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Los camiones (y algunos autos) los necesitan para ir del punto A al punto B. Y, en muchos lugares, ayudan a mantener las luces encendidas. Estamos hablando, por supuesto, de los combustibles derivados del petróleo. Y aunque el combustible diésel puede ser uno de los tipos más comunes, a menos que usted esté involucrado en la industria, es posible que no esté al tanto de los esfuerzos en curso para mejorar el perfil ambiental de un producto que es especialmente vital para el transporte terrestre y aéreo.

"Diésel de base biológica" es el término amplio que se aplica a los combustibles derivados de materias primas biológicas, como los aceites vegetales y las grasas animales. Dentro del término general "de base biológica", usted encontrará dos variaciones que suenan similares pero se distinguen por sus estructuras químicas particulares: diésel renovable y biodiésel.

Los métodos de prueba, especificaciones y estándares de ASTM International han sido una parte importante del ecosistema de los combustibles diésel durante décadas, y continúan reflejando y apoyando la evolución de las alternativas más ecológicas. Aquí analizamos los nuevos desarrollos en combustibles para vehículos y aviones, y el modo en que están evolucionando los estándares para satisfacer las necesidades de una industria cambiante. Pero primero, una lección de química.

Similar pero diferente

"Diésel renovable" suena como una frase genérica que podría cubrir una gama de opciones de combustibles diésel diferentes y más ecológicas, como el biodiésel. Sin embargo, en realidad es un tipo de diésel de base biológica con una firma química muy específica.

"'Diésel renovable' aún no es una definición oficial en ASTM, pero hay un entendimiento común en la industria", dice el Dr. David Slade, tecnólogo jefe de Renewable Energy Group y miembro desde hace mucho tiempo de varios subcomités en el Comité sobre Productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes (D02). "El diésel renovable es un combustible de hidrocarburos, mientras que el biodiésel es un combustible de ésteres".

Esta distinción significa que, si bien ambos tipos de combustible se derivan de materias primas biológicas, su composición química final es muy diferente. El biodiésel es siempre un éster metílico de ácido graso (fatty acid methyl ester, FAME) oxigenado, mientras que el diésel renovable es un hidrocarburo (al igual que el diésel de petróleo, curiosamente).

La producción de diésel renovable requiere la desoxigenación de los lípidos (grasas y aceites) utilizados como materias primas. "Usted está eliminando las moléculas de oxígeno y dejando solo el carbono y el hidrógeno. Por eso decimos que es un hidrocarburo”, indica Slade. "Una cosa a tener en cuenta, sin embargo, es que hay múltiples ‘clases‘ de moléculas de hidrocarburos en el combustible diésel, y el diésel renovable producido hoy en día solo incluye una de ellas: las parafinas”.

El biodiésel y el diésel renovable difieren en la forma en que mitigan los impactos ambientales. “Desde el punto de vista de la producción, la producción de biodiésel tiene un poco menos de intensidad de carbono que la producción de diésel renovable”, explica Slade. "Desde el punto de vista de las emisiones del motor, el biodiésel es muy bueno para reducir las emisiones de partículas y de hidrocarburos, y el diésel renovable es muy bueno para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno".

Aunque ambas categorías de diésel de base biológica se comparan favorablemente con el diésel de petróleo en términos de intensidad de carbono y desempeño de emisiones, el diésel renovable, debido a que es un producto de hidrocarburos, se puede derivar de una variedad más amplia de insumos alternativos. Sin embargo, estas materias primas biológicas -almidón/azúcar, biomasa celulósica (materia orgánica como cultivos agrícolas, madera y residuos de madera, hierbas) y biomasa lignocelulósica (material vegetal no utilizado para alimentos, como residuos agrícolas y forestales), entre otros- todavía no están disponibles a escala comercial. "Así que tanto el biodiésel como el diésel renovable están hechos actualmente del mismo conjunto de materias primas, que son grasas y aceites", comenta Slade.

