Por Almuth Ernsting, 8 de agosto de 2016
Las subvenciones en los Estados Unidos destinadas a la próxima generación de la producción de etanol celulósico se van aplicar por una mejora trivial de las tecnologías de refinación del etanol obtenido a partir del maíz. Dado que el etanol celulósico dispone de mayores subvenciones, esto aumentará los beneficios de las refinerías de maíz y aumentará la demanda de este cereal, pero no supondrá ninguna mejora para hacer frente al cambio climático o promover la independencia energética. Todo esto gracias a una política de laAgencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para impulsar la producción de biocombustible celulósico, algo que prácticamente no se ha aplicado en los Estados Unidos, pero que ahora es posible por la ampliación y suavización de la definición de este término. Gracias a estas políticas, las subvenciones destinadas al etanol celulósico pueden ir ahora a parar hacia los biocombustibles elaborados a partir de los mismos granos de maíz utilizados en la producción del etanol convencional.
Después de décadas de promesas de que los biocombustibles obtenidos a partir de la biomasa celulósica, es decir, la madera, restos vegetales y residuos de las cosechas, serían un sustituto de otros biocombustibles, el mercado de los biocombustibles de todo el mundo permanece anclado en los cultivos alimentarios y los aceites vegetales. En el año 2015, los Estados Unidos produjo unos 63 millones de m3 de biocombustibles. Pero sólo unos 8400 m3 fueron clasificados como combustibles celulósicos, pero de los cuales el 98,5% procedían de gas de vertedero (otra definición cuestionable). Los verdaderos biocombustibles celulósicos permanecen en el mismo estado desde la crisis del petróleo de 1973: en la etapa de investigación y desarrollo.
Sin embargo, las promesas de los combustibles celulósicos y de algas han ayudado a que el Gobierno conceda continuas subvenciones para los biocombustibles elaborados a partir de los cultivos alimentarios. En los Estados Unidos, el instrumento principal de las políticas ha sido laRenewable Fuel Standard promulgada bajo el Gobierno de Bush, en el año 2007.
Se necesitarían en los Estados Unidos unos 136 millones de m3 de biocombustibles en el año 2022, con un máximo de 57 millones de m3 de etanol procedentes del maíz y un mínimo de 61 millones de m3 de biocombustibles celulósicos. Tanto el presidente Obama como su primer Secretario de Energía, Steven Chu, hna descrito el etanol producido a partir del maíz como “de transición”, es decir, de puente hacia los biocombustibles celulósicos. Sin embargo, mientras que la producción de etanol a partir del maíz ha aumentado en gran medida y se acerca a su límite máximo, los biocombustibles celulósicos siguen siendo una posibilidad remota.
En resumen, el único logro del etanol celulósico ha sido el de impulsar las ayudas para la producción insostenible de biocombustibles convencionales a partir de los cultivos alimentarios. Lo mismo se puede decir de la Unión Europea: un mayor apoyo para la obtención de biocombustibles avanzados fue clave para un compromiso legislativo que culminó en ayudas para los combustibles convencionales, con el objetivo de alcanzar un 7% de este combustible destinado al transporte convencional por carretera.
Ahora, se están concediendo subvenciones para la obtención de etanol celulósico a partir del maíz. Por primera vez en la historia, la EPA acreditó una producción de 3800 m3 de etanol celulósico durante el primer trimestre, es decir entre enero y marzo de 2016.
Tres han sido las refinerías de etanol celulósico oficialmente operativas durante este período, pero difícilmente pueden explicar esa cantidad: una de ellas fue inaugurada oficialmente por DuPont en octubre de 2015, pero en abril de 2016 todavía no había comenzado la producción. También en el mes de abril, INEOS Bio, que posee una refinería celulósica que hasta ahora ha funcionado sin éxito, declaró que estaban trabajando en la introducción de “mejoras técnicas”, y estaban a la espera de reiniciar la producción a finales de este año. En el mes de mayo, una tercera operadora, POET and DSM, anunciaron que esperaban poder aumentar la producción, lo cual parece indicar que no habían producido mucho hasta ahora. En declaraciones a la revista Scientific American dijeron que la arena y las gravas mezcladas con los rastrojos de maíz habían “causado estragos en las bombas, válvulas y otros equipos”.
