Un biocombustible es un combustible que se produce a través de procesos biológicos contemporáneos, como la agricultura y la digestión anaeróbica, en lugar de un combustible producido por procesos geológicos como los involucrados en la formación de combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo, a partir de materia biológica prehistórica.

Los biocombustibles pueden derivarse directamente de plantas (es decir, cultivos energéticos) o indirectamente de desechos agrícolas, comerciales, domésticos y / o industriales. Los biocombustibles renovables generalmente implican la fijación contemporánea de carbono, como las que ocurren en las plantas o microalgas a través del proceso de la fotosíntesis. Otros biocombustibles renovables se fabrican mediante el uso o la conversión de biomasa (en referencia a organismos recientemente vivos, con mayor frecuencia a plantas o materiales derivados de plantas). Esta biomasa se puede convertir en sustancias convenientes que contienen energía de tres maneras diferentes: conversión térmica, conversión química y conversión bioquímica. Esta conversión de biomasa puede producir combustible en forma sólida, líquida o de gas. Esta nueva biomasa también se puede utilizar directamente para los biocombustibles.

Los biocombustibles en teoría son neutros en carbono porque el dióxido de carbono que absorben las plantas es igual al dióxido de carbono que se libera cuando se quema el combustible. Sin embargo, en la práctica, si un biocombustible es o no neutro en carbono también depende en gran medida de si la tierra que se utiliza para cultivar el biocombustible (con biocombustible de 1ª y 2ª generación) necesita ser limpiada o no de la vegetación que contiene carbono.

El bioetanol es un alcohol producido por fermentación, principalmente a partir de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón, como maíz, caña de azúcar o sorgo dulce. La biomasa celulósica, derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura (E100), pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octano y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol es ampliamente utilizado en los Estados Unidos y en Brasil. El diseño actual de la planta no contempla la conversión de la porción de lignina de las materias primas vegetales en componentes de combustible mediante fermentación.

El biodiesel se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura (B100), pero generalmente se usa como un aditivo diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos impulsados ​​por diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa.

En 2010, la producción mundial de biocombustibles alcanzó los 105 mil millones de litros (28 mil millones de galones de EE. UU.), Un 17% más que en 2009, y los biocombustibles proporcionaron el 2,7% de los combustibles del mundo para el transporte por carretera. La producción global de combustible de etanol alcanzó los 86 mil millones de litros (23 mil millones de galones de EE. UU.) En 2010, con Estados Unidos y Brasil como los principales productores del mundo, representando en conjunto alrededor del 90% de la producción mundial. El mayor productor mundial de biodiesel es la Unión Europea, que representa el 53% de toda la producción de biodiesel en 2010. A partir de 2011, existen mandatos para mezclar biocombustibles en 31 países a nivel nacional y en 29 estados o provincias. La Agencia Internacional de Energía tiene como objetivo que los biocombustibles cumplan con más de un cuarto de la demanda mundial de combustibles para el transporte para 2050 para reducir la dependencia del petróleo y el carbón. La producción de biocombustibles también condujo a una floreciente industria automotriz, donde en 2010, el 79% de todos los autos producidos en Brasil se fabricaron con un sistema de combustible híbrido de bioetanol y gasolina.

Existen varios temas sociales, económicos, ambientales y técnicos relacionados con la producción y el uso de biocombustibles, que se han debatido en los medios de comunicación populares y en las revistas científicas.

Generaciones

Biocombustibles de primera generación.
Los biocombustibles de «primera generación» o convencionales son biocombustibles hechos de cultivos alimentarios que se cultivan en tierras cultivables. Con esta generación de producción de biocombustibles, los cultivos alimentarios se cultivan explícitamente para la producción de combustible, y no para nada más. El azúcar, el almidón o el aceite vegetal obtenido de los cultivos se convierten en biodiesel o etanol, mediante transesterificación o fermentación de levadura.

Biocombustibles de segunda generación.
Los biocombustibles de segunda generación son combustibles fabricados a partir de varios tipos de biomasa. La biomasa es un término amplio que significa cualquier fuente de carbono orgánico que se renueva rápidamente como parte del ciclo del carbono. La biomasa se deriva de materiales vegetales, pero también puede incluir materiales animales.

