La conversión de etanol a butanol permite un mejor biocombustible

El etanol derivado de maíz y caña de azúcar ha sido una bendición cuando se trata de combustibles para el transporte. Los millones de galones de etanol agregado a la gasolina en los EE.UU. cada año ayudan a oxigenar el combustible para limitar la contaminación y estirar los suministros de petróleo. Una desventaja es que el etanol reduce el contenido de energía de la gasolina, lo que resulta en un menor número de millas por galón cuando se está en el camino.

Los químicos e ingenieros químicos que están trabajando para encontrar mejores biocombustibles han decidido que el butanol es una mejor opción que el etanol. Los investigadores ahora están tratando de resolver sobre la mejor forma de producir en masa el butanol para comenzar a reemplazar etanol.

Una de las soluciones ofrecidas por Duncan F. Wass y su equipo de investigación en la Universidad de Bristol , en Inglaterra, es una nueva familia de catalizadores de rutenio que fácilmente convierten etanol a butanol. Wass presentó los últimos resultados de su grupo en una sesión en la División de Ciencia y Tecnología en Catálisis en el encuentro nacional de la American Chemical Society esta semana en Nueva Orleans.

El butanol con dos átomos de carbono adicionales tiene un 30% más de contenido de energía por galón que el etanol, Wass explicó. Señaló que los esfuerzos están en camino en el Medio Oeste para modernizar algunas instalaciones de producción de etanol a butanol. Pero con estos nuevos catalizadores de su grupo, las instalaciones de etanol no necesitarían modificarse. El etanol producido en las instalaciones simplemente se puede convertir en butanol en una etapa de condensación de reacción adicional.

"Nuestra tecnología es una vía indirecta hacia el butanol", dijo Wass C & EN. "Pero es flexible porque puede convertir el etanol hecho de petróleo o biomasa." Los catalizadores de rutenio son muy eficientes, agregó, produciendo butanol con 95% de selectividad y conversión de etanol de mas de 40%.

El proceso catalítico de etanol-a-butanol es complementario a la fermentación de los azúcares directamente en butanol utilizando microbios modificados, el cual está siendo desarrollado por otros científicos, Wass observó. Pero la fermentación a butanol tiene algunas limitaciones, incluida la baja conversión de alrededor de 4 a 5% debido a la toxicidad inherente de butanol hacia los microorganismos.

El proceso catalítico Bristol ha sido patentado, y Wass está trabajando con científicos de BP Biofuels para desarrollar la tecnología. "Los nuevos catalizadores, aunque en una etapa temprana, tienen mucho en común con el procesamiento petroquímico moderno", comentó Ian Dobson de Butamax Advanced Biofuels , una empresa conjunta creada por BP yDuPont y asesor de tecnología de e BP Biofuels. "Los catalizadores ofrecen la perspectiva de ser capaces de convertir etanol a butanol con alto rendimiento y a gran escala."

Stephen K. Ritter – Chemical Engineering News
11 Abril 2013

Nota del blog. Esta es una nueva tecnología que los productores de etanol, principalmente Gloria, deberían seguir con mucha atención y eventualmente incorporarla para modificar su proceso y producir butanol.

Un nuevo enfoque para los biocombustibles

La revista The Economist, en un articulo publicado el 28 de Octubre sostiene que el bioetanol, como biocombustible,  no ha satisfecho totalmente las expectativas de los consumidores porque almacena menos energia por litro, tiende a absorber agua, es corrosivo y la gente lo usara solamente si es barato o si esta obligada a hacerlo. 

Brasil, a fines de los 70's, decidió fabricar bioetanol a partir de la caña de azucar, aprovechando las grandes plantaciones de caña en las planicies brasileñas, ademas de usar el bagazo de caña como combustible para los calderos de vapor. Con esto logró un biocombustible barato y un mercado cautivo para el mismo. Como resultado, ahora Brasil es una superpotencia de biocombustibles.
En EUA, en la misma época, se inicio la fabricación del etanol a partir del maíz. Esta via es ineficiente, ademas que las destilerias usan carbon como energia, y por tanto el producto no es ni tan barato ni tan ambientalmente benigno. Asimismo, el uso del maiz limita el tamaño de la industria y va contra los intereses de la gente que necesita alimentos. Sin embargo, los norteamericanos, via subsidios, se las arreglaron para producir un biocombustible que pudiera competir con Brasil.
Por otro lado, se arguye que la celulosa, material del cual están hechos los tallos, hojas de las plantas, podría, si es adecuadamente tratada, convertirse en un sustituto del almidón de maíz. Tanto el almidón como la celulosa consisten de moléculas de azúcar, unidas en diferentes formas, y el azúcar es la materia prima de la fermentación. Pero el combustible biocelulósico hasta el momento ha fallado en forma épica para llenar las expectativas. A la fecha, solo un puñado de fabricas alrededor del mundo produce biocombustible de celulosa. Pero este combustible sigue siendo etanol.

