Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPUn frasco con combustible de aviación sostenible producido en el Laboratorio Nacional de Biorrenovables, en CampinasLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
No es solamente el sector productivo el que se está movilizando en lo que se refiere al combustible de aviación sostenible. Este insumo también concita el interés del mundo académico. Una de las principales iniciativas en la materia fue la creación, el año pasado, del “Centro de SAF” en E-Renova, unidad de la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii), con sede en la Universidad de Campinas (Unicamp), centrada en la innovación en energías renovables.
“La idea es sentar en una misma mesa a todos los actores implicados en la producción y utilización del SAF, incluyendo a las empresas que poseen la tecnología, las universidades que estudian las rutas tecnológicas, las compañías aéreas, la Anac [la Agencia Nacional de Aviación Civil], y la ANP [la Agencia Nacional de Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles]”, dice el ingeniero químico Rubens Maciel Filho, coordinador de E-Renova y docente de la Facultad de Ingeniería Química (FEQ) de la Unicamp.
Según sostiene Maciel, Brasil es el país con mayor capacidad para fabricar el combustible alternativo. “Hay que producirlo aquí para no tener que exportar etanol y después comprar el biocombustible de aviación”, dice el investigador, miembro de la coordinación del Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (Bioen).
El Laboratorio Nacional de Biorrenovables (LNBR), que forma parte del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), es otro de los centros brasileños dedicado, entre otros temas, a la investigación del SAF. Allí se llevan a cabo estudios en dos frentes, ambos financiados por la FAPESP. En uno de ellos, los investigadores analizan el impacto de sostenibilidad de las rutas ya maduras, verificando, por ejemplo, el potencial de una biomasa determinada para satisfacer una demanda regional o mundial de SAF, teniendo en cuenta los efectos del cambio en el uso del suelo y priorizando las áreas con bajo riesgo de emisiones.
Un segundo frente apunta al desarrollo de nuevas tecnologías 100 % brasileñas. En un artículo científico publicado en 2023 en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, la física Leticia Zanphorlin, investigadora del LNBR/CNPEM y otros colegas describieron una enzima capaz de sustituir a los catalizadores químicos tradicionales utilizados en las vías termoquímicas para transformar ácidos grasos en hidrocarburos.
“Es una enzima interesante porque es capaz de realizar la conversión y, al mismo tiempo, desoxigenar la molécula”, explica el ingeniero químico Edvaldo Morais, líder de la División de Biorrefinerías y Recursos Naturales del LNBR. “En un proceso convencional, es necesaria una etapa de reacción adicional, utilizando hidrógeno para extraer el oxígeno de las moléculas procedentes de la biomasa”. Otros dos artículos sobre las investigaciones realizadas en el CNPEM se publicaron el año pasado en las revistas Chemical Engineering Journal y Resources, Conservation and Recycling.
En el marco de proyecto financiado por la FAPESP en la Unicamp, se estudia, mediante simulaciones por computadora, la viabilidad económica de las biorrefinerías que utilizan la ruta ATJ a partir de dos tipos de insumos: etanol de segunda generación producido con la llamada caña energía (una variedad con más fibra y más resistente a las plagas) e hidrógeno sostenible generado a partir de la basura urbano, el combustible derivado de residuos (CDR). “Se trata de una buena idea desde el punto de vista de la sostenibilidad, pero todavía tenemos que evaluar si es económicamente factible”, dice el ingeniero químico Adriano Mariano, responsable del proyecto, de la FEQ-Unicamp.
El rol del hidrógeno
El hidrógeno es un insumo esencial para la producción del SAF. Es lo que reacciona con el dióxido de carbono (CO2), generando los hidrocarburos de cadena larga similares a los del combustible de aviación. El Centro de Investigaciones e Innovaciones en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE) conformado con fondos de la FAPESP y de la empresa Shell, y el Grupo de Investigaciones en Bioenergía (GBio) del Instituto de Energía y Medio Ambiente (IEE), de la Universidad de São Paulo (USP), desarrollan un proyecto conjunto para estimar el potencial de producción de hidrógeno por diferentes vías en el sector del azúcar y el alcohol (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 333). Los investigadores analizarán los datos de las casi 400 centrales productoras de etanol en el país.
“El hidrógeno verde es esencial para todas las rutas de producción del SAF”, considera la analista de relaciones internacionales Laís Forti Thomaz, docente de la Universidad Federal de Goiás (UFG) y miembro del Consejo Nacional de Política Energética (CNPE), organismo asesor de la Presidencia de la República.