Cuota de mercado

La Junta Nacional de Biodiésel estima que en los Estados Unidos se consumió alrededor de 3000 millones de galones (11 300 millones de litros) de combustible diésel de base biológica en 2020, y cree que esa cantidad podría duplicarse en los próximos ocho años. Este total incluye tanto el biodiésel como el diésel renovable.

Mirando más de cerca el diésel renovable, en julio de 2021, la Administración de Información Energética (Energy Information Administration, EIA) de los EE. UU. citó la capacidad de producción de los EE. UU. en poco más de 500 millones de galones (1900 millones de litros) por año, o alrededor de 38 000 barriles por día. EIA también señaló que si todos los proyectos de diésel renovable propuestos llegan a buen término y se suman a los que están en construcción, el total podría aumentar casi diez veces: 330 000 barriles por día, o alrededor de 5100 millones de galones (19 300 millones de litros) por año, para finales de 2024. Esto representaría aproximadamente el 5 % de la capacidad total de producción de diésel de los Estados Unidos.

A nivel internacional, la consultora FutureBridge indica la producción mundial actual de diésel renovable en alrededor de 1400 millones de galones (5500 millones de litros) y pronostica un fuerte crecimiento, de hasta 3400 millones de galones (13 000 millones de litros), para 2024.

"El diésel renovable es un producto nuevo", señala Slade. "No ha estado en el mercado en grandes volúmenes hasta tal vez los últimos cinco años, mientras que el biodiésel ha estado allí durante unos 15 años en grandes volúmenes".

Entonces, ¿quién compra? La compañía de Slade vendió mucho biodiésel a las grandes petroleras durante esos primeros diez años. Lo mezclaban con diésel de petróleo y lo vendían a sus clientes finales y a las paradas de camiones. En los últimos años, las empresas con grandes flotas han aumentado sus compras de biodiésel.

"Servicios de entrega de paquetes, grandes empresas de transporte y minería: cualquiera que use mucho combustible y, por lo tanto, tenga su propio depósito e infraestructura", explica Slade. "Y luego, debido a que el biodiésel, al menos, se ha normalizado por parte de las paradas de camiones, gran parte también se ha ido al mercado minorista más pequeño. No solo las grandes paradas de camiones, sino también las cadenas de tiendas locales".

Incentivar el diésel de base biológica: Incentivos fiscales

Los incentivos financieros pueden ser el factor más importante que ha impulsado el crecimiento de los combustibles diésel de origen biológico en los últimos 15 años. Tres de ellos han sido particularmente impactantes en los Estados Unidos.

El primero es el crédito fiscal de $1/galón de biodiésel (biodiesel tax credit, BTC). Lanzado como parte de la Ley de Creación de Empleos de los Estados Unidos de 2004, el BTC se ha modificado periódicamente desde entonces y actualmente se extiende hasta el final de este año. Los créditos los obtienen las empresas que compran biodiésel o diésel renovable y lo mezclan con diésel de petróleo, lo que ayuda a compensar el mayor costo de dichas mezclas. "Eso condujo a una gran cantidad de uso de biodiésel a mediados de la década de 2000, los primeros tiempos", dice Slade.

El segundo incentivo importante es el Estándar de combustible renovable (renewable fuel standard, RFS). Presentado en 2005 y ampliado dos años después, este programa de la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) de los Estados Unidos se aplica a las llamadas "partes obligadas" —refinadores o importadores de combustible diésel (y gasolina)— y se basa en créditos transaccionales llamados Números de identificación renovables (renewable identification numbers, RIN).

Los RIN se generan cuando se produce un combustible de base biológica. Esto hace que se puedan comprar y vender a través de un sistema similar a los créditos de carbono. "Las partes obligadas deben adquirir suficientes RIN para cubrir su Obligación de volumen renovable (renewable volume obligation, RVO)", explica Slade. "Las fórmulas de la EPA, recalculadas cada año, les dicen su RVO en función del volumen que produjeron o importaron, y deben obtener suficientes RIN para cubrir esa obligación". El RFS ha fomentado un mercado sólido para estos créditos.

