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En 1532, los colonos portugueses en Pernambuco, Brasil, extrajeron alcohol de la caña de azúcar por primera vez. Hoy en día, Brasil produce cada año 27 millones de litros de etanol a partir de la caña de azúcar. A principios de la década de 1920, cuando Estados Unidos estaba desmantelando la Standard Oil Company, el gobernador de Pernambuco ordenó que todos los vehículos funcionaran con etanol. Esta historia singular del combustible en Brasil es particularmente relevante a la luz de los sensibles debates actuales sobre las fuentes de energía para vehículos y cómo reducir las emisiones de carbono.
En medio de una de las crisis económicas más importantes en la historia de Brasil, el desarrollo de etanol de segunda generación (2G) podría ser una enorme fuente de crecimiento económico y de energía, además de un avance para la responsabilidad medioambiental del país. Como el filántropo y empresario Louis Glickman dijo una vez: “La mejor inversión en la tierra es la propia tierra”.
Con una cuota de mercado mundial del 25%, Brasil es el segundo mayor productor de etanol del mundo detrás de EE.UU. Mientras que este país basa su producción de etanol en el maíz, Brasil lo produce de la caña de azúcar. El etanol como fuente de combustible se originó en Brasil a principios del siglo XX, pero no ganó fuerza hasta la crisis del petróleo de 1973 que tuvo como resultado la creación del Programa Nacional do Álcool, o PROALCOOL. Este programa aceleró la inversión pública y privada en la producción de bioetanol, convirtiéndose en la pieza central del sector energético brasileño.
La introducción, en 2003, de los vehículos de combustible flexible (FFV), capaces de funcionar tanto con gasolina como con etanol hidratado se convirtió rápidamente en el estándar para la flota de vehículos del Brasil. En el año 2014, los FFV representaban el 88% de las nuevas ventas de vehículos ligeros y consolidaron la viabilidad económica de un mercado interno de etanol. Los beneficios ambientales de etanol en relación con otros combustibles han posicionado a Brasil como un líder en el espacio de los combustibles alternativos.
Sin embargo, los acontecimientos recientes indican que existen otros desafíos adicionales para la industria del etanol en Brasil. Los descubrimientos de reservas de petróleo de la costa pre-sal de Río de Janeiro en 2007 y la caída de los precios del petróleo en 2015 han contribuido a que el etanol perdiera fuerza. Desde el punto de vista de la oferta, el procesamiento del etanol de primera generación (1G) está empezando a mostrar signos de cansancio. Durante 2013-14, se construyeron sólo tres nuevas fábricas de etanol, en comparación con las 30 del período 2008-2009. El rendimiento de la producción convencional se estancó en alrededor de 6.000 litros por hectárea.
Comienza entonces la producción de etanol 2G, que depende de mejoras tanto en procesos tecnológicos y de innovación en lo tocante a la materia prima para lograr avances significativos en la eficiencia. Desde 2011, las empresas brasileñas han invertido mucho en el desarrollo de tecnologías 2G. Si tienen éxito, estos avances, combinados con las ventajas de costos relativos de Brasil y el amplio terreno cultivable, tienen el potencial de transformar radicalmente el papel del país en el mercado mundial de etanol.
Cómo funciona el etanol 2G
La principal diferencia entre el etanol 1G y 2G está en la producción. El proceso 1G convierte los azúcares naturales de cultivos tales como la caña de azúcar, maíz y remolacha azucarera en etanol. En el etanol 2G, la producción no tiene un insumo definido, puede fabricarse a partir de una amplia gama de biomasas, ya sea de maíz o de variantes de caña de azúcar. Sin embargo, algunos materiales son más eficientes en rendimiento y potencialmente más rentables que otros. En general, el proceso 2G es más ecológico que el 1G, aprovecha más la planta y tiene índices de conversión más elevados. Esto se traduce en menos residuos y una mejora de la huella de carbono.
De acuerdo con un estudio realizado por Foreign Policy, la producción de etanol en Brasil evitó la producción de 600 millones de toneladas de carbono entre 1974 y 2004. Esto ha otorgado a Brasil el poder para influir en las negociaciones sobre políticas de medio ambiente, como durante el Foro de la Innovación Sostenible celebrado en el Conferencia del Clima (COP21) en París en 2015. Jeremy Rifkin señala en su libro, la Tercera Revolución Industrial: cómo el poder lateral está transformando la energía, la economía, y el mundo, que, “en la práctica, muchos países de América del Sur han sido lentos para dejar de depender de los combustibles fósiles. Brasil, la potencia económica del continente, es una excepción ya que genera el 84% de su electricidad a partir de la energía hidroeléctrica renovable, y el etanol doméstico representa entre el 20% y el 25% de cada litro de gasolina utilizado en el transporte.