Mientras que los biocombustibles de primera generación están hechos de los azúcares y aceites vegetales que se encuentran en los cultivos herbáceos, los biocombustibles de segunda generación están hechos de biomasa lignocelulósica o cultivos leñosos, residuos agrícolas o residuos de material vegetal (de cultivos alimentarios que ya han cumplido su propósito alimenticio). La materia prima utilizada para generar biocombustibles de segunda generación, por lo tanto, crece en tierras cultivables, pero son solo subproductos de la cosecha real (cultivo principal) o se cultivan en tierras que no pueden utilizarse para cultivar alimentos de manera efectiva y en algunos casos ni agua adicional O se les aplica fertilizante. Las fuentes de alimentación de segunda generación de alimentos no humanos incluyen pastos, jatrofa y otros cultivos de semillas, aceites vegetales de desecho, residuos sólidos municipales, etc.

Esto tiene tanto ventajas como desventajas. La ventaja es que, a diferencia de los cultivos alimentarios regulares, ninguna tierra cultivable se utiliza únicamente para la producción de combustible. La desventaja es que, a diferencia de los cultivos alimentarios normales, puede ser bastante difícil extraer el combustible. Por ejemplo, podría requerirse una serie de tratamientos físicos y químicos para convertir la biomasa lignocelulósica en combustibles líquidos adecuados para el transporte.

Biocombustibles de tercera generación.
De 1978 a 1996, el NREL de EE. UU. Experimentó con el uso de algas como fuente de biocombustibles en el «Programa de especies acuáticas». Un artículo auto publicado por Michael Briggs, en UNH Biofuels Group, ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todo el combustible vehicular con biocombustibles utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50%, que Briggs sugiere que se puede cultivar en estanques de algas. en plantas de tratamiento de aguas residuales. Estas algas ricas en aceite pueden luego extraerse del sistema y procesarse en biocombustibles, y el resto seco se puede volver a procesar para crear etanol. La producción de algas para la extracción de petróleo para biocombustibles aún no se ha realizado a escala comercial, pero se han realizado estudios de factibilidad para llegar a la estimación del rendimiento anterior. Además de su alto rendimiento proyectado, la algacultura, a diferencia de los biocombustibles basados ​​en cultivos, no implica una disminución en la producción de alimentos, ya que no requiere tierras de cultivo ni agua dulce. Muchas empresas están persiguiendo los biorreactores de algas para diversos propósitos, incluida la ampliación de la producción de biocombustibles a niveles comerciales. El profesor Rodrigo E. Teixeira de la Universidad de Alabama en Huntsville demostró la extracción de lípidos de biocombustibles de algas húmedas mediante una reacción simple y económica en líquidos iónicos.

Biocombustibles de cuarta generación
De manera similar a los biocombustibles de tercera generación, los biocombustibles de cuarta generación se fabrican utilizando tierra no cultivable. Sin embargo, a diferencia de los biocombustibles de tercera generación, no requieren la destrucción de la biomasa. Esta clase de biocombustibles incluye los combustibles eléctricos fotobiológicos y los combustibles solares fotobiológicos. Algunos de estos combustibles son neutros en carbono. La conversión de petróleo crudo de las semillas de la planta en combustibles útiles se llama transesterificación.

Los tipos
Los siguientes combustibles pueden producirse utilizando procedimientos de producción de biocombustibles de primera, segunda, tercera o cuarta generación. La mayoría de estos incluso pueden producirse utilizando dos o tres de los diferentes procedimientos de generación de biocombustibles.

Biogás
El biogás es el metano producido por el proceso de digestión anaerobia de material orgánico por los anaerobios. Puede producirse a partir de materiales de desecho biodegradables o mediante el uso de cultivos energéticos alimentados en digestores anaeróbicos para complementar los rendimientos de gas. El subproducto sólido, el digestato, se puede usar como biocombustible o fertilizante.

El biogás se puede recuperar de los sistemas de procesamiento de residuos de tratamiento biológico mecánico. El gas de vertedero, una forma menos limpia de biogás, se produce en los vertederos a través de la digestión anaeróbica natural. Si se escapa a la atmósfera, es un potencial gas de efecto invernadero.

Los agricultores pueden producir biogás a partir del estiércol de su ganado mediante el uso de digestores anaeróbicos.

