BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA: BIOETANOL

Judith Rodríguez Salcedojrodriguezs@palmira.unal.edu.coProfesora Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.Directora Grupo de Investigación GEAL (Grupo de Investigación en Eficiencia Energética y Energías Alternativas)

Que son los Biocombustibles?

RESOLUCION 180687 MINMINAS ALCOHOL CARBURANTECompuesto orgánico líquido, de naturaleza diferente a los hidrocarburos, que tiene en su molécula un grupo hidroxilo (OH) enlazado a un átomo de carbono. Para los efectos de esta Resolución se entiende como alcohol carburante al Etanol Anhidro obtenido a partir de biomasa.

COMBUSTIBLES OXIGENADOSSon mezclas de combustibles básicos (para MCI) derivados del petróleo con alcoholes carburantes en una proporción reglamentada

Ley 939 – 31 de diciembre de 2004- (Congreso de la República)Definición: Los biocombustibles son aquellos combustibles líquidos o gaseosos que ha sido obtenidos de un vegetal o animal que se pueden emplearse en procesos de combustión y que cumplan con las definiciones y normas de calidad establecidas por la autoridad competente, destinados a ser sustituto parcial o total del Diesel utilizado en motores de este

EVOLUCION CONSUMO DE BIOCOMBUSTIBLES

PETROLEOProducto del subsuelo. Mezcla de compuestosPrecio = f(Calidad):Livianos" > 26 ° API. Intermedios entre 20º - 26º API, Pesados" < 20º API

Estación de recomprensión

RefineríaCOMBUSTIBLES REFINADOS

• Gasolina motor corriente y extra - Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.

• Turbo combustible o turbosina - Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A.

• Gasolina de aviación - Para uso en aviones con motores de combustión interna.• ACPM o Diesel - De uso común en camiones y buses.• Queroseno - Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el

que comúnmente se llama "petróleo".• Cocinol - Especie de gasolina para consumos domésticos. Su producción es

mínima.• Gas propano o GLP - Se utiliza como combustible doméstico e industrial.• Bencina industrial - Se usa como materia prima para la fabricación de

disolventes alifáticos o como combustible doméstico• Combustóleo o Fuel Oil - Es un combustible pesado para hornos y calderas

industriales.

COMBUSTIBLES COMUNES

POLITICA ENERGETICA:1. MOTIVACIONES: FOMENTO AGRICOLA, SUSTITUCION COMBUSTIBLES FOSILES, MEJORA CALIDAD DE AIRE

2. USO DE BIOCOMBUSTIBLES3. IMPACTOS : Ambientales, energéticos, socioeconómicos. Nuevos productos disponibles. Impacto sobre vehículos Actuales y Nuevos. Fabricantes vehículos autopartes4. LEGISLACION Y NORMATIVA Incentivos para la producción de biocombustiblesMarco regulatorio definido (Calidad de los biocombustibles, almacenamiento distribución). Experiencias internacionales. Difusión y conocimiento público

MARCO LEGAL EN COLOMBIA

LEY DE 693 2001 (Uso de alcoholes carburantes en Colombia)

Las gasolinas que se utilicen en el país, tendrán que contener compuestos oxigenados tales como alcoholes carburantes

Se decreto que el uso del alcohol carburante recibirá un tratamiento especial en las políticas sectoriales de autosuficiencia energética, de producción agropecuaria y de generación de empleo

LEY 939 DE 2004 (Se estimula la producción y comercialización debiocombustibles para uso en Motores diesel)

El combustible diesel que se utilice en el país podrá contener biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en motores diesel en las calidades que

establezcan el Ministerio de Minas y Energía y el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

ESTÍMULOS TRIBUTARIOSLEY DE 788 2002 (Reforma Tributaria)

• ARTÍCULO 31- 88: Se declara exento del IVA al alcohol carburante Se exoneró del pago del impuesto global y de la sobretasa al porcentaje de alcohol carburante que se mezcle con la gasolina motor.

