El etanol de segunda generación podrá ser viable económicamente a partir de 2025

El desafío consiste en superar las actuales barreras agrícolas, industriales y tecnológicas, apunta un investigador brasileño. El tema marcó presencia en los debates del BBEST 2017

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – El etanol celulósico, que se obtiene de la paja y del bagazo de la caña de azúcar, al cual también se lo conoce con el nombre de etanol de segunda generación (2G), podrá ser viable económicamente a partir del año 2025; eso si se logran superar las actuales barreras agrícolas, industriales y tecnológicas en su producción, y si el sector azucarero-energético brasileño sale del estancamiento en que se encuentra.

Éste es el análisis del investigador Antonio Bonomi, coordinador de la división de inteligencia de procesos del CBTE – Laboratorio Brasileño de Ciencia y Tecnología del Bioetanol –que forma parte del Centro Nacional de Investigaciones en Ingeniería y Materiales (CNPEM)–, y miembro de la coordinación del Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN).

“En la actualidad a las empresas del sector de azúcar y energía les resulta claramente más interesante desde el punto de vista económico montar una nueva central destinada a la producción de etanol de primera generación que construir una de etanol de segunda generación integrada a una de primera generación, por ejemplo, pues el retorno de la inversión es mayor”, comparó Bonomi.

“Sin embargo, la tendencia indica que a mediano plazo –en el año 2025– el costo de producción del etanol celulósico se emparejará con el de primera generación, y a partir de 2030 el etanol de segunda generación será más barato que el de primera. Por supuesto que esto será así de superarse los actuales obstáculos agrícolas, industriales y tecnológicos, y si el sector sale del estancamiento en que se encuentra”, ponderó.

Los biocombustibles de segunda generación constituyen uno de los temas de debate en el Brazilian BioEnergy Science and Technology Conference (BBEST) 2017, un evento organizado por el BIOEN entre los días 17 y 19 de octubre en Campos do Jordão, en Brasil.

De acuerdo con Bonomi, quien coordina un proyecto que cuenta con el apoyo de la FAPESP y cuyo objetivo es la valorización de la cadena productiva descentralizada de biomasa para la producción de biocombustibles avanzados, el volumen de etanol de segunda generación que se produce actualmente en Brasil es muy bajo.

La capacidad de producción de las dos centrales destinadas a la producción de etanol de segunda generación existentes en la actualidad –una de Granbio, ubicada en São Miguel dos Campos, en el estado de Alagoas (nordeste de Brasil) e inaugurada en 2014, y la otra de Raízen, con sede en Piracicaba, en el interior de São Paulo, que entró en operación a finales de 2014– es de poco más de 100 millones de litros por año. No obstante, ambas usinas han producido menos de la mitad de dicha capacidad, según estima el investigador.

“Las dos centrales tienen una producción discontinua y se encuentran en etapa de aprendizaje de producción. Se emplean en ellas equipamientos que son aún poco eficientes y procesos que todavía presentan problemas que están identificándose paulatinamente para su resolución”, sostuvo.

El costo estimado de producción del etanol de segunda generación que calcularon los investigadores en julio de 2014 es de alrededor 1,50 reales por litro, en tanto que el costo de etanol de primera generación es de aproximadamente 1,15 reales.

Con todo, el costo del etanol de segunda generación podría caer hasta los 75 centavos de real por litro en 2015, un valor que podría reducirse hasta los 52 centavos en 2030, según estimó el investigador. En colaboración con colegas del CTBE, Bonomi realizó un estudio a pedido del Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES), en el cual se proyectó la evolución del costo de producción del etanol celulósico y la fecha en la cual esta tecnología se volvería económicamente factible en Brasil.

“A un costo de producción de 52 centavos de real por litro, el etanol de segunda generación sería competitivo aun si el precio internacional del barril de petróleo llegase al mínimo de 44 dólares por litro”, estimó el investigador.

