EDUARDO CESARSe todo marchabien, dentro de dos años los vehículos brasileños impulsados con gasoil – camiones, ómnibus, tractores y locomotoras – estarán andando con un porcentaje de biodiésel en sus tanques. Una posible candidato a convertirse en este combustible fue desarrollado mediante una reacción química de aceites vegetales con etanol, el alcohol extraído de la caña de azúcar, en los laboratorios de la Universidad de São Paulo (USP) de Ribeirão Preto. El equipo coordinado por el profesor Miguel Dabdoub – coordinador del Laboratorio de Desarrollo de Tecnologías Limpias (Ladetel) – forma parte de un grupo mayor, integrado por decenas de investigadores distribuidos por todo el país que estudian y desarrollan alternativas al gasoil de petróleo. En Ribeirão Preto, éstos elaboraron un proceso innovador para la obtención de biodiésel, con el descubrimiento de eficientes catalizadores, sustancias que aceleran la reacción química y transforman los aceites de soja, de palmera [dendê], de maízo de ricino, porejemplo, sumados al alcohol, en un nuevo producto.
Con las características que reúne por ser totalmente renovable y producir menos contaminantes que el diésel de petróleo, y debido a que ya existe una industria de producción de alcohol en Brasil, la adopción del biodiésel a base de etanol facilita su incorporación a la matriz energética brasileña. Asimismo, los resultados de las investigaciones demuestran que el biodiésel es más eficiente que el aceite vegetal in natura porque no causa corrosión en el motor, no carboniza los picos inyectores de combustible y mejora el arranque del vehículo, pues es menos denso y fluye mejor por las mangueras y caños.
Factores económicos y estratégicos también hacen que el biodiésel se bienvenido. Actualmente el parque automotor nacional consume alrededor de 37 mil millones de litros de gasoil anuales. En 2005, ese volumen trepará a los 40 mil millones de litros, de acuerdo con una proyección de la Agencia Nacional de Petróleo (ANP). La meta del Programa Brasileño de Desarrollo Tecnológico de Biodiésel (Probiodiésel), dependiente del Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT) y más recientemente del Grupo de Trabajo Interministerial coordinado por la Casa Civil de la Presidencia de la República [Jefatura de Gabinete] es estructurar un amplio plan de producción de este nuevo combustible, con el incentivo al cultivo de especies oleaginosas. El combustible servirá como complemento al gasoil común y, en un futuro, podrá usarse de manera integral en los motores diésel, si hubiera una oferta suficiente. La idea inicial es adicionar un 5% de biodiésel al gasoil proveniente del petróleo – una fórmula conocida como B5 -, una iniciativa similar a la que se puso en práctica con la gasolina, que tiene alrededor de un 25% de etanol. Con esta medida, se estima que Brasil reducirá un 33%, sobre un total de 6 mil millones de litros, sus importaciones de diésel, con lo que generará una economía anual de 350 millones de dólares, al margen de un gran número de empleos directos e indirectos.
Aun cuando el país alcance la autosuficiencia en petróleo durante los próximos años, será necesario seguir importando gasoil. El problema es que el crudo extraído de las profundidades marítimas de la costa brasileña tiene una calidad que no se adecua para la producción de gasoil. La mayor parte de los yacimientos, principalmente los de la Cuenca de Campos [Río de Janeiro], contienen petróleo del tipo pesado, que se caracteriza por no haber completado aún su ciclo de maduración y porque sufre un proceso de biodegradación natural.
La producción de un compuesto de aceite vegetal y etanol es conocida desde hace algunos años, pero parecía ser económicamente inviable debido a limitaciones de orden técnico, como lo es el bajo índice de conversión de la mezcla en biodiésel. “La síntesis que emplea el metanol con aceites vegetales – usada en Europa y Estados Unidos – resulta en una transformación del orden del 98%, mientras que con el etanol llegaba al 80%”, explica Dabdoub. Otro problema que debía solucionase era la separación de la glicerina, un subproducto de la reacción química. “Nuestro gran reto consistió en desarrollar una metodología que sortease esos dos obstáculos. Tuvimos éxito a comienzos de este año en la obtención de un proceso que permite una transformación superior al 98% y permite la separación espontánea de la glicerina, al margen de reducir bastante el tiempo de la reacción”, dice el investigador.
