¿Cómo se fabrica el etanol?

¿Cómo se hace el etanol? Se necesita algo de aptitud mecánica, pero se puede producir combustible mediante la fermentación de materias primas apropiadas en alcohol de 96 grados.

¿Qué pasaría si hubiera un combustible asequible, renovable y producido en su propia comunidad? Si hubiera vivido hace 100 años, habría sabido todo acerca de ese combustible. Se llamaba alcohol y era un líquido de combustión limpia que generalmente se vendía como combustible para lámparas. Solo recientemente hemos dado una mirada renovada al combustible de alcohol, ahora más conocido como etanol, y su potencial como combustible de origen nacional para el transporte.

No estoy aquí para hablarles de la agenda agroindustrial para producir etanol a gran escala. Lo que le voy a decir es cómo hacer su propio combustible para usar en su vehículo o en otros motores de gasolina, como una motocicleta, una motoazada o un tractor cortacésped. Puede modificar estos motores de gasolina para que funcionen con alcohol puro (más información sobre las modificaciones del motor en "Haga funcionar su automóvil con etanol", a continuación).

Si se produce a pequeña escala, el etanol se puede hacer a partir de granos que usted mismo cultiva, o de una amplia gama de otras materias primas locales y sostenibles, incluidos los desechos de alimentos y la eliminación de cultivos. Con un poco de equipo especializado y conocimientos, puede convertir estos materiales en combustible de alcohol, y le costará menos de lo que pagaría en la bomba de gasolina o etanol producido comercialmente.

Puede producir su propio etanol por un costo continuo de menos de $2 por galón. Si cultiva su propio maíz, puede destilar más de 300 galones de etanol de 1 acre de maíz. Si maneja menos de 10,000 millas por año, podría producir todo su propio combustible a partir de 2 acres de maíz y, por supuesto, mucha mano de obra. En resumen, cuando hablo de etanol, me refiero al combustible de bricolaje y a la práctica de la autosuficiencia local a escala individual y comunitaria.

Uno de los argumentos más sólidos a favor del combustible de etanol es que podemos fabricarlo nosotros mismos, sin depender de recursos extranjeros. En 1925, Henry Ford le dijo a un reportero del New York Times que "hay suficiente alcohol en el rendimiento de un año de un acre de papas para impulsar la maquinaria necesaria para cultivar los campos durante cien años". Este hombre de negocios hecho a sí mismo reconoció el valor de la granja estadounidense y, más específicamente, la importancia de los materiales de origen nacional. Imaginó granjas en todo el país que proporcionarían los cultivos necesarios para producir combustible y alimentos.

Otra razón por la que el etanol es una opción de combustible tan atractiva es que es básicamente energía líquida. El etanol es un líquido transparente que contiene mucha energía en una forma utilizable, almacenable y transportable: solo el petróleo puede competir con el etanol en términos de energía por volumen. Pero el etanol tiene el beneficio adicional de que está oxigenado, lo que significa que tiene oxígeno en su estructura molecular, lo que da como resultado una combustión más limpia. En comparación con la gasolina, el etanol emite aproximadamente un 20 por ciento menos de hidrocarburos y monóxido de carbono.

Los posibles productores de combustible deben solicitar un permiso para fabricar su propio combustible, pero después de la crisis energética de la década de 1970, el gobierno federal simplificó sustancialmente el proceso de obtención de permisos. Reconociendo la diferencia entre bebidas y licores combustibles, el Departamento de Hacienda presentó una solicitud simplificada para un permiso de Productor de Alcohol Combustible (Formulario 5110.74), que designa a un pequeño productor como aquel que puede producir hasta 10,000 galones de prueba de combustible por año. (Un galón de prueba es un galón líquido de licor que es 50 por ciento de alcohol a 60 grados Fahrenheit). Eso es suficiente para fabricar 5,263 galones de combustible de etanol de 190 pruebas. Cada estado tiene sus propios requisitos de permisos, generalmente modelados según las reglas federales. Deberá investigar los impuestos y las reglamentaciones estatales y locales aplicables. En cualquier caso, el alcohol combustible debe ser "desnaturalizado", o inhabilitado para beber, mediante la adición de al menos un 2 por ciento en volumen de queroseno o gasolina sin plomo.

