¿Cómo producir bioetanol?
Por Carlos Alberto Torres Cantero*
En los últimos años, la investigación se ha centrado en la búsqueda de fuentes alternativas de energía renovable. Se trata de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de ellos. Para disminuir esta dependencia, se ha introducido el uso del bioetanol, también llamado etanol carburante o comúnmente etanol deshidratado, el cual se produce mediante tecnologías de procesos de fermentación a partir de materias primas ricas en azúcares y almidones, como la caña, el maíz, el trigo, la remolacha, la cebada y el sorgo, entre otras.
Este tipo de producción de bioetanol a partir de estas materias primas se conoce como biocombustible de primera generación. Sin embargo, también existen biocombustibles de segunda y tercera generación, que utilizan otros materiales, como plantas, árboles, desechos animales, algas marinas o cualquier otro tipo de residuos vegetales o animales. Además, otro tipo de materia prima que se utiliza últimamente son los residuos alimentarios que generamos a lo largo de toda la cadena de suministro, desde su producción hasta su consumo. A todo este tipo de materia prima se le conoce como biomasa, y se divide en vegetal y lignocelulósica.
Se puede producir bioetanol a partir de cualquier tipo de biomasa, pero para ello es necesario eliminar el exceso de agua que se genera al fermentarla. El producto de esta fermentación es una mezcla de etanol y agua, que contendrá entre un 3% y un 15% de alcohol. Esto dependerá de la técnica utilizada para fermentar la materia prima, las bacterias utilizadas en el proceso de fermentación y las condiciones ambientales. La concentración de la fermentación es demasiado baja para ser utilizada como combustible o aditivo debido a que, al quemarse, no tendrá la misma eficiencia; es decir, contendrá la mayor parte del vapor de agua, lo cual evitará la ignición y quema del combustible, sin mencionar los daños que puede causar en el interior del motor debido a la condensación del vapor de agua. Por lo tanto, para ser utilizado como combustible o aditivo, el bioetanol debe tener una pureza igual o superior al 99.5%, de acuerdo con las normas internacionales (EN 15376; ASTM D5798-11).
Para lograr la concentración requerida por las normas antes mencionadas, es necesario deshidratar el etanol utilizando tecnologías de separación de mezclas no ideales que permitan cambiar o corregir el Equilibrio Líquido-Vapor (ELV) no ideal de la mezcla etanol-agua.
La mezcla etanol-agua se considera una mezcla no ideal, ya que al llegar a la concentración del 89% fracción molar de etanol o 95% en peso, con una temperatura aproximada de 78.17 °C y una presión de 1.01325 bar (1 atm), crea una mezcla líquida de concentración definida o azeótropo. En otras palabras, la mezcla etanol-agua ya no se comporta como una mezcla de dos componentes, sino como un solo elemento. Esto quiere decir que ya no se podría purificar o concentrar más el alcohol por métodos convencionales; se seguiría obteniendo el 89% fracción molar de etanol o 95% en peso.
Para romper, eliminar o mover este azeótropo, es necesario utilizar uno de los diferentes tipos de destilación que se pueden usar para deshidratar el etanol, tales como: destilación azeotrópica con sales (usando cloruro de calcio (CaCl2), acetato de potasio, acetato de sodio, etc.), disolventes (benceno, gasolina, glicerol, etc.), destilación al vacío (que teóricamente podría), líquidos iónicos. Otras tecnologías de separación para la obtención de bioetanol son la adsorción (utilizando algunos tipos de zeolita), los procesos de membrana y la ósmosis inversa o finalmente, la combinación de procesos, que se conocen como procesos híbridos.
El estudio que se realiza busca producir etanol grado combustible en una columna de destilación extractiva con sales, utilizando CaCl2 al 16.7% en peso como agente separador, para luego automatizarla, en un principio empleando técnicas de control clásicas como Proporcional-Integral (PI) y Proporcional-Integral-Derivativo (PID), y luego pasar a controles avanzados como control inteligente. Esto con el objetivo de asegurar dos aspectos esenciales: la pureza del producto de acuerdo con los estándares internacionales de calidad del etanol combustible en términos de contenido de agua, así como un correcto funcionamiento ante cambios de entrada y perturbaciones oscilatorias.
En la actualidad, esta columna de destilación extractiva se simula y controla utilizando la suite aspenONE®. La simulación de la técnica utilizada incluye la predicción del ELV con CaCl2 considerando datos experimentales proporcionados por la literatura. El modelo termodinámico empleado es el E-NRTL y para la estimación de sus parámetros de interacción para predecir el ELV de la mezcla etanol-agua-CaCl2 se utilizó Aspen Properties Data Regression System® (DRS).
Este es un resumen del artículo titulado Design and Control Applied to an Extractive Distillation Column with Salt for the Production of Bioethanol, que fue publicado en la revista Processes, y que puede consultarse para ampliar la información en https://doi.org/10.3390/pr10091792.
*Doctor en Ciencias en Ingeniería Electrónica. Profesor Investigador de Tiempo Completo de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad de Colima, en el área de control, instrumentación y automatización de procesos.
Las opiniones expresadas en este texto periodístico de opinión, son responsabilidad exclusiva del autor y no son atribuibles a El Comentario.