El catalizador empleado para el biodiésel de metanol es el hidróxido de sodio o de potasio, también conocido como soda o potasa cáustica. Para sintetizar el biodiésel de etanol, el investigador adicionó además del catalizador tradicional otra sustancia catalizadora, cuyo nombre es mantenido en secreto, pues el trámite para la obtención de la patente aún no ha concluido. “Podemos decir que el nuevo catalizador es un hidróxido metálico mixto, al cual se lo llama vulgarmente arcilla”, dice Dabdoub. Según éste, el proceso de transformación de aceites vegetales y alcohol en biodiésel, conocido como transesterificación, es relativamente sencillo. Se mezcla el aceite vegetal con el alcohol y con catalizadores en un reactor, y se los agita durante media hora. Por cada mil litros de aceite se utilizan 200 litros de etanol y entre 0,8% y 1% de agentes catalizadores. Luego la mezcla pasa a a un decantador en donde se efectúa la separación de la glicerina, una sustancia de alto valor agregado utilizadapor las industrias farmacéuticas, de cosméticos y de explosivos. Una tonelada de glicerina llega a costar 1,3 mil dólares.
Una de las ventajas del nuevo combustible es la posibilidad de producirlo con aceite de varias plantas. Son oleaginosas con diferentes índices de productividad y adaptación al mosaico regional brasileño. Así, la soja produce 400 litros (l) de aceite por hectárea (ha), el girasol, 800 l/ha, el ricino, 1.200 l/ha, el babasú, 1.600 l/ha, la palmera, 5.950 l/ha, el macararú [pequi], 3.100 l/ha, el maíz, 160 l/ha, el algodón 280 l/ha y la macaúba 4 mil l/ha. “Según la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa, sigla en portugués), el maní forrajero de los cultivares BR-1 y BRS-151 L-7 es resistente a la sequía y adecuado para su cultivo en el semiárido; su rendimiento sin irrigación es de 750 l/ha de aceite o casi 2.100 l/ha en la plantación irrigada”, informa el profesor.
“Utilizamos en nuestros experimentos 11 variedades de aceite vegetal, al margen de aceites de freír usados. Pero preferimos el aceite de soja porque es el más abundante y Brasil es el segundo productor mundial del producto, con un total anual de 54 millones de toneladas”. Pero el cultivo de otras oleaginosas puede ser incentivado, elevando así la demanda de estas plantas y promoviendo su desarrollo en varios puntos del país. “En dos regiones del estado de São Paulo, en Vale do Ribeira y en Pontal do Paranapanema, podría emplearse la macaúba , mientras que en Vale do Jequitinhonha, Minas Gerais, por ejemplo, el biodiésel podría producirse con base en el pequi. Para las regiones norte y nordeste, podría usarse el aceite de babasú, de maní y de palmera.”
Hoy en día existe una gran discusión en el ámbito federal sobre la producción de biodiésel con aceite de ricino. Principalmente para la región del semiárido nordestino. Para Dabdoub esto es posible, pero es preciso también una buena dosis de precaución y muchas pruebas. “La reacción de transesterificación se da muy bien con aceite de ricino. De esta forma, la producción de biodiésel no es problema. Pero necesitamos investigaciones conclusivassobre los efectos causados por el uso prolongado del biodiésel de ricino en los motores”, dice. Esto es necesario porque existe un agrupamiento químico equivalente a un alcohol en la molécula del aceite de ricino que hace de las características fisicoquímicas del biodiésel producido con ese vegetal sean bastante diferentes a las observadas en los ésteres (compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno que caracterizan al biodiésel), metílicos o etílicos, derivados de cualquier otro aceite. Este agrupamiento puede tornarse una seria restricción técnica, que solamente los resultados prácticos y concretos de las investigaciones podrán eliminar.
Al margen del aceite que se usará, el proceso de producción del biodiésel desarrollado por el Ladetel posee otras ventajas que lo hacen superior también en la fabricación de biodiésel de metanol. “Logramos hacer la reacción en 30 minutos, mientras que el proceso tradicional lleva seis horas. Así somos 12 veces más productivos”, dice Dabdoub. Estas nuevas características, aliadas a la transformación química que se produce en frío, a temperatura ambiente, hicieron que el proceso de producción del biodiésel se volviese técnicamente viable, reduciendo el consumo energético y los costos operativos.