Singas
Syngas, una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y otros hidrocarburos, se produce por combustión parcial de biomasa, es decir, combustión con una cantidad de oxígeno que no es suficiente para convertir la biomasa completamente en dióxido de carbono y agua. Antes de la combustión parcial, la biomasa se seca y, a veces, se piroliza. La mezcla de gas resultante, el gas de síntesis, es más eficiente que la combustión directa del biocombustible original; Se extrae más de la energía contenida en el combustible.

El gas de síntesis puede quemarse directamente en motores de combustión interna, turbinas o celdas de combustible de alta temperatura. El generador de gas de madera, un reactor de gasificación alimentado con madera, se puede conectar a un motor de combustión interna.

El gas de síntesis se puede usar para producir metanol, DME e hidrógeno, o se puede convertir a través del proceso Fischer-Tropsch para producir un sustituto del diesel, o una mezcla de alcoholes que se pueden mezclar con la gasolina. La gasificación normalmente se basa en temperaturas superiores a 700 ° C.

La gasificación a temperaturas más bajas es deseable cuando se coproduce biochar, pero se traduce en gas de síntesis contaminado con alquitrán.

Etanol
Los alcoholes producidos biológicamente, más comúnmente el etanol, y menos comúnmente el propanol y el butanol, se producen por la acción de microorganismos y enzimas a través de la fermentación de azúcares o almidones (más fácil) o celulosa (que es más difícil). A menudo se afirma que el biobutanol (también llamado biogasolina) proporciona un reemplazo directo de la gasolina, porque se puede usar directamente en un motor de gasolina.

El combustible de etanol es el biocombustible más común en todo el mundo, particularmente en Brasil. Los combustibles alcohólicos se producen mediante la fermentación de azúcares derivados del trigo, el maíz, la remolacha azucarera, la caña de azúcar, la melaza y cualquier tipo de azúcar o almidón a partir de los cuales se pueden hacer bebidas alcohólicas como el whisky (como los residuos de papas y frutas, etc.). Los métodos de producción de etanol utilizados son la digestión enzimática (para liberar los azúcares de los almidones almacenados), la fermentación de los azúcares, la destilación y el secado. El proceso de destilación requiere una importante aportación de energía para el calor (a veces, combustible fósil de gas natural insostenible, pero la biomasa celulósica como el bagazo, el desperdicio que queda después de que la caña de azúcar se extrae para extraer su jugo) es el combustible más común en Brasil, mientras que los pellets y las astillas y también el calor residual es más común en Europa) El vapor residual alimenta la fábrica de etanol, donde el calor residual de las fábricas también se utiliza en la red de calefacción urbana.

El etanol se puede usar en motores de gasolina como reemplazo de la gasolina; Se puede mezclar con gasolina a cualquier porcentaje. La mayoría de los motores de gasolina existentes para automóviles pueden funcionar con mezclas de hasta un 15% de bioetanol con petróleo / gasolina. El etanol tiene una densidad de energía más pequeña que la de la gasolina; esto significa que se necesita más combustible (volumen y masa) para producir la misma cantidad de trabajo. Una ventaja del etanol (CH
3CH
2OH) es que tiene un índice de octanaje más alto que la gasolina libre de etanol disponible en las estaciones de servicio en la carretera, lo que permite un aumento de la relación de compresión de un motor para aumentar la eficiencia térmica. En lugares de gran altitud (aire ligero), algunos estados ordenan una mezcla de gasolina y etanol como oxidante de invierno para reducir las emisiones de contaminación atmosférica.

El etanol también se utiliza para alimentar chimeneas de bioetanol. Como no requieren chimenea y no tienen humo, los incendios de bioetanol son extremadamente útiles para casas y apartamentos de nueva construcción sin chimenea. La desventaja de estas chimeneas es que su salida de calor es ligeramente menor que la calefacción eléctrica o los incendios de gas, y se deben tomar precauciones para evitar el envenenamiento por monóxido de carbono.

Las existencias de maíz a etanol y otros alimentos han llevado al desarrollo del etanol celulósico. De acuerdo con una agenda de investigación conjunta realizada a través del Departamento de Energía de los Estados Unidos, los índices de energía fósil (FER) para etanol celulósico, etanol de maíz y gasolina son 10.3, 1.36 y 0.81, respectivamente.