Distintos escenarios

Para arribar a estos valores, los investigadores realizaron un sondeo inicial con 22 empresas y con expertos del sector de etanol, y efectuaron simulaciones computacionales en la Biorrefinería Virtual de Caña de Azúcar (BVC), una herramienta de simulación computacional desarrollada por el CTBE que permite analizar la integración de nuevas tecnologías a la cadena productiva de caña de azúcar y de otras biomasas en las etapas agrícola, industrial y comercial.

Las simulaciones se realizaron con base en distintos escenarios tecnológicos a corto plazo (de 2015 a 2020), a mediano plazo (de 2021 a 2025) y a largo plazo (de 2026 a 2030).

Uno de los escenarios representa el promedio actual de producción de etanol –fundamentalmente en la región centro-sur de Brasil–, contemplando una planta de etanol de primera generación con una capacidad de procesamiento de 2 millones de toneladas de caña de azúcar durante la zafra, con tecnología básica y sin integración energética.

Los demás escenarios se basan en el procesamiento de al menos 4 millones de toneladas de caña de azúcar con tecnología moderna, y comprenden tanto la producción de etanol de primera generación exclusivamente como también la de primera generación integrada a la de segunda y la de segunda generación independiente.

Los investigadores consideraron dos rutas tecnológicas para la producción de etanol de segunda generación: la primera mediante la fermentación separada de azúcares de cinco carbonos (xilosa) y la segunda a través de la cofermentación de los azúcares de cinco y seis carbonos (glucosa).

Los resultados de las simulaciones indicaron que, en la parte agrícola, una de las trabas para que el etanol celulósico se vuelva económicamente viable es el alto costo de la biomasa.

“El costo de la biomasa constituye un obstáculo no sólo para la producción de etanol de segunda generación, sino también para la producción del de primera”, dijo Bonomi.

Otros obstáculos son la falta de un sistema agrícola e industrial proyectado para concretar un uso completo de la caña de azúcar, considerando también la paja, y de una alternativa a la caña en el período situado entre zafras que le permita a una central operar durante entre 300 y 330 días al año, ante el actual promedio anual de entre 200 y 240 días.

“La llamada ‘caña energía’ [una variedad de caña de azúcar obtenida a través del cruzamiento de las especies Saccharum officinarum y Saccharum spontaneum, que posee un mayor tenor de fibras y menos azúcares en comparación con la caña convencional] puede ayudar en este sentido, puesto que tiene algunas características interesantes”, afirmó el investigador.

Una de dichas características consiste en que esas variedades de caña de azúcar que han sido desarrolladas por empresas tales como GranBio y Vignis, y por instituciones como el Instituto Agronómico (IAC), no requieren de estrés hídrico para aumentar su tenor de azúcar. Asimismo, podría cosechárselas también durante la estación húmeda, según explicó Bonomi.

En tanto, en el área industrial, uno de los principales obstáculos para hacer factible económicamente al etanol de segunda generación radica en los costos de capital –los equipamientos necesarios para su producción–, que aún son altos, consignó el investigador.

“Éste un problema que probablemente lo resolverá la curva de aprendizaje del proceso. La primera planta normalmente es siempre más cara, porque aún no existen los fabricantes de equipamientos adecuados para la producción”, ponderó Bonomi.

Y en la parte tecnológica uno de los principales problemas reside en el pretratamiento de la biomasa –con el objetivo de separar la lignina de la celulosa y de la hemicelulosa– para adecuarla al proceso de hidrólisis, mediante el cual se convierte a la celulosa y a la hemicelulosa en azúcares fermentables para producir el etanol de segunda generación.

“A esta etapa, de preparación del material lignocelulósico de manera tal de permitir la actuación de las enzimas que efectúan la rotura de los polímeros presentes en dicho material [la celulosa y la hemicelulosa], no se la domina totalmente, y aún se encuentran en desarrollo los aparatos necesarios para ello, que son caros”, explicó Bonomi.

Otro problema es el tiempo necesario para la concreción del proceso de hidrólisis, que actualmente es lento. Por esta razón, el costo del almacenamiento en tanques necesarios para realizarlo y el riesgo de contaminación son altos.