Esta es lo que las empresas trabajando en una nueva generación de biocombustibles, están tratando de cambiar. En vez de etanol, ellos planean fabricar hidrocarburos, moléculas químicamente mas similares a aquellas que ahora mueven los aviones, trenes y automóviles. Estos serán, ellos dicen, combustibles derivados, cuya cantidad pueden ponerse en en los tanques de combustible sin problema alguno. Solo por esta razón, ellos valen mas que el etanol.
Un combustible derivado apropiadamente diseñado puede sustituir al diésel y a la gasolina de aviación, lo cual no puede hacer el etanol. Por otro lado, estos combustibles no tienen subsidio en el mercado norteamericano.

Si este enfoque funciona, no solo es beneficioso porque reduce las emisiones de gas de invernadero y al mismo tiempo produce dinero para los inversionistas, sino que también proporciona un incentivo duradero de mercado para que los científicos puedan diseñar mejores formas de convertir celulosa en azúcar.  Esto les da a las perspectivas de esta generación de biocombustibles, una credibilidad que les faltaba a sus predecesores. Las firmas de derivados están comenzando a salir del laboratorio, flotando ellas mismas en el mercado de acciones, asociándose con las empresas petroleras y construyendo sus primeras factorías, En otras palabras, los dados están rodando.

Entre estas empresas estan Codexis (Red Wood City, California), especializada en enzimas, y asociada con Shell Oil y Cosan (tercer productor de azucar en Brasil). Ellos planean construir una planta de 400 MM litros/año de combustible derivado. Shell proporcionara el dinero y los reactores de conversión, Cosan el azúcar y Codexis, las enzimas. Estas ultimas convertirán el azúcar en diésel.
Otra empresa es Amirys de Emeryville, San Francisco, la cual esta asociada con Santelisa Vale, Brasil (segundo productor de azúcar) y Total de Francia, para producir biodiesel a partir de azúcar, usando levaduras especialmente diseñadas con este propósito.
Hay mas empresas, entre ellas, LS9 de San Francisco, Virent de Madison, Wisconsin, Gevo de Englewood, Colorado. Estas ultimas, junto con BP , Inglaterra, planean producir butanol. Este ultimo es un hidrocarburo de cuatro carbonos, lo cual le da mas energía por unidad de masa y no absorbe agua como el etanol.
El éxito de todo esto, obviamente depende del precio del azúcar, el cual esta subiendo. Históricamente el costo de hacer etanol en Brasil ha sido 0.26/litro. El diésel costara mas, pero el diésel basado en petroleo cuesta 0.57/litro en EUA antes de impuestos y costos de distribución, por tanto habría  espacio para la ganancia. Sin embargo, si los combustibles derivados se han de convertir en un gran negocio, ellos necesitan un rango mas amplio de materias primas. 
Hoy en día, el etanol de celulosa es competitivo con el petroleo, que supuestamente debe desplazar, solo cuando el precio del crudo alcance $ 120/barril.
Si las cosas caminan mejor esta vez aun queda la pregunta de donde saldrá la celulosa. La respuesta es probable que sea, de una u otra forma, del césped o grass. Aunque ellos lucen diferentes, la caña de azúcar y el maíz son también césped, al igual que el trigo, que es la contraparte del maíz para obtener almidón en Europa. Una forma simple de obtener la celulosa, es aprovechar los sobrantes de la refinación, es decir, el bagazo de caña, los rastrojos de maíz y la pajilla del trigo.
Esto es un comienzo, pero no sera suficiente. Se tendrá que considerar la madera, aunque tiene una tecnología diferente, ademas de la hierba mala y el sorgo.
Existe suficiente espacio en EUA para sembrar las plantas; un poco menos en Europa, pero mucho mas en los países en desarrollo.
Sin embargo, tal futuro depende de que los carros sigan utilizando combustibles líquidos. Un gran cambio hacia los carros eléctricos, acabaría con el mercado de biocombustibles tal como esta concebido por sus partidarios; pero no necesariamente acabaría con el principio de usar las plantas para convertir la luz solar en energía vehicular. La meta de reducir las emisiones necesita generadores de bajo carbono para potencia la red de la cual se nutrirán los carros eléctricos. Pon las cultivos energéticos en los generadores en vez de destilerías y se sale adelante.
Un estudio publicado el año pasado por Elliot Campbell de la Universidad de California y sus colegas, sugiere que convertir los cultivos en electricidad, y no combustible, podría impulsar los carros norteamericanos 80 % mas lejos y reducir las emisiones de gas invernadero aun mas. Los electrones son mas fáciles de transportar y el quemarlas usa todo el valor calorífico de una planta - incluyendo la almacenada en la lignina, la cual es difícil de procesar.
La electrificación de los carros, como sea que la electricidad pudiera ser generada, seria el final del camino para el etanol. Pero no necesariamente para los derivados. No hay una perspectiva realista para el ampliamente difundido transporte aéreo: las turbinas de los aviones necesitan la densidad de alta energía que solo los combustibles químicos pueden proporcionar. De manera que si queremos vuelos de bajo carbono, los biocombustibles derivados son el único juego disponible. Y solo la aviación civil espera usar 250 billones de litros de combustible este año, esta creciendo rápidamente y podría pagar un adicional si sus emisiones estuvieran sujetas a un tope o impuesto. A largo plazo, el futuro de los biocombustibles puede mirar hacia arriba.