Situación actual y proyección del bioetanol a partir de la caña de azúcar, en un marco de producción sostenible. Gerónimo J. Cárdenas

Ing. Qco. Gerónimo J. Cárdenas. Coordinador del Programa Bioenergía de la EAOC Tucumán y Director de la Carrera de postgrado en Ingeniería Bioenergética de la Facultad Regional Tucumán de la UTN. Correo: gjcardenas@eeaoc.org.ar

Situación actual y proyección del bioetanol a partir de la caña de azúcar, en un marco de producción sostenible

Palabras Claves:

Energía, petróleo, bioetanol, sustentabilidad, caña de azúcar, azúcar.

Seguramente el petróleo no se acabará de forma repentina; es probable que durante muchos años deban coexistir combustibles de origen fósil con otros renovables y que el mundo deba acostumbrarse a vivir y progresar con menores consumos de energía y con austeridad en el uso de todo aquello que hasta aquí se está obteniendo a partir del petróleo, y en menor medida del gas y el carbón.

Lo que el mundo no tendrá mas es petróleo abundante y sobre todo barato, proveniente de yacimientos convencionales. Si bien los yacimientos de petróleo y gas denominados “shale” aparecen como una alternativa para continuar abasteciendo al mundo de estos combustibles fósiles, su costo, los problemas ambientales que su explotación parece generar y sobre todo la energía que requiere su extracción, plantean interrogantes que no han recibido respuestas convincentes para amplios sectores de la sociedad. Debe agregarse a esto el reciente informe del Grupo Intergubernamental sobre Cambio Climático de la ONU (IPCC), en el que sus expertos han actualizado la información producida sobre la situación climática mundial, llegando a la conclusión que la influencia humana en el sistema climático es clara, lo que se evidencia por las concentraciones de gases en la atmósfera producto de acciones antropogénicas y su consecuencia en el aumento del efecto invernadero y el cambio climático.

Hoy no es posible analizar la situación energética mundial sin considerar estrechamente el tema ambiental y la sostenibilidad de cualquier proyecto que se quiera implementar.

Esto abre nuevas alternativas para las energías renovables y por ello los biocombustibles tienen muchas posibilidades de ser parte importante del recambio energético, en tanto logren satisfacer por lo menos dos condiciones: Deben tener una Tasa de Retorno Energético lo mas alta posible y ser producidos sosteniblemente.

Se define como Balance Energético o Tasa de Retorno Energético (TRE) al cociente entre la cantidad de energía total que es capaz de producir una fuente de energía y la cantidad de energía que es necesario emplear o aportar para explotar ese recurso energético, siendo esta relación un indicador muy importante para evaluar distintas fuentes energéticas.

Con referencia a producción sostenible, significa que todos los impactos ambientales que se generen desde el inicio de su producción hasta su estabilización química final, deben minimizarse y que su producción debe ser rentable, salvo que los países opten por subsidiar su elaboración. Sería bueno que la cadena productiva de estos biocombustibles sea generadora de puestos de trabajo y que sus beneficios económicos lleguen a gran cantidad de agentes vinculados a esas cadenas.

Esto no es imposible de conseguir en tanto los proyectos se realicen atendiendo estos nuevos paradigmas y sobre todo considerando que hay que trabajar con gran dedicación en el uso y optimización de las tecnologías involucradas, a fin que tengan calidad de desarrollo sostenible.

A efectos de precisar este concepto, se considera la definición del Informe Brundtland (1987), realizado por la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas, creada en 1983, que define que desarrollo sostenible o desarrollo sustentables es: “Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las futuras para atender sus propias necesidades”.

Biocombustibles

El mundo ha dirigido sus preferencias a aquellos biocombustibles que, cumpliendo con este requisito de sostenibilidad, puedan ser usados por el parque automotor existente en el mundo sin necesidad de grandes modificaciones, permitiendo además emplear las infraestructuras de fabricación de vehículos y las de abastecimiento y distribución de los combustibles derivados del petróleo, que hoy se emplean masivamente. El actual parque automotor que circula por el mundo, según datos del Wards Auto, era de aproximadamente 1000 millones de unidades a fines de 2010, estimándose que en el bienio 2011-2012, se incorporaron 160 millones de nuevas unidades al parque mundial. El capital que esto representa es muy grande y por ello se busca estrategias para poder seguir aprovechándolos usando formulas alternativas de combustibles con las que puedan funcionar correctamente sus motores.

En el caso de los vehículos equipados con motores de combustión interna, conocidos como naftenos, es posible emplear naftas mezcladas con bioetanol anhidro o reemplazarlas totalmente, por bioetanol de 96°, aclarando que se fabrica actualmente, fundamentalmente en Brasil, automóviles conocidos como Flex, capaces de funcionar con naftas, bioetanol de 96° o todas sus mezclas, en forma indistinta, constituyendo este desarrollo una muy inteligente salida para mercados donde coexisten estos combustibles.