La fuerte dependencia de la energía hidroeléctrica y del etanol vegetal convierte a Brasil en una de las economías de energía renovable más avanzadas del mundo. Hoy en día, la posición de Brasil proporciona una fuerte ventaja en medio de la competencia económica global y el juego geopolítico.
La producción del etanol 2G es más eficiente y respetuosa con el medio ambiente que el proceso 1G. La recolección del material de entrada es simple. Por ejemplo, los agricultores permiten a los empleados de la compañía de biotecnología GranBio que entren en sus tierras después de la cosecha para recoger la paja dejada en el campo. Los recolectores pagan en función del peso recogido. El verdadero desafío radica en el intervalo de tiempo requerido entre la cosecha y la colección, que es generalmente de entre 7 a 10 días. Por lo tanto, las instalaciones de producción de etanol 2G necesitan estar cerca de los campos de recolección, lo que tiene como resultado limitaciones logísticas y de infraestructura.
Los aumentos de la eficiencia resultantes del uso de los residuos son considerables: La misma área plantada puede generar hasta un 50% más de combustibles. Un punto clave es que el etanol 2G es exactamente el mismo que el etanol 1G, sin diferencias en el uso o la producción de energía. Sin embargo, la producción de etanol 1G es un 30% más cara. Esto es debido a que se usan enzimas para degradar el azúcar en la paja o en la melaza. A pesar de que los precios cayeron un 78% en cuatro años, las enzimas todavía representan una proporción significativa de los costes de producción.
El proceso de producción 2G también representa un mayor potencial de beneficio. En la actualidad, un lote de enzimas sólo puede ser utilizado una vez. La industria está trabajando en la creación de enzimas que sobrevivan y puedan ser reutilizadas durante muchos ciclos de producción. Esto reduciría el precio y mejoraría la competitividad, que son factores importantes en un escenario energético global donde el petróleo es más barato cada día.
Sin embargo, muchos observadores se han desilusionado con una industria que no está cumpliendo con sus previsiones. La industria en su conjunto está experimentando dificultades a gran escala con el proceso de producción. De hecho, GranBio y sus competidores en Brasil, Italia, China y EE.UU. no han sido capaces de lograr y mantener una producción estable. Hay equipos que trabajan sin parar en estos tipos de dificultades, lo que lleva a estas empresas a asegurar que el éxito está cerca. El potencial del etanol 2G es enorme, y el aumento de la eficiencia de los recursos hace que sea una industria innovadora y socialmente responsable que vale la pena seguir de cerca.
El proceso de conversión de etanol 2G utiliza enzimas para descomponer la lignina leñosa de las plantas. Una fermentación óptima para la producción de etanol 2G requiere el previo tratamiento a vapor de las hojas y bagazo (residuos de la planta después de que se extrae el zumo) y una hidrólisis enzimática. Dos grandes innovaciones han generado mejoras sustanciales en el proceso de producción. En primer lugar, las enzimas están ahora integradas en un proceso de conversión más productivo. Un artículo publicado en Brasil en 2015, “Biotecnología para los biocarburantes“, señalaba que un aumento del 55% en la conversión enzimática genera un aumento del 25% en el rendimiento de la caña de azúcar biocombustible. En segundo lugar, las enzimas adquiridas por los laboratorios son ahora en gran parte reutilizables. Esto ha tenido como resultado una disminución significativa en el coste marginal de producir etanol 2G.
Empujar las fronteras de la tecnología
Uno de los cambios más fundamentales acerca del etanol 2G es el uso de celulosa en lugar de sacarosa. La celulosa es el componente estructural básico de las plantas verdes, algunas algas y otras formas de vida orgánica. Debido a que es un elemento ubicuo en casi toda la vida vegetal, las opciones para derivar etanol utilizando un proceso de 2G son extremadamente flexibles en relación a los insumos utilizados. Como consecuencia, esta flexibilidad abre un conjunto amplio de opciones para la creación de existencias de insumos con más alto contenido de celulosa al mismo tiempo que permite adaptar los cultivos a entornos particulares. Estos cultivos, llamados cultivos energéticos, suelen estar diseñados genéticamente para tener rasgos favorables incluyendo un alto rendimiento y capacidad de recuperación. Se están desarrollando varias plataformas en todo el mundo que usan plantas básicas, tales como hierbas, árboles y, en el caso de GranBio, la caña de azúcar.