El etanol tiene aproximadamente un tercio de contenido energético más bajo por unidad de volumen en comparación con la gasolina. Esto se ve contrarrestado en parte por la mejor eficiencia cuando se usa etanol (en una prueba a largo plazo de más de 2.1 millones de kilómetros, el proyecto BEST encontró que los vehículos FFV eran entre 1 y 26% más eficientes energéticamente que los automóviles con gasolina, pero el consumo volumétrico aumenta en aproximadamente el 30%, por lo que se requieren más paradas de combustible).

Con los subsidios actuales, el combustible de etanol es ligeramente más barato por distancia recorrida en los Estados Unidos.

Otros bioalcoholes
El metanol se produce actualmente a partir de gas natural, un combustible fósil no renovable. En el futuro se espera que sea producido a partir de biomasa como biometanol. Esto es técnicamente factible, pero actualmente la producción se está aplazando por las preocupaciones de Jacob S. Gibbs y Brinsley Coleberd de que la viabilidad económica aún está pendiente. La economía del metanol es una alternativa a la economía del hidrógeno, en comparación con la producción actual de hidrógeno a partir del gas natural.

Butanol (C
4H
9OH) está formado por la fermentación ABE (acetona, butanol, etanol) y las modificaciones experimentales del proceso muestran ganancias de energía netas potencialmente altas con butanol como el único producto líquido. El butanol producirá más energía y supuestamente se puede quemar «directamente» en los motores de gasolina existentes (sin modificación del motor o del automóvil), y es menos corrosivo y menos soluble en agua que el etanol, y podría distribuirse a través de las infraestructuras existentes. DuPont y BP están trabajando juntos para ayudar a desarrollar el butanol. Las cepas de Escherichia coli también se han diseñado con éxito para producir butanol mediante la modificación de su metabolismo de aminoácidos. Una desventaja de la producción de butanol en E. coli sigue siendo el alto costo de los medios ricos en nutrientes, sin embargo, un trabajo reciente ha demostrado que E. coli puede producir butanol con una suplementación nutricional mínima.

Biodiesel
El biodiesel es el biocombustible más común en Europa. Se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es un líquido similar en composición al diesel fósil / mineral. Químicamente, consiste principalmente en ésteres metílicos (o etílicos) de ácidos grasos (FAME). Las materias primas para el biodiesel incluyen grasas animales, aceites vegetales, soja, colza, jatropha, mahua, mostaza, lino, girasol, aceite de palma, cáñamo, centavo de campo, Pongamia pinnata y algas. El biodiesel puro (B100, también conocido como biodiesel «puro») actualmente reduce las emisiones hasta en un 60% en comparación con el diesel B100 de segunda generación.

El biodiesel se puede usar en cualquier motor diesel cuando se mezcla con mineral diesel. También se puede usar en su forma pura (B100) en motores diesel, pero luego pueden ocurrir algunos problemas de mantenimiento y rendimiento durante la utilización en invierno, ya que el combustible se vuelve algo más viscoso a temperaturas más bajas, dependiendo de la materia prima utilizada. En algunos países, los fabricantes cubren sus motores diesel bajo garantía para el uso de B100, aunque Volkswagen de Alemania, por ejemplo, solicita a los conductores que verifiquen por teléfono con el departamento de servicios ambientales de VW antes de cambiar a B100. En la mayoría de los casos, el biodiesel es compatible con los motores diésel a partir de 1994, que utilizan caucho sintético ‘Viton’ (de DuPont) en sus sistemas mecánicos de inyección de combustible. Sin embargo, tenga en cuenta que ningún vehículo está certificado para usar biodiesel puro antes de 2014, ya que no había un protocolo de control de emisiones disponible para biodiesel antes de esta fecha.