La legislación argentina actual prescribe que todas las naftas que se vendan en el país deben tener mezclado un 5 % de bioetanol como mínimo. Esto abre una muy importante posibilidad para la producción de este compuesto energético, para cuya elaboración Argentina cuenta con tierras aptas para el cultivo de especies vegetales a partir de las cuales puede ser elaborado.

Bioetanol de caña de azúcar

Puede producirse bioetanol a partir de tres tipos de materias primas de origen vegetal. Pueden ser estas azucaradas, amiláceas o celulósicas. Entre las primeras, se destacan la caña de azúcar, el sorgo sacarífero y la remolacha azucarera; entre las segundas maíz, sorgo granífero, trigo y mandioca, pudiéndose emplear en el grupo de las celulósicas aserrín, restos de madera y diversos tipos de materiales fibrosos tales como los residuos de cosecha. Hoy se produce comercialmente bioetanol a partir solamente de materiales azucarados y amiláceos, encontrándose la tecnología apropiada para el uso de las del tercer grupo en estado de investigación y desarrollo.

Por una serie de motivos, la caña de azúcar es una especie vegetal con excelentes cualidades para la producción de bioetanol. Es un cultivo plurianual cuya cepa puede durar dando buenos rendimientos, entre 5 y 6 años, cumpliendo con las premisas fundamentales para un cultivo bioenergético como son sus niveles posibles de producción por unidad

de superficie , su Tasa de Retorno Energético, su Balance Ambiental y la sostenibilidad con que puede ser producida.

Entre otras cualidades, es una especie vegetal tipo C4, muy eficiente en el uso de la radiación solar, alcanzando tasas promedio de eficiencia de 1,4 a 2,3 g de biomasa seca por MJ incidente, constituyendo uno de los cultivos más productivos en términos de material vegetal.

La máxima producción de biomasa registrada experimentalmente fue de 75 t de materia seca (MS) por ha, lo que en peso verde significa 285 t/ha, otorgándole gran ventaja, en lo que a capacidad de producción de biomasa se refiere, respecto a otros cultivos. En períodos cortos (4-8 semanas), la tasa de producción de biomasa puede alcanzar los 40-44 gramos de materia seca/m2/día, coincidente con un uso de la radiación solar (RUE) superior a 1,75 g/MJ. Sin embargo, los valores más frecuentes de ritmo de crecimiento en campo varían entre 15- 30 gramos/m2/día, con RUE de 1,1 – 1,6 g/MJ.

En la Figura 1 se muestra el aspecto que tiene la caña de azúcar, mientras que en el Cuadro 1 se indica su composición. En la caña se tiene bien diferenciados dos sectores: por un lado el tallo molible y por el otro despunte y hojas a lo que se denomina Residuos Agrícolas de Cosecha (RAC).

Actualmente lo que está generalizado es el empleo del tallo molible como materia prima para la producción tanto de azúcar, como de bioetanol y bioelectricidad.

El tallo es sometido a operaciones que permiten extraer su jugo, constituido principalmente por azúcares, sales minerales y agua. Este jugo, previamente sometido a limpieza para separar restos sólidos y materiales insolubles, es la materia prima para la producción de bioetanol por fermentación.

Del contenido de Azúcares Reductores Totales (ART) fermentescibles, dependerá la cantidad de bioetanol que se puede esperar producir, dependiendo el valor final obtenido de la eficiencias del proceso de fermentación y de la operación de separación del bioetanol (destilación).

El material fibroso que queda como residuo luego de la extracción del jugo, con un contenido de humedad de entre 50 y 52 %, se emplea como combustible para producir vapor con el que se hacen funcionar los equipos de extracción del jugo, se atienden necesidades térmicas del proceso, se produce energía eléctrica para satisfacer las necesidades de la fábrica, y si se cuenta con equipamiento adecuado, es posible generar energía eléctrica para su venta a la red pública. Los residuos del proceso: cachaza, vinaza y cenizas de caldera se pueden utilizar para producir un “compost” que se devuelve al campo como mejorador de suelos y fertilizante. En la Figura 2 se esquematiza el proceso de industrialización de la caña de azúcar para la producción de bioetanol y energía eléctrica.

Producción actual de energía de caña

Actualmente en Argentina solamente dos ingenios sucroalcoholeros, es decir que producen simultaneamente azúcar y bioetanol, generan energía eléctrica para su venta. Uno está ubicado en Tucumán y otro en Salta, encontrándose con diferentes grado de avance la instalación de equipos para este tipo de producción en otras dos fábricas tucumanas.

Los RAC que quedan en el campo luego de la cosecha de los tallos molibles y que constituyen aproximadamente un 25 % de la biomasa producida por la caña, pueden ser recuperados, enfardados y utilizados como combustible para la producción de energía eléctrica. Ensayos

Figura 01 Caña de azúcar

Cuadro 01 Composición de la caña de azúcar

Figura 02 Industrialización de la caña de azúcar.

llevados a cabo en Tucumán por la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC), mostraron que retirando del campo la mitad del RAC como promedio, no se afecta su capacidad productiva.