Hasta la fecha, GranBio ha invertido más de US$ 300 millones para desarrollar un cultivo de azúcar para la producción de energía genéticamente modificada llamada Cana Vertix, comúnmente conocida como caña de energía. Según el sitio web de la compañía, la caña de energía fue desarrollada por el cruce de híbridos de la caña de azúcar comercial con tipos ancestrales de la caña de azúcar en una combinación que, al igual que otros cultivos energéticos, maximiza la producción de biomasa en lugar de la producción de sacarosa. Además, GranBio ha introducido rasgos favorables en la caña, lo que le permite prosperar en climas más extremos que son tradicionalmente inadecuados para el cultivo de la caña de azúcar.
La naturaleza robusta de esta caña y su ciclo de crecimiento mejorado se tornan, sobre el papel, en el perfecto stock de combustible 2G. Puede cultivarse en zonas que actualmente no se da un uso productivo de la caña de azúcar tradicional. Un estudio realizado por Granbio muestra que, sólo en Brasil, la caña de energía se podría plantar en 32 millones de hectáreas de tierra para pastos degradada, un área más grande que el conjunto actual de todas las tierras cultivables de Europa.
Como GranBio planea aumentar la producción, se enfrenta a varios retos fundamentales comunes en el desarrollo de prácticamente todos los organismos genéticamente modificados. Las plantas genéticamente modificadas en Brasil están fuertemente reguladas, a menudo con requisitos onerosos y amplios plazos de aprobación. Cualquier nuevo producto genéticamente modificado, ya sea para consumo humano o para el cultivo de la energía, requiere la evaluación de los riesgos que representan para los seres humanos y el medio ambiente. Sin embargo, hay un elemento a favor de GranBio: La caña de azúcar se cultiva en zonas donde el clima no permite a la planta producir un cuerpo de floración. Esto reduce el riesgo de cruce no deseado entre la planta modificada genéticamente y el stock de caña de azúcar natural.
Esta es una de las razones por las cuáles la plataforma nativa de la caña de energía ha sido clasificada como Clase 2 o de bajo riesgo. Aun así, el proceso de aprobación de una nueva modificación dura por lo menos 18 meses. Esto plantea un cuello de botella importante en el ciclo de desarrollo de GranBio para el etanol 2G y es otro ejemplo de cómo el futuro de este producto en Brasil está profundamente entrelazado con el marco regulador. Como GranBio pretende reinventar el espacio del etanol a través de un proceso de 2G, la empresa volverá claramente a la caña de energía para lograr las diversas economías de escala que necesita para hacer del etanol 2G el sustituto rentable para el etanol y otros combustibles fósiles tradicionales.
Durante el siglo XX, la gasolina monopolizó la producción de energía para fines de transporte. Todos los efectos negativos de este monopolio —de la Standard Oil Company a la guerra en Irak— obstaculizaron el desarrollo de un mercado competitivo de otras fuentes de energía. En la década de 1970, a raíz de la crisis del petróleo, el gobierno brasileño decidió invertir fuertemente en la producción de bioetanol derivado de la caña de azúcar, uno de los principales recursos agrícolas del país. La destrucción progresiva del monopolio de la gasolina generará un superávit sustancial para los consumidores, un cambio en el panorama geopolítico y externalidades positivas para el medio ambiente. Estos resultados serán reforzados por las exigencias de uso del etanol biocombustible en todo el mundo en que habrá una mezcla de etanol del 5 al 10% para su uso en todos los vehículos movido por combustible para el año 2020.
Hoy en día, el etanol parece tener un potencial mucho mayor más allá de ser una fuente de energía eficiente para los coches. Históricamente, en Brasil su objetivo siempre fue la versatilidad y la universalidad. El padre de la producción de etanol en el país, João Bottene, que fue contemporáneo de Nikola Tesla, inventó una locomotora que pudiera operar con alcohol, la Fúlvio Morganti, y varios barcos que podían funcionar con la misma energía. Hoy en día, con las aplicaciones de la energía en general a la industria del plástico, el potencial del etanol 2G parece cada vez más importante. Podría ser una oportunidad única para Brasil y el panorama energético mundial.
Este artículo fue escrito por Jeff Aziakou, Casey Dwyer, Typhaine Robert y Stephane Fisch, miembros de la Clase Lauder de 2017.