Los sistemas de tipo ‘common rail’ e ‘inyector unitario’ controlados electrónicamente a partir de finales de la década de 1990 en adelante solo pueden usar biodiesel mezclado con combustible diesel convencional. Estos motores tienen sistemas de inyección de etapas múltiples finamente medidos y atomizados que son muy sensibles a la viscosidad del combustible. Muchos motores diésel de generación actual están hechos para que puedan funcionar con B100 sin alterar el motor en sí, aunque esto depende del diseño del riel de combustible. Dado que el biodiesel es un solvente eficaz y limpia los residuos depositados por el diesel mineral, los filtros del motor pueden necesitar ser reemplazados con mayor frecuencia, ya que el biocombustible disuelve los depósitos viejos en el tanque de combustible y las tuberías. También limpia eficazmente la cámara de combustión del motor de depósitos de carbono, ayudando a mantener la eficiencia. En muchos países europeos, una mezcla de biodiesel del 5% se usa ampliamente y está disponible en miles de estaciones de servicio. El biodiesel también es un combustible oxigenado, lo que significa que contiene una cantidad reducida de carbono y un mayor contenido de hidrógeno y oxígeno que el diesel fósil. Esto mejora la combustión del biodiesel y reduce las emisiones de partículas del carbono sin quemar. Sin embargo, el uso de biodiesel puro puede aumentar las emisiones de NOx.

El biodiesel también es seguro de manejar y transportar porque no es tóxico y es biodegradable, y tiene un alto punto de inflamación de aproximadamente 300 ° F (148 ° C) en comparación con el combustible diesel de petróleo, que tiene un punto de inflamación de 125 ° F (52 DO).

En los Estados Unidos, más del 80% de los camiones comerciales y autobuses urbanos funcionan con diesel. Se estima que el mercado emergente de biodiesel en los Estados Unidos ha crecido un 200% desde 2004 hasta 2005. «Para fines de 2006, se estimó que la producción de biodiesel aumentaría cuatro veces [desde 2004] a más de» 1 billón de galones estadounidenses (3,800,000 m3).

En Francia, el biodiesel se incorpora a una tasa del 8% en el combustible utilizado por todos los vehículos diésel franceses. Avril Group produce bajo la marca Diester, una quinta parte de los 11 millones de toneladas de biodiesel que consume anualmente la Unión Europea. Es el primer productor europeo de biodiesel.

Diesel verde
El diesel verde se produce a través de hidrocraqueo de materias primas de aceites biológicos, como aceites vegetales y grasas animales. El hidrocraqueo es un método de refinería que utiliza temperaturas y presión elevadas en presencia de un catalizador para descomponer moléculas más grandes, como las que se encuentran en los aceites vegetales, en cadenas de hidrocarburos más cortas que se usan en los motores diesel. También puede denominarse diesel renovable, aceite vegetal tratado con hidrógeno o diesel renovable derivado de hidrógeno. A diferencia del biodiesel, el diesel verde tiene exactamente las mismas propiedades químicas que el diesel a base de petróleo. No requiere nuevos motores, tuberías o infraestructura para su distribución y uso, pero no se ha producido a un costo que sea competitivo con el petróleo. También se están desarrollando versiones de gasolina. El diesel verde se está desarrollando en Louisiana y Singapur por ConocoPhillips, Neste Oil, Valero, Dynamic Fuels y Honeywell UOP, así como Preem en Gotemburgo, Suecia, creando lo que se conoce como Evolution Diesel.

Aceite vegetal recto
El aceite vegetal comestible sin modificar no se usa generalmente como combustible, pero se ha usado aceite de menor calidad para este propósito. El aceite vegetal usado se procesa cada vez más en biodiesel, o (más raramente) se limpia de agua y partículas y luego se usa como combustible.

Al igual que con el 100% de biodiesel (B100), para asegurar que los inyectores de combustible atomicen el aceite vegetal en el patrón correcto para una combustión eficiente, el combustible de aceite vegetal debe calentarse para reducir su viscosidad a la del diesel, ya sea por bobinas eléctricas o intercambiadores de calor. Esto es más fácil en climas cálidos o templados. MAN B&W Diesel, Wärtsilä y Deutz AG, así como varias compañías más pequeñas, como Elsbett, ofrecen motores compatibles con el aceite vegetal puro, sin la necesidad de modificaciones posteriores al mercado.

El aceite vegetal también se puede utilizar en muchos motores diesel más antiguos que no usan sistemas de inyección diesel de inyección común de riel o unidad. Debido al diseño de las cámaras de combustión en los motores de inyección indirecta, estos son los mejores motores para usar con aceite vegetal. Este sistema permite que las moléculas de aceite relativamente más grandes tengan más tiempo para quemarse. Algunos motores más antiguos, especialmente Mercedes, son conducidos experimentalmente por entusiastas sin ninguna conversión; un puñado de conductores ha tenido un éxito limitado con los motores anteriores VW TDI anteriores al «Pumpe Duse» y otros motores similares con inyección directa. Varias compañías, como Elsbett o Wolf, han desarrollado kits de conversión profesional y han instalado con éxito cientos de ellos en las últimas décadas.