La producción de etanol es un proceso natural que se produce a través de la fermentación de carbohidratos, compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Las plantas y los cultivos producen carbohidratos en forma de almidones, azúcares y celulosa. Los enlaces en la estructura molecular de las celulosas son difíciles de romper, pero la mayoría de los almidones y azúcares vegetales se descomponen fácilmente en azúcares simples con la adición de calor, agua y enzimas. Una vez que se establecen los azúcares simples, se agrega levadura para darse un festín con el azúcar, reproducirse y, en el proceso, expulsar el dióxido de carbono y el alcohol.

La elección de la materia prima es un factor importante. Los cultivos con un alto contenido de azúcar o almidón son ideales, pero casi cualquier cultivo de desecho o excedente puede funcionar (si se usa antes de que se eche a perder), por lo que puede elegir los materiales más económicos y sostenibles disponibles para usted. Las manzanas y otras frutas pequeñas, las papas, los frijoles, el trigo, el centeno y los granos de sorgo son todos candidatos potenciales, al igual que el suero de queso, el azúcar de la leche que sobra del procesamiento. Los desechos del procesamiento de alimentos de las industrias de bebidas, panadería, refrigerios y confitería tienen un contenido de azúcar (o almidón) notoriamente alto y pueden proporcionar una alternativa a las materias primas de origen directo del campo.

Una vez completada la fermentación, el etanol debe destilarse del agua. Esto se logra mejor con un alambique de reflujo, que está equipado con una columna de destilación. La columna utiliza una serie de placas perforadas o compartimentos empaquetados para eliminar el agua en un proceso llamado fraccionamiento. A medida que el agua caliente y los vapores de alcohol suben por cada etapa, se crea un vapor de alcohol progresivamente más fuerte. Durante la destilación, la temperatura de la columna debe controlarse para aprovechar los diferentes puntos de ebullición de los dos fluidos. Los vapores de alcohol suben, mientras que el agua se condensa y vuelve a caer para ser reintroducida como una mezcla de vapores una y otra vez.

Los vapores de alcohol más potentes salen por la parte superior de la columna para ser enfriados por un condensador de agua y recolectados como etanol de 192 grados (96 por ciento puro). Aunque es posible exprimir ese último 4 por ciento de la mezcla, requiere equipo adicional y, por lo general, tiene un costo prohibitivo para un operador de pequeña escala. Además, la pequeña cantidad de agua presente no perjudica el rendimiento del motor.

Los motores de los automóviles deben modificarse para que funcionen con etanol puro. Las modificaciones más sencillas del motor incluyen adelantar varios grados el tiempo de encendido, volver a inyectar el circuito de combustible principal del carburador para aumentar el diámetro del surtidor en un 30 a 35 por ciento en área y ajustar o agrandar el circuito de ralentí para permitir un mayor flujo de combustible. Los motores de inyección de combustible pueden reemplazar sus inyectores para obtener un mayor flujo o aumentar la presión del combustible.

También hay kits de posventa diseñados para engañar a la unidad de control del microprocesador del motor para que mantenga abierto el pulso de combustible por más tiempo o compense una condición artificialmente pobre enriqueciendo la mezcla de aire y combustible. Los motores se pueden optimizar aún más para el etanol precalentando el combustible y el aire, variando el rango de calor de las bujías y aumentando la relación de compresión.

Entonces, ¿qué se necesita para montar una destilería a pequeña escala? Eso depende de qué tan pequeña sea la operación que desee. Se puede hacer un lote simple con un calentador de agua viejo y un conducto de 3 pulgadas de largo y calentarlo con leña o gas natural. Un alambique de este tamaño producirá alrededor de 1-1/2 galones de etanol de grado combustible por hora. Por una inversión de menos de $100, podría hacer funcionar un tractor cortacésped o una motocicleta pequeña con combustible casero completamente renovable.