Pese a la eficiencia del proceso de conversión y el aprovechamiento de la glicerina, el biodiésel brasileño es todavía más caro que el gasoil común. El porcentaje de ello depende del precio del aceite empleado en la producción. Pero la diferencia, dice Dabdoub, podrá ser fácilmente zanjada si el gobierno exenta al producto de impuestos en la fase inicial del programa, antes de alcanzar la producción a gran escala. El investigador añade que el nuevo combustible no requiere hacer modificaciones en el motor para funcionar normalmente, aun cuando se use ese biodiésel etílico sin la presencia del gasoil de petróleo. El uso exclusivo aporta innumerables ventajas, empezando por el hecho de ser un combustible totalmente nacional y totalmente renovable. Existen también ganancias ambientales, como la reducción de la emisión de gases contaminantes. El uso del biodiésel en forma pura reduce las emisiones de dióxido de carbono en un 46% y de material en partículas en un 68%. Si se usa la mezcla B5, lareducción de humo negro llega al 13%. Según Dabdoub, el biodiésel puro está libre de azufre, un componente del gasoil generador de la lluvia ácida. “La gran ventaja del biodiésel etílico reside en que genera una combustión mucho más limpia”, dice José Domingos Fontana, coordinador del Centro Brasileño de Referencia en Biocombustibles (Cerbio) y director técnico del Instituto de Tecnología de Paraná (Tecpar).
Para probar la eficacia del biodiésel de etanol, Dabdoub selló un acuerdo con empresas, entidades e instituciones de investigación para la realización de pruebas de desempeño, consumo y potencia. Estas alianzas, que incluyen también centrales de alcohol de la región de Ribeirão Preto, fueron la fuente de gran parte de los recursos financieros que el Ladetel utilizó en los estudios. Una de las principales pruebas fue llevada a cabo en la Universidad Estadual Paulista (Unesp), en su campus de Jaboticabal, que se encargó de la verificación de la eficiencia del producto en tractores agrícolas. Los ensayos estuvieron a cargo del ingeniero agrícola Afonso Lopes, profesor del Departamento de Ingeniería Rural de la Facultad de Ciencias Agrarias y Veterinarias (FCAV). Al margen del apoyo financiero de la FAPESP, el investigador recibió un tractor como producto de una asociación con Valtra de Brasil y la Cooperativa de Caficultores y Citricultores de São Paulo (Coopercitrus). Lopes probó el combustible en el tractor modelo BM100, de 100 caballos de potencia en el motor, equipado con un sistema de medición de combustible desarrollado en la Unesp.
El vehículo fue evaluado en condiciones de preparación de suelo con una reja de arado con cinco tipos de mezcla biodiésel-gasoil de petróleo: B100 (únicamente biodiésel), B25 (un 25% de biodiésel y el 75% de gasoil), B50 (la mitad biodiésel y la otra gasoil), B75 (un 75% de biodiésel y un 25% de gasoil) y B0 (únicamente gasoil). “El funcionamiento del tractor fue normal con todas las mezclas. Constatamos que hasta el límite del 50% de biodiésel no fueron notadas alteraciones significativas en el consumo. Cuando el tractor funcionó con un 100% de biodiésel, el consumo aumentó en promedio un 11%”, comenta Lopes. De acuerdo con el investigador, esto sucede porque, con relación al gasoil, el biodiésel tiene menor poder calorífico – de un 3% a un 4% – y por eso consume más cuando la mezcla es superior al 50%. La próxima etapa del estudio consistirá evaluar la emisión de contaminantes.
El producto desarrollado en el Ladetel también fue probado en automóviles, locomotoras, motores y generadores eléctricos. En este último caso, se estableció una sociedad con la empresa Branco, de Paraná, en abril de este año. “Y los resultados han sido altamente satisfactorios”, dice Dabdoub. “Observamos reducción en la emisión de contaminantes y ahora estamos realizando pruebas de durabilidad empleando el biodiésel puro (B100)”. Los ensayos con locomotoras están siendo ejecutados por América Latina Logística (ALL), concesionaria ferroviaria que opera en Río Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, São Paulo y Argentina. En un primer momento se concretaron exitosamente pruebas de laboratorio para medir el consumo, la potencia y las emisiones. La segunda fase comprenderá el uso de combustible en su forma B25 en locomotoras que circularán en los tramos Ourinhos-Apucarana y Curitiba-Apucarana durante un año. “En función de los resultados, ALL evaluará la posibilidad de utilizar biodiéselen todas sus unidades”, afirma Dabdoub.
