Contaminación
atmosférica y sinergias edafo-hídricas en el ciclo de vida de combustibles
fósiles y biocombustibles: Un estudio comparativo
Atmospheric pollution and
soil-water synergies in the life cycle of fossil fuels and biofuels: A
comparative study
Sandra Peña*
Joaquin Ochoa
Eddie Zambrano
Vega Maria Belen
Merchán Amy
Abstract
Fossil fuels release ancient carbon and toxic
pollutants (SOx, heavy metals), whereas biofuels
recycle recent CO₂ but their agricultural production can cause eutrophication
and deforestation. This study aimed to analyze and compare emissions associated
with agricultural practices in Ecuador through a systematic review of official
data (2015–2021) and scientific literature. Key indicators were evaluated, such
as emission factors (g CO₂/MJ), fine particulate matter (PM₂.₅) release and
toxicity, and the relative contribution of these emissions to the national
carbon footprint. Fossil fuels emit 50–91.6 g CO₂/MJ and SOx;
biofuels derived from lignocellulosic residues achieve negative emissions (-1.1
g CO₂ eq/MJ), whereas those from palm or soy double the fossil footprint (74 g
CO₂ eq/MJ) due to land-use change. The study concludes that only advanced
biofuels are sustainable; first-generation biofuels can be worse than fossil
fuels. The discussion highlights that sustainability depends critically on the
feedstock, agricultural practices, and waste management.
Keywords: Fossil fuels; biofuels; carbon footprint; soil and water pollution.
Resumen
Los combustibles fósiles liberan carbono vegetal
y contaminantes tóxicos (SOx, metales pesados), mientras que los
biocombustibles reciclan CO₂ reciente pero su producción agrícola puede causar
eutrofización y deforestación. El propósito de este estudio fue analizar y
comparar las emisiones asociadas a las prácticas agrícolas en Ecuador, mediante
una revisión sistemática de datos oficiales (2015–2021) y literatura
científica. Se evaluaron indicadores clave como factores de emisión (g CO₂/MJ),
liberación de partículas finas (PM₂.₅) y su toxicidad, así como la contribución
relativa de estas emisiones a la huella de carbono nacional. Los fósiles emiten
50-91.6 g CO₂/MJ y SOx; los biocombustibles de residuos lignocelulósicos logran
emisiones negativas (-1.1 g CO₂ eq/MJ), pero los de palma/soya duplican la
huella fósil (74 g CO₂ eq/MJ) por cambio de uso de suelo. Se concluye que solo
los biocombustibles avanzados son sostenibles; los de primera generación pueden
ser peores que los fósiles. La discusión subraya que la sostenibilidad depende
críticamente de la materia prima, prácticas agrícolas y gestión de residuos.
Palabras Clave: Combustibles fósiles; biocombustibles; huella de carbono; contaminación edafo-hídrica.
Resumo
Combustíveis fósseis liberam carbono antigo e poluentes tóxicos (SOx,
metais pesados), enquanto biocombustíveis reciclam CO₂ recente, embora sua
produção agrícola possa causar eutrofização e desmatamento. Este estudo teve
como objetivo analisar e comparar as emissões associadas a práticas agrícolas
no Equador, por meio de uma revisão sistemática de dados oficiais (2015–2021) e
da literatura científica. Foram avaliados indicadores-chave, como fatores de
emissão (g CO₂/MJ), liberação e toxicidade de material particulado fino (PM₂.₅)
e a contribuição relativa dessas emissões para a pegada de carbono nacional.
Combustíveis fósseis emitem entre 50 e 91,6 g CO₂/MJ e SOx; biocombustíveis
derivados de resíduos lignocelulósicos alcançam emissões negativas (-1,1 g CO₂
eq/MJ), ao passo que aqueles provenientes de palma ou soja duplicam a pegada
fóssil (74 g CO₂ eq/MJ) devido à mudança no uso da terra. O estudo conclui que
apenas biocombustíveis avançados são sustentáveis; biocombustíveis de primeira
geração podem ser piores do que os combustíveis fósseis. A discussão destaca
que a sustentabilidade depende fundamentalmente da matéria-prima, das práticas
agrícolas e do manejo de resíduos.
Palavras-chave: Combustíveis
fósseis; biocombustíveis; pegada de carbono; poluição do solo e da água.