LEY 939 DE 2004 (Se estimula la producción y comercialización debiocombustibles para uso en Motores Diesel)

• ARTICULO 8°,9º. El biocombustible de origen vegetal o animal para uso en motores Diesel de producción Nacional con destino a la mezcla con ACPM estará exento del impuesto a las ventas Y exento del impuesto global al ACPM•ARTICULO 1°. Consíderase exenta la renta líquida generada por el aprovechamiento de nuevos cultivos de tardío rendimiento en cacao, caucho, palma de aceite, cítricos, y frutales, los cuales serán determinados por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural. La vigencia de la exención se aplicará dentro de los diez (10) años siguientes a la promulgación de la presente ley.

RESOLUCION 180810 de Mayo 30 de 2008Precio del Galón de Alcohol Carburante: $ 4.496.88

RESOLUCIÓN 18 0687 DE 2003, MODIFICADA A TRAVÉS DE LA RESOLUCIÓN 18 1069 DE 2005 (Ministerio de Minas y Energía)Regulación técnica en relación con la producción, acopio, distribución y puntos de mezcla de los alcoholes carburantes y su uso en los combustibles nacionales e importados-

FORMULA QUIMICA DEL ETANOL: C2H5OH (35% de oxígeno)

Agua Metanol Etanol MTBE H H H H H O H H C O H H C C O H H H C H H H H H H C C O C H H H C H H H H H H H C H H H C H H H C C C C C H H H C H H H H H

26 700109/989034209

34 90091/80376

-50222

014,5

Calor espec

í fico (

kJ / kg

)Nú mero de octano

(RON/MON)*Calor latente de vaporización

(

kJ / kg

)Temperatura de ignición

(

°C )Relaci

ón estequiom

étricaaire/combustible

ETANOL

GASOLINA

CARACTER ÍSTICAS COMPARATIVAS ENTRE EL ETANOL Y LA

GASOLINA(3)

BENEFICIOS CALIDAD DE AIRE ETANOL LLEVA O2: MENORES CONSUMOS O2 ETANOL MEJORA COMBUSTION: CO REDUCE CONSIDERANLEMENTE CO2 MANTIENE PROBABLE FORMACION NOX REDUCE CONSUMO ENERGIAS FOSILESLA COMBUSTION DE HIDROCARBUROS: GENERA COMPETENCIA POR OXIGENO, PRODUCE GEI CON APRECIABLES CONTENIDOS DE CO

LA COMBUSTION DE COMBUSTIBLES OXIGENADOS: GENERA MENOR COMPETENCIA POR OXIGENO, PORQUE LLEVA EL OXIGENO EN LA MOLECULA, PRODUCE GEI CON POCOS CONTENIDOS DE CO

HISTORIA DEL ALCOHOL

1920 General Motor investiga uso OH 1930 Mercado de Mezclas Ex Nebraska 1979 EPA permite mezclas E5,4 hasta E10 y permite E10 mas 2% de MTBE

(4% mas de Oxigeno) 1989 EPA reduce RVP en gasolinas

USO DE ALCOHOL Suecia, Alemania, Brasil, España, Estados unidos Diversas mezclas Exx, .

*Brasil E100 y Estados Unidos, Tecnología Flex Fuel

PROPIEDADES FISICOQUIMICAS ASOCIADAS AL ETANOL

POLARIDAD:Polaridad genera cohesión molecular. El etanol tiene polaridad similar a la del agua, son muy afines.Alcohol mas afín con el agua que con los HCs de la gasolina

Cuando alcohol se disuelve en gasolina se reduce cohesión molecular y el alcohol actúa como un gas (se expande)

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Etanol conduce la electricidad: procesos corrosivos alcohol con agua

EXPANSION VOLUMETRICA En la proporción E10 se expande el volumen del combustible en 0.1 a 0.6 %

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIONAlcoholes: mayor calor latente de vaporización, que las gasolinas (903 Vs. 376 kJ/kg). Esto se traduce en encendido del motor más difícil, situación que compensa en parte con mayor volatilidad de mezcla.

VOLATILIDAD (Presión de vapor Reid)Etanol puro tiene RVP bajo (2.4 psi); las Gasolinas, entre 7 y 15 psi.Etanol siempre aumenta el RVP de mezcla, pero no en proporción directa a la concentración de etanol.Resolución 1565 2004 MINMINAS: Calidad de gasolina básica RVP máx.: 8.5 ---8.0 psia, Calidad de gasolina oxigenada RVP: 9.3 psia

CALIDAD DE LA GASOLINA: NORMA ASTM 4814. Requisitos de Volatilidad de Gasolina. Calidad gasolina en Colombia A: 10 % de Evaporación a T= 158°F; 50 % de Evaporación a T= 170-250°F; 90 % de Evaporación a T= 374°F¸punto final de ebullición T= 437°F; RVP 8.0 psia (E10 RVP= 9,3). EPA permite que el E10 exceda atañe 10 psi por encima de RVP de la gasolina básica.

