DrümLos camiones y los ómnibus brasileños funcionan desde 2008 con un porcentaje de biodiésel elaborado con aceites vegetales o grasa animal agregado al tradicional diésel de petróleo o gasoil. Al comienzo era un 2% y a partir de 2010, el porcentaje de combustible renovable y menos contaminante se elevó hasta un 5%. Pero la producción se incrementa y con ello aparece un problema. ¿Qué hacer con el glicerol que sobra en una proporción de 100 kilogramos por cada mil kilogramos de biodiésel producidos? La solución, tal como lo muestran varias investigaciones desarrolladas en el país, reside en transformarlo en un producto con valor agregado, de acuerdo con un estudio premiado llevado a cabo en la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), con el que se obtuvo un supresor de polvo elaborado con glicerol. Se trata de un líquido que puede pulverizarse sobre los vagones cargados con mineral de hierro en el trayecto entre existente las minas y las unidades de procesamiento o hasta los puertos de exportación. Esta tarea evita que las partículas del material se liberen en la atmósfera por acción del viento o la lluvia, provocando pérdidas económicas, daños ambientales y perjuicios para la salud de los habitantes de las cercanías de las vías férreas.
“El supresor elaborado por nuestro grupo, denominado Fragdust, resulta más eficaz que los disponibles producidos comercialmente mediante derivados del petróleo, pues forma una capa dúctil y resistente sobre el mineral, incluso en bajísimas concentraciones, lo cual no ocurre con otros supresores. Además, cuesta alrededor de un 60% del valor de sus similares en venta en el mercado”, dice el químico Miguel Araújo Medeiros, docente de la Universidad Federal de Tocantins (UFT). La innovación, desarrollada en conjunto con el Grupo de Tecnologías Ambientales de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), coordinada por el profesor Rochel Lago, fue licenciada para la empresa Verti Ecotecnologias, de Belo Horizonte, que está estudiando la producción del material a escala industrial. El Fragdust les redituó a los investigadores brasileños importantes premios internacionales, como lo fueron los primeros lugares en el Global Startup Workshop 2012, organizado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Estambul, Turquía, así como en el Idea to Product Global 2011, llevado a cabo en Estocolmo, Suecia; dos competencias enfocadas en nuevas tecnologías y emprendedorismo.
Con el avance del programa nacional de biodiésel –el año pasado se fabricaron 2.600 millones de litros de biocombustible y la producción estimada para 2020 es de 14.300 millones de litros–, el volumen generado de glicerol resulta enorme y muy superior a la demanda. El año pasado sumó unas 260 mil toneladas tan sólo como subproducto del biodiésel, un volumen casi ocho veces superior a la demanda, estimada en alrededor de 40 mil toneladas. Los mercados tradicionales de esta sustancia, popularmente conocida como glicerina –un término utilizado para referirse al producto en forma comercial, con una pureza por encima del 95%–, son las industrias cosméticas, de medicamentos, alimenticias y químicas.
Hasta 1949, todo el glicerol producido en el mundo era proveniente de la industria del jabón, también como un subproducto. Luego surgió la glicerina sintética derivada del petróleo. A partir de mediados de la década pasada, cuando el biodiésel comenzó a producirse en grandes volúmenes y en diversos países, se produjo una explosión en la producción y en la oferta de glicerol. Actualmente, se calcula que 1,5 millones de toneladas de esa sustancia provienen solamente de las centrales de biodiésel instaladas en el planeta. Argentina, con 3.300 millones de litros, se convirtió en 2011 en el mayor productor mundial de biodiésel, superando a Estados Unidos (3.100 millones de litros), Brasil y Alemania (2.400 millones de litros), según informes de la Asociación de Productores de Biodiésel de Brasil (Aprobio), una entidad que reúne entre un 60% y un 70% de la capacidad instalada de producción de biodiésel en el país.
Buena parte de la glicerina generada en las centrales de biodiésel de Brasil se quema en hornos y calderas para generar energía calórica en las unidades industriales, tal como sucede durante la producción de dicho biocombustible, además de industrias cerámicas, siderúrgicas, etc. “Es una actividad ambientalmente correcta, puesto que el glicerol reemplaza a la leña y a los combustibles fósiles, tales como el fueloil y el carbón”, afirma Expedito José de Sá Parente Júnior, miembro del comité técnico de Aprobio. En su opinión, los grandes productores de biodiésel, tal como es el caso de Oleoplan, de Rio Grande do Sul, también exportan sus excedentes de glicerina hacia otros países, donde la sustancia se utiliza como materia prima en los mercados tradicionales. “La quema del producto para generar calor y la exportación a China, son los dos destinos principales del glicerol y del biodiésel”, manifiesta Parente Júnior. Sin conocer más detalles, él indica que el glicerol producido en Argentina y Alemania también se envía hacia China, donde se consume mucho y no se produce biodiésel.
