Hacia un nuevo biodiesel de segunda generación con reducción significativa de emisiones

El transporte es uno de los mayores contribuyentes a la emisión de gases invernadero y CO2 en la atmósfera. De hecho, en Europa el transporte doméstico supone el 22.2% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI), lo que en España asciende hasta el 27.9% de la cuota (EEA, 2021), siendo el principal emisor por delante de la industria (24.02%).

En el marco Europeo, la directiva de energías renovables(Directiva (UE) 2018/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo de 11 de diciembre de 2018 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables., 2018) establece objetivos de reducción de emisiones compatibles con los objetivos de implantación de combustibles renovables en el sector transporte. Así, en el artículo 29, sobre los “criterios de sostenibilidad y de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero para los biocarburantes, biolíquidos y combustibles de biomasa”, se establece en su punto 10: “La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero derivada del uso de biocarburantes, biolíquidos y combustibles de biomasa que se tenga en cuenta para los fines mencionados en el apartado 1 será: […]  c) del 65 % como mínimo en el caso de los biocarburantes, biogás consumido en el sector del transporte y biolíquidos producidos en instalaciones que hayan entrado en funcionamiento a partir del 1 de enero de 2021”

Es por ello que, en el corto y medio plazo, se espera un impacto notable de las expectativas de reducción de CO2 en el mercado de combustibles alternativos, ayudado sin duda por la coyuntura actual de los planes de recuperación del gobierno (PERTE), la situación post-pandémica y la dependencia indeseada del gas y petróleo rusos en Europa. El punto 1 del artículo 29 de la directiva establece que sólo aquellos combustibles que cumplen los criterios de sostenibilidad y de reducción de gases de efecto invernadero son elegibles para el cálculo de cuotas de energía renovable o para la recepción de ayuda financiera. En este ámbito, el biodiesel de primera generación, producido mediante la transesterificación de aceites vegetales procedentes de cultivos ha sido desincentivado gradualmente por el notable peor desempeño ambiental.

El principal objetivo del proyecto LIFE Superbiodiesel es implementar un nuevo proceso avanzado, sostenible y ecológico para conseguir un biodiésel ecoeficiente que cumpla con las directivas y regulaciones vigentes a partir de materia prima derivada de residuos animales, aplicando de esta forma también los principios de economía circular.

Tratándose de un proyecto Life, es de vital importancia que el mismo contribuya hacia la transición hacia una economía de bajas emisiones a partir de fuentes renovables con bajas huella de carbono, como las previstas en esta iniciativa. La materia prima es tipo SANDACH (sub-productos animales no destinados al consumo humano) procedentes de la industria del curtido. Estos residuos se convierten así en materias primas de alto valor añadido que permitirían la diversificación de materias primas en el mercado de combustibles. Además, la tecnología supercrítica propuesta aumenta notablemente el rendimiento de producción de ésteres metílicos de los ácidos grasos de la grasa, el componente principal del biodiesel, lo que elimina fases de purificación, limita el uso de recursos utilizados en el proceso y reduce considerablemente la huella de carbono derivada de la producción y uso del biocombustible.

Este artículo describe la tecnología propuesta, el estado actual del proyecto y presenta el análisis preliminar de la huella de carbono del biodiesel producido que es un 80% menor que la huella de carbono de diésel convencional, y que muestra una potencial reducción de más del 50% de emisiones de CO2 respecto de biodiésel de primera generación.

Estado actual del proyecto

El consorcio del proyecto LIFE Superbiodiesel está coordinado por AIJU y en él participan CEPSA, IMDEA-Energía, INESCOP, ITQ-CSIC, Organovac, S.L. y la Universidad de Murcia. El proceso objeto de estudio (Figura 1) se diferencia de otras alternativas que utilizan metanol supercrítico en que la reacción se lleva a cabo en presencia de catalizadores heterogéneos conformados, lo que simplifica el proceso al eliminar las unidades de neutralización y eliminación del catalizador, además de aumentar considerablemente la conversión. El empleo del catalizador también permite potencialmente, en función de las condiciones, obtener dos tipos de biocombustibles: 1) biodiésel y glicerina como sub-producto; 2) biodiésel avanzado que incorpora los compuestos procedentes de la descomposición de la glicerina, sin sub-productos. Dentro del marco del proyecto LIFE Superbiodiesel son esperables, beneficios en el desarrollo tecnológico y la innovación al tiempo que se aseguran ventajas ambientales y socio-económicas, así como numerosas oportunidades de empleo y desarrollo regional. Además, el subproducto proteico rico en aminoácidos y que deriva del pretratamiento de la grasa se somete a hidrólisis enzimática para la producción de bioestimulantes para el cultivo.

Figura 1. Esquema de producción de biodiésel en planta piloto del proyecto LIFE Superbiodiesel

Las primeras pruebas realizadas a escala de laboratorio han permitido optimizar las condiciones de operación del proceso para maximizar el rendimiento en biodiesel. Implementando estas mejoras a la planta piloto permitirá validar las expectativas del proyecto respecto al análisis de la eficiencia energética del proceso, incidiendo en una reducción significativa de la huella de carbono del biodiesel obtenido.

