utilizado en Brasil

No son necesarias modificaciones Probablemente son necesarias modificaciones

Fuente: Elaborado en base a Joseph Jr. (2005).

Cuando se mezcla el etanol a la gasolina, resulta un nuevo combustible, con algunas caracte-rsticas distintas del valor determinado por la ponderacin directa de las propiedades de cada componente, a causa del comportamiento no lineal de ciertas propiedades. Es necesario recordar que, mientras que el etanol es una sustancia qumica simple, la gasolina es siempre una mezcla con ms de 200 diferentes especies de hidrocarburos derivados del petrleo. A continuacin se comentan las principales propiedades de las mezclas gasolina/etanol y su comportamiento en aspectos ambientales.

Octanaje

Octanaje es la medida de resistencia de un combustible a la auto-ignicin y a la detonacin, evaluada por los mtodos Motor (MON) y Research (RON) respectivamente,, que permite inferir el comportamiento de un motor alimentado con este combustible, en condiciones de carga elevada o carga constante. El etanol es, reconocidamente, un excelente aditivo antidetonante y mejora el octanaje de la gasolina-base de modo sensible. Exactamente por tener toda la gasolina mezclada con etanol, Brasil fue uno de los primeros pases del mundo en abolir totalmente el tetraetilo de plomo y slo adopt el MTBE de modo ocasional y lo-


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calizado, durante los aos 1990. Estos aditivos antidetonantes todava se emplean en algunos pases, pero ocasionaron problemas ambientales y estn en progresivo desuso. Como se puede observar por los valores presentados en la Tabla 4, la adicin de etanol afecta ms al octanaje RON que al MON y se constata, adems, una gran influencia de la composicin de la gasolina-base y, por lo tanto, de su octanaje original sobre el incremento del octanaje, debido al etanol. Como regla general y de clara importancia, cuanto ms bajo es el octanaje de la gasolina-base, ms significativa es la ganancia debido al etanol.

Tabla 4 Efecto del bioetanol en el octanaje de la gasolina-base

Composicin de la gasolina-baseIncremento del octanaje con

5% de bioetanol

10% de bioetanol

15% de bioetanol

20% de bioetanol

Aromticos Olefnicos Saturados MON RON MON RON MON RON MON RON50 15 35 0,1 0,7 0,3 1,4 0,5 2,2 0,6 2,925 25 50 0,4 1,0 0,9 2,1 1,3 3,1 1,8 4,115 12 73 1,8 2,3 3,5 4,4 5,1 6,6 6,6 8,611 7 82 2,4 2,8 4,6 5,5 6,8 8,1 8,8 10,6

Fuente: Carvalho (2003).

Volatilidad

Para que un combustible se queme correctamente, es necesario que est bien mezclado con el aire. Por lo tanto, la facilidad de un combustible lquido en vaporizarse es una propiedad importante, que afecta directamente a diversos parmetros de desempeo del vehculo, como condiciones de arranques en fro o en caliente, aceleracin, economa de combustible y dilu-cin del aceite lubricante. Exactamente por esto, los combustibles derivados de petrleo de-ben presentar una composicin equilibrada entre fracciones livianas y pesadas, para producir una curva de destilacin, segn la cual el producto comienza a vaporizarse a temperaturas relativamente ms bajas y termina a temperaturas mucho ms elevadas que la temperatura ambiente. La adicin de etanol tiende a reducir la curva de destilacin, especialmente en la primera mitad, afectando la temperatura T50, correspondiente al 50% de la masa evaporada, aunque las temperaturas inicial y final de destilacin estn poco afectadas. En este sentido, agregar etanol tiene poca importancia para el comportamiento de los motores.

