La aviación, uno de los sectores con mayor impacto en el cambio climático, busca alternativas sostenibles. Los biocombustibles, derivados de fuentes renovables como plantas y residuos orgánicos, se perfilan como una solución prometedora para reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero en este s. Pero aún tiene por delante importantes desafíos.
El sector de la aviación es responsable de aproximadamente el 3,5% de las emisiones anuales de dióxido de carbono a nivel mundial. Los biocombustibles, derivados de fuentes naturales y renovables como la biomasa, aceites vegetales y desechos orgánicos, pueden ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con los combustibles fósiles tradicionales. En la aviación, los biocombustibles, también conocidos como biojet fuel, están ganando popularidad debido a su capacidad de minimizar el impacto ambiental de los vuelos, sin requerir cambios estructurales importantes en la infraestructura de los aeropuertos o en los aviones.
Los biojet fuel, aprovechan el carbono capturado por las plantas durante su crecimiento. Al quemarse, liberan una cantidad de CO2 similar a la que las plantas absorbieron, creando un ciclo de carbono casi neutro. Contrasta con los combustibles fósiles, que liberan carbono almacenado durante millones de años, y agravan el cambio climático. La Agencia Internacional de la Energía estima que el uso de biocombustibles ha crecido casi un 6% anual en los últimos años. Se prevé que la proporción de biocombustibles utilizados superará el 9% para 2030. Además, se espera un aumento significativo en la producción de biocombustibles a partir de residuos y desechos, que podrían representar el 40% del total consumido en 2030. Un incremento notable respecto al 9% estimado. Pero, ¿hasta qué punto son sostenibles los biocombustibles en la aviación?
Distintas fuentes
Los biocombustibles pueden originarse de diversas fuentes:
- Primera generación: Utilizan materias primas que compiten con la cadena alimentaria humana y animal, se producen a partir de aceites vegetales como los de colza, girasol, palma y soya. El bioetanol, por su parte, se obtiene de cultivos como el maíz, trigo, remolacha, cebada y centeno.
- Biomasa avanzada: Utiliza materia orgánica no alimentaria, como algas, residuos agrícolas y desechos forestales, como materia prima para la producción de biocombustibles. Ofrecen una mayor eficiencia en la producción y tienen un menor impacto ambiental en comparación con las fuentes tradicionales, como los cultivos alimentarios.
- Bioprocesos avanzados: Emplean técnicas innovadoras, como el uso de enzimas o microorganismos genéticamente modificados, para optimizar la producción de biocombustibles. Aumentan la eficiencia de la conversión de biomasa en biocombustibles y reducen los costos asociados.
- Segunda y Tercera generación: Se producen a partir de residuos orgánicos y no compiten con los cultivos alimentarios. Ofrecen una mayor sostenibilidad y un menor impacto ambiental en comparación con los biocombustibles de primera generación.
- Residuos de grasas animales y vegetales: Utiliza materias primas de origen renovable. Incluidos los residuos de aceite de cocina. Se transforman en biocombustibles mediante procesos tecnológicos específicos
Futuro más verde
Con la creciente preocupación por el cambio climático y la sostenibilidad, los biocombustibles en la aviación no solo representan un avance tecnológico, sino también un paso esencial hacia un futuro más verde en el transporte aéreo. El uso de biocombustibles en la aviación destaca por la notable reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero. Los biojet fuels pueden emitir hasta un 80% menos de CO2 en comparación con los combustibles fósiles tradicionales.
Además de disminuir las emisiones de CO2, los biocombustibles generan menores cantidades de azufre y partículas finas durante la combustión. Con lo que mejoran la calidad del aire alrededor de los aeropuertos y a lo largo de las rutas de vuelo. Aspecto especialmente importante en áreas densamente pobladas y con problemas de contaminación.
Los biocombustibles también pueden reducir la dependencia de la aviación en el petróleo. Al diversificar las fuentes de energía y estabilizar los precios del combustible. No obstante, resulta crucial considerar el balance entre los beneficios ambientales y los posibles impactos ecológicos asociados con la producción a gran escala de biomasa para biocombustibles, como el uso del suelo y la biodiversidad.
