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Distinguiendo entre el bioetanol y el etanol de petróleo

Por el Dr. Murry Tamers, Fundador y Director de Beta Analytic
Artículo publicado el 1 de junio de 2006 en Ethanol Producer Magazine

Gran parte del etanol que se produce en el mundo es, de hecho, derivado del petróleo. Se elabora fácilmente a partir de la hidrólisis del etileno, un importante petroquímico. Dos millones de toneladas de etanol derivado del petróleo se producen anualmente. Los principales proveedores son Sudáfrica y Arabia Saudita, pero también existen grandes plantas en los Estados Unidos, Europa y Japón. El etanol derivado del petróleo (etanol sintético) es un solvente industrial ampliamente usado y tiene una variedad considerable de aplicaciones alternas.

Los nuevos créditos fiscales para el uso del etanol en la gasolina (Ley de Política Energética de 2005, H.R.6) se aplican al “bioetanol” o “etanol renovable” y no al etanol derivado del petróleo. La emisión de estos créditos fiscales tendrá que requerir una certificación de que el etanol fue obtenido de fuentes renovables. La prueba reconocida científicamente para esta validación es el método ASTM D6866-05. Esta prueba distingue inequívoca y cuantitativamente entre materiales producidos a partir de combustibles fósiles como el petróleo, y aquellos producidos a partir de biomasa contemporánea. El método ASTM D6866-05 protege los intereses de empresarios y productores de biomasa que invierten en la producción de bioetanol. De hecho, es de suma importancia para el éxito de la industria doméstica del bioetanol.

El bioetanol y el etanol sintético son químicamente indistinguibles – ambos tienen el mismo compuesto, C2H5OH. La única diferencia entre los dos es la composición isotópica de los átomos de carbono. El etanol sintético proviene de materiales fósiles brutos, y el bioetanol de materiales contemporáneos. Un procedimiento común para el estudio de fósiles se ha aplicado en el estándar ASTM D6866-05; es la técnica de la datación por radiocarbono, conocida por su uso en arqueología y otros estudios de materiales fósiles. La datación por radiocarbono mide el contenido de un isótopo que existe en forma natural, el carbono 14, en las muestras estudiadas y lo compara con el contenido existente en materiales contemporáneos.

El método ASTM D6866-05 emplea las mismas técnicas que la datación por radiocarbono. La biomasa se compone de materiales contemporáneos que contienen carbono 14, mientras que los materiales fósiles no contienen este isótopo debido a que se ha decaído por completo con el paso de los años. Medir las concentraciones de carbono 14 en el etanol sometido a estudio demostrará si fue fabricado a partir de materiales renovables o a partir de materiales fósiles. En algunos casos, habrá una mezcla de bioetanol y etanol sintético. Aquí, el método ASTM D6866-05 determinará de manera cuantitativa el porcentaje de bioetanol a fin de que se otorgue el crédito fiscal apropiado. Igualmente, el método ASTM D6866-05 sería una prueba aplicable a la gasolina a granel que contenga concentraciones variadas de bioetanol. La prueba indicaría la cantidad de material renovable en el líquido total. Sin embargo, debe asegurarse que la gasolina esté bien mezclada a fin de que la pequeña muestra que sea tomada sea representativa del tanque de almacenamiento completo. Éste es siempre un tema de preocupación en el análisis de materiales a granel.

La datación por radiocarbono, desarrollada por primera vez en 1947, depende de la producción continua de un isótopo radioactivo, el carbono 14 o radiocarbono, por los rayos cósmicos en la atmósfera superior. El isótopo se combina con el oxígeno para formar dióxido de carbono, el cual se filtra hacia la biósfera y es absorbido por las plantas, de las cuales se alimentan los animales. El carbono 14 se pierde continuamente por el decaimiento radioactivo, pero esto es compensado por la producción continua de los rayos cósmicos.

Todos los seres vivos, plantas y animales, tendrán la misma concentración de carbono 14. Sin embargo, cuando las plantas o animales mueren, sus niveles de carbono 14 ya no son reemplazados por la atmósfera. El contenido de este isótopo en los restos o fósiles mortales disminuye gradualmente hasta un punto en el que no queda nada, lo cual toma aproximadamente 50,000 años. Los procedimientos de datación por radiocarbono miden en forma precisa el contenido de carbono 14 en varios materiales, y a partir de ello, se puede calcular el tiempo en que la planta o el animal murió. El sistema de datación es una herramienta indispensable en arqueología y en muchos estudios de geología y otras ciencias de la Tierra.