No obstante, una propiedad importante y relacionada a la volatilidad la presin de vapor es significativamente afectada al agregarse etanol. La presin de vapor determina el nivel de las emisiones evaporativas y la posibilidad de que ocurra formacin de vapor en las lneas de ali-mentacin de combustible, un problema atenuado con la actual adopcin de bombas de combustible en el tanque, como sucede en la gran mayora de los vehculos modernos. Es interesante constatar que, aunque la presin de vapor de la gasolina pura sea superior a la del etanol puro, como se present en la Tabla 2, la adicin de etanol a la gasolina eleva la presin de vapor de la mezcla. Este incremento, tpicamente, presenta un mximo alrededor de un


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5% en volumen de etanol en la gasolina, reducindose lentamente a medida que crece la concentracin de etanol. A ttulo de ejemplo, se puede mencionar determinada composicin de gasolina que, al recibir el 5% de etanol, la presin se elevada a 7 kPa, mientras que, con el 10% en volumen, esta presin alcanza 6,5 kPa [Furey (1985)]. Este efecto puede corregirse sin dificultades, al ajustar la composicin de la gasolina-base, para garantizar que la mezcla cum-ple con las especificaciones. En Brasil y otros pases que usan etanol en la gasolina, la presin de vapor est siendo especificada en niveles similares a la gasolina pura. En pocas palabras, el efecto del etanol sobre la presin de vapor puede ser controlado sin mayores dificultades.

Desempeo

Como las mezclas gasolina/etanol se pueden ajustar adecuadamente para atender a las espe-cificaciones tpicas de una gasolina pura, no existen, necesariamente, problemas de desem-peo y maniobrabilidad, siempre que se cumpla con los requisitos de calidad especificados para los combustibles. No obstante, en comparacin con la gasolina pura, una gasolina con un 10% de etanol necesita el 16,5% ms de calor para vaporizarse totalmente, lo que puede ser una dificultad real en temperaturas muy bajas [TSB (1998)]. Por otro lado, el mayor calor de vaporizacin de la gasolina mezclada con etanol es una de las razones principales para que la eficiencia de un motor que utiliza este combustible aumente entre 1% y 2% con relacin al desempeo de la gasolina pura. De este modo, aunque una gasolina con un 10% de etanol contenga 3,3% menos energa por unidad de volumen, el efecto final sobre el consumo de combustible es menor y depende de las condiciones particulares de uso [Orbital (2002)].

Este punto es relevante: en concentraciones de hasta 10%, el efecto de la adicin de etanol sobre el consumo de los vehculos es inferior a la variacin de consumo observada entre dife-rentes automovilistas y, para efectos prcticos, un litro de gasolina mezclada con etanol pro-duce prcticamente los mismos efectos que un litro de gasolina pura [Salih y Andrews (1992) y Brusstar y Bakenhus (2005)]. Ya para concentraciones ms elevadas, como 25% de etanol, correspondiendo a un contenido energtico en volumen un 10% inferior, se observa un promedio del aumento en el consumo del 3% a 5% sobre la gasolina pura. Estos resultados, confirmados en muchos ensayos de campo, indican como el etanol, aunque presente menor poder calorfico, permite mejorar la eficiencia del motor, gracias a la menor temperatura en la ignicin y al mayor volumen de los productos de combustin. Con el etanol puro hidratado, este efecto es an ms sensible, siempre que el motor est correctamente adaptado para este combustible, incrementando el ndice de compresin: aunque presente un poder calorfico cerca del 40% inferior al de la gasolina, el efecto final en los motores actuales es un consumo de 25% a 30% ms elevado que la gasolina.

A mediano plazo, la adopcin de conceptos ms avanzados de ingeniera de motores, como la inyeccin directa de combustible, ndices de compresin ms elevados y sistemas de tur-boalimentacin inteligentes, podr provocar importantes beneficios en el consumo especfi-co de los motores a etanol hidratado, incluso superando los valores obtenidos con gasolina pura [Szwarc (2008)].