CORSIA y la reducción de emisiones
El Sistema de Compensación y Reducción de Emisiones de Carbono para la Aviación Internacional (CORSIA) obliga a las aerolíneas a comprar compensaciones de carbono o a sustituir el queroseno por biocombustibles renovables. El objetivo es limitar las emisiones de carbono del transporte aéreo internacional a los niveles de 2019 y, en el mejor de los casos, alcanzar una aviación internacional neta cero para 2050.
Aunque los biocombustibles se fabrican a partir de recursos biológicos renovables, como cultivos y hierbas, no siempre son menos intensivos en carbono que los combustibles fósiles. Neus Escobar, ingeniera agrónoma e investigadora, explica que la producción a gran escala de biocombustibles puede requerir la conversión de bosques o praderas en monocultivos. Lo que aumenta las emisiones de carbono al reducir la cantidad almacenada en el suelo y la vegetación.
El CORSIA establece que los combustibles sostenibles deben reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al menos un 10% en comparación con el queroseno fósil. Sin embargo, no existe un protocolo aprobado para calcular las emisiones derivadas del cambio de uso del suelo en la producción de biocarburantes.
Las gramíneas perennes son más eficaces
Investigadores han revelado que los biocombustibles para aviones no siempre son menos intensivos en carbono que los combustibles fósiles. En una comparación de emisiones, se observó que algunas gramíneas perennes son las más eficaces. En un nuevo estudio, Neus Escobar y sus colaboradores utilizaron datos de satélites y modelos para calcular las emisiones derivadas del cambio de uso del suelo asociado al cultivo de seis biocombustibles distintos: soja, maíz, pasto varilla, miscanthus, jatrofa y alpiste.
Mapearon la variabilidad global y el rendimiento de estos cultivos, así como su efecto sobre el carbono del suelo y la vegetación, y delinearon las regiones del planeta donde podrían cultivarse para producir biocombustible conforme al CORSIA. Según el estudio publicado en la revista Science of the Total Environment, la soja es el cultivo que más emisiones produce por el cambio de uso del suelo. La jatrofa y el miscanthus tienen las emisiones más bajas.
Para determinar dónde podrían plantarse cultivos que cumplieran con el punto de referencia del 10% del CORSIA, los investigadores relacionaron sus cálculos de cambio de uso del suelo con otros datos sobre emisiones de carbono a lo largo del ciclo de vida de los biocombustibles. Concluyeron que hay amplias zonas del planeta donde los combustibles a base de miscanthus, switchgrass y jatrofa podrían reducir los gases de efecto invernadero en la cantidad requerida.
Apenas un quinto
Determinaron además que detalles locales, como las condiciones del suelo y el clima, son cruciales para un alto rendimiento de los cultivos y una mínima pérdida de carbono del suelo. También es importante considerar la cantidad de carbono que secuestra el cultivo, si es anual o perenne, y cuánto fertilizante se necesita. El estudio destaca que no solo es fundamental el tipo de cultivo, sino también el lugar de producción, ya que determina el rendimiento alcanzable de la materia prima, los usos de la tierra y el rendimiento medioambiental global en términos de uso de recursos y emisiones.
Según Escobar y sus colaboradores, las mayores cantidades de biocombustibles aprobados por el CORSIA podrían producirse a partir de miscanthus y switchgrass. Pero estos combustibles apenas podrían sustituir a una quinta parte del mercado actual de queroseno. Lo que deja el objetivo de cero emisiones netas para 2050 en el aire.
Propuestas creativas
La búsqueda de alternativas sostenibles para la aviación está impulsando una ola de innovaciones en el campo de los biocombustibles. Investigadores de todo el mundo están desarrollando nuevas tecnologías para producir combustibles más limpios y eficientes a partir de fuentes renovables, desde aceites vegetales usados hasta aguas residuales.
En Italia un equipo del Consejo Nacional de Investigación desarrolló un método innovador y sostenible para producir biocombustible a partir de aceite vegetal usado. Utiliza microondas para activar una reacción química entre el aceite y un catalizador sólido, resultando en un combustible líquido. El método es rápido, eficiente y más respetuoso con el medio ambiente. No genera residuos tóxicos y mejora las propiedades del aceite usado.