Los aceites y las grasas se pueden hidrogenar para dar un sustituto del diesel. El producto resultante es un hidrocarburo de cadena lineal con un alto índice de cetano, bajo en compuestos aromáticos y azufre y no contiene oxígeno. Los aceites hidrogenados se pueden mezclar con diesel en todas las proporciones. Tienen varias ventajas sobre el biodiesel, incluido un buen rendimiento a bajas temperaturas, sin problemas de estabilidad de almacenamiento y sin susceptibilidad al ataque microbiano.

Bioeteres
Los bioéteres (también conocidos como éteres de combustible o combustibles oxigenados) son compuestos rentables que actúan como potenciadores del octanaje. «Los bioéteres se producen por la reacción de iso-olefinas reactivas, como iso-butileno, con bioetanol». Los bioéteres son creados por el trigo o la remolacha azucarera. También mejoran el rendimiento del motor, al tiempo que reducen significativamente el desgaste del motor y las emisiones de escape tóxicas. Aunque es probable que los bioéteres reemplacen a los petroethers en el Reino Unido, es muy poco probable que se conviertan en un combustible en sí mismo debido a la baja densidad de energía. Al reducir en gran medida la cantidad de emisiones de ozono a nivel del suelo, contribuyen a la calidad del aire.

Cuando se trata de combustible de transporte, hay seis aditivos de éter: dimetil éter (DME), dietil éter (DEE), metil teritiario-butil éter (MTBE), etil ter-butil éter (ETBE), ter-amil metil éter (TAME) y éter etílico de ter-amilo (TAEE).

La Asociación Europea de Oxigenados de Combustible (EFOA, por sus siglas en inglés) atribuye al éter metil terciario-butílico (MTBE) y al éter etil ter-butílico (ETBE) como los éteres más utilizados en el combustible para reemplazar el plomo. Los éteres se introdujeron en Europa en la década de 1970 para reemplazar el compuesto altamente tóxico. Aunque los europeos todavía usan aditivos bioéteres, los EE. UU. Ya no tienen un requerimiento de oxigenado, por lo tanto, los bioéteres ya no se usan como el principal aditivo para combustible.

Combustibles sólidos de biomasa
Los ejemplos incluyen madera, aserrín, pasto, desperdicios domésticos, carbón vegetal, residuos agrícolas, cultivos energéticos no alimentarios y estiércol seco.

Cuando la biomasa sólida ya está en una forma adecuada (como la leña), puede quemarse directamente en una estufa u horno para proporcionar calor o elevar el vapor. Cuando la biomasa sólida está en una forma inconveniente (como aserrín, astillas, pasto, madera de desecho urbano, residuos agrícolas), el proceso típico es densificar la biomasa. Este proceso incluye la molienda de la biomasa en bruto a un tamaño de partículas apropiado (conocido como hogfuel), que, dependiendo del tipo de densificación, puede ser de 1 a 3 cm (0.4 a 1.2 in), que luego se concentra en un producto combustible. Los procesos actuales producen pellets de madera, cubos o discos. El proceso de pellets es más común en Europa, y es típicamente un producto de madera pura. Los otros tipos de densificación son de mayor tamaño en comparación con un pellet y son compatibles con una amplia gama de materias primas de entrada. El combustible densificado resultante es más fácil de transportar y alimentar a los sistemas de generación térmica, como las calderas.

El aserrín, la corteza y los chips ya se utilizan durante décadas para el combustible en procesos industriales; Los ejemplos incluyen la industria de pulpa y papel y la industria de la caña de azúcar. Las calderas en el rango de 500,000 lb / h de vapor, y más grandes, se encuentran en operación de rutina, usando rejilla, hornillo de esparcidor, quema de suspensión y combustión de lecho fluido. Los servicios públicos generan energía, normalmente en el rango de 5 a 50 MW, utilizando combustible disponible localmente. Otras industrias también han instalado calderas y secadoras alimentadas con desechos de madera en áreas con combustible de bajo costo.