Un tercer estándar clave de diésel de base biológica, el estándar de combustible bajo en carbono de California, se implementó por primera vez en 2011 y se ha modificado varias veces. De acuerdo con la Junta de Recursos Atmosféricos (Air Resources Board) del estado, el estándar está diseñado para "disminuir la intensidad de carbono del conjunto de combustible para el transporte de California y proporcionar una gama creciente de alternativas de bajo carbono y renovables". La estructura del programa es similar a la del RFS federal, simplemente sustituyendo las RVO por "déficits".

Los países de todo el mundo también están incentivando el uso de diésel de base biológica. El paquete "Objetivo 55" de la Unión Europea incluye una propuesta de duplicar el objetivo de energía renovable para el transporte, del 14 al 28 %, así como un mandato de mezcla propuesto para los combustibles de aviación. China ha anunciado que planea "promover vigorosamente" los biocombustibles, mientras que la India tiene el ambicioso objetivo de alcanzar un mandato de mezcla del 20 % en cinco años.

"B" es de "blend" (mezcla)

Los estándares de ASTM son especialmente valiosos para las nuevas categorías de productos a medida que construyen sus currículos, al ayudarles a ganar la confianza del mercado. En el caso del biodiésel, dos estándares han sido especialmente importantes: la especificación de componente de mezcla de combustible biodiésel (B100) para combustibles de destilado medio (D6751), que aborda el uso de biodiésel al 100 % (denominado B100) como componente de mezcla, y la especificación de la mezcla de fueloil diésel y biodiésel (B6 a B20) (D7467), que cubre el biodiésel mezclado con fueloil diésel en cantidades del 6 al 20 %.

Como director técnico de la Junta Nacional de Biodiésel (National Biodiesel Board) de los EE. UU. y miembro desde hace mucho tiempo de D02, Scott Fenwick está excepcionalmente calificado para proporcionar un poco de historia. “La primera revisión de ASTM D6751 para biodiésel como componente de mezcla con fueloil diésel comenzó como el estándar provisional PS121-99, el último estándar provisional que publicó ASTM. Desde entonces, el D6751 se ha revisado 28 veces en los últimos 22 años", dice.

Esta especificación establece una serie de propiedades que deben estar presentes, y límites que no deben superarse, para que un combustible pueda calificarse como biodiésel. "No es, por definición al menos, un estándar de combustible", dice Slade. "Es un estándar de componente de mezcla, y eso significa que define este material para que, si alguien quiere mezclarlo con combustible de petróleo, pueda hacerlo". Agrega que las personas que usan biodiésel puro, a menudo se refieren al D6751 para las propiedades de calidad, aunque no se desarrolló como un estándar de combustible independiente.

Volviendo al D7467, el requisito principal es que los dos componentes de un combustible mezclado —el biodiésel y los hidrocarburos con los que se está mezclando— cumplan con sus respectivos estándares individuales antes de mezclarse. "Lo que eso significa es que cualquier cosa que use para mezclar B6 a B20, bajo este estándar tiene que haber cumplido con D6751, el estándar de biodiésel, antes de mezclar", señala Slade. "Y cualquier combustible de hidrocarburos que utilice como parte de la mezcla tiene que haber cumplido con la especificación para el combustible diésel, D975".

El diésel de petróleo es el combustible de hidrocarburos más frecuentemente mezclado con biodiésel. Es interesante observar que se pueden incorporar al combustible diésel pequeñas cantidades de biodiésel (hasta un 5 %) sin afectar su designación como combustible D975. Sin embargo, cuando la proporción de biodiésel se eleva por encima del 5 %, el estándar relevante pasa a ser el D7467, la especificación de B6 a B20.

¿Y qué hay de B21 y más? "En este momento, los únicos estándares oficiales de ASTM diferentes del D6751, que es un estándar de componente de mezcla, llegan hasta B20", afirma Slade. "Las próximas discusiones examinarán la mejor manera de obtener estándares para mezclas más altas, y cuál debería ser el siguiente nivel de mezcla. ¿Debería llegar hasta una especificación de combustible terminado B100? ¿Debería ser B50? ¿Se hace como parte de D7467, que actualmente es la especificación B6 a B20, añadiendo una nueva categoría para B21 a B100, o B21 a B50? ¿O esto necesita su propio estándar completamente nuevo? Creo que, en términos generales, la gente preferiría poner las cosas en los estándares existentes, siempre que encajen".