Otra propuesta interesante es la del equipo liderado por Jay Keasling del Laboratorio Lawrence Berkeley. Descubrieron una nueva molécula llamada “Jawsamycin”, que podría utilizarse para producir biocombustibles a partir de residuos o materiales de baja calidad. La molécula, producida por bacterias del género streptomyces, tiene propiedades únicas gracias a sus anillos de ciclopropano, ideal para la producción de combustible. Según los investigadores, el biocombustible derivado de Jawsamycin sería similar al biodiesel. Con la ventaja de activarse a temperaturas más bajas y tener suficiente potencia para propulsar un cohete espacial.
Incluso Airbus está investigando la producción de biocombustible a partir de eucaliptos en Australia. El proyecto se centra en el mallee, una especie de eucalipto cultivada en el “cinturón cerealero” de Australia occidental. A través de un proceso de pirolisis, se transforma el mallee en un combustible alternativo para la aviación civil. El proceso químico produce combustibles de alta calidad adecuados para su uso en la aviación.
SAF de excremento humano
En la búsqueda de combustibles alternativos y sostenibles para la aviación, algunas empresas están explorando opciones innovadoras. Firefly Green Fuels, una empresa de aviación en el Reino Unido, desarrolla un combustible para aviones a partir de excremento humano. Aunque el uso de aguas residuales para producir combustible de aviación sostenible (SAF) es una novedad, podría ser una solución viable para el futuro del transporte aéreo.
Si bien es cierto que se están desarrollando aviones eléctricos e impulsados por hidrógeno, la tecnología aún no está lista para vuelos de larga distancia. En cambio, el uso de SAF podría contribuir hasta en un 65% a la reducción de emisiones necesarias para que la aviación alcance el cero neto en 2050. El SAF se quema como el combustible normal para aviones, pero tiene una huella de carbono menor durante todo su ciclo de producción.
Hasta ahora, las aguas residuales han sido un recurso sin explotar en la producción de SAF. Firefly utiliza un método llamado licuefacción hidrotermal para convertir las aguas residuales en biocarbón y petróleo crudo. Los primeros resultados han sido prometedores. Análisis independientes muestran que el combustible es casi idéntico al fósil estándar y tiene una huella de carbono un 90% menor.
Firefly planea aumentar la producción en los próximos años y espera presentar una solicitud de calificación de combustible en 2024. La compañía tiene planes de construir una instalación de procesamiento en el Reino Unido, que podría comenzar a operar antes de 2030 y producir alrededor de 40 millones de litros de SAF al año. Suficiente para 800 vuelos de Londres a Nueva York. Aunque más caro que el queroseno convencional, sería más barato de producir que otros biocombustibles.
Inconvenientes
La expansión de los biocombustibles fue inicialmente recibida con entusiasmo por diversos sectores, que los vieron como una solución a la contaminación y la dependencia del petróleo. Sin embargo, la experiencia ha revelado importantes inconvenientes. Uno de los temas más delicados es la competencia por el uso de la tierra y el agua. Recursos esenciales para el consumo humano y animal. Con su impacto en el incremento en los precios de los alimentos básicos y los insumos agrícolas. Afecta especialmente a los más pobres y fomenta la deforestación y desecación de terrenos vírgenes.
El precio de los alimentos aumentó dramáticamente en los últimos años. Cerca del 83% en tres años según el Banco Mundial. El Instituto Internacional de Investigación sobre Política Alimentaria y el Fondo Monetario Internacional estiman que los biocombustibles contribuyeron al 30% de la reciente inflación en los precios de los alimentos. Mientras que el Banco Mundial lo estima en un 65%.
Sombras en el paraíso
La producción de biocombustibles ha degradado sumideros naturales de carbono como humedales y selvas tropicales. El resultado: enormes emisiones de carbono que tardarán décadas en recuperarse. Además, las emisiones de gases de efecto invernadero producidas por el uso masivo de fertilizantes nitrogenados son entre 3 y 5 veces mayores de lo que se había considerado.