Una de las ventajas del combustible de biomasa sólida es que a menudo es un subproducto, residuo o producto de desecho de otros procesos, como la agricultura, la ganadería y la silvicultura. En teoría, esto significa que la producción de combustible y alimentos no compite por los recursos, aunque no siempre es así.

Un problema con la combustión de combustibles sólidos de biomasa es que emite cantidades considerables de contaminantes, como partículas e hidrocarburos aromáticos policíclicos. Incluso las calderas modernas de pellets generan muchos más contaminantes que las calderas de petróleo o gas natural. Los pellets hechos de residuos agrícolas suelen ser peores que los pellets de madera, ya que producen emisiones mucho mayores de dioxinas y clorofenoles.

Un combustible derivado es el biochar, que se produce por pirólisis de biomasa. El biochar hecho a partir de residuos agrícolas puede sustituir al carbón de leña. A medida que escasea el stock de madera, esta alternativa está ganando terreno. En el este de la República Democrática del Congo, por ejemplo, las briquetas de biomasa se están comercializando como una alternativa al carbón para proteger al Parque Nacional Virunga de la deforestación asociada con la producción de carbón.

La investigación actual
Se están realizando investigaciones para encontrar cultivos de biocombustibles más adecuados y mejorar los rendimientos de estos cultivos. Usando los rendimientos actuales, se necesitarían vastas cantidades de tierra y agua dulce para producir suficiente petróleo para reemplazar completamente el uso de combustibles fósiles. Requeriría que el doble del área de tierra de los Estados Unidos se dedique a la producción de soja, o que dos tercios se dediquen a la producción de colza, para satisfacer las necesidades actuales de calefacción y transporte de los Estados Unidos.

Las variedades de mostaza especialmente criadas pueden producir rendimientos de aceite razonablemente altos y son muy útiles en la rotación de cultivos con cereales, y tienen el beneficio adicional de que la comida que queda después de la extracción del aceite puede actuar como un pesticida eficaz y biodegradable.

El NFESC, con Biodiesel Industries, con sede en Santa Bárbara, está trabajando para desarrollar tecnologías de biocombustibles para la marina y el ejército de los EE. UU., Uno de los mayores usuarios de combustible diésel del mundo. Un grupo de desarrolladores españoles que trabajan para una empresa llamada Ecofasa anunció un nuevo biocombustible hecho de basura. El combustible se crea a partir de desechos urbanos generales que son tratados por bacterias para producir ácidos grasos, que se pueden usar para producir biocombustibles. Antes de su cierre, Joule Unlimited intentaba producir etanol y biodiésel baratos a partir de una bacteria fotosintética modificada genéticamente.

Biocombustibles de etanol (bioetanol)
Como la principal fuente de biocombustibles en América del Norte, muchas organizaciones están realizando investigaciones en el área de producción de etanol. El National Corn-to-Ethanol Research Center (NCERC) es una división de investigación de Southern Illinois University Edwardsville dedicada exclusivamente a proyectos de investigación de biocombustibles a base de etanol. A nivel federal, el USDA realiza una gran cantidad de investigaciones sobre la producción de etanol en los Estados Unidos. Gran parte de esta investigación está dirigida hacia el efecto de la producción de etanol en los mercados alimentarios nacionales. Una división del Departamento de Energía de los EE. UU., El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), también ha llevado a cabo varios proyectos de investigación sobre etanol, principalmente en el área del etanol celulósico.

La comercialización de etanol celulósico es el proceso de construir una industria a partir de métodos para convertir la materia orgánica que contiene celulosa en combustible. Empresas, como Iogen, POET y Abengoa, están construyendo refinerías que pueden procesar biomasa y convertirla en bioetanol. Compañías, como Diversa, Novozymes y Dyadic, están produciendo enzimas que podrían permitir un futuro de etanol celulósico. El cambio de materias primas para cultivos alimentarios a residuos de residuos y pastos nativos ofrece oportunidades significativas para una variedad de actores, desde agricultores a empresas de biotecnología, y desde desarrolladores de proyectos hasta inversores.

A partir de 2013, las primeras plantas a escala comercial para producir biocombustibles celulósicos han comenzado a operar. Se están utilizando múltiples vías para la conversión de diferentes materias primas de biocombustible. En los próximos años, los datos de costos de estas tecnologías que operan a escala comercial y su rendimiento relativo estarán disponibles. Las lecciones aprendidas disminuirán los costos de los procesos industriales involucrados.

