11.4: Economía de la producción de biodiesel, incluida la economía de las algas

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11.4 Economía de la producción de biodiesel, incluida la economía de las algas

Una de las principales materias primas para el biodiesel es el aceite de soja o cualquier otro aceite vegetal. También se pueden usar grasas animales, pero como se señaló en una lección anterior, las grasas animales pueden producir más subproductos que causan problemas (es decir, ácidos grasos libres que pueden causar la formación de jabón). La jatrofa es otro aceite utilizado para la producción de biodiesel. El biodiesel de segunda generación se puede producir a partir de algas, y el uso de algas para la producción de biodiesel es un mercado en crecimiento (Figura 11.8). La materia prima es el costo principal involucrado en la producción de biocombustibles. Haas et al (2006) estiman que el costo del petróleo es de ~ 85% de los costos de producción, mientras que Duncan (2003) estima que es de ~ 80% de los costos de producción.

ver descripción del texto a continuación — Figura 11.8: Producción global de biodiesel por materia prima.

**Haga clic aquí para ver una alternativa de texto a la Figura 11.8**

**Producción global de biodiesel en miles de millones de litros por Materia Prima de 2007-2019. Todos los valores son aproximaciones visuales**

**Año** **Aceite Vegetal** **Nob Agrícola (grasas animales)** **Jatrofa** **Basado en biomasa (2da generación)** **Total**

**2007-2009** 13 **1.75** **.25** 0 15

**2010** **18.5** **2.25** **.25** 0 21

**2011** 20 **2.5** .5 0 23

**2012** **21.25** **3.5** **.75** 0 **25.5**

**2013** **22.75** **3.25** 1 0 27

**2014** **24.5** **3.5** **1.25** 0 **29.25**

**2015** **26.75** **3.25** **1.5** 0 **31.5**

**2016** **27.5** **3.5** **2.75** **.25** 34

**2017** 29 **3.75** **2.5** 1 **36.25**

**2018** **29.75** **3.75** **2.5** 1 **36.25**

**2019** 31 4 3 **2.5** **40.5**

**Crédito: El Sitio de Cultivo**

Año	Aceite Vegetal	Nob Agrícola (grasas animales)	Jatrofa	Basado en biomasa (2da generación)	Total
2007-2009	13	1.75	.25	0	15
2010	18.5	2.25	.25	0	21
2011	20	2.5	.5	0	23
2012	21.25	3.5	.75	0	25.5
2013	22.75	3.25	1	0	27
2014	24.5	3.5	1.25	0	29.25
2015	26.75	3.25	1.5	0	31.5
2016	27.5	3.5	2.75	.25	34
2017	29	3.75	2.5	1	36.25
2018	29.75	3.75	2.5	1	36.25
2019	31	4	3	2.5	40.5

Las figuras 11.9a y 11.9b muestran los desafíos de la economía detrás de la producción de biodiesel. La Figura 11.9a muestra el precio de equilibrio del biodiesel trazado con el precio real del biodiesel. La mayoría de los años, el precio del biodiesel y el precio de equilibrio fueron los mismos. Pero en 2011 y 2013, el biodiesel se vendió a un precio más alto que el precio de equilibrio, un buen indicador de la demanda. En la Figura 11.9b, podemos ver que en la mayoría de los años, el precio de ULSD fue inferior al del biodiesel, en ~$1 por galón, pero a finales de 2013 y 2014, el precio era casi el mismo y el margen entre los dos estuvo mucho más cerca. Nuevamente, esto sugiere una mayor demanda de biodiesel así como los costos cada vez más cercanos al procesamiento del petrodiesel.

Se eleva en 2007-2008. Cae entre picos 2008-2010 en 2011 y 2013. Precio y líneas de equilibrio similares excepto en 2011 y 2013 -precio es mayor — Figura 11.9a: Precio semanal del biodiesel y precio de equilibrio en la planta de Iowa, 2007-2014.

*Crédito: OPIS*

ULSD y biodiesel siguen fluctuaciones similares, pero el biodiesel es aproximadamente $1 + más. Circula alrededor de 2014 - ambos precios son similares y bajan — Figura 11.9b: Precio semanal al por mayor de diésel ultrabajo en azufre (ULSD) y biodiesel en Chicago, 2007-2014.

*Crédito: OPIS*

La mayor parte de la información que estamos viendo se basa en la producción de aceite de soja, pero como hemos comentado en las Lecciones 9 y 10, el biodiesel se puede producir de formas distintas a la transesterificación y puede producirse a partir de otras fuentes, como las algas. La razón para producir biodiesel utilizando otros métodos sería reducir los oxigenados del biodiesel, principalmente por lo que el biodiesel podría usarse como combustible para aviones, ya que el combustible para aviones no puede tener oxigenados en él. La razón detrás del uso de algas es por las ventajas de 1) usar áreas terrestres que no podrían cultivar plantas terrestres, 2) la capacidad de las algas para producir cantidades mucho mayores de aceite por masa terrestre que plantas como la soja, y 3) las plantas de algas toman cantidades mucho mayores de CO ₂ y podrían ser ubicado cerca de una planta de energía para utilizar las emisiones de los gases de combustión. No obstante, como verá a partir de los datos de las siguientes tablas, los costos del aceite de las algas siguen siendo bastante altos. Uno de los aspectos útiles del cultivo de algas es que se puede cultivar en fuentes de agua que pueden contener sal o algún sedimento; aunque el uso de agua puede ser alto, parte del agua puede separarse y usarse nuevamente.

Los siguientes datos provienen de un artículo de revisión general sobre la producción de biodiesel a partir de algas, de 2007. En el Cuadro 11.3, Chisti comparó la producción de biodiesel de PBR y un estanque de canal abierto, para mostrar diferencias en la producción.