INTRODUCTION
El sector energético global enfrenta una disyuntiva
fundamental entre mantener el actual modelo basado en combustibles fósiles o
transitar hacia fuentes renovables como los biocombustibles. Los combustibles
fósiles (carbón, petróleo y gas natural) han sido durante décadas la principal
fuente de energía a nivel mundial debido a su alto poder calorífico e
infraestructura consolidada; sin embargo, su explotación y consumo generan
emisiones significativas de gases contaminantes que afectan al medio ambiente y
contribuyen al calentamiento global
No obstante, la comparación ambiental entre
ambas fuentes energéticas no es unívoca. Como señalan
Por su parte, los biocombustibles, aunque
renovables, no están exentos de impactos ambientales críticos.
En cuanto a la salud humana,
Dado este panorama de compensaciones ambientales, el presente estudio tiene como objetivo comparar el impacto ambiental generado por el uso de combustibles fósiles y biocombustibles, considerando especialmente la emisión de gases contaminantes (CO₂, NOx, SOx, COV), su efecto en cuerpos de agua y suelos, y la huella de carbono total mediante análisis de ciclo de vida (LCA).
Esta comparación busca proporcionar
elementos técnicos para orientar políticas energéticas sostenibles,
particularmente en contextos como el ecuatoriano, donde la dependencia de
combustibles fósiles subsidiados
MATERIALS AND METHODS
Se realizó una búsqueda sistemática de literatura científica publicada entre 2005 y 2026, utilizando las siguientes bases de datos: Scopus, Science Direct, Springer, E-LIBRO y DSPACE.
Los criterios de inclusión fueron: (a) estudios que reporten factores de emisión directa de CO₂ para combustibles fósiles o biocombustibles, (b) investigaciones sobre eutrofización asociada a cultivos energéticos, (c) registros documentados de derrames de hidrocarburos, (d) evaluaciones de toxicidad de material particulado (PM 2.5) mediante ensayos in vitro, y (e) artículos con análisis de ciclo de vida (LCA) publicados en revistas indexadas.
Para sistematizar la información recolectada y garantizar la trazabilidad del análisis, se definieron ocho indicadores ambientales clave, agrupados en tres categorías: emisiones atmosféricas (factor de emisión directa de CO₂, SOx, NOx y formaldehído), impacto edafo-hídrico (carga de nitrógeno y fósforo por escorrentía, metales pesados en suelos y derrames de hidrocarburos) y toxicidad del material particulado (PM2.5). La Tabla 1. Métricas e indicadores ambientales analizados sintetiza estos parámetros con sus respectivas unidades de medida, descripción operativa y fuentes de referencia.
Tabla 1. Métricas e indicadores ambientales analizados
|
Indicador |
Unidad |
Descripción |
|
Factor de emisión directa de CO₂ |
g CO₂/MJ |
Cantidad de dióxido de carbono emitido por
unidad de energía producida durante la combustión |
|
Huella de carbono con iLUC |
g CO₂ eq/MJ |
Emisiones totales incluyendo cambio indirecto de uso
de suelo |
|
Emisiones de SOx |
Cualitativo |
Contribución a lluvia ácida y formación de
aerosoles sulfatados |
|
Emisiones de NOx y formaldehído |
Cualitativo |
Precursores de smog fotoquímico y ozono troposférico |
|
Carga de nitrógeno (N) y fósforo (P) |
% de incremento |
Escorrentía de fertilizantes hacia cuerpos
de agua |
|
Toxicidad de material particulado (PM2.5) |
Citotoxicidad relativa |
Evaluación en células epiteliales pulmonares humanas
A549 |
|
Metales pesados en suelos |
mg/kg |
Concentración de cadmio (Cd), níquel (Ni),
cromo (Cr) en suelos contaminados por derrames |
|
Derrames de hidrocarburos |
Número de incidentes |
Registros anuales de derrames de crudo en Ecuador |
Nota. Factores de emisión directa adaptados iLUC de
Emisiones
atmosféricas
Se
recopilaron factores de emisión directa para diferentes combustibles carbonosos,
incluyendo carbón bituminoso (87.3 g CO₂/MJ), lignito (91.6 g CO₂/MJ), gas
natural (50.0 g CO₂/MJ), gasolina (69.3 g CO₂/MJ) y diésel (68.6 g CO₂/MJ).