En partes de Asia y África donde prevalecen las tierras secas, el sorgo dulce se está investigando como una fuente potencial de alimentos, piensos y combustibles combinados. El cultivo es particularmente adecuado para el cultivo en condiciones áridas, ya que solo extrae una séptima parte del agua utilizada por la caña de azúcar. En la India, y en otros lugares, los tallos de sorgo dulce se utilizan para producir biocombustible al exprimir el jugo y luego fermentar en etanol.

Un estudio realizado por investigadores del Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para las Zonas Tropicales Semiáridas (ICRISAT) encontró que cultivar sorgo dulce en lugar de sorgo en grano podría aumentar los ingresos de los agricultores en US $ 40 por hectárea por cultivo, ya que puede proporcionar combustible además de alimentos y animales. alimentar. Con el sorgo en grano que actualmente se cultiva en más de 11 millones de hectáreas (ha) en Asia y en 23.4 millones de ha en África, un cambio al sorgo dulce podría tener un impacto económico considerable.

Jatropha
Varios grupos en diversos sectores están llevando a cabo investigaciones sobre Jatropha curcas, un árbol parecido a un arbusto venenoso que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de petróleo como materia prima para biocombustibles. Gran parte de esta investigación se centra en mejorar el rendimiento total de aceite por acre de Jatropha a través de los avances en genética, ciencias del suelo y prácticas hortícolas.

SG Biofuels, un desarrollador de jatropha con sede en San Diego, ha utilizado el mejoramiento molecular y la biotecnología para producir semillas híbridas de élite que muestran mejoras significativas en el rendimiento en comparación con las variedades de primera generación. Los biocombustibles SG también afirman que han surgido beneficios adicionales de tales cepas, incluida la mejora de la sincronicidad de la floración, una mayor resistencia a las plagas y enfermedades, y una mayor tolerancia al clima frío.

Plant Research International, un departamento de la Universidad de Wageningen y el Centro de Investigación en los Países Bajos, mantiene un Proyecto de Evaluación de Jatropha en curso que examina la viabilidad del cultivo a gran escala de jatropha a través de experimentos de campo y de laboratorio. El Centro para la Agricultura de Energía Sostenible (CfSEF, por sus siglas en inglés) es una organización de investigación sin fines de lucro con sede en Los Ángeles dedicada a la investigación de la jatrofa en las áreas de ciencia de las plantas, agronomía y horticultura. Se proyecta que la exploración exitosa de estas disciplinas aumentará los rendimientos de la producción de la granja de jatropha en un 200-300% en los próximos 10 años.

Los hongos
Un grupo de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú, en un documento de 2008, declaró que habían aislado grandes cantidades de lípidos de hongos unicelulares y los habían convertido en biocombustibles de manera económicamente eficiente. Más investigación sobre esta especie de hongos, Cunninghamella japonica y otras, es probable que aparezca en un futuro próximo. El reciente descubrimiento de una variante del hongo Gliocladium roseum (que luego se renombrará como Ascocoryne sarcoides) apunta hacia la producción del llamado myco-diesel a partir de celulosa. Este organismo se descubrió recientemente en las selvas tropicales de la Patagonia septentrional y tiene la capacidad única de convertir la celulosa en hidrocarburos de longitud media que se encuentran típicamente en el combustible diesel. Se ha observado que muchos otros hongos que pueden degradar la celulosa y otros polímeros producen moléculas que actualmente se están diseñando utilizando organismos de otros reinos, lo que sugiere que los hongos pueden desempeñar un papel importante en la bioproducción de combustibles en el futuro (revisado en).

Bacteria intestinal del animal
La flora microbiana gastrointestinal en una variedad de animales ha mostrado potencial para la producción de biocombustibles. Investigaciones recientes han demostrado que TU-103, una cepa de las bacterias Clostridium que se encuentra en las heces de Zebra, puede convertir casi cualquier forma de celulosa en combustible de butanol. Se están investigando los microbios en los residuos de panda para su uso en la creación de biocombustibles a partir de bambú y otros materiales vegetales. También se han realizado investigaciones sustanciales sobre la tecnología del uso de microbiomas intestinales de insectos que se alimentan de la madera para la conversión de material lignocelulótico en biocombustible.