“Las dos rutas de las que podemos sacar más provecho debido a loa abundancia de materias primas son ATJ, en relación con el etanol, y Hefa, que utiliza soja, aceite de cocina reutilizable o grasa bovina. Ya tenemos una cadena de biodiésel muy sólida que puede ayudar en la producción de materias primas”, afirma Thomaz, quien hace hincapié en que lo ideal es que no se apueste a una única vía. “Lo mejor es promover el desarrollo de todas las rutas”.
1. ¿De qué está hecho el SAF?
Entre otros insumos, se elabora a partir de residuos agrícolas y forestales, semillas oleaginosas, residuos sólidos urbanos y aceite de cocina usado. Es posible sintetizarlo con base en un proceso de captura de dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera. Ya sea mezclado con querosén de petróleo o puro, no requiere modificaciones en las aeronaves actuales ni en la infraestructura de abastecimiento.
2. ¿Cuál es su ventaja principal?
Con la misma estructura química del combustible de aviación, la combustión del SAF también libera CO2, pero emite menos gases de efecto invernadero (GEI). Dependiendo de la ruta tecnológica y de la materia prima utilizada para su producción, reduce las emisiones de GEI hasta en un 80 %.
3. ¿Cuáles son las vías tecnológicas para su producción?
La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ha homologado ocho rutas tecnológicas que también han sido aprobadas por la ANP. Las principales son:
Hefa (Hydro-processing of Esters and Fatty Acids): la ruta
más afianzada, certificada en 2011. La producción tiene lugar mediante el hidroprocesado de ésteres y ácidos grasos. Utiliza como materia prima aceites vegetales (de soja, palma, coyol, babasú, algodón, ricino y girasol, entre otros), aceite de cocina usado y grasa animal, como el sebo bovino. El proceso de producción insume una gran cantidad de hidrógeno.
ATJ (Alcohol-to-Jet): certificada en 2016, emplea almidones, azúcares, biomasa celulósica y etanol de caña de azúcar o de maíz. También consume altas cantidades de hidrógeno.
FT (Fischer-Tropsch): certificada en 2009, utiliza biomasa de residuos urbanos, agrícolas y forestales (caña de azúcar, eucalipto y otros). La materia prima se gasifica transformándosela en monóxido de carbono e hidrógeno (gas de síntesis), que posteriormente se convierte en biocombustible.
Fuentes proyecto de ley Nº 4.586/2023; Estudio “Análisis económico de las diferentes rutas de producción de combustibles de aviación sostenibles” (ProQR); Darlan Santos/ANAC; IATA
Proyectos
1. Nuevos mecanismos de P450. Una estrategia enzimática para la producción de hidrocarburos renovables (nº 19/08855-1); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigadora responsable Leticia Maria Zanphorlin (CNPEM); Inversión R$ 168.949,39.
2. Producción de biodiésel e hidrocarburos renovables por la ruta enzimática. De la obtención de las enzimas a la evaluación económica del proceso integrado (nº 18/04897-9); Modalidad Beca posdoctoral; Investigador responsable Antonio Maria Francisco Luiz Jose Bonomi (CNPEM); Beneficiaria Letícia Leandro Rade; Inversión R$ 560.516,67.
3. SYMBioref: Biorrefinería de Caña Energía Simbiótica (nº 23/01072-7); Modalidad Programa Bioen; Investigador responsable Adriano Pinto Mariano (Unicamp); Inversión R$ 230.544,71.
4. Centro de Investigaciones para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI) (no20/15230-5); Modalidad Centros de Investigaciones en Ingeniería (CPE); Investigador responsable Julio Romano Meneghini (USP); Inversión R$ 17.261.689,15.
5. Proyecto BioValue – Valorización de la cadena productiva descentralizada de biomasa con la mira puesta en la producción de biocombustibles avanzados. Desarrollo y evaluación de rutas termoquímicas integradas a la producción de biomasa y a rutas bioquímicas (nº 16/50403-2); Modalidad Programa de Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite); Investigador responsable Antonio Maria Francisco Luiz Jose Bonomi (CNPEM); InversiónR$ 1.262.596,21.
Artículos científicos
RADE, L. et al. Dimer-assisted mechanism of (un)saturated fatty acid decarboxylation for alkene production. PNAS. v. 120, n. 22. 2023.
CHAGAS, M. F. et al. From enzyme to cell-factory: Economic and environmental assessment of biobased pathways to unlock the potential of long-haul transportation biofuels. Chemical Engineering Journal. v. 469. 2023.
PETRIELLI, G. P. et al. Integrating carbon footprint to spatialized modeling: The mitigation potential of sugarcane ethanol production in the Brazilian Center-South. Resources, Conservation and Recycling. v. 189. 2023.
