Desarrollo de combustibles sintéticos para automoción

Autor: José L.G. Fierro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid

La compañía automovilística Audi está implicada en el desarrollo de combustibles sintéticos con emisiones neutras de CO2. La firma ha puesto en marcha recientemente una planta piloto de producción de e-diesel en Dresde para demostrar la viabilidad de la industrialización de sus combustibles ecológicos. La planta, que opera según el principio “power-to-liquid” (de energía a líquido), requiere dióxido de carbono, agua y electricidad como materias primas. El dióxido de carbono se extrae directamente del aire y en un proceso independiente, una unidad de electrolisis alimentada con electricidad obtenida de forma sostenible produce hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se hace reaccionar con el dióxido de carbono en dos procesos químicos que se llevan a cabo a una temperatura de 220 ºC bajo presión de 25 bar. El producto obtenido es una mezcla de hidrocarburos, denominada “Blue Crude” (petróleo azul), del cual casi el 80 % puede transformarse a su vez en diésel sintético (e-diesel), libre de azufre y compuestos aromáticos, y con un índice de cetano elevado.

Las compañías automovilísticas  vienen mostrando gran interés en el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación de combustible con una baja huella de carbono, alternativos a los combustibles fósiles actuales. Los automóviles eléctricos, híbridos y alimentados con gas son algunos de los ejemplos que ya están funcionando en la actualidad. Un ejemplo significativo es la firma Audi que lleva algunos años inmersa en el desarrollo de una tecnología nueva en la que se parte de microalgas para producir combustibles sintéticos. Las investigaciones que han llevado a cabo demuestran que estos combustibles se comportan de igual manera que los combustibles convencionales.

En concreto, e-diésel y e-etanol, son los dos combustibles sintéticos que ha desarrollado la compañía. De estos biocombustibles, el e-etanol es el que se lleva probando en producción desde hace más de dos años en las instalaciones que tiene la marca en Estados Unidos y cabe esperar que el e-diésel seguirá el mismo camino de producción que el e-etanol. Los estudios de Audi demuestran que en el momento de la inyección los biocombustibles se comportan igual que los convencionales y, por sus características químicas, generan menos contaminantes durante la combustión. Para probar su eficiencia y el comportamiento, los técnicos trabajan en una cámara de pruebas especial, en la que simulan las condiciones de un motor de combustión. En la cámara de combustión de estos motores se alcanzan presiones internas de hasta 15 bar y temperaturas de 350 ºC. El proceso de combustión se sigue mediante una cámara de alta velocidad que capta, fotograma a fotograma, los procesos de inyección y de combustión cada 50 milisegundos.

Una línea estratégica de Audi ha sido su asociación con la empresa francesa de biotecnología Global Bioenergies para incrementar el potencial de fabricación de combustibles renovables. El objetivo de esta asociación ha sido el desarrollo de una técnica que utiliza bacterias modificadas genéticamente para convertir materia orgánica derivada de la biomasa en iso-octano, uno de los principales componentes de la gasolina. Mediante esta tecnología, las bacterias e-coli modificadas  producen en primer lugar isobutano, y después en una segunda etapa el isobutano se convierte en iso-octano mediante un coctel de levaduras. El iso-octano es  el hidrocarburo primordial de las gasolinas de automoción. Aunque todavía está lejos de ser rentable, o de poder ofrecer precios competitivos a los derivados del petróleo, este combustible fabricado biotecnológicamente tiene la ventaja de que puede utilizarse en los automóviles actuales sin necesidad de ninguna modificación. Según Global Bioenergies, ya está en marcha la construcción de dos plantas que permitirán producir unos 100.000 litros al año. Una cifra minúscula comparada con la extracción de petróleo de pozos, pero que puede ayudar a mejorar la técnica y acercarla a la viabilidad comercial.  

Otra línea estratégica de Audi es la fabricación de diésel sintético (e-diesel). Para ello, Audi se asoció con la empresa de biotecnología Joule (Bedford, Massachusetts). Básicamente el concepto utilizado por Joule  consiste en la modificación genética de los microorganismos que realizan la función clorofílica, de tal modo que  estos sintetizan directamente alcanos, cuya longitud de cadena es esencialmente la misma de los componentes del combustible diésel derivado del petróleo, o incluso etanol. En ambos casos los microorganismos sintetizan alcanos o etanol consumiendo solamente dióxido de carbono y luz solar. En la etapa final de estos  procesos biotecnológicos, el extracto se decanta para separarlos alcanos del agua o se destila  para separar el etanol.

La colaboración entre las empresas que participan en el desarrollo de los combustibles sintéticos y con la elaboración de balances LCA (Life Cycle Assessment), ayudan a los ingenieros a desarrollar combustibles aptos para el mercado, cuya producción podría dar comienzo en los próximos años.

M.S Ferry, J. Hasty and N.A. Cookson, Synthetic biology approaches to biofuel production, Biofuels (2012) 3(1), 9–12.

http://dx.doi.org/10.1155/2010/541698

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