Por último, el biodiésel también está siendo probado en las mezclas B20, B30 y B100 en vehículos de paseo con motores diésel producidos para exportación, como en el caso de los automóviles de las automotrices francesas Peugeot y Citroën. Los estudios de la USP se concentran en el análisis del consumo de combustible, la durabilidad y la emisión de contaminantes (monóxido y dióxido de carbono, dióxido de azufre, hidrocarburos no quemados, gases de nitrógeno y material en partículas). Las pruebas de durabilidad se realizan en un recorrido mínimo de 80 mil km, y el análisis de la variación de las emanaciones de gases contaminantes se hace cada 20 mil km. “También efectuamos pruebas con los motores cedidos por estas automotrices en colaboración con los profesores Antônio Moreira y Josmar Pagliuso, de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la USP de São Carlos. Estos mismos ensayos son realizados en forma simultánea en la sede de PSA Peugeot-Citroën en Francia”, comenta Dabdoub.
Además de la USP de Ribeirão Preto, existe en Brasil una extensa red que abarca a universidades, institutos de investigación, asociaciones empresariales, agencias reguladoras y de fomento, empresas, cooperativas y organizaciones no gubernamentales (ONGs) interesadas en el desarrollo y la implementación del biodiésel. Un trabajo importante es el que realiza el Tecpar, uno de los pioneros en el área de investigación de la mezcla de alcohol etílico y diésel de petróleo como combustible. Desde 1998, varios ómnibus de empresas asociadas a la Urbanización de Curitiba (Urbs) circulan en dicha ciudad con una mezcla de gasoil (89,4%), etanol (8%) y un aditivo a base de soja (2,6%) denominada Mixtura de Alcohol en Diésel (MAD-8), combustible que algunas veces es erróneamente llamado biodiésel. Sucede que, de acuerdo con las normas internacionales, la simple mezcla no caracteriza al producto. El aditivo utilizado fue fabricado y suministrado por la empresa Ecomat de Mato Grosso. En el marco de otra investigación del Tecpar, autobuses circularon en Curitiba con biodiésel metílico importado de Estados Unidos y gasoil fósil en una proporción de 20-80.
En Río de Janeiro, una experiencia llevada a cabo por el Instituto Alberto Luiz de Coimbra de Posgrado e Investigación de Ingeniería (Coppe), de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), en asociación con el gobierno del estado, probó exitosamente un ómnibus impulsado con biodiésel elaborado a base de aceite reciclado donado por la red de comida rápida McDonald’s. Este tipo de aceite residual usado en Río también es objeto de estudios en el Ladetel, que mantiene un subproyecto que forma parte del Proyecto Biodiésel Brasil, nombre del estudio coordinado por Dabdoub. El grupo utiliza material donado por los comedores universitarios de la USP de la capital y del interior paulista, y también por McDonald’s.Entre las empresas, Petrobras desarrolle su programa de biodiésel, iniciado hace dos años. La estatal petrolera pretende poner en actividad a finales de 2004 una central piloto para la producción de biodiésel hecho con aceite de ricino y alcohol etílico. La unidad será instaladaen Mossoró, Río Grande do Norte, y tendrá una producción inicial estimada en 5 mil litros de biodiésel diarios. El combustible será probado en vehículos de la propia compañía. El programa tiene un fuerte trasfondo social, pues prevé la compra del aceite a pequeños productores; éstos podrán usar el agua de los pozos perforados por Petrobras en los que no se ha encontrado petróleo para irrigar sus cultivos.
En el campo y en la ciudad
El aceite de ricino también es el principal ingrediente de los estudios realizados en Embrapa. La institución, en sociedad con el Instituto de Química de la Universidad de Brasilia (UnB), desarrolló un equipamiento capaz de transformar el aceite vegetal en gasoil vegetal, con características fisicoquímicas diferentes a las del biodiésel. “Es un proceso muy sencillo. No usamos la transesterificación sino una técnica de craqueamiento (rotura de las cadenas de moléculas de carbono) térmico-catalítico. El aceite vegetal es dispuesto en un craqueador de acero inoxidable y es sometido a una temperatura de 360ºC. De cada 100 litros de aceite vegetal se producen 60 litros de gasoil vegetal, 20 litros de gasolina y kerosén, 10 litros de gas y 10 litros de agua”, afirma el investigador de Embrapa José Roberto Rodrigues Peres, uno de los responsables de esta innovación. Según Peres, la técnica se volcará a comunidades rurales aisladas, permitiendo que pequeños productores tengan capacidad para generar su propio combustible.