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Separacin de fases

La posibilidad de que suceda una separacin de fases acuosas en una mezcla etanol/gasolina es, a menudo, mencionada como un problema para adoptar el etanol combustible. Hay un temor de que, de algn modo, el agua sea introducida con el etanol o se condense en el tanque de combustible de un vehculo, separndose del fondo y causando problemas para el funcionamiento normal del motor. En realidad, este problema tiende a ser tanto menor cuanto mayor sea el agregado de etanol a la gasolina. Mientras que la gasolina pura prcti-camente no absorbe agua, el etanol anhidro tiene total afinidad con el agua, y las mezclas gasolina/etanol presentan una capacidad de disolver agua directamente proporcional a la concentracin alcohlica, como se indica en el diagrama ternario presentado en la Figura 4. Cuanto ms elevada es la concentracin de etanol en la gasolina, ms ancha es la franja que define la regin donde ocurre total solubilidad, como se observa en la parte superior del diagrama. En temperaturas muy bajas, este efecto es menos intenso, pero, de todos modos, el etanol siempre acta como un co-solvente entre la gasolina y el agua, reduciendo los riesgos de separacin de la fase acuosa de la gasolina.

Figura 4 Solubilidad de agua en mezclas gasolina/etanol

Etanol 100% Vol.

Gasolina 100% Vol. Agua 100% Vol.(% de Volumen a 24 C)

90

80

70

60

60

60

70

80

80 9

090

70

50

10

10

20

20

20

30

30

30

40

40

50

50

4

REGIN DE 2 FASES

Fuente: CTC (1998).


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La posibilidad de que la gasolina con etanol presente una solubilidad razonable para el agua y el hecho de que haya adecuadas temperaturas en Brasil explican como funcionan sin proble-mas los vehculos flexibles en ese pas, en donde se los pueden abastecer con cualquier mezcla de gasolina (con 20% a 25% de etanol) y etanol hidratado, cuya agua no se separa exactamente gracias al alcohol previamente contenido en la gasolina. Si la gasolina brasilea no contuviera una concentracin elevada de etanol anhidro, la mezcla con etanol hidratado probablemente condu-cira a una separacin de fases, especialmente en condiciones con temperaturas inferiores a 18C. Por lo tanto, no tiene sentido imaginar que el agregado de etanol anhidro a la gasolina causa problemas de separacin de fases en verdad, reduce esos problemas.

Compatibilidad de materiales

Algunos materiales plsticos ms antiguos, utilizados en sellados, mangueras y filtros, como la goma natural y la goma sinttica butlica, tienden a degradarse ms rpidamente con el etanol. Sin embargo, desde 1980, estos materiales se estn reemplazando por elastmeros fluorados, lo que solucion este problema. La Tabla 5 muestra los resultados de pruebas de durabilidad conducidas por el ejrcito britnico [Orbital (2002)], confirmando la adecuacin al etanol de la mayora de los plsticos usados actualmente. Tambin, en este sentido, una empresa de petrleo presenta los siguientes comentarios a sus consumidores:

Segn la experiencia, no hay un problema significativo de compatibilidad de ga-solinas con oxigenados y elastmeros en coches ms antiguos. No aumentaron los problemas al introducirse la gasolina con etanol o MTBE en reas metropolitanas en 1992, incluso en las regiones con mayores proporciones de coches antiguos en la flota [Chevron (2006)].

Tabla 5 Durabilidad de materiales plsticos en bioetanol

Plstico Durabilidad

Polietileno convencional Aceptable

Polipropileno Aceptable

Polimetilpenteno (PMP) Aceptable

Policarbonato Aceptable

Cloruro de vinilo (PVC) Aceptable

Polietileno de alta densidad Excelente

Politetrafluoretileno (Teflon) ExcelenteFuente: Orbital (2002).

Con relacin a los metales, en condiciones normales de uso, estos materiales estn siempre sujetos a la corrosin, es necesario seleccionar de forma adecuada y, eventualmente, utili-zar revestimientos protectores. Los metales considerados de baja resistencia al etanol y sus mezclas son las aleaciones para fundicin por presin (tipo Zamac) y algunas aleaciones de


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aluminio [Owen y Coley (1995)]. La agresividad del etanol depende de la concentracin alcohlica en la gasolina y

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