EDUARDO CESARMuestra de biodiesel, en amarillo claro, y el glicerol, más denso, en la parte inferiorEDUARDO CESAR
Parente sostiene que la alta producción de esta sustancia debe tomarse como una oportunidad, y no como un problema. “Es necesario que surjan tecnologías que apunten a agregarle valor al producto”, expresa. “Está consensuado que la glicerina es una materia prima abundante y de bajo costo, y que cuenta con potencial químico para el desarrollo de nuevos productos y procesos con mayor valor agregado. Pero de nada sirve idear alternativas que no cuenten con gran demanda, equivalente a la de la oferta de glicerina, pues sin aplicaciones a gran escala, seguiremos quemando y exportando el glicerol”.
Propileno verde
La transformación del glicerol en supresor de polvo es tan sólo uno de los esfuerzos tendientes a dotar de un destino adecuado al residuo. Algunas iniciativas son fruto de una cooperación entre las universidades y la iniciativa privada. Ése es el caso de un proyecto que involucró a Quattor, una petroquímica adquirida hace dos años por Braskem, y la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ). “En 2006, la empresa nos convocó, interesada en la conversión del glicerol en propileno”, recuerda el profesor Cláudio Mota, del Instituto de Química de la UFRJ. El propileno, una resina que se obtiene a partir de derivados del petróleo, es una de las principales materias primas en la industria petroquímica. Se emplea para la fabricación de polipropileno, un polímero ampliamente utilizado para elaborar piezas de automóviles, electrodomésticos y envases para alimentos y productos de limpieza. Según Mota, aunque en aquella época no había referencias en la literatura científica al respecto de la conversión del glicerol en propileno, su grupo logró desarrollar un catalizador y un proceso eficiente, que acabaron generando una patente para la universidad y la empresa Quattor.
Los resultados fueron alentadores y la empresa llegó a planificar la construcción de una fábrica piloto para el procesamiento del glicerol. “Desgraciadamente, luego de que Quattor fuera adquirida por Braskem, el proyecto no prosperó, pues la empresa detectó problemas logísticos con el transporte de la materia prima, ya que la fábrica se instalaría en São Paulo y los principales fabricantes de biodiésel se encuentran en la región centro-oeste del país. Además, Braskem ya poseía otros proyectos para la fabricación de propileno a partir de materiales renovables”, afirma Mota. “Continuamos con nuestras investigaciones y estamos buscando un nuevo colaborador”.
Braskem también está abocada a un trabajo, en colaboración con docentes del departamento de ingeniería química de la Escuela Politécnica en la Universidad de São Paulo (USP), que pretende convertir el glicerol en los compuestos químicos 3-hidroxipropionaldehído (3-HPA) y 1,3 propanodiol (1,3 PD), sustancias químicas con alto valor agregado. Los mismos utilizan para la conservación de alimentos y para la producción de polímeros, además de ser precursores de compuestos químicos importantes para la cadena petroquímica. El proyecto, que cuenta con patrocinio en el marco del Programa de Apoyo a la Investigación en Colaboración para la Innovación Tecnológica (Pite) y por el Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (Bioen), tiene como objetivo realizar la conversión del glicerol por vía biotecnológica, utilizando microorganismos genéticamente modificados, entre los que se encuentra la bacteria Caulobacter crescentus.
Durante ese estudio, que comenzó en 2010, los investigadores lograron establecer la ruta biotecnológica, pero se toparon con el alto costo del medio de cultivo de los microorganismos, lo cual encarecía el proceso. Este obstáculo se superó hace cuatro meses, cuando el equipo sustituyó el medio de cultivo tradicional por vinaza, un subproducto de la industria sucroalcoholera. “Ese descubrimiento otorgará factibilidad económica al proceso biotecnológico que estamos desarrollando”, asegura el profesor Cláudio Oller, uno de los responsables del proyecto, coordinado por el profesor Carlos Frederico Menck, del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB) de la USP.