En la actualidad (Junio 2022), todos los equipos de la planta piloto han sido emplazados en las instalaciones de Organovac, en Lorca, Murcia (Figura 2) y, una vez que se finalicen los últimos detalles, la planta entrará en funcionamiento en Agosto de 2022.

Figura 2. Planta de LIFE Superbiodiesel en las instalaciones de Organovac de Lorca (Murcia)

Mejora en el desempeño ambiental

Dentro de las acciones del proyecto, la acción D1 implica la monitorización ambiental del biodiesel. Para ello, se emplea el Análisis de Ciclo de Vida (ACV), que es una herramienta de gestión medioambiental cuya finalidad es analizar el impacto originado por un producto, bien o servicio, durante su ciclo de vida completo. Se tienen en cuenta todos los impactos ambientales de la cadena de suministro hasta su combustión en motor de explosión, en una aproximación well-to-wheel (del pozo a la rueda). El desarrollo del ACV se realiza de acuerdo a la normativa ISO 14040 y a las indicaciones metodológicas del Anexo V de la directiva de energías renovables, que establece un protocolo para el cálculo de este indicador.

Este análisis se enmarca en la investigación aplicada propia del proyecto, utilizando observaciones experimentales para, mediante la utilización de modelos de simulación, evaluar el desempeño ambiental del escalado de la producción de biodiésel desde la planta piloto hasta una instalación capaz de producir 10,000 toneladas al año. El grado de madurez tecnológica condiciona pues la disponibilidad de datos y su calidad para la representación de una hipotética realidad industrial. Dicha representación se apoya en resultados de calidad contrastada desde el punto de vista científico, a través de experimentación, literatura científica o modelado, en el alcance geográfico español. En este caso, el balance de materia y energía del proceso se determina a partir de una simulación en Aspen Plus, a cuyos resultados de consumo de materias primas y energía se aplican los factores de caracterización de potencial de cambio climático que propone la directiva de energías renovables, que se basan a su vez en aquellos propuestos por el panel intergubernamental de cambio climático, IPCC (IPCC, 2018). Los resultados también se muestran en la Figura 3. También se analizaron otros indicadores ambientales (no mostrados) siguiendo las recomendaciones de la Comisión Europea para la determinación de la huella ambiental de productos (Castellani et al., 2018).

Figura 3. Huella de carbono de LIFE Superbiodiesel respecto de alternativas convecionales

Dado el estado actual de desarrollo del proyecto, los resultados aquí mostrados pueden ser sólo considerados como provisionales. De esta caracterización ambiental preliminar se observa lo siguiente:

• La tecnología supercrítica propuesta en LIFE Superbiodiesel supone una importante reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, en torno al 80%, respecto de la alternativa convencio-nal fósil. Puede ser, pues, considerado combustible renovable según las directrices de la directiva de energías renovable.
• Además, las reducciones potenciales de gases de efecto invernadero respecto del biodiesel convencional (es decir, aquel producido por transesterificación de aceites vegetales mediante catálisis homogénea), es superior al 50%.

Es destacable que no existen trade-offs identificables en el resto de indicadores ambientales analizados dentro de la acción D1 del proyecto. Esto quiere decir que la tecnología de producción de biodiesel no provoca el aumento de impactos ambientales de otras categorías ambientales o que éstas también se reducen. Por tanto, las reducciones de huella de carbono suelen corresponderse con reducciones en otros indicadores. El indicador que mejor identifica el beneficio del uso de grasas residuales como materia prima es el de consumo de recursos de energía fósil, cuya reducción es mayor al 60% respecto de la alternativa de biodiesel convencional.

Estos resultados son provisionales y muestran el potencial de reducción de impacto ambiental del biodiesel que se produce en LIFE Superbiodiesel, pero el buen desempeño ambiental debe ser aún validado por los resultados experimentales procedentes de la planta piloto. Se demuestra, sin embargo, que la propuesta tecnológica del proyecto LIFE Superbiodiesel produce un combustible alternativo muy competitivo desde el punto de vista de la sostenibilidad.

Agradecimientos

Las actividades desarrolladas en el presente artículo han sido llevadas a cabo en el marco del proyecto “LIFE Superbiodiesel: Production of advanced biodiesel from animal wastes using supercritical technologies”, financiado por el programa LIFE 2019 Climate Change Mitigation (expediente LIFE19 CCM/ES/001189).

Más información

Web del proyecto: https://www.lifesuperbiodiesel.eu/

Video sobre LIFE Superbiodiesel.

Referencias

Castellani, V., Diaconu, E., Fazio, S., Sala, S., Schau, E., Secchi, M., Zampori, L., Commission, E., Centre, J.R., 2018. Supporting information to the characterisation factors of recommended EF Life Cycle Impact Assessment methods: new methods and differences with ILCD.

Directiva (UE) 2018/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo de 11 de diciembre de 2018 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables., 2018. , 328.

EEA, 2021. EEA greenhouse gases - data viewer — European Environment Agency [WWW Document]. URL.

IPCC, 2018. Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty.