3.1.1. Materiales ricos en sacarosa
El bioetanol se puede producir a partir de materias primas que contengan azúcares fermentables, o que estén constituidos por polímeros que puedan dan lugar a azúcares fermentables como los materiales amiláceos o lignocelulósicos. En términos del diseño de procesos para la producción de etanol a partir de materiales ricos en azúcares, la disponibilidad y los costos de transporte de las materias primas continúan desempeñando un papel crucial cuando se proyecta la construcción de destilerías a pesar de la relativa madurez de las tecnologías de conversión utilizadas. Maiorella et al. [2] realizaron un análisis económico detallado de la producción de alcohol hidratado (azeotrópico) a partir de melazas de caña. Sus resultados mostraron que los costos de la materia prima comprenden hasta el 70% de los costos finales del etanol. Se han propuesto reglas para la optimización del tamaño de una planta de producción de etanol que permiten derivar una relación simple entre los costos de transporte de la caña y los costos de producción [3]; para una planta de tamaño óptimo los costos de transporte por unidad de etanol producido corresponden a 0,4-0,6 de los costos de producción unitarios en el caso de Australia. La mayor parte de esta fracción de costos corresponde al transporte de la caña como también ocurre en Colombia. Se ha
examinado la posibilidad de producir alcohol carburante a partir del jugo de sorgo dulce para la región del norte de China [4] concluyéndose que se deben diseñar plantas flexibles con la posibilidad de producir tanto alcohol como azúcar a partir del sorgo dulce considerando la volatilidad del mercado del azúcar. También se contempla la producción de etanol a partir del bagazo de sorgo dulce en lugar de quemarlo para obtener energía eléctrica. Cabe destacar el trabajo de Montoya y Quintero [5] sobre el análisis de un esquema tecnológico para la producción de alcohol carburante a partir de caña de azúcar mediante simulación empleando Aspen Plus, el cual fue realizado en el grupo de investigación en Procesos Químicos, Catalíticos y biotecnológicos de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.
3.1.2. Materiales amiláceos
La importancia de la evaluación económica de la producción de etanol a partir de materiales ricos en almidón a pequeña escala se puede ilustrar con el trabajo de Batchelor et al. [6]. De acuerdo a estos autores para el caso del Reino Unido, si el precio por tonelada de trigo es de £115 los costos netos de etanol se calculan en £0,38 por litro, pero si el trigo se cultiva alrededor de la planta de producción lográndose un precio de £45 por tonelada, los costos del etanol pueden caer hasta £0,21 por litro. Tiffany y Eidman [7] proporcionan un modelo útil en hojas de cálculo que analiza los factores económicos asociados al éxito o fracaso de las plantas de producción de etanol por molienda seca de maíz; los precios del etanol, el maíz, el gas natural y los rendimientos de etanol pueden afectar drásticamente los márgenes netos de este tipo de plantas en los EUA. Estudios similares para el caso de la yuca en China [8] realizados mediante simulación empleando un modelo basado en Excel (Microsoft Corp., EUA), demostraron que la producción de etanol como oxigenante es factible económicamente si el precio de la yuca se mantiene bajo. El etanol puede llegar a ser un competidor serio de la gasolina si adicionalmente se aumentan los rendimientos del cultivo de yuca y se optimiza la obtención de co-productos. De hecho, la siembra de 200.000 ha de yuca tendría un impacto social significativo en la provincia de Guangxi en China. Igualmente es necesario destacar el trabajo de Montoya y Quintero [5] realizado en nuestro grupo de investigación y en el cual se analizó mediante simulación una configuración integrada para la producción de alcohol carburante a partir de maíz en las condiciones de Colombia.
3.1.3. Materiales lignocelulósicos
Las tecnologías para la producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica son más complejas que las correspondientes a los materiales ricos en azúcares o en almidón. Sin embargo, el hecho de que muchos materiales lignocelulósicos sean subproductos de las actividades agrícolas o residuos agroindustriales, ofrece posibilidades enormes para la producción de bioetanol a gran escala así como para su consumo global como combustible renovable. La evaluación de los costos de la biomasa es un aspecto muy importante el cual está relacionado con su disponibilidad en las
áreas circundantes a las plantas de producción de alcohol. Zhan et al. [9] indican que los costos de la materia prima dependen de la localización de la planta, del tamaño de la misma y del procedimiento para su adquisición. Mediante un modelo basado en un sistema de información geográfico empleando pasto de pradera como materia prima para el caso de Alabama (EUA), estos autores mostraron que es más adecuado pagar un precio específico por tonelada al proveedor de la materia prima y luego pagar los costos de transporte, que pagar un precio fijo por tonelada de materia prima despachada por el proveedor. Kumar et al. [10] han propuesto conceptualmente una forma interesante de integrar el transporte de la materia prima a una destilería y el proceso de sacarificación, proceso denominado sacarificación y transporte simultáneo. Estos autores consideran que la hidrólisis enzimática del rastrojo de maíz se puede realizar en las tuberías por donde se transporte este material; de esta manera, el rastrojo de maíz hidrolizado podría entrar directamente a la planta permitiendo ahorrar cerca de US¢0,2/litro de etanol.
Lynd et al. [11] proporcionan nuevos indicadores que muestran la influencia favorable de los co-productos obtenidos a partir de la fracción no carbohidratada de las materias primas sobre los costos efectivos de los carbohidratos utilizados para el procesamiento biológico. Estos indicadores evidencian que los procesos de conversión para la tecnología de molienda húmeda de maíz están lo suficientemente desarrollados hasta el punto que el precio de la materia prima representa el mayor porcentaje del valor total del producto y que los márgenes de los costos de procesamiento son relativamente pequeños. Este no es el caso de la biomasa lignocelulósica lo que demuestra la inmadurez relativa de las tecnologías desarrolladas para su conversión.