Etanol e hidrógeno
En la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), un grupo de científicos desarrolla una línea de investigación similar a la de la USP. Además del 1,3 propanodiol, ellos piensan producir, también por vías biotecnológicas, etanol e hidrógeno a partir del glicerol de biodiésel. “Nuestra investigación se encuentra dividida en diversas etapas. La primera, ya completada, fue la identificación de los agentes biológicos capaces de metabolizar el glicerol residual. La segunda fase, de pruebas, está en proceso y prevé completar el estudio de la fisiología de las bacterias del género Klebsiella pneumoniae. La siguiente etapa es el trabajo de optimización y operación de biorreactores con el cultivo de esos microorganismos. Ya se están realizando pruebas preliminares con prototipos de biorreactores proyectados y construidos por nosotros”, informa el ingeniero químico Marco Antônio Ayub, docente del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la UFRGS.
Ilustraciones: DrümEl investigador subraya que el proceso se mostró técnicamente factible, con las cepas convirtiendo óptimamente el glicerol sin ningún tratamiento previo para extraer impurezas y con buenos índices de producción. “Esto indica que el proceso es económicamente factible. Pero ese tema aún no se ha profundizado en nuestro grupo. Necesitamos calcular los costos”, dice Ayub. Según dice, ya existe un interés concreto de al menos tres empresas. “Una de ellas quiere fabricar equipamientos asociados con esa tecnología y las demás están interesadas en producir etanol mediante este proceso. Por secreto comercial, no puedo revelar el nombre de los interesados”, manifiesta. La investigación cuenta con recursos de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Rio Grande do Sul (Fapergs).
Generación de electricidad
En la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), la ingeniera química Juliana Albarelli es autora de un estudio que verificó la factibilidad del uso del glicerol como combustible destinado a la producción de electricidad y de vapor mediante un sistema de cogeneración. La idea de la investigadora consiste en emplear la energía generada durante la producción de biodiésel, reduciendo el costo de fabricación y aportando así un beneficio económico a la empresa. “Utilizamos software para la programación y el análisis energético y económico, verificando que solamente se necesitaría un 50% de la electricidad generada para alimentar el proceso de producción de biodiésel. El 50% excedente podría venderse a la comunidad local o a la concesionaria de la región, generando otra fuente de ingresos para la empresa”, dice Albarelli. Los resultados del trabajo revelaron que la inversión inicial en la unidad de cogeneración se amortizaría en cuatro años. Empero, todavía deben sortearse diversos obstáculos. El primero de ellos es el desarrollo de un sistema que realice la conversión. “No tengo información de ninguna tecnología a nivel industrial en fase de desarrollo”, afirma Albarelli.
El grupo del profesor Carlos Mota, del Instituto de Química en la Universidad Federal de Río de Janeiro, trabaja en la producción de bioaditivos a base de glicerol. “Uno de los aditivos que desarrollamos sirve para mejorar la fluidez del biodiésel, principalmente el que se produce a partir de sebo bovino. Ese tipo de biodiésel comienza a solidificarse cuando se encuentra a temperaturas inferiores a 15 ºC, algo común en muchas ciudades del sur del país”, dice Mota. Su equipo también desarrolló un bioaditivo con propiedades antioxidantes, con potencial para utilizarse en diversas aplicaciones industriales. “Puede emplearse para la preservación de alimentos o mezclado con el biodiésel elaborado a base de soja, que requiere de un antioxidante para no sufrir degradación química cuando se entra en contacto con el aire”, explica el investigador de la UFRJ. Muchos de estos oxidantes son importados y costosos. Su producción a partir de una fuente renovable, tal como lo es el glicerol del biodiésel, representa no sólo una ventaja ambiental, sino también una mejora económica relevante para el país.
El Proyecto
Desarrollo de estrategias para la conversión del glicerol vía rutas biotecnológicas y química (nº 2008/03620-1); Modalidad Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen); Coordinador Carlos Frederico Martins Menck – USP; Inversión R$ 255.050,11 y US$ 211.297,51 (FAPESP)
Artículos científicos
ROSSI, D.M et al. Bioconversion of residual glycerol from biodiesel synthesis into 1,3 propanediol and ethanol by isolated bacteria from environmental consortia.
Renewable Energy. v. 39, n. 1, p. 223-27. Mar. 2012.
MEDEIROS, Miguel A. et. al.Use of glycerol by-product of biodiesel to produce an efficient dust suppressant.
Chemical Engineering Journal. v. 180, p. 364-69. Ene. 2012.
ALBARELLI, J. Q. et. al. Energetic and economic evaluation of waste glycerol cogeneration in Brazil. Brazilian Journal of Chemical Engineering. v. 28, n. 4, p. 691-98. 2011.