La datación por radiocarbono es una rama de la química y física nuclear. Debido a que las cantidades de carbono 14 son muy pequeñas, se requiere de las técnicas más sensibles para su medición. Actualmente se utilizan dos procedimientos: radiometría y espectrometría de masas con aceleradores. La radiometría mide la radiación producida por la desintegración del carbono 14; la espectrometría de masas con aceleradores mide la concentración de carbono 14 directamente.

Tanto para las técnicas de radiometría como de espectrometría de masas con aceleradores, los pretratamientos de las muestras pueden ser importantes. Estos procedimientos pueden variar ampliamente, dependiendo del tipo de material sometido a medición. Los pasos a seguir consisten en varias operaciones físicas y químicas para eliminar materiales externos. Después de ello, los tratamientos para las dos técnicas difieren, pero ambas involucran operaciones de alto vacío.

Para medición radiométrica, las muestras se queman en un sistema de vacío especializado para producir dióxido de carbono, el cual se combina posteriormente con litio fundido para producir carburo de litio. Después de enfriarse, el carburo de litio se hace reaccionar con agua para producir acetileno. Este gas es purificado y convertido finalmente a benceno usando un catalizador de silicio y alúmina. Todos estos procedimientos se llevan a cabo en sistemas de vacío de vidrio. El benceno, que contiene 92 por ciento de carbono, es mezclado con químicos de centelleo y colocado en un contador de centelleo líquido para la detección de radiación. En promedio, la muestra permanecerá en un contador durante dos días a fin de acumular las cuentas suficientes para generar estadísticas razonables. Tanto estándares contemporáneos como materiales de referencia se miden subsecuentemente en los mismos contadores.

Las muestras para espectrometría de masas con aceleradores se queman para generar dióxido de carbono, el cual es posteriormente purificado. El dióxido de carbono se hace reaccionar con hidrógeno para formar grafito en una línea de vacío de vidrio especializada. El grafito, 100 por ciento carbono, es puesto en soportes de aluminio y colocado en el acelerador de partículas para su medición. El análisis toma cerca de 30 minutos. Como en la técnica de radiometría, muestras modernas y de referencia se miden posteriormente de la misma manera.

Adicionalmente, en todas las muestras se analiza el isótopo estable, el carbono 13. Esto es esencial para ajustar los valores de carbono 14 medidos. La medición del carbono 13 es una parte fundamental de la datación por radiocarbono. Es también, en algunos casos, un medio para verificar la fuente de la biomasa usada en la producción de etanol. El carbono 13 por sí mismo no es adecuado para determinar en forma precisa el contenido de material renovable y fósil en las mezclas. Aunque el petróleo y el maíz, por ejemplo, tienen diferentes concentraciones de carbono 13, el carbono 13 natural que se encuentra en otros materiales de biomasas tiene valores muy variables. Algunos materiales adecuados para la producción de bioetanol – por ejemplo, la remolacha, la batata, las uvas y otras frutas – presentan valores de carbono 13 generalmente indistinguibles de los encontrados en el petróleo. Esto resultaría en análisis de carbono 13 que arrojarían resultados ambiguos en el caso de diluciones de bioetanol con 10 o 20 por ciento de etanol sintético. Por otro lado, el análisis de la datación por radiocarbono mostraría claramente esta dilución.

La cantidad de equipo químico y electrónico que necesita un laboratorio ordinario de datación por radiocarbono es bastante amplia. En el caso de Beta Analytic Inc, los bienes de capital incluyen 53 contadores de centelleo líquido, aceleradores de partículas con fuentes de iones, espectrómetros de masa para análisis de carbono 13 con analizadores elementales, 11 líneas de vacío para síntesis de benceno, 12 líneas de vacío para grafitización, así como una amplia gama de materiales y hornos para los pretratamientos y combustiones.

Los importantes créditos fiscales para el uso de bioetanol en la gasolina proveerán una tentación a individuos sin escrúpulos para utilizar etanol sintético (de petróleo). Puede anticiparse que la ocurrencia más común será la dilución de bioetanol con etanol sintético con la esperanza de que no sea detectado. Sin embargo, el método ASTM D6866-05 es una técnica cuantitativa que permitirá identificar claramente cualquier dilución significativa. El estándar ASTM D6866-05 protegerá a la industria de materiales de origen biológico desalentando estos engaños. Contar con una certificación conforme al estándar ASTM D6866-05 debería ser una condición necesaria para cada lote de bioetanol que sea presentado para obtener un crédito fiscal.

Actualización con respecto al estándar ASTM D6866

Al 11 de mayo de 2012, el estándar ASTM D6866-12 es la versión activa de la norma.

Beta Analytic ya no utiliza contadores de centelleo líquido para el análisis de muestras conforme al método ASTM D6866.

Última actualización de la página – 7 de enero de 2015