Bioenergía

Rudolf Diesel desarrolló su motor de encendido por compresión durante la década de 1890, y el primer modelo que funcionó se terminó en 1897. En la Exposición de París de 1900, se mostró un pequeño motor Diesel fabricado por la empresa francesa Otto funcionando con aceite de cacahuete a petición del gobierno francés. El motor se había diseñado para aceites normales, pero funcionó con aceite vegetal sin modificaciones.

La biomasa y los biocombustibles pueden almacenarse durante largos periodos y usarse cuando se necesite energía, dando a los países seguridad energética durante todo el año. Sin embargo, esto depende del tipo de biocombustible, y hay excepciones. La vida útil durante el almacenamiento varía mucho según el combustible, su formulación y las condiciones de almacenamiento, y algunos biocombustibles son mucho menos estables que otros ^{[58-64,66,68]}.

Por ejemplo, los pélets de madera y otra biomasa sólida se ven especialmente afectados por la humedad, la temperatura, la ventilación y la manipulación. Unas malas condiciones pueden causar degradación biológica, pérdida de contenido energético o autocalentamiento, mientras que un almacenamiento seco y bien ventilado puede conservar su calidad ^[60,61].

Un biocombustible de larga duración como el HVO (aceite vegetal hidrotratado) tiene una alta resistencia a la oxidación y, según los proveedores, puede durar unos 10 años antes de degradarse, siempre que se mantengan unas condiciones de almacenamiento adecuadas ^A. Investigaciones independientes también respaldan la estabilidad relativamente alta del HVO, incluso cuando se incorpora a mezclas de biodiésel - diésel ^[64]. La estabilidad del biodiésel FAME (ésteres metílicos de ácidos grasos) depende mucho de su composición de ácidos grasos: los FAME saturados suelen ser más estables y durar más que los FAME insaturados, según el residuo usado para crearlos. Por tanto, la materia prima original usada para crear el biocombustible puede afectar mucho a su vida útil durante el almacenamiento ^[62,63].

Aunque el biodiésel es fácilmente biodegradable, su deterioro durante el almacenamiento se debe sobre todo a la oxidación y la contaminación, más que a su propia biodegradabilidad. El calor y la exposición al aire, la luz, el agua o ciertos metales pueden acelerar la degradación, mientras que los antioxidantes y unas condiciones de almacenamiento adecuadas pueden frenarla ^[58,62,63]. Un estudio indica que el biodiésel puede almacenarse durante 6 meses antes de que empiece a degradarse, y que tras un año puede dejar de ser apto para usarse directamente en motores ^[58,59].

Crear mezclas de biocombustibles (por ejemplo, mezclando biodiésel FAME con diésel de petróleo o HVO) puede mejorar la estabilidad, alargar el almacenamiento y mantener su eficacia como combustible compatible directamente con motores estándar, aunque el resultado depende de los combustibles y las proporciones usados ^{[58,59,62,64]}.

Los nano-biodiéseles especialmente formulados se mejoran con nanopartículas que reducen su vulnerabilidad a la oxidación, por lo que pueden mantenerse estables mucho más tiempo ^[59]. También pueden mejorar la combustión del combustible y la eficiencia energética, a la vez que reducen algunos contaminantes. Sin embargo, sus efectos dependen del material, la concentración, el combustible y el motor, y algunas formulaciones pueden aumentar las emisiones de óxidos de nitrógeno ^B.

Los biocombustibles tienen una vida útil más corta que los combustibles fósiles normales (pero el HVO es una excepción destacable). Aun así, pueden ayudar a resolver el problema de la intermitencia que crea la energía eólica/solar: incluso los biocombustibles almacenados durante meses en vez de años pueden aportar energía de respaldo disponible cuando haga falta y seguridad energética durante periodos de poca generación eólica o solar, siempre que haya suficientes reservas y equipos disponibles ^[23,66,68]. Cuando las materias primas y las cadenas de suministro se gestionan de forma sostenible, pueden contribuir a la neutralidad de carbono y a esfuerzos más amplios de reducción de emisiones ^{[19-22,72-76]}.

^A Cómo almacenar combustible HVO para que dure y sea seguro | Vectec

^B Aplicaciones de la nanotecnología en las fases de combustión y postcombustión del biodiésel | Renewable and Sustainable Energy Reviews

La bioenergía no es automáticamente neutra en carbono. Su impacto climático depende de la materia prima, la regeneración, lo que habría ocurrido de otro modo con la tierra o el material, las emisiones de la cadena de suministro y el tiempo necesario para reabsorber el CO₂ liberado. Las vías basadas en residuos y restos pueden tener emisiones relativamente bajas, mientras que el cambio de uso del suelo o la tala de bosques que vuelven a crecer lentamente pueden crear una deuda de carbono que dura años o décadas.

Consulta: Contabilidad del carbono para biocombustibles sostenibles - Análisis | IEA

En Brasil, se han despejado millones de hectáreas de selva tropical, sabana y otros ecosistemas autóctonos para usos agrícolas, incluida la producción de soja y caña de azúcar.

Trase vinculó la cosecha de soja de Brasil de 2020 con 562.000 hectáreas - 5.620 kilómetros cuadrados - de deforestación reciente y conversión de vegetación autóctona. Esto incluyó aproximadamente 76.400 hectáreas en la Amazonia y 23.600 hectáreas en la Mata Atlántica, aunque la mayor parte ocurrió en el Cerrado y las Pampas. El bioma del Cerrado, una zona clave para la soja y la caña de azúcar, ha sufrido una conversión de tierras especialmente extensa ^[82,83]. Estas cifras vinculan la producción brasileña de soja con una conversión de tierras medida en miles de kilómetros cuadrados, incluidas grandes zonas de selva tropical.

Tanto la soja como la caña de azúcar están vinculadas al sector brasileño de los biocombustibles ^[78,80,81]. Aproximadamente la mitad de la caña de azúcar de Brasil se transforma en etanol ^C. La soja se cultiva principalmente para pienso animal, pero produce aceite de soja como subproducto, que aporta alrededor del 70 % del biodiésel del país ^D. En toda Sudamérica, la superficie plantada de soja aumentó a más del doble, de 26,4 millones de hectáreas en 2000 a 55,1 millones de hectáreas en 2019 ^[82]. La expansión de estos cultivos puede impulsar la deforestación directamente, cuando sustituyen la vegetación autóctona, o indirectamente, cuando su expansión sobre tierras agrícolas existentes desplaza el pastoreo de ganado u otras actividades a zonas recién despejadas ^[78-82,84].

La deforestación vinculada a la soja en Brasil es bastante mayor que la tala directa para cultivar caña de azúcar ^[80-83]. Desde 2009, la política de Zonificación Agroecológica de la Caña de Azúcar (ZAE Cana) restringió la expansión de la caña de azúcar en biomas clave como la Amazonia y el Pantanal (aunque la política fue derogada en 2019, aumentando la preocupación por la deforestación) ^[81]. Por ello, el cultivo de caña de azúcar se ha concentrado históricamente en regiones centrales y del sur fuera de la Amazonia, a menudo en tierras agrícolas existentes, pastos degradados o el Cerrado. Por tanto, su contribución directa a la pérdida de selva amazónica es mucho menor que la del ganado o la soja. Aun así, su expansión en el Cerrado o sobre pastos puede sustituir vegetación autóctona o desplazar otras actividades agrícolas, contribuyendo a presiones más amplias de deforestación ^[78,80,81]. De hecho, un estudio de modelización de 2010 proyectó que la expansión del etanol de caña de azúcar podría haber contribuido indirectamente a unos 50.000 km² (5 millones de hectáreas) de deforestación para 2020, sobre todo al desplazar los pastos de ganado hacia zonas forestales ^[85].

