Investigaciones sobre la biomasa Estudio de algunas actividades recientes del Gobierno de los Estados Unidos
Jim Williams
JIM WILLIAMS era Subsecretario de Agricultura en la Secretaría de Agricultura de los Estados Unidos. Este informe es una condensación de otro que presentó en marzo de 1980 al Comité del Senado de los Estados Unidos sobre investigaciones agrícolas y legislación general.
Los trabajos de investigación y extensión de la Secretaria de Agricultura de los Estados Unidos tienden a aumentar la disponibilidad de biomasa leñosa y agrícola, que se utiliza no sólo para la producción de combustibles alcohólicos sino también para la combustión directa y la producción de otras formas de energía. El programa de combustibles alcohólicos de los Estados Unidos no es, por consiguiente, una entidad separada sino un elemento importante de las actividades totales de producción de combustibles de biomasa y sintéticos.
En América se generan cada año ingentes cantidades de desechos y residuos agrícolas y forestales, además de los productos agrícolas y forestales comerciales. Se dispone, en potencia, de unos 500 millones de toneladas secas de madera, que quedan sin aprovechar todos los años. Los desechos vegetales, como pajas de cereales, zuros y tallos de maíz, y bagazo de caña de azúcar, totalizan al año unos 400 millones de toneladas de sólidos orgánicos. Los animales de granja, muchos de los cuales se crían en confinamiento, producen al año otros 210 millones de toneladas de materia orgánica.
En total, los residuos y desechos de biomasa agrícola representan bastante más de 1 000 millones de toneladas de materia seca al año. Como el rendimiento neto de energía que se obtiene de una tonelada de materia orgánica seca equivale, aproximadamente, a 1,3 barriles de petróleo, el equivalente en combustible de esos recursos, según su valor en unidades térmicas británicas, ascendería a 1 300 millones de barriles de petróleo.
Investigaciones y desarrollo
La Secretaría de Agricultura de los Estados Unidos está ampliando sus actividades de investigación y desarrollo para apoyar la producción de combustibles alcohólicos a partir de productos agrícolas utilizados para piensos. De estas investigaciones sobre combustibles alcohólicos se encargan principalmente la Administración de Ciencia y Educación (SEA), el Servicio Forestal (FS) y el Servicio de Economía, Estadística y Cooperativas (ESCS) de dicha Secretaría.
Gran parte de las investigaciones sobre los combustibles de biomasa y alcohólicos se realizan por medio de los Centros de Investigaciones sobre Energía de la SEA situados en Peoria, Illinois, y Tifton, Georgia, y en el Laboratorio de Productos Forestales de Madison, Wisconsin. El personal del centro de Peoria se ocupa de estudiar miles de cultivos para determinar su contenido de almidón y azúcar, examinar otros materiales de biomasa que pueden utilizarse en la conversión en gran escala, y evaluar los procedimientos de conversión en gran escala. El personal del centro de Tifton se ocupa de evaluar la producción, recolección y conversión en alcohol y en otras formas de energía de la biomasa maderera y agrícola, y está aplicando sistemas de producción de energía en pequeña escala a partir de biomasa en las explotaciones agrícolas. En el laboratorio de Madison se estudian las tecnologías de conversión para utilizar la madera como fuente de energía y de sucedáneos petroquímicos.
Etanol
El alcohol etílico ha sido el único material utilizado hasta la fecha en la mezcla de gasolina y alcohol (gasohol) puesta a la venta en los Estados Unidos. La razón es que la tecnología para su producción está ya bien establecida. Una mezcla de 90% de gasolina sin plomo con 10% de etanol anhidro puede emplearse sin necesidad de modificar los motores y sin aparentes daños.
Como los precios del petróleo se han mantenido bajos durante los decenios anteriores, desde la segunda guerra mundial, cuando las reservas de petróleo se consideraban amenazadas, no se han efectuado investigaciones sobre la utilización del etanol como combustible liquido para motores. Como ahora los precios están en alza y las reservas disminuyen, se impone, evidentemente, proceder de inmediato a nuevas investigaciones.
Entre los campos de investigación importantes figuran el examen de gran número de plantas con perspectivas prometedoras para la producción total de biomasa, la obtención de rendimientos elevados en hidrocarburos, y la creación de sucedáneos de los productos petrolíferos. Las actividades de investigación incluirán también el aumento de la producción de biomasa vegetal mediante selección y mejora genética.
El ESCS está evaluando las consecuencias económicas de los diferentes tipos y niveles de producción de biomasa para la estructura de la agricultura, así como sus efectos en las zonas rurales. Los cambios estructurales podrían afectar a las dimensiones de las explotaciones y a los sistemas de propiedad, a la distribución regional de las áreas de producción agrícola y pecuaria, a la combinación de tipos de empresas y al empleo en la agricultura y en las zonas rurales en general. Se estimarán también sus efectos en la subida de los precios de los alimentos.
