Biocombustibles y etanol: combustibles líquidos de la materia viva

A lo largo de la historia humana, la principal fuente de energía para el transporte ha sido biológica: la energía metabólica de caballos, bueyes, camellos y otros animales convertía el pasto y el grano en el movimiento que trasladaba personas y mercancías. La sustitución de la tracción animal por combustibles líquidos derivados del petróleo en el siglo XX pareció romper el antiguo vínculo entre la biología y la energía para el transporte, pero los biocombustibles han resurgido como un componente significativo del suministro mundial de combustible para transporte, impulsados por las preocupaciones sobre la dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los biocombustibles son combustibles líquidos o gaseosos derivados de materiales biológicos, principalmente cultivos y residuos de cultivos, pero también aceites residuales, grasas animales y, en el futuro, posiblemente algas y madera, que pueden sustituir a los combustibles fósiles o mezclarse con ellos en los motores e infraestructuras existentes. El biocombustible más antiguo y simple es el etanol (alcohol de grano, o alcohol etílico) producido mediante la fermentación de materiales vegetales que contienen azúcar con levadura, el mismo proceso que produce la cerveza y el vino. El combustible líquido más antiguo quemado en motores fue probablemente el aceite vegetal: Rudolf Diesel, el ingeniero alemán que inventó el motor de ignición por compresión en la década de 1890, demostró su motor funcionando con aceite de maní en la Exposición Mundial de 1900 en París, y previó explícitamente los aceites vegetales como combustibles potenciales para sus motores.

Los biocombustibles modernos abarcan una diversa familia de tecnologías y materias primas: etanol a base de azúcar y almidón (de caña de azúcar, maíz, trigo y otros cultivos); etanol celulósico (de madera, paja y otros materiales lignocelulósicos); biodiésel (ésteres metílicos de ácidos grasos producidos a partir de aceites vegetales y grasas animales mediante transesterificación); aceite vegetal hidrotratado (HVO, un sustituto del diésel de incorporación directa producido mediante hidrocraqueado de aceites vegetales); y biocombustibles avanzados, incluido el combustible de aviación sintético obtenido a partir de la gasificación de biomasa y la síntesis de Fischer-Tropsch.

La industria mundial de biocombustibles es de enorme escala: los Estados Unidos, Brasil, la Unión Europea y China representan conjuntamente la mayoría de la producción mundial de biocombustibles, y solo los Estados Unidos y Brasil producen aproximadamente el setenta y cinco por ciento del etanol combustible del mundo. La producción mundial total de biocombustibles superó los doscientos mil millones de litros por año a mediados de la década de 2020, proporcionando aproximadamente entre el cuatro y el cinco por ciento del combustible mundial para transporte en términos de energía. Los biocombustibles han sido ordenados, subsidiados y promovidos en la mayoría de las grandes economías como componentes de las estrategias de seguridad energética y energía renovable, generando tanto una actividad económica significativa como una controversia sostenida sobre sus impactos ambientales y sociales.

La química y la historia de la fermentación

La producción de etanol mediante fermentación, es decir, la conversión anaeróbica de azúcares en etanol y dióxido de carbono por parte de la levadura, es uno de los procesos biotecnológicos más antiguos conocidos por la humanidad, practicado durante al menos nueve mil años para la producción de bebidas alcohólicas.

La química de la fermentación es simple en sus líneas generales: la glucosa (C6H12O6) es convertida por las enzimas de la levadura en dos moléculas de etanol (C2H5OH) y dos moléculas de dióxido de carbono (CO2) en ausencia de oxígeno. La vía metabólica, la vía glucolítica de Embden-Meyerhof más la alcohol deshidrogenasa, es una de las secuencias metabólicas más estudiadas en bioquímica y opera en Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadero y de cervecero) con una eficiencia notable, convirtiendo aproximadamente entre el noventa y el noventa y cinco por ciento del rendimiento máximo teórico de etanol a partir de glucosa pura.