Por tanto, la demanda de biocombustibles puede contribuir a la deforestación al aumentar la demanda de etanol de caña de azúcar y aceite de soja para biodiésel. Sin embargo, no se puede atribuir toda la superficie afectada específicamente a los biocombustibles: la soja también se usa para pienso animal y productos alimentarios, la caña de azúcar también produce azúcar, y gran parte de la vegetación transformada es sabana o pastizal en vez de selva tropical. Aun así, dada la escala de la conversión vinculada a la soja y los efectos directos e indirectos asociados a ambos cultivos, sigue siendo una estimación razonable del orden de magnitud afirmar que miles de kilómetros cuadrados de selva tropical brasileña se han despejado en parte para cultivar materias primas para biocombustibles, aunque no sea una cifra exacta atribuible solo a los biocombustibles ^[78-84].

^C Reparto de la caña de azúcar de Brasil entre azúcar y etanol | Reuters

^D Alrededor del 70 % del biodiésel brasileño procede de la soja | Reuters

Lecturas adicionales:

En Brasil, la fiebre de la caña de azúcar plantea una nueva amenaza para la selva amazónica | Sierra Club

El crecimiento de la caña de azúcar en Brasil puede cubrir la necesidad de biocombustibles sin impulsar la deforestación: estudio | Mongabay

CORRECCIÓN: Se espera que alrededor del 55 % de los compromisos públicos y acuerdos de suministro de SAF de las aerolíneas europeas procedan de aceites y grasas usados, incluidas grasas animales, aceite de cocina usado y otros aceites de desecho. Esto describe acuerdos y contratos previstos, no combustible ya en uso como se dice en el vídeo.

BECCS solo puede producir emisiones netas negativas cuando el rebrote de la biomasa realmente extrae CO₂ de la atmósfera y se almacena permanentemente más CO₂ del que se libera durante todo el proceso. En realidad, esto depende de más cosas que las emisiones producidas en la instalación de bioenergía. También depende de las emisiones de la cadena de suministro y del uso del suelo, y de los balances de carbono a largo plazo. Esto incluye el carbono perdido de la vegetación y los suelos; el tiempo necesario para que la biomasa vuelva a crecer; las emisiones del cultivo y los fertilizantes, la cosecha, el procesamiento y el transporte; la energía usada para capturar, comprimir e inyectar el CO₂, y cualquier CO₂ que el sistema de captura no recoja. También deben incluirse otros gases de efecto invernadero, como el metano y el óxido nitroso. Por tanto, el balance final depende de la materia prima, la gestión del suelo, la tasa de captura, las fuentes de energía y el periodo considerado ^{[72-76,97-102,118-121]}.

Para el almacenamiento a largo plazo, el CO₂ capturado normalmente se comprime y se inyecta en formaciones rocosas profundas y porosas, como formaciones de agua salada o yacimientos agotados de petróleo y gas. En realidad, el CO₂ ocupa espacios diminutos dentro de la roca en vez de llenar simplemente una gran caverna subterránea o un pozo de mina. Elegir bien el lugar, contar con pozos seguros, gestionar la presión, vigilar y supervisar a largo plazo son esenciales para mantenerlo contenido ^{[118,127,128]}.

La principal preocupación sobre fugas es que el CO₂ capturado escape durante el transporte o la inyección, o más tarde a través de fallas, fracturas o pozos dañados o mal sellados. Las pruebas de [125-128] tratan sobre todo de posibles vías de fuga, experimentos controlados, modelización y evaluación de riesgos; no indican que las fugas sean frecuentes en instalaciones comerciales de almacenamiento bien gestionadas. Se espera que las formaciones geológicas bien elegidas y vigiladas retengan casi todo el CO₂ inyectado durante periodos muy largos, aunque el riesgo no puede considerarse cero. Cualquier CO₂ que escape debe restarse del total declarado como eliminado de la atmósfera y abordarse con vigilancia continua y medidas correctoras.