Sólo queda una fuente potencial: el etanol producido de manera convencional a partir del maíz, pero que se ha clasificado como celulósico. Esta extraña posibilidad se debe a la decisión de la EPA en el año 2014, lo que permitió que el etanol producido a partir de la fibra presente en los granos de maíz haya sido subvencionado como celulósico. De un solo golpe, el etanol producido de la fibra de los granos de maíz, la EPA le dio la vuelta a lo que comúnmente se entiende por etanol celulósico.
Una mirada más atenta en contra del etanol celulósico obtenido del maíz
Para entender como ha sido esto posible, en primer lugar hay que establecer las diferencias entre el etanol de maíz, el etanol celulósico y las nuevas tecnologías de etanol celulósico de maíz que, gracias a la decisión de la EPA en 2014, ahora se beneficia de los altas subvenciones del etanol celulósico.
Imagen: argenbio.org
El etanol de maíz se produce mediante la fermentación del almidón. Los almidones son moléculas de almacenamiento de energía formadas por moléculas de glucosa. La glucosa es un azúcar que sirve como fuente de energía para la mayoría de los organismos, incluyendo las levaduras, produciéndose en la fermentación etanol y CO2. A pesar de que la fermentación es un proceso sencillo, se requieren de importantes cantidades de energía, generalmente obtenida a partir de combustibles fósiles, así como dos enzimas diferentes, que elevan los costes de producción. Esto se debe a que el almidón debe romperse en moléculas de glucosa antes de que pueda someterse al proceso de fermentación.
Diapositiva de Marco A. Báez.
Por otro lado, el etanol celulósico es mucho más difícil y costoso de producir, y los balances energéticos son más pobres que en el caso del etanol de maíz. El término etanol celulósico hace referencia al etanol producido a partir de las celulosas y hemicelulosas que son los componentes principales de las paredes celulares de las plantas. Se debe liberar la glucosa de la celulosa antes de que puede ser sometida al proceso de fermentación. Las hemicelulosas son más fáciles de separar que las celulosas, pero sus azúcares no pueden ser fermentados por las mismas levaduras u otros microorganismos utilizados en la fermentación de la glucosa. Hay algunos microorganismos que pueden fermentar los azúcares de las hemicelulosas, pero no se ha encontrado ninguno en la naturaleza que los fermente de manera eficaz, como sí ocurre con la glucosa. Hay otras dificultades añadidas: tanto la celulosa como la hemicelulosa se entrelazan en estructuras complejas que contienen otros tipos de moléculas, de las cuales la más conocida, y generalmente más abundante, es la lignina.
Estas son algunas de las razones por las que realizar la separación de manera eficiente y asequible de todas las estructuras complejas de las paredes celulares y obtener unos altos rendimientos en la obtención de etanol sigue siendo un objetivo difícil de alcanzar por la Industria.
¿Qué es el etanol de la fibra de maíz?
Los granos de maíz se componen principalmente de almidón, pero también contienen de un 10% a un 12% de fibra, así como algunas proteínas y grasas. La fibra está formada por las paredes celulares que contienen celulosa y hemicelulosa, junto con una pequeña cantidad de lignina. La fibra contiene algo de almidón. En teoría, el etanol celulósico de la fibra podría provenir de la celulosa y de la hemicelulosa. De hecho, la hemicelulosa contabiliza una mayor cantidad de azúcares que la celulosa. Sin embargo, ninguna empresa vende actualmente microorganismos a las refinerías de etanol de maíz capaces de fermentar los azúcares contenidos en la hemicelulosa. Por lo tanto, el etanol celulósico se obtiene a partir de los azúcares de la celulosa presente en la fibra o del almidón de que adhiere a la misma.