El balance energético y ecológico de los biocombustibles es negativo. En su producción, es necesario considerar la energía incorporada en el agua dulce utilizada. Por ejemplo, se estima un consumo de 20 kilogramos de agua por cada kilogramo de biodiesel. Dependiendo del contexto industrial, la energía incorporada en el agua podría ser superior a la del combustible obtenido.
La producción de biocombustibles puede mejorar el nivel de vida de campesinos pobres en países en desarrollo. Sin embargo, en muchos casos, se realiza en plantaciones masivas con violaciones a los derechos laborales y métodos opresivos de empleo. Además, la producción de biocombustibles ha causado el desplazamiento de personas pobres debido a la apropiación de sus tierras.
Limitaciones
Los biocombustibles solo pueden reemplazar una mínima parte del consumo de petróleo de los países ricos. Incluso si se convirtieran todos los aceites comestibles del mundo en biodiesel, solo reemplazarían cerca del 10% del uso de diesel fósil. Los biocombustibles actuales son simplemente complementos a los combustibles fósiles y presentan nuevos riesgos para los cultivos.
Incluso en la propuesta de uso de aguas residuales tropieza con el hecho de que su cantidad es limitada. Hygate estima que si todos los desechos de aguas residuales utilizables del Reino Unido se destinaran a la fabricación de combustible de aviación, solo cubrirían el 5% de la demanda de combustible para aviones del país. Tendría que utilizarse junto con otras materias primas SAF, como el aceite de colza.
La propuesta del uso de aguas residuales es una solución potencial interesante. Pero seguirán produciendo la misma cantidad de emisiones de carbono cuando el avión esté volando y no resuelve el problema de las estelas de vapor. Las cuales también contribuyen significativamente al calentamiento global.
Un informe de 2023 de la Royal Society sobre soluciones de aviación netas cero encontró que la escala y la disponibilidad de materia prima es una restricción para los biocombustibles. Producir lo suficiente para sostener la demanda de aviación del Reino Unido requeriría más de la mitad de las tierras agrícolas del país. Además, existe un debate sobre si los desechos agrícolas son realmente “residuos”. A menudo se utilizan como lecho o alimento para animales.
Lejos de producción en escala
Aunque los biocombustibles para la aviación tienen beneficios y avances significativos, aún enfrenta barreras que limitan su implementación industrial. La disponibilidad de biocombustibles a gran escala es limitada. La producción de biojet fuel requiere aumentar la producción y eficiencia de cultivos y establecer una infraestructura logística adecuada. Otro elemento a considerar es que los biocombustibles para la aviación tienen costes más elevados, comparados con los combustibles fósiles convencionales. Se espera que disminuyan a medida que la tecnología avance y alcance niveles de producción y economías de escala.
También resulta crucial establecer normativas que incentiven el uso de biocombustibles, y fomenten la investigación y desarrollo en este campo. La colaboración entre científicos, industria y políticas públicas puede ayudar a superar los desafíos y barreras existentes, logrando un futuro en el que los aviones funcionen de manera más limpia y respetuosa con el medio ambiente.
Un punto a favor es que la industria aeronática está comprometida con la reducción de sus emisiones. Históricamente, ha demostrado su capacidad para mejorar la eficiencia del consumo de combustible. En las últimas cuatro décadas redujo sus emisiones en un 70%. A través de la colaboración con organismos internacionales como la ONU y la ICAO, está desarrollando planes globales para implementar soluciones sostenibles.
En ese contexto, y pese a sus limitaciones actuales, es probable que los biocombustibles desempeñen un papel importante en el futuro de la aviación. Puede que no sea de inmediato. Pero en una demostración de que se prueban opciones, el primer vuelo transatlántico comercial propulsado 100% por SAF, elaborado a partir de aceites de cocina y grasas animales usados, despegó de Londres a Nueva York en noviembre. Uno más de los que testean las difentes propuestas como parte del esfuerzo para alcanzar los objetivos de sostenibilidad de la aviación.
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