Las microalgas pueden cultivarse en estanques abiertos o fotobiorreactores cerrados en terrenos no cultivables, degradados, salinos o de bajo valor por otros motivos, evitando competir directamente con los cultivos alimentarios convencionales. Los lugares adecuados siguen necesitando suficiente luz, agua, nutrientes y CO₂, mientras que la cantidad de terreno necesaria depende de la especie de alga, el clima local y el sistema de cultivo. Como las algas crecen rápido y pueden producir más combustible por unidad de terreno que los cultivos convencionales para biocombustibles, sus necesidades totales de terreno pueden ser mucho menores ^[129-134].

Las algas marinas no necesitan ni tierras de cultivo ni agua dulce. Las granjas de algas marinas pueden crear hábitats temporales para peces e invertebrados, absorber nutrientes sobrantes, elevar los niveles locales de oxígeno y pH, y reducir la energía de las olas. Los beneficios para la biodiversidad dependen de las especies cultivadas, el tamaño y diseño de la granja, el movimiento del agua, la ubicación y las prácticas de recolección. Elegir bien el lugar puede maximizar estos beneficios y evitar daños a hábitats ya existentes, como las praderas marinas, o la introducción de especies no autóctonas ^[135-140].

Las pilas de combustible microbianas usan bacterias para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales y transferir los electrones liberados a un electrodo, creando una corriente eléctrica. Eliminar esta materia orgánica ayuda a limpiar las aguas residuales, aunque las MFC no suelen cubrir por sí solas todas las fases del tratamiento: puede seguir haciendo falta más tratamiento para eliminar la materia orgánica restante, los nutrientes y los patógenos ^[141-144].

En realidad, su principal beneficio económico puede venir de reducir la electricidad necesaria para el tratamiento, más que de generar grandes cantidades de energía sobrante que pueda usarse en otros lugares. El tratamiento convencional de aguas residuales usa bastante energía para bombear oxígeno al agua. Las MFC pueden reducir parte de esta aireación mientras recuperan como electricidad una pequeña parte de la energía química de las aguas residuales, lo que podría reducir la demanda energética total de la planta de tratamiento. Juntas, estas ventajas podrían acabar abaratando el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, por ahora, los altos costes de construcción y materiales hacen que esto aún no se haya demostrado de forma sistemática a escala comercial ^[141-143].

Llegar a ese punto puede no requerir que las MFC maximicen la producción de electricidad. En otras palabras, el sistema que produce más electricidad no es necesariamente el sistema de tratamiento más económico. Un estudio tecnoeconómico descubrió que materiales de electrodo más baratos podían ofrecer un tratamiento de aguas residuales más rentable pese a producir menos electricidad ^E. Esto sugiere que el desarrollo práctico de las MFC puede beneficiarse de priorizar un tratamiento asequible frente a la máxima producción eléctrica.

Sin embargo, la producción de electricidad sigue siendo baja, sobre todo a medida que las aguas residuales se limpian y queda menos materia orgánica para que consuman las bacterias. Los sistemas más grandes también deben superar las dificultades relacionadas con los costes de electrodos y membranas, las incrustaciones, el rendimiento desigual y la fiabilidad a largo plazo. Un estudio piloto de 1.000 litros ha demostrado que la tecnología puede funcionar con aguas residuales municipales reales, pero logró un tratamiento parcial y una generación de electricidad modesta. Por ahora, por tanto, las MFC siguen siendo sobre todo un método experimental para combinar el tratamiento de aguas residuales con la recuperación de energía a pequeña escala, en vez de una fuente importante de electricidad ^[141-144].

^E Sacrificar potencia para un tratamiento más rentable: un enfoque tecnoeconómico para diseñar celdas de combustible microbianas | Chemosphere