Para biocombustibles, se extrajeron valores de emisiones con y sin cambio de
uso de suelo de
Los combustibles fósiles presentan factores de emisión que oscilan entre 50.0 y 91.6 g CO₂/MJ, siendo el lignito el de mayor impacto y el gas natural el de menor emisión dentro de este grupo. En contraste, los biocombustibles de residuos lignocelulósicos logran emisiones netas negativas (-1.1 g CO₂ eq/MJ), mientras que los de palma o soya duplican la huella fósil (74 g CO₂ eq/MJ) cuando se incluye el cambio indirecto de uso de suelo.
Impacto
edafo-hídrico
Para evaluar
la contaminación hídrica, se analizaron estudios de carga de nitrógeno y
fósforo por escorrentía de fertilizantes asociada a cultivos energéticos.
Por otro
lado, para la contaminación de suelos, se revisaron registros de derrames de
hidrocarburos en Ecuador correspondientes al período 2015-2021, reportados por
La contaminación hídrica por biocombustibles de primera generación se manifiesta en incrementos de carga de nitrógeno de hasta 34% en cuencas hidrográficas, generando eutrofización y zonas muertas. En contraste, los combustibles fósiles contaminan suelos principalmente por derrames, como los 899 incidentes registrados en Ecuador entre 2015 y 2021, que liberan metales pesados como cadmio y níquel, alterando la fertilidad del suelo y superando en hasta 27 veces los límites legales permitidos.
La
remediación de estos suelos contaminados puede abordarse mediante métodos de
biorremediación, que utilizan microorganismos para degradar hidrocarburos, o
mediante electroremediación, que emplea campos eléctricos para movilizar
contaminantes; ambos enfoques han mostrado resultados prometedores en la
recuperación de suelos afectados por la industria petrolera
Toxicidad
de material particulado (PM2.5)
Se revisaron
estudios de toxicología in vitro que evaluaron el efecto de partículas PM2.5
provenientes de diferentes fuentes de combustión sobre células epiteliales
pulmonares humanas A549.
Análisis de ciclo de vida (LCA) y huella de
carbono
Se
incorporaron estudios de análisis de ciclo de vida que evalúan emisiones
well-to-wheels (del pozo a la rueda) y well-to-wake (del pozo a la estela).
El análisis de ciclo de vida evidencia que los biocombustibles presentan el factor de emisión más bajo entre todos los combustibles (0.10 kg CO₂ eq/kWh), superando incluso al gas natural (0.5 kg CO₂ eq/kWh). Sin embargo, esta ventaja se anula cuando se incluye el cambio indirecto de uso de suelo (iLUC), que puede duplicar la huella de carbono de los biocombustibles de primera generación. Por ello, solo los biocombustibles de segunda generación a partir de residuos lignocelulósicos logran balances de carbono negativos, posicionándose como la única opción sostenible.
RESULTS
Con el fin de establecer una base cuantitativa para la comparación entre combustibles fósiles y biocombustibles, se recopilaron los factores de emisión directa de CO₂, así como la presencia de contaminantes secundarios (SOx, NOx, material particulado y formaldehído) documentados en la literatura especializada. Los datos recopilados se resumen en la Tabla 2. Factores de emisión de gases contaminantes por tipo de combustible, donde se presentan los valores de emisión por unidad de energía (g CO₂/MJ) correspondientes a combustibles fósiles (gas natural, gasolina, diésel, carbón y fueloil) y biocombustibles (etanol de maíz, etanol de rastrojo de maíz y etanol de palma/soya), junto con una descripción cualitativa de los contaminantes secundarios asociados a cada uno.
En consecuencia, la información contenida en esta tabla constituye el referente analítico para el contraste de perfiles de emisión entre ambas fuentes energéticas.