“Esto termina haciendo que la capacidad de producción de las centrales de etanol de segunda generación quede dimensionada con una escala mayor a los efectos de poder compensar las pérdidas que puedan producirse debido a eventuales contaminaciones en el proceso”, dijo Bonomi.

Un tercer cuello de botella tecnológico se hace presente en el proceso de fermentación de las pentosas, los azúcares resultantes de la rotura (hidrólisis) de la hemicelulosa, según apuntó el investigador.

Mientras que la rotura de la celulosa resulta en glucosa –que es un azúcar fácilmente fermentable en etanol–, la de la hemicelulosa produce azúcares de cinco carbonos (pentosas), a los cuales los microorganismos (levaduras) existentes en la actualidad no logran metabolizar fácilmente para producir etanol de segunda generación. Por eso la velocidad de producción del etanol de segunda generación con hemicelulosa es baja.

“Actualmente es posible producir etanol de segunda generación a gran escala mediante el hidrolizado de celulosa. En tanto, la producción partiendo del hidrolizado de hemicelulosa aún se encuentra en desarrollo, y el propio CTBE ha desarrollado una levadura modificada capaz de producir etanol a partir de pentosas”, dijo Bonomi.

“Los avances esperados las áreas agrícola, industrial y tecnológica llevarán a que el etanol de segunda generación se vuelva más barato que el de primera”, afirmó.

Rutas tecnológicas

Las dos centrales de etanol de segunda generación existentes en Brasil actualmente han implementado diferentes rutas tecnológicas.

Mientras que GranBio se basó en una ruta tecnológica llamada stand alone –con una central dedicada exclusivamente a la producción de etanol de segunda generación, sin estar integrada otra de primera generación–, Raízen (una joint venture entre la multinacional Shell y la brasileña Cosan) optó por construir una central integrada.

Una ventaja que exhibe el proceso tecnológico implementado en Raízen con relación al de GranBio consiste en la posibilidad de fermentar al menos el hidrolizado de celulosa junto con la sacarosa del jugo de caña de azúcar para obtener etanol de segunda generación, comparó Bonomi.

“En tanto que GranBio expresa una tendencia a transformar en etanol la mezcla del hidrolizado de celulosa con el hidrolizado de hemicelulosa –es decir, la combinación de los azúcares C6 [de la fracción celulósica] de la glucosa y de las pentosas–, la tecnología de Raízen cuenta con un proceso de más fermentación del C6 junto con la sacarosa, mientras que las pentosas pueden fermentarse aisladamente en la producción de etanol”, dijo el investigador.

No obstante, ambas centrales han afrontado desafíos tecnológicos con miras a producir etanol de segunda generación, fundamentalmente en la etapa de pretratamiento del material, consignó el investigador.

En una gacetilla enviada a Broadcast –el servicio de noticias en tiempo real del grupo Estado– a comienzos de junio, GranBio admitió que alteró el cronograma de inversiones y metas de producción de etanol celulósico debido a problemas tecnológicos relacionados con el pretratamiento y como consecuencia de la crisis económica. Así y todo, la empresa espera obtener un etanol de segunda generación tan competitivo como el fabricado a partir de la caña de azúcar en 2019.

Ante una consulta de Agência FAPESP, Raízen comunicó que uno de los puntos claves para el éxito que ha logrado con la producción de etanol de segunda generación en la central Costa Pinto, situada en la localidad de Piracicaba, consiste precisamente en la integración de la planta de segunda generación con la de primera generación, lo cual aporta considerables beneficios logísticos.

“La compañía apuesta a esta tecnología disruptiva y cree que los desafíos tecnológicos han sido superados. En este momento estamos buscando la confiabilidad mecánica de los equipos y un nivel satisfactorio de excelencia de la planta en general”, sostuvo la empresa en su comunicado.

Puede tenerse acceso al estudio intitulado "De una promesa a una realidad: cómo puede revolucionar la industria de la caña de azúcar el etanol celulósico. Una evaluación del potencial competitivo y sugerencias de políticas públicas", de Bonomi y otros, en el siguiente enlace: web.bndes.gov.br/bib/jspui/handle/1408/4283.