Biocombustibles: menos emisiones de CO2 pero también menos aerosoles contaminantes

Por Diana Rodríguez Rodríguez, Ana Rodriguez Cervantes. Universidad de Castilla-La Mancha

El avión Airbus A320neo de Iberia, con capacidad para 180 pasajeros, ha realizado el primer vuelo regular con biocombustible proveniente de residuos de la industria agroalimentaria producidos en España.

A los más cinéfilos puede que este hecho les recuerde a la mítica película Regreso al futuro, donde el entrañable científico Doc hacía funcionar el DeLorean simplemente con basura. Sin duda en 1985 este hecho era ciencia ficción, pero ahora el uso de residuos para la síntesis de biocombustibles es posible. Veamos en qué consiste este proceso y qué impacto puede tener en el medio ambiente.

¿Qué son los biocombustibles?

Los biocombustibles son carburantes que han sido diseñados para reemplazar, principalmente, a los derivados del petróleo (combustibles fósiles tradicionales como la gasolina y el diésel). El uso del petróleo no solo es muy contaminante, sino que también se ha vuelto cada vez más escaso, lo que eleva su precio.

Los biocombustibles son el resultado del tratamiento físico o químico de la materia vegetal o de residuos orgánicos (biomasa). El objetivo es obtener productos de alto valor energético que contribuyan al desarrollo de una economía más sostenible con el medio ambiente.

Cuando la producción de los biocombustibles se basa en el uso de cultivos agrícolas comestibles, se denominan biocombustibles de primera generación (1G). Estos biocombustibles están siendo los principales sustitutos de la gasolina y el diésel. Un ejemplo son los bioalcoholes como el etanol y el metanol. También el biodiésel es un biocombustible de primera generación muy utilizado y que puede obtenerse a partir de aceites vegetales.

Sin embargo, la producción de biodiésel y bioalcoholes 1G ha generado debate acerca de su sostenibilidad. Su uso ha causado problemas socioeconómicos debido, sobre todo, al encarecimiento de los productos agrarios por al aumento de la demanda de estos cultivos para producirlos.

Los biocombustibles 1G también han originado serios problemas medioambientales como la deforestación. En Indonesia se destruyeron 20 000 hectáreas de selva tropical para el cultivo de palma destinada a la producción de biodiesel. Además, su producción consume mucha agua. Se estima que por cada kilogramo de cereal que se produce, se consume 1 m³ de agua.

Teniendo en cuenta estos antecedentes, durante los últimos años se ha puesto en marcha el desarrollo de biocombustibles de segunda generación (2G) obtenidos a partir de biomasa no comestible. Es por tanto una biomasa más respetuosa con el medio ambiente al ser generada a partir de pastos, madera, residuos agroindustriales y urbanos, de forma que la producción de los alimentos no se ve afectada.

Un buen ejemplo de biocombustibles de segunda generación obtenidos a partir de este tipo de biomasa no comestible son los furanos y lactonas, considerados en la actualidad como uno de los combustibles y materias primas renovables más prometedoras en la industria química.

Furanos y lactonas como biocombustibles

Los furanos y lactonas son compuestos orgánicos volátiles (COV) con estructuras muy versátiles que son obtenidos a partir de la biomasa mediante reacciones catalíticas y pueden utilizarse como biocombustibles. Así, por ejemplo, es posible sintetizar el furano 2,5-dimetilfurano (2,5-DMF) a partir de los azúcares presentes en la biomasa.

El 2,5-DMF tiene una densidad energética más alta que el etanol y, por tanto, también puede ser empleado como combustible. Sin embargo, durante la síntesis, tratamiento y uso de los biocombustibles, estos COV pueden ser emitidos a la atmósfera y participar en procesos reactivos.

Entre estos procesos destacan la fotólisis (descomposición por acción de la luz del sol) y la reacción con los agentes oxidantes presentes en la atmósfera, como el radical hidroxilo (OH), conocido como el “detergente atmosférico”. Estas reacciones pueden dar lugar a la formación de partículas de tamaño muy pequeño, del orden del nanómetro (1 nm =10?? m), que se se conocen como aerosoles orgánicos secundarios (AOS).

La presencia de estos aerosoles en la atmósfera tiene un gran impacto en la calidad del aire regional y global, provocando daños en la salud humana y efectos en el clima.

Un estudio reciente de la NASA revela que la presencia excesiva de aerosoles en la atmósfera impide la formación y crecimiento de las nubes convectivas, que son las que generan las tormentas. Aunque para la formación de nubes se necesitan partículas de aerosoles que actúan como núcleos de condensación, hay algunos tipos que interfieren negativamente en este proceso.

Menos CO? y menos aerosoles

Se espera que con el uso de biocombustibles se produzca una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero, como el CO?. En ese sentido, el CO? emitido por la combustión de biocombustibles se compensa con el CO? absorbido durante el crecimiento de las plantas, con lo que se considera un ciclo neutro.

Así, por ejemplo, según Iberia, el trayecto realizado por el Airbus A320neo ha supuesto un ahorro de 1,4 toneladas en emisiones de CO?. Sin embargo, el nivel de contaminación por partículas, entre las que se encuentra el aerosol orgánico secundario, es más incierto.

La Organización Mundial de la Salud no distingue entre los efectos provocados por partículas derivadas de la quema de combustibles fósiles y las partículas originadas en la combustión de biomasa. Por eso es necesario realizar estudios dentro del campo de la química y la contaminación atmosférica que permitan evaluar las implicaciones de las emisiones de los biocombustibles en la contaminación atmosférica en general, y su aportación como generadores de aerosoles en particular.

Para contribuir a esta labor, una de las líneas de trabajo del grupo Química de los Procesos Atmosféricos: Experimentación en Laboratorio y Medidas de Campo de la Universidad de Castilla - La Mancha se centra en el estudio de la degradación atmosférica de algunos COV emitidos por el uso de combustibles convencionales (estireno y alfa-metilestireno) y biocombustibles (2,5-DMF, gamma-valerolactona y gamma-butirolactona), comparando su contribución a la formación de AOS.

Capacidad de formación de aerosol orgánico secundario (AOS) a partir del uso de combustibles fósiles convencionales (estireno y alfa-metilestireno (AME)) y biocombustibles (2,5-DMF, gamma-valerolactona (GVL) y gamma-butirolactona (GBL)). Author provided

Los resultados indican que, a partir de los compuestos utilizados como biocombustibles, los rendimientos de formación de aerosoles son menores. Por tanto, su uso puede suponer una alternativa más limpia a la de los combustibles convencionales y contribuir a paliar algunos de sus efectos negativos en la atmósfera.

Además, estos resultados podrían ser de utilidad en modelos atmosféricos de formación de aerosoles orgánicos secundarios. Principalmente, en los enfocados al estudio de la calidad del aire de áreas que experimentan una grave contaminación por aerosoles.

Este artículo ha sido elaborado en colaboración con Mª Mercedes Tajuelo Díaz-Pavón, que realizó su tesis en el grupo Química de los Procesos Atmosféricos: Experimentación en Laboratorio y Medidas de Campo de la UCLM".