Tabla 2. Factores de emisión de gases contaminantes
por tipo de combustible
|
CO₂ (g CO₂/MJ) |
SOx |
NOx |
(PM2.5) |
Formaldehído |
|
|
Combustible Fósiles |
|||||
|
Gas natural |
50.0 |
Bajo |
Bajo |
Muy bajo |
Bajo |
|
Gasolina |
69.3 |
Medio |
Medio |
Medio |
Bajo |
|
Diésel |
68.6 |
Medio |
Alto |
Alto |
Bajo |
|
Carbón bituminoso |
87.3 |
Muy alto |
Alto |
Muy alto |
Medio |
|
Lignito |
91.6 |
Muy alto |
Alto |
Muy alto |
Medio |
|
Fueloil pesado |
73.9 |
Muy alto |
Alto |
Alto |
Medio |
|
Biocombustibles |
|||||
|
Etanol (maíz) |
12.9-22.6 (sin iLUC) |
Cero |
Variable |
Bajo |
Incrementa |
|
Etanol (rastrojo de maíz) |
-1.1 a -1.6 (negativo) |
Cero |
Bajo |
Muy bajo |
Bajo |
|
Etanol (palma/soya con iLUC) |
74.0 (con iLUC) |
Cero |
Variable |
Bajo |
Variable |
Nota. Adaptado
de
Emisiones
atmosféricas de gases contaminantes
Los resultados de la Tabla 2. Factores de emisión de gases contaminantes por tipo de combustible evidencian diferencias significativas entre ambos tipos de combustibles.
Los
combustibles fósiles presentan factores de emisión directa que oscilan entre
50.0 g CO₂/MJ (gas natural) y 91.6 g CO₂/MJ (lignito), siendo el carbón y sus
derivados los de mayor impacto por unidad de energía. Además, todos los fósiles
emiten SOx en cantidades variables, siendo el fueloil pesado, el carbón
bituminoso y el lignito los de mayor contribución a la lluvia ácida
En contraste,
los biocombustibles presentan un perfil de emisiones radicalmente diferente.
Todos los biocombustibles evaluados eliminan por completo las emisiones de SOx,
debido a su nulo contenido de azufre en la estructura molecular
El hallazgo
más relevante corresponde a los biocombustibles de residuos lignocelulósicos
(rastrojo de maíz), que logran emisiones netas negativas de -1.1 a -1.6 g CO₂
eq/MJ. Estos resultados son consistentes con investigaciones previas que han
evaluado el potencial de residuos agrícolas, como los residuos de corte de caña
de azúcar, para la producción de biocombustibles sólidos, demostrando que la
biomasa lignocelulósica constituye una materia prima viable y sostenible para
la generación de energía
Por el contrario, el etanol de palma o soya con iLUC duplica la huella de carbono de los combustibles fósiles, alcanzando hasta 74.0 g CO₂ eq/MJ, lo que evidencia que no todos los biocombustibles son ambientalmente superiores.
Impacto
edafo-hídrico
La evaluación del impacto ambiental no puede circunscribirse a las emisiones atmosféricas, sino que debe incorporar los efectos sobre los ecosistemas terrestres y acuáticos, donde los combustibles fósiles y los biocombustibles generan perturbaciones de naturaleza distinta. Con el fin de abordar esta dimensión, la Tabla 3. Impacto edafo-hídrico por tipo de combustible presenta una comparación sistemática de los impactos edafo-hídricos (contaminación de suelos y cuerpos de agua) asociados a combustibles fósiles y biocombustibles de primera y segunda generación, considerando indicadores como eutrofización por escorrentía de fertilizantes, frecuencia de derrames de hidrocarburos, concentración de metales pesados en suelos y deforestación por cambio de uso de suelo.
Tabla 3. Impacto edafo-hídrico por tipo de combustible
|
Categoría de impacto |
Combustibles fósiles |
Biocombustibles 1ª generación |
Biocombustibles 2ª generación |
|
Agua (eutrofización) |
No genera directamente |
Alta por escorrentía de fertilizantes (N y P) |
Nula (no requiere fertilizantes) |
|
Incremento de carga de nitrógeno |
N/A |
10-34% (cuenca Mississippi) |
0% |
|
Zonas muertas (hipoxia) |
No |
Sí (Golfo de México, mares europeos) |
No |
|
Suelo (contaminación) |
|||
|
Derrames frecuentes |
Sí (899 en Ecuador 2015-2021, 248 en 2016) |
No aplica |
No aplica |
|
Metales pesados |
Cd, Ni, Cr (hasta 32,100 mg/kg TPH) |
No |
No |
|
Pérdida de fertilidad del suelo |
Sí (compactación, impermeabilización) |
Posible por monocultivos |
No |
|
Deforestación |
Sí (por extracción) |
Sí (por iLUC: 17-420 veces deuda de carbono) |
No |
Nota. Adaptado de
Los
resultados de la Tabla
3. Impacto edafo-hídrico por tipo de combustible
revelan que los combustibles fósiles y los biocombustibles de primera
generación generan impactos edafo-hídricos opuestos. Los combustibles fósiles
contaminan principalmente por derrames de hidrocarburos. En Ecuador, entre 2015
y 2021 se registraron 899 incidentes relacionados con derrames de crudo u otras
sustancias contaminantes, con un pico de 248 derrames en 2016, lo que equivale
a casi cinco derrames por semana (
En contraste,
los biocombustibles de primera generación no generan derrames de hidrocarburos,
pero introducen un problema ambiental diferente: la eutrofización por
escorrentía de fertilizantes.