La decisión de la EPA sobre el etanol obtenido de la fibra presente en el grano de maíz permite que el etanol derivado del almidón de maíz que se adhiere a la fibra sea clasificado como celulósico, pero sólo en el caso de que la fibra se procese por separado del almidón del maíz. Pero el razonamiento alegado es que sólo representa “menos del 5% de la masa” de la fibra. Sin embargo, otras fuentes citan proporciones mucho más altas para la cantidad de almidón que se adhiere a la fibra del maíz. De acuerdo con una presentación realizada en el año 2009 por un profesor asociado de la Universidad de Illinois, especializado en el procesamiento del maíz, la fibra del grano de maíz contiene un promedio de 25% de almidón, un 40% de hemicelulosa y un 12% de celulosa. Si estas cifras son correctas, entonces la mayoría del etanol celulósico producido a partir de la fibra de maíz en algunas refinerías provendría del almidón de maíz. Esto se puede aplicar específicamente a la tecnología de producción de etanol de fibra de maíz desarrollada por Quad County Corn Processors y Syngenta.
Hay dos tecnologías que están siendo comercializadas para la obtención de etanol de la fibra de maíz. Una de ellas ha sido desarrollada por Quad County Corn Processor (QCCP) y Syngenta, que parecen beneficiarse de las consideraciones de la EPA sobre el almidón. Es así porque recuperan los residuos del refinado convencional de etanol de maíz y después realizan un pretratamiento, fermentación y destilación a etanol celulósico, es decir, el procesamiento por separado de la fibra es mayor que la de almidón.
La otra tecnología (desarrollada por Edeniq, ahora propiedad de Aemetis) emplea los métodos convencionales de tratamiento previo de los granos enteros de maíz antes de la fermentación. Teniendo en cuenta que la fibra no está separada de la mayor parte del almidón del maíz, la empresas que utilizan esta tecnología no pueden beneficiarse de las consideraciones de la EPA sobre el almidón.
Curiosamente, tanto QCCP como Syngenta están reclamando unos rendimientos mucho más altos en la producción de etanol celulósico que Edeniq: QCCP proclama que ha obtenido 7600 m3 adicionales de etanol celulósico, y otros 132.000 m3 de etanol convencional de maíz, al año. Por otro lado, la primera empresa en emplear comercialmente el proceso deEdeniq, Pacific Ethanol, afirma estar obteniendo una producción extra de 2900 m3 de biocombustible celulósico, en cuya anterior planta obtenía 227.000 m3 de etanol de maíz al año. Esto sugiere que la cantidad de etanol celulósico derivado del almidón, y por el cual QCCP y Syngenta están reclamando subvenciones, podría ser mucho mayor que el 5% establecido por la EPA.
La obtención de etanol a partir de la celulosa contenida en la fibra del grano de maíz no logra superar la mayor parte de los desafíos clave en la producción de etanol celulósico:
– La obtención de una materia prima limpia y bastante homogénea (libre de gravas y otras impurezas), algo que sigue siendo un gran reto para el etanol celulósico a partir de los residuos agrícolas en particular;
– Las tecnologías que se están comercializando ahora no realizan una fermentación de los azúcares contenidos en la hemicelulosa, sólo se fermenta la glucosa;
– La separación de la celulosa ( y la hemicelulosa) de la lignina es un reto clave en la producción de etanol celulósico. La fibra de maíz, sin embargo, contiene muy poca lignina y, de acuerdo con un artículo, la mayor parte está en una forma inmadura, lo cual quizás quiera decir que sea menos recalcitrante.