En el centro de Peoria y en las instituciones que colaboran con él se están realizando investigaciones para mejorar el procedimiento de conversión por fermentación y por medios químicos. Ello entraña la selección y evaluación de microorganismos teniendo en cuenta su capacidad de producir alcohol de concentración más alta, o con mayor rapidez o de funcionar en diversas condiciones de fermentación y con sustratos de diferentes tipos y concentraciones.
Durante la segunda guerra mundial, el Servicio Forestal creó un procedimiento mejorado para fabricar etanol a partir de la madera. Esta tecnología se utilizó para la construcción de una instalación piloto en Springfield, Oregón, y, si bien ésta nunca llegó a funcionar, se ha renovado ahora el interés en reevaluar la citada tecnología que actualmente se está utilizando en unas 40 instalaciones de la URSS.
En una fábrica de pasta de madera situada en Bellinghan, Wáshington, se están utilizando productos forestales para producir aproximadamente 4 millones de galones de etanol al año. Esta fábrica emplea como materia prima los residuos líquidos de la fabricación de pasta al sulfito.
Metanol
El alcohol de madera o metanol puede también utilizarse para sustituir los combustibles derivados del petróleo. Si bien la producción de metanol es muy conveniente debido a las grandes cantidades de productos forestales y madereros disponibles, la producción no ha resultado económica en escala industrial. Otra consideración es que, a la larga, los inmensos recursos carboníferos de los Estados Unidos pueden utilizarse como materia prima, y, por lo tanto, quedar libres recursos adicionales de biomasa para su transformación en metano!.
Para que pueda generalizarse el empleo de metanol como combustible de motores, será necesario sustituir algunas partes del motor y algunos elementos del depósito y del sistema de distribución del combustible de los vehículos de motor con piezas que resistan a la acción corrosiva del metanol o de la mezcla metanol-gasolina.
El metanol puede producirse, junto con alquitrán, aceites y gas, mediante pirolisis de materiales de biomasa. Si se ha de emplear la biomasa como fuente de metano!, la tecnología más prometedora es la gasificación de la madera para obtener gas de gasógeno. El gas de gasógeno se transforma seguidamente en gas de síntesis y se convierte en metano!. El Servicio Forestal y la SEA están proyectando nuevas investigaciones para mejorar esos procedimientos.
Productos químicos
El Laboratorio del Servicio Forestal de Madison está efectuando estudios sobre la hidrólisis previa de la madera con vapor para extraer pentosanos antes de toda ulterior elaboración. Esos productos químicos pueden utilizarse en la producción de valiosos coproductos, como furfural o xilitol o, en algunos casos, pueden fermentarse con microorganismos para transformarlos en alcohol. Este tipo de tratamiento previo puede resultar también provechoso para preparar la madera para la producción de grandes cantidades de glucosa y de etanol a partir de la celulosa del leño, o para preparar la madera para su transformación en pasta. La cantidad de productos químicos que se necesitan para la conversión en pasta es menor gracias al tratamiento previo.
El Servicio Forestal está efectuando extensos estudios sobre la producción y características de los terpenos en los extractos de pino. Estas sustancias químicas tienen posibilidades de empleo como combustibles para motores de combustión interna. La trementina se ha utilizado en el Japón en la gasolina para aviación durante la segunda guerra mundial. La trementina puede derivarse de la madera de pino como coproducto del alcohol y de la pasta.
El Servicio Forestal estudiará la forma en que las fábricas de pasta pueden producir alcoholes y productos químicos en un enfoque integrado del aprovechamiento de los productos forestales. De igual manera, el potencial de energía sobrante en las fábricas elaboradoras de madera (madera residual o vapor cogenerado a baja presión) podría utilizarse para la destilación de alcohol de cereales. Las cooperativas rurales, de esta forma podrían utilizar los residuos de madera o los cultivos como fuente de azúcar y de energía térmica para fabricar alcohol.
Cooperación
Existen posibilidades para una labor conjunta con otros países con vista a producir alcohol a partir de la biomasa, con ventajas recíprocas. En el Brasil se han hecho muchos trabajos sobre la producción de alcohol y están a punto de iniciarse nuevos proyectos para producir etanol y metanol a partir de madera de eucalipto. Los Estados Unidos pueden beneficiarse de los resultados obtenidos por los brasileños colaborando más íntimamente con ellos. Los austríacos y los suizos ya están trabajando con los brasileños en ensayos experimentales de producción de alcohol en gran escala en una fábrica de Suiza construida durante la segunda guerra mundial que dejó de funcionar en 1965 y que últimamente ha reanudado su actividad.
El Servicio de Extensión Cooperativa de la Secretaría de Agricultura de los Estados Unidos facilita a sus oficinas locales información técnica sobre el programa de combustibles alcohólicos y sobre las posibilidades de recibir ayuda en forma de préstamos. Los agricultores y pequeños negociantes de las comunidades rurales se hallan sumamente interesados en examinar los resultados y las oportunidades de producir alcohol. La información acerca de los primeros resultados recibida ya de varios estados indica que es mayor el interés por las fábricas de carácter colectivo que por las instalaciones dependientes de explotaciones individuales, debido a sus ventajas en lo que se refiere a control de calidad y seguridad y a los menores problemas de almacenamiento.