En Ceará, un proyecto de desarrollo de biodiésel es liderado por la empresa Tecnologías Bioenergéticas (Tecbio), incubada en el Parque Tecnológico de la Fundación Núcleo de Tecnología Industrial (Nutec). A partir de 2004, la flota de ómnibus de la empresa Guanabara, de Fortaleza, será abastecida con biodiésel a base de ricino producido por Tecbio. Para tal fin están sembrándose 10 mil hectáreas de esa planta en el estado. Los investigadores implicados en el proyecto esperan que se cree un empleo cada dos hectáreas plantadas, con un rendimiento de 500 reales por hectárea. Con todas estas experiencias, se hace más fácil imaginar un futuro prometedor para el biodiésel en Brasil en muy poco tiempo, con grandes beneficios sociales, económicos y ambientales.
Diesel utilizó aceite vegetal
Luego la invención del motor diésel, a cargo del ingeniero francés de origen alemán Rudolph Christian Carl Diesel (1858-1913) al final del siglo XIX, se vislumbró por primera vez la posibilidad de usar aceites vegetales como combustible. Recién durante la primera década del siglo pasado empezó a producirse combustible diésel a base de petróleo. La primera patente de biodiésel elaborado con aceite de maní y metanol fue depositada en Japón en la década de 1940, y fue seguida por otras tres patentes estadounidenses en la década de 1950. En Brasil las investigaciones se iniciaron en los años 1980 con la creación del Programa de Aceites Vegetales (Oveg, sigla en portugués). Esta actividad pionera le cupo a la Universidad Federal de Ceará (UFC) – entre otras -, que fue responsable por la primera patente brasileña referente a un proceso de biodiésel. Investigadores cearenses produjeron el combustible con una mezcla de diversos aceites vegetales con metanol y etanol.
“El programa brasileño no tuvo éxito a la época por motivos económicos. Faltó una visión estratégica de largo plazo que permitiera la superar las deficiencias tecnológicas, como se hizo con el programa del alcohol (Proálcool)”, comenta el profesor Miguel Dabdoub. En los años 1990, los países de Europa empezaron a implementar programas de uso de biodiésel. En la actualidad dos millones de vehículos circulan en el continente con ese combustible. En Alemania y en Austria se emplea el biodiésel puro, mientras que en los demás países se lo mezcla con gasoil en una proporción de un 5% a un 20%. En 2005, un 2% de todo el combustible consumido en Europa provendrá de fuentes renovables. Y en 2010 dicho porcentual ascenderá al 5,75%.
Los Proyectos
Biodiésel Brasil
Coordinador
Miguel Dabdoub (USP)
Inversión
R$ 1.087.000,00 – asociaciones con empresas
Ensayo de Tractor Agrícola con Biodiésel
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación de la FAPESP
Coordinador
Afonso Lopes (Unesp)
Inversión
R$ 43.331,93 y US$ 4.117,59
Ómnibus Impulsado con Biodiésel
Coordinador
Luciano Bastos (Instituto Alberto Luiz de Coimbra de Posgrado e Investigación de Ingeniería de la Universidad Federal de Río de Janeiro – Coppe/ UFRJ)
Inversión
R$ 700.000,00 – divididos entre Coppe, Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Río de Janeiro (Faperj) y Petrobras
Biodiésel de Aceite de Ricino
Coordinador
Carlos Nagib Khalil (Petrobras)
Inversión
R$ 5.000.000,00 – empresa
Gasoil Vegetal
Coordinador
José Roberto Rodrigues Peres (Embrapa)
Inversión
R$ 50.000,00 – Embrapa
Biodiésel de Ricino para Ómnibus
Coordinador
Expedito Parente (Tecnologías Bioenergéticas – Tecbio)
Inversión
R$ 1,2 millones – R$ 775 mil de la Fundación Cearense de Apoyo al Desarrollo Científico y Tecnológico (Funcap) y Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT), R$ 300 mil de la Fundación Núcleo de Tecnología Industrial (Nutec) y R$ 125 mil de Tecbio