Independientemente de cómo se resuelva este debate, la flexibilidad será un elemento clave de cualquier estándar nuevo o modificado. "Todo el mundo está tratando de ser muy consciente del hecho de que en el futuro las cosas podrían cambiar, y estamos tratando de no ser limitantes en el lenguaje a medida que creamos o adaptamos las especificaciones", concluye Slade.

Combustible de aviación sostenible

El combustible convencional para aviones es un destilado más ligero de petróleo; el tipo de combustible es queroseno, en lugar de diésel. Sin embargo, el uso de la mezcla para introducir ingredientes con menor huella de carbono -descrito anteriormente en el contexto del diésel de base biológica utilizado para el transporte terrestre- también está creciendo en el sector de la aviación.

"El combustible de aviación sostenible, una alternativa al combustible convencional a base de petróleo, es un combustible bajo en carbono que se deriva de fuentes renovables o subproductos de desechos", explica George Zombanakis, miembro del subcomité sobre Aviación (D02.J0) e ingeniero principal de United Airlines. "El combustible de aviación sostenible (sustainable aviation fuel, SAF) es un combustible de sustitución directa (‘drop-in’), lo que significa que se puede utilizar de manera segura en los sistemas aeroportuarios y de aeronaves existentes sin cambios en la infraestructura. El SAF de United disponible hoy en día tiene aproximadamente un 80 % menos de emisiones de gases de efecto invernadero sobre la base del ciclo de vida".

United ha comprado aproximadamente 1 millón de galones (3.8 millones de litros) de SAF por año desde 2016, según Zombanakis. Esta cifra representa una pequeña fracción del consumo anual típico de la aerolínea de 4000 millones de galones (15 100 millones de litros), y refleja un suministro limitado de combustible sostenible. Sin embargo, se espera que más productores entren en funcionamiento en el futuro, y el Gran desafío de combustible de aviación sostenible (Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge) anunciado por el gobierno de los Estados Unidos el otoño pasado espera aumentar esa oferta, al menos, a 3000 millones de galones (11 300 millones de litros) por año para 2030.

La especificación para el combustible de turbina de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados (D7566) ha sido vital para el surgimiento de combustibles de aviación sostenibles como una opción viable para las aerolíneas. Incluye siete vías aprobadas, o anexos, que especifican las propiedades de los combustibles sintéticos producidos a partir de biomasa, azúcares fermentables y aceites orgánicos derivados de algas (por nombrar algunos), que finalmente se mezclan con los combustibles tradicionales a base de petróleo.

La especificación para combustibles de turbina de aviación (D1655) y la práctica para la evaluación de nuevos combustibles y aditivos de combustible de turbina de aviación (D4054) también son recursos importantes para las aerolíneas que están tratando de implementar alternativas más ecológicas. Fenwick señala que D1655 abarca parámetros y límites para combustibles de aviación tradicionales, combustibles mezclados e incluso aquellas mezclas en las que las materias primas de biomasa se procesan simultáneamente con el petróleo durante la producción.

Zombanakis aplaude al subcomité D02.J0 por su trabajo en el D4054. "El proceso de Vía rápida en el D4054 ayudará enormemente a la industria y a las empresas de producción", dice, señalando que ya hay mezclas de combustibles SAF adicionales en proceso de aprobación. También confía en que los estándares de especificación existentes para la producción de SAF se modifiquen según sea necesario para reflejar los nuevos desarrollos tecnológicos.

Scott Fenwick lo resume. "Aunque los criterios para la ‘sostenibilidad’ de los combustibles se dejan principalmente en manos de otros organismos, ASTM continúa investigando y desarrollando los estándares necesarios sobre combustibles líquidos nuevos y emergentes. Todas estas especificaciones ayudan a garantizar el rendimiento en sus aplicaciones previstas y la capacidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para hacer frente al cambio climático".

Jack Maxwell es un escritor independiente que reside en Westmont, Nueva Jersey, EE. UU