De los cielos humeantes a un horizonte verde: Los científicos convierten los residuos de madera con riesgo de incendio en biocombustible
Un nuevo proceso simplificado transforma los residuos de madera procedentes de la agricultura y la gestión forestal en etanol
La dependencia de los combustibles derivados del petróleo y los incendios forestales: Dos retos distintos y a gran escala que podrían resolverse con un solo avance científico.
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Una instantánea del proceso de conversión, desde las astillas de madera (extremo izquierdo) hasta el etanol purificado.
Eric Sundstrom and Carolina Araujo Barcelos/Berkeley Lab
Equipos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y de los Laboratorios Nacionales Sandia han colaborado en el desarrollo de un proceso ágil y eficaz para convertir en biocombustible líquido la materia vegetal leñosa, como el crecimiento excesivo de los bosques y los residuos agrícolas, material que actualmente se quema de forma intencionada o no. Su investigación se ha publicado recientemente en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
"Según un informe reciente, en 2050 habrá 38 millones de toneladas métricas de biomasa leñosa seca disponibles cada año, lo que la convierte en una fuente de carbono excepcionalmente abundante para la producción de biocombustibles", afirma Carolina Barcelos, ingeniera de procesos senior de la Unidad de Desarrollo de Procesos de Biocombustibles y Bioproductos Avanzados (ABPDU) del Laboratorio de Berkeley.
Sin embargo, los esfuerzos por convertir la biomasa leñosa en biocombustible suelen verse obstaculizados por las propiedades intrínsecas de la madera, que hacen que sea muy difícil de descomponer químicamente, añadió el científico de investigación de la ABPDU Eric Sundstrom. "Nuestros dos estudios detallan una vía de conversión de bajo coste para fuentes de biomasa que, de otro modo, se quemarían en el campo o en pilas de tala, o aumentarían el riesgo y la gravedad de los incendios forestales estacionales. Tenemos la capacidad de transformar estas fuentes renovables de carbono de la contaminación del aire y los riesgos de incendio en un combustible sostenible."
En un estudio dirigido por Barcelos y Sundstrom, los científicos utilizaron productos químicos no tóxicos, enzimas disponibles en el mercado y una cepa de levadura especialmente diseñada para convertir la madera en etanol en un único reactor, o "olla". Además, un análisis tecnológico y económico posterior ayudó al equipo a identificar las mejoras necesarias para alcanzar la producción de etanol a 3 dólares por galón de gasolina equivalente (GGE) mediante esta vía de conversión. Este trabajo es el primer proceso integral de producción de etanol a partir de biomasa leñosa que presenta una alta eficiencia de conversión y una configuración sencilla de una sola olla. (Como sabe cualquier cocinero, las recetas de una sola olla son siempre más fáciles que las que requieren varias ollas, y en este caso, también significa un menor uso de agua y energía).
En un estudio complementario, dirigido por John Gladden y Lalitendu Das en el Joint BioEnergy Institute (JBEI), un equipo perfeccionó el proceso de una sola olla para que pudiera convertir la biomasa leñosa de California -como los restos de pinos, almendros, nogales y abetos- con el mismo nivel de eficiencia que los métodos existentes utilizados para convertir la biomasa herbácea, incluso cuando el insumo es una mezcla de diferentes tipos de madera.
"Extrayendo la biomasa leñosa de los bosques, como los pinos sobreexplotados de la Sierra, y de las zonas agrícolas, como los huertos de almendros del Valle Central de California, podemos hacer frente a múltiples problemas a la vez: los desastrosos incendios forestales en los estados propensos al fuego, los riesgos de contaminación atmosférica por la quema controlada de los residuos de las cosechas y nuestra dependencia de los combustibles fósiles", dijo Das, becario postdoctoral en el JBEI y Sandia. "Además, reduciríamos considerablemente la cantidad de carbono que se añade a la atmósfera y crearíamos nuevos puestos de trabajo en la industria de la bioenergía".
El etanol ya se utiliza como aditivo reductor de emisiones en la gasolina convencional, que suele constituir alrededor del 10% de la gasolina que bombeamos en nuestros coches y camiones. Algunos vehículos especiales están diseñados para funcionar con combustible con composiciones de etanol más elevadas, de hasta el 83%. Además, el etanol generado a partir de la biomasa vegetal puede utilizarse como ingrediente para fabricar combustibles más complejos para diésel y aviones, que están ayudando a descarbonizar los sectores de la aviación y el transporte de mercancías, difíciles de electrificar. En la actualidad, la fuente más común de etanol de origen biológico son los granos de maíz, un material con almidón que es mucho más fácil de descomponer químicamente, pero cuya producción requiere tierra, agua y otros recursos.
Estos estudios indican que la biomasa leñosa puede descomponerse eficazmente y convertirse en biocombustibles avanzados en un proceso integrado que es competitivo en costes con el etanol de maíz basado en el almidón. Estas tecnologías también pueden utilizarse para producir biocombustibles "drop-in", químicamente idénticos a los compuestos ya presentes en la gasolina y el gasóleo.
Los siguientes pasos en este esfuerzo consisten en desarrollar, diseñar y desplegar la tecnología a escala piloto, que se define como un proceso que convierte una tonelada de biomasa al día. Los equipos del Laboratorio de Berkeley están trabajando con Aemetis, una empresa de bioquímica y combustibles renovables avanzados con sede en la zona de la bahía, para comercializar la tecnología y lanzarla a mayor escala una vez que se haya completado la fase piloto.
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