Cuadro 11.3: Comparación de los métodos de producción de fotobiorreactores y conductos
Variable	Instalación de fotobiorreactores	Estanques de pista
Producción anual de biomasa (kg)	100,000	100,000
Productividad volumétrica (kg m ^-3 d ^-1)	1.535	0.117
Productividad superficial (kg m ^-2 d ^-1)	0.048 ^a 0.072 ^c	0.035 ^b
Concentración de biomasa en caldo (kg m ^-3)	4.00	0.14
Tasa de dilución (d ^-1)	0.384	0.250
Área necesaria (m ²)	5681	7828
Rendimiento de aceite (m ³ ha ^-1)	136.9 ^d 58.7 ^e	99.4 ^d 42.6 ^e
Consumo anual de CO ₂ (kg)	183,333	183,333
Geometría del sistema	132 tubos/unidad paralelos; tubos de 80 m de largo; diámetro de tubo de 0.06 m	978 m ² /estanque; 12 m de ancho, 82 m de largo, 0.30 m de profundidad
Número de unidades	6	8

^a Basado en el área de las instalaciones.

^b Basado en el área real del estanque.

^c Basado en el área proyectada de tubos de fotobiorreactor.

^d Basado en 70% en peso de petróleo en biomasa.

^e Basado en 30% en peso de petróleo en biomasa.

Crédito: Chisti, Y., Avances en biotecnología, 2007

Como puede ver, el PBR puede producir más petróleo por varias razones, pero los costos asociados con el PBR son mayores. Chisti estima el costo para producir aceite de algas en una escala de 10,000 toneladas a $0.95 por libra. Este artículo en particular estimó que el costo de producir biodiesel a partir de algas oscilaría entre $10.60 y $11.13 por galón. Los costos de procesamiento para el aceite de palma serían de ~$0.53 por galón, y los costos de procesamiento para el aceite de soya serían de $3.48 por galón. Un reporte un poco más reciente, un proyecto para estimar el precio del biodiesel, indica precios desde $10.66 por galón hasta tan altos como $19.16 dependiendo de la ubicación y producción de petróleo. (Davis, R., et al., 2012) Otra estimación simulada por computadora proporcionada por Richardson et al. muestra un costo para producir aceite de algas en $0.25 - $1.61 por libra, no muy lejos de los costos para producir aceite de soya ($0.35 - $0.38 por libra) (Richardson et al., 2010). También estimaron que el costo del biodiesel del aceite de algas era de $2.35 por galón, menos de un galón de ULSD. Sin embargo, es posible que no estén incluyendo los costos de recolección de algas en esta estimación.

Entonces, se puede ver que el biodiesel de las microalgas está muy lejos de ser una realidad, sin embargo, probablemente tenga futuro si los costos pueden bajarse debido a los beneficios.

Entonces, ¿cómo se compara el biodiesel con el etanol como combustible? El etanol del maíz se ha convertido en un gran negocio aquí en Estados Unidos. La Figura 11.10a muestra la producción por condado y ubicación de planta para la producción de etanol a partir de maíz. Vimos anteriormente en la lección que el etanol del maíz tiene una relación NEB mayor a 1 y está mejorando, y que la producción de etanol a partir del maíz es la menos costosa aquí en EU. La cantidad de etanol producido en 2014 fue de 13 mil millones de galones al año y es una industria de 30 mil millones de dólares al año. Conforma el 10% de la piscina de gasolina, aunque el gobierno ha ordenado que la piscina de gasolina pueda utilizar hasta un 10% de etanol, y las empresas obtengan créditos fiscales por usar etanol. Debido al alto precio de la gasolina debido a los precios del petróleo, la demanda de gasolina cayó, y esto ha dificultado que los productores de etanol sigan vendiendo etanol al nivel que tuvieron en los últimos años. Recientemente, la EPA examinó si elevar el límite de etanol a 15%, pero debido a la caída en los precios del petróleo, la EPA ha estado reconsiderando esto y no ha fijado niveles para 2015. En la sección de tareas, leerás un artículo relacionado con esto para que puedas tener una idea de lo que enfrenta la industria de los biocombustibles. Recuerda que al incluir etanol en la piscina de gasolina, reducimos las emisiones de GEI.

La Figura 11.10b muestra la ubicación de las instalaciones de biodiesel en Estados Unidos a partir de 2007. Si desea ver un mapa más reciente y ubicación de las instalaciones (2015), vaya a Revista Biodiesel. Según las estadísticas más recientes, existen 145 instalaciones de biodiesel en EU que proporcionan más de 2.60 mil millones de galones de biodiesel al año (en 2010, la producción de biodiesel fue de menos de 0.4 mil millones de galones al año, lo que es un aumento de orden de magnitud). El biodiesel constituye alrededor del 5-6% de la piscina de combustible diesel. Las plantas de biodiesel tienden a ser más pequeñas y distribuidas de manera más uniforme en los Estados Unidos que el etanol. También leerás un artículo relacionado con los precios del biodiesel. RIN significa número de identificación renovable y RFS significa estándar de combustible renovable.

Producción de maíz y ubicación de plantas etonales en EE.UU. 2013.La mayoría de las plantas de maíz y etanol en el Medio Oeste Norte — Figura 11.10a: Producción de etanol a partir de maíz: Producción por condado y ubicación de plantas 2012.

*Crédito: Virginiaplaces*

Instalaciones de producción de biodiesel en Estados Unidos, 2007. La mayoría de las plantas se asientan en la mitad oriental de los Estados Unidos, especialmente en la región de los grandes lagos — Figura 11.10b: Instalaciones de producción de biodiesel en Estados Unidos, 2007.

*Crédito: APEC*