En una escala más práctica, la construcción de una columna de 6 pulgadas aún lo colocará en el estadio de producción de 6 galones por hora, un rendimiento sustancial, pero que conlleva un costo adicional. Con ese tamaño, lo mejor sería contar con un molino de martillos o un molinillo para preparar la materia prima, tanques de cocción y fermentación separados, un recipiente de almacenamiento para la vinaza o la cerveza gastada con residuos (junto con una prensa para separar los granos de destilería comercializables) y almacenamiento para el propio etanol. Las bombas centrífugas, la plomería y las válvulas también son una parte necesaria del plan, junto con un hidrómetro, varios termómetros y herramientas para medir el pH y el azúcar. Una columna de 6 pulgadas acoplada a un tanque de 500 a 1200 galones ejecutará un lote en cuatro a siete horas.

Si usa acero dulce, podrá soldar los componentes y construir su columna sin necesidad de habilidades o equipos especiales, aunque el metal eventualmente se oxidará con el tiempo. El acero inoxidable es una mejor opción, pero probablemente se limitará a tinas y tanques de almacenamiento, a menos que tenga un presupuesto considerable para pagar la fabricación profesional. Las columnas de destilación usadas a veces están disponibles a través de distribuidores de subastas agrícolas e industriales.

El costo de producir etanol dependerá de cuánto esfuerzo pongas en el proceso. Incluso el uso de materias primas descartadas no garantizará un producto económico si desperdicia energía durante la producción. La fuente, la duración y el grado de entrada de calor son factores significativos que se pueden economizar con el uso de enzimas eficientes y diseños de recuperación de calor. El uso de levaduras tolerantes al alcohol con nutrientes también mejora la eficiencia de conversión, y aprovechar al máximo los subproductos útiles (como los granos de destilería ricos en proteínas) se suma al resultado final.

Si se encuentra en un entorno rural y elige dedicar un acre o más de tierra de cultivo a la producción de etanol, tendrá que determinar qué cultivo localmente adecuado logrará el mejor equilibrio entre resistencia, tolerancia al agua, esfuerzo de cosecha y alcohol (azúcar y alcohol). almidón) rendimiento. El porcentaje fermentable de granos comunes y tubérculos varía drásticamente entre el 16 y casi el 80 por ciento. Probablemente más importante es el rendimiento de alcohol por acre, que puede oscilar entre unos 300 galones de maíz de campo a 400 galones de remolacha azucarera, a casi 600 galones de caña de azúcar, sorgo y alcachofas de Jerusalén. Otros cultivos pueden tener rendimientos más bajos, pero ofrecen ventajas en la conversión, el almacenamiento o el procesamiento. La siguiente tabla es un desglose de los costos representativos y la recuperación de una operación pequeña, que variará según su situación particular.

Y tenga esto en cuenta: si puede producir etanol a pequeña escala por menos del costo actual de la gasolina no es la única pregunta. También tiene el conocimiento de que está utilizando un combustible de combustión limpia y producido de manera sostenible, y que no importa cuánto aumenten los precios de la gasolina en el futuro, podrá fabricar el suyo propio a un precio razonable.

Publicado originalmente como "¡Haz tu propio gas! Principios básicos del combustible de alcohol" en la edición de abril/mayo de 2010 de NOTICIAS DE LA MADRE TERRESTRE.

Richard Freudenberger dirigió las instalaciones de investigación de MOTHER EARTH NEWS de 1980 a 1990 y coordinó nuestro programa Alcohol Fuel durante ese tiempo. Vive en Hendersonville, Carolina del Norte, y es editor y editor técnico de la revista BackHome. También es el autor de Alcohol Fuel: Making and Using Ethanol as a Renewable Fuel.