Los únicos cambios, en comparación con el refinamiento convencional del etanol de maíz, son dos sencillas innovaciones:
– Un diferente tratamiento mecánico de los granos de maíz en un primer momento (Edeniq) o la transformación de los residuos de fermentación (QCCP) y
– La adición de enzimas que descomponen la celulosa en glucosa. No hay información pública disponible sobre las enzimas utilizadas por Edeniq. Sin embargo, QCCP utiliza una mezcla de enzimas desarrollada por DuPont, que ni siquiera fue pensada para el etanol celulósico, sino simplemente para refinar el etanol convencional de una manera más eficiente a partir del almidón.
¿Qué es lo que hace que sea más atractivo para las refinerías el etanol de la fibra de maíz?
De acuerdo con Edeniq/Aemetis, las refinerías de etanol de maíz que utilicen su nueva tecnología aumentarán sus rendimientos totales en la producción de etanol en un 7% y hasta un 2,5% de etanol celulósico. Esta fracción de etanol celulósico supone la obtención de más subvenciones. Un galón de etanol celulósico (3,8 litros) tiene una mejor consideración porparte de la Renewable Fuel Standard, 1,0017 dólares más que un galón de etanol de maíz, y también supone un extra de 1,01 dólares en incentivos fiscales para el etanol celulósico. Las refinerías esperan obtener pronto otros 0,65 dólares según la Californian Low Carbon Fuel Standard.
La nueva técnica de procesamiento también produce más aceite de maíz, que se puede vender como subproducto. Los ingresos adicionales son tan altos que Aemetis está ofreciendo su tecnología sin ningún coste por adelantado, con la única obligación de compartir el 50% de los ingresos adicionales.
La tecnología de QCCP, por otro lado, promete todavía mayores subvenciones, ya que toda la producción adicional de etanol se acredita como etanol celulósico por la EPA. También se obtiene una mayor cantidad de aceite de maíz.
El etanol de fibra de maíz podría aumentar los ingresos del etanol de maíz lo suficiente como para alentar a la Industria frente a la caída de los precios
De acuerdo con un economista de la Universidad de Illinois, las nuevas tecnologías pueden “producir más de 3.800.000 m3 de etanol celulósico en las plantas de molienda en seco ya existentes” [1]. El 90% de las plantas de bioetanol de los Estados Unidos son del tipo de molienda en seco. 3.800.000 m3 es una cifra modesta frente a la actual producción de etanol de maíz. Sin embargo, es una gran cantidad en comparación con el etanol celulósico comercializado hasta la fecha.
Las tecnologías de etanol de fibra de maíz se están aplicando rápidamente.QCCP inauguró su tecnología de etanol celulósico en septiembre de 2014.Pacific Ethanol hizo lo mismo en diciembre de 2015 con la instalación de la tecnología de Edeniq en su refinería de 227.000 m3 de etanol en Stockton, California. Actualmente están a la espera de que la EPA les acredite su producción como etanol celulósico, lo que despejará el camino para la apertura de otras refinerías que instalen esta tecnología para así también sacar provecho de las subvenciones al etanol celulósico. Pacific Ethanoldispone de ocho refinerías de etanol en total. Los propietarios deEdeniq/Aemetis tienen la intención de utilizar la tecnología en su planta de Keyes, California, a finales de este año, que produciría 227.000 m3 al año.Flint Hills Resources ha anunciado que la van a utilizar en las siete refinerías de etanol de maíz, que tienen una capacidad combinada de producción de 3.100.000 m3 al año. La Cooperativa de Energía Siouxland ha obtenido la licencia para utilizar esta tecnología en su refinería de 227.000 m3 en Nebraska, a finales de este año. Syngenta dice que espera que la tecnología utilizada por Quad County Corn Processors sea aplicada por otras dos refinerías de etanol de maíz en el año 2017.
En un momento en que los beneficios están presionados por unos precios más bajos del petróleo, unos mayores ingresos podrían permitir que algunas refinerías de etanol de maíz se mantuviesen a flote, incluso si los precios de petróleo se mantienen bajos. Esto convertiría a las subvenciones al etanol celulósico en un salvavidas para las refinerías de etanol de maíz.
Almuth Ernsting es Codirector de Biofuelwatch
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