EFECTOS DEL RVPPara combustión eficiente el combustible debe entrar a la cámara de combustión en forma de vapor.

Alto RVP causa falla por intermitencia en suministro de combustible y aumento en perdidas por evaporación. Afecta manejabilidad

Bajo RVP dificulta encendido y causa respuesta pobre a aceleración. Afecta manejabilidad

El RVP Varía directamente con la temperatura del combustible. A mayor temperatura, mayor volatilidad.

En países con estaciones, se regula por áreas y estaciones climáticas. En verano es del orden de 7.0 psia y en invierno alrededor de 13 psia.

MATERIAS PRIMAS PARA PRODUCCION BIOETANOLBIOMASA: CAÑA DE AZUCARREMOLACHA AZUCARERAMAIZ, BATATA, YUCAMATERIAL LIGNO-CELULOSICO

PRINCIPALES PRODUCTORES BIOETANOL

En E.U. existen 74 plantas que producen etanol de maíz y existen otras 15 en construcción.• Europa, Japón, India y China consumen 4500 millones de litros de etanol. En el viejo continente planean mezclar en 2010 un 5,75% de este combustible con nafta.Nigeria produce 39 millones de toneladas métricas de yuca, su meta es usar la mayor parte de esta como materia prima para etanol.Francia tienen sistemas para producir en la misma planta, etanol de remolacha durante el otoño, y de trigo el resto del año. Próximamente se pondrá en marcha en Francia una planta de 2,6 millones de hectolitros de bioetanol, y otra de 3 millones de hectolitros.

Actualmente, Brasil es el principal productor mundial de etanol de caña. Produce alrededor de 315 millones de toneladas de caña , y cerca de 2/3 de esta es utilizada para la producción de etanol. Brasil cuenta con cerca de 300 destilerías y más de 225 ingenios.

COMPETITIVIDAD COMPARATIVA

PRODUCTORES DE ALCOHOL:INGENIOS CAUCA (300000 l/dia), MANUELITA (275000 l/dia), MAYAGUEZ (250000 l/dia) PROVIDENCIA (150000 l/dia), RISARALDA (100000 l/dia).

CONSUMIDORES AREA INFLUENCIA DE DISTRIBUIDORES MAYORISTAS EN i)SUROCCIDENTE COLOMBIANO, ii)BOGOTA HASTA VILLAVICENCIO

TECNOLOGIA DE PRODUCCION DE ALCOHOL CARBURANTE A PARTIR DE CAÑA. CADENA PRODUCTIVA

1. FABRICA DE AZUCAR produce: Azucar, Jugos y mieles, EnergíaPlanta de producción de alcohol PAC: aprovecha las mieles y parte del jugo para: fermentar, destilar( produce etanol hidratado), deshidratar (produce etanol anhidro 99.6%).

Etanol se almacena cumpliendo la NTC 5389: ETANOL ANHIDRO COMBUSTIBLE DESNATURALIZADO Y SU MEZCLA CON GASOLINAS. ALMACENAMIENTO

REQUISITOS DE ALMACENAMIENTO:• Materiales• Manejo en plantas de produccion y distribuidores mayoristas y minoristas• Tanques y cubiertas de tanques

Para el cargue de despacho se desnaturaliza con gasolina (1%).

2. Transporte de alcohol anhidro deshidratado: requiere tanques dedicados cumpliendo la NTC 5414 ETANOL ANHIDRO DESNATURALIZADO. TRANSPORTE , la cual establece: El carrotanque o camión cisterna debe cumplir los requisitos de la normas vigentes, para cargue por el fondo y sistemas de seguridad (véase el Anexo E)

….el Etanol, líquido inflamable de la Clase 3, se puede transportar en tanques DOT 406, DOT 407, DOT 412 y en otros de mayores especificaciones por tener Flash Point de 13 °C (55 °F) y Presión de Vapor de 2,3 PSIa a 37,8 °C (100 °F)

Cada etapa de la cadena debe garantizar cumplimiento de la calidad del Etanol, conforme la NTC 5308 ETANOL ANHIDRO COMBUSTIBLE DESNATURALIZADO Y SU MEZCLA CON GASOLINAS.