En 2012 la agroindustria sucroalcoholera entregó, para su mezcla con naftas, 220.415 m3 de bioetanol de caña para uso combustible y esa cantidad puede crecer en la medida que la Secretaría de Energía otorgue los cupos correspondientes. Este volumen fue producido en 5 plantas ubicadas en Tucumán y en otras 4 ubicadas en Salta y Jujuy.

Los productos finales de la industrialización de caña para fines energéticos, considerando como productos finales al Bioetanol obtenido por fermentación de jugo u otros materiales azucarados provenientes de la industrialización de la caña y a la energía eléctrica generada a partir del bagazo y que puede ser comercializada, presentan una Tasa de Retorno Energético del orden de 10, con la tecnología empleada actualmente en Brasil, considerándose como consumos de energía a aquella gastados en los procesos agrícola e industrial y además a la demandada en la construcción y reparación de todos los equipos empleados, tanto en la etapa agrícola como en la industrial. Este valor puede ser mejorado si se quemase el RAC para producir energía y si se empleasen algunos efluentes del proceso, que normalmente se retornan al campo como mejoradores de suelo y fertilizantes, para la producción de Biogas.

En el Cuadro 2 se muestran valores de la TRE para diferentes combustibles.

Puede apreciarse que la TRE de la caña de azúcar, cuando se la procesa para producir energía, está en el orden del petróleo convencional producido en Estados Unidos y es mayor al producido a partir de esquistos o arenas bituminosas.

Desde el punto de vista ambiental, si se tiene en cuenta que todo el dióxido de carbono que se puede producir, tanto en la cosecha de la caña como en su industrialización, es igual al empleado por la planta para su crecimiento, se tiene que en lo que hace al aporte de este gas a la atmosfera, su resultado es cero. Como en la producción agrícola se pueden generar otros gases y el proceso global produce efectos ambientales, se analizó la reducción del impacto ambiental total tomando como referencia la gasolina que el bioetanol puede reemplazar, encontrándose, a través del análisis de ciclo de vida, que la disminución varía entre un 70 y un 100%. Las prácticas culturales de caña empleadas en el Norte de Argentina han permitido que se tengan campos produciendo caña de azúcar desde hace mas de un siglo, sin que se haya alterado su capacidad para este fin. Otro aspecto significativo de esta actividad son los puestos de trabajo que puede generar. Según una publicación de CEPAL del año 2003, la producción de bioetanol de caña de azúcar genera 10 veces mas puestos de trabajo que la actividad petrolera.

Posibilidades de desarrollo de la caña de azúcar en argentina

Argentina tiene bajo cultivo de caña de azúcar aproximadamente 385.000 hs, destinadas tanto a la producción de azúcar como de bioetanol, existiendo según estudio realizado por el INTA, en el Norte del país, 5.200.000 hs aptas para su cultivo, de las cuales aproximadamente la mitad se consideran como muy aptas.

Cuadro 02 Tasas de Retorno Energético para diferentes combustibles

El país tiene un área importante que se puede sumar a la producción de caña de azúcar para ser destinada a producciones energéticas, las que bien planificadas y con equipamiento moderno y adecuado, podrían hacer importantes aportes, tanto en bioetanol como en electricidad. Bajo estas condiciones es posible pensar en producciones eficientes y sostenibles con Tasas de Retorno Energético de magnitud semejante o superior a las de otras formas de producción de energía hoy en uso o en desarrollo.

No debe dejarse de tener presente que la caña de azúcar, al disponer de materiales celulósicos en su composición, puede además tener gran futuro en la producción de combustibles de segunda generación a partir de su empleo para ese fin.

Los siguientes aspectos configuran al bioetanol de caña de azúcar como una opción energética estratégica y sostenible en países y/o regiones con tierras y condiciones edafoclimáticas adecuadas:

Es la especie vegetal mas interesante para la producción de bioetanol ya que es la que presenta una mayor Tasa de Retorno Energético y tiene un muy buen potencial productivo.

El Norte Argentino tiene áreas con condiciones para su producción, encontrándose actualmente muy desarrollado su cultivo e industrialización, principalmente para la elaboración de azúcar, en la región Noroeste, concretamente en las provincias de Tucumán, Salta y Jujuy; se produce en menores cantidades en el norte de Santa Fe y en algún momento fue producida en Corrientes, Misiones y Chaco. Se considera como opción estratégica interesante un estudio de las posibilidades tanto de crecimiento del cañaveral, incorporando nuevas áreas a su cultivo, como su industrialización dirigida no solo a la producción de bioetanol y energía eléctrica, sino además teniendo presente que tanto el azúcar como el etanol son compuestos llaves muy importantes para la producción de una larga nómina de bioproductos que pueden reemplazar a otros que se obtienen hoy a partir de petróleo. Estas producciones son factibles de llevar a cabo a partir de esta especie vegetal plurianual, con posibilidades de ser cultivada en gran escala en nuestro país.

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