LOS ACTORES DE LA CADENA PRODUCTIVA están regulados por RESOLUCION 180687 MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA: REGULACION TECNICA o Reglamento Técnico, tiene por objeto establecer los requisitos técnicos y de seguridad para la producción, acopio, distribución y puntos de mezcla de alcoholes carburantes, de conformidad con lo dispuesto en la Ley 693 de 2001, con el propósito de minimizar los eventuales riesgos que puedan afectar la seguridad de los usuarios, prevenir prácticas que induzcan a error y disminuir las emisiones al medio ambiente por su uso.Campo de aplicación de la Regulación Tecnica:

Producción, despacho y comercialización de alcoholes carburantes.• Cantidad y calidad de los alcoholes carburantes.• Transporte de alcoholes carburantes.• Mezcla de alcoholes carburantes con combustibles básicos.• Distribución Mayorista de Combustibles Oxigenados.• Distribución minorista de combustibles oxigenados

3. Distribuidos Mayorista. Realiza la mezcla Gasolina – Etanol hasta obtener E10. La mezcla se realiza en linea en el momento de cargue del transportador hacia estaciones de servicio EDS4. Transportador mezcla de combustible E10.5. EDS para aceptar y recibir una entrega de combustible E10, realizara una prueba de calidad al combustible siguiendo la metodología y los pasos dados en el Artículo 30 Resolución 181069 de 2005 Ministerio de Minas y Energía.La EDS esta obligada a mantener sus instalaciones y tanques de almacenamiento de combustible protegidos de cualquier contaminación con agua.

PERSPECTIVAS DE INVESTIGACION1.Comprobar y mejorar eficiencia energética comparativa

0

2

4

6

8

10

12

Sugarcane Sugar beet Wheat straw Corn Wood

ethanol feedstock

ener

gy o

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t/inp

ut ra

tio

2.Comprobar y mejorar productividad y eficiencia de producción

3. Desarrollo de tecnologías de segunda Generación para producción Etanol

MEDIO AMBIENTE

Producción de VINAZAS: 2 lt vinaza/lt etanol (Colombia) FERTIRRIGACIÓN y COMPOSTAJE

Las vinazas contienen en promedio, 8.43% de materia seca, 3.3% de cenizas, 0.64% de nitrógeno total, 4% de proteína cruda, 0.95% de carbohidratos totales 0.75% de azucares reductoras, 0.29% de sodio, 0.94% de potasio, 030% de calcio, 0.7% de magnesio. Una DQO de 40 g/l y una DBO de cerca de 50 g/l. Las vinazas poseen también varios compuestos fenolitos tales como el ácido gálico, y otros, que contribuyen a su alta carga contaminante e inhiben el desarrollo de las bacterias anaerobias en los procesos de fermentación, otros componentes de las vinazas son los taninos (3-4 g/l) y los sulfatos (3-8 g/l).” Vinazas: Transformación de un Residuo contaminante en un Residuo Útil. UNICAUCA CIENCIA – Universo de la ciencia, la cátedra y la investigación – Volumen 1 Marzo de 1996 – I. Bravo y E. Giraldo.

El Compostaje de Vinazas es el metodo de disposición de las mismas en 4 de los 5 productores mayores de Etanol en Colombia. Utiliza la cachaza ( residuo de la planta de fabricación de Azucar), bagazo y vinaza. Tiempos de producción relativamente altos (45 a 55 dias) en comparación con los volúmenes de producción de vinaza diarios/ ingenio.

SEGURIDAD ALIMENTARIA

Cultivo

Rendimiento Agrícola

Rendimiento en Alcohol

Tn/Ha/Año l/Tn l/Tn/Año Caña De Azúcar 40 - 20 70 2.800 - 8400

Yuca 10 - 40 180 1.800 – 7200

Camote 10 - 40 125 1.250 – 5000 Remolacha Azucarera 10 - 40 120 1200 - 4800

Zorgo Dulce 20 - 60 55 1.100 – 3.300

Maíz 1 - 40 400 400 – 1.600