Los biocombustibles de segunda generación a partir de residuos lignocelulósicos presentan el mejor desempeño edafo-hídrico: no generan eutrofización porque no requieren fertilizantes, no provocan deforestación porque utilizan residuos agrícolas, y no compiten por tierras agrícolas. Esta ventaja los posiciona como la opción más sostenible desde la perspectiva edafo-hídrica.
Toxicidad
del material particulado (PM2.5)
La fracción fina del material particulado (PM2.5) representa un indicador crítico de la calidad del aire, dada su asociación con enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Con el fin de comparar la toxicidad de las emisiones generadas por distintas fuentes energéticas, se analizaron estudios de toxicología in vitro desarrollados en células epiteliales pulmonares humanas A549. Los resultados de dichos estudios se sintetizan en la Tabla 4. Toxicidad relativa del material particulado (PM2.5) por fuente de combustión, donde se muestra la citotoxicidad relativa del PM2.5 procedente de escape de automóviles, combustión de carbón, quema de biomasa vegetal, biocombustibles de segunda generación y biodiésel, así como la composición química que explica sus diferencias.
Tabla 4. Toxicidad relativa del material particulado (PM2.5) por fuente de combustión
|
Fuente de PM2.5 |
Citotoxicidad relativa |
Composición química característica |
|
Escape de automóviles |
Más alta |
Fracciones carbonáceas, metales de
transición (V, Ni, Cr) |
|
Combustión de carbón |
Alta |
Metales pesados (As, Pb, Hg), carbono elemental |
|
Quema de biomasa vegetal |
Menos tóxica (2-5 veces menos que
escape) |
Carbono orgánico, compuestos fenólicos,
menos metales pesados |
|
Biocombustibles B2G (ultrafinas) |
Similar a gasolina |
Diferentes vías de toxicidad |
|
Biodiésel |
Variable |
Menos PAH tóxicos, más compuestos
carbonílicos |
Nota. Adaptado de
Los
resultados de la Tabla 4.
Toxicidad relativa del material particulado (PM2.5) por fuente de combustión
revelan hallazgos de gran relevancia para la comparación entre combustibles
fósiles y biocombustibles.
La clasificación general de citotoxicidad normalizada por masa fue:
Escape de automóviles > Combustión de carbón > Quema de biomasa vegetal > Aire urbano ambiental
Este hallazgo
es particularmente significativo, ya que indica que las partículas provenientes
de la quema de biomasa (categoría que incluye los biocombustibles sólidos) son
2 a 5 veces menos tóxicas que las de los combustibles fósiles
Huella de
carbono y análisis de ciclo de vida (LCA)
El análisis de la huella de carbono, al incorporar el cambio indirecto de uso de suelo (iLUC), permite una evaluación más rigurosa del desempeño ambiental de los combustibles. Con este enfoque, se recopilaron valores de emisiones de GEI para combustibles fósiles y biocombustibles de primera y segunda generación, en escenarios con y sin iLUC. La Tabla 5. Huella de carbono y emisiones netas por tipo de combustible resume dichos valores (expresados en g CO₂ eq/MJ) e identifica qué combustibles logran emisiones netas negativas.
Tabla 5. Huella de carbono y emisiones netas por tipo de combustible
|
Combustible |
Emisiones sin iLUC (g CO₂ eq/MJ) |
Emisiones con iLUC (g CO₂ eq/MJ) |
Emisiones negativas |
|
Fósiles |
|||
|
Gas natural |
50.0 |
N/A |
No |
|
Gasolina |
69.3 |
N/A |
No |
|
Diésel |
68.6 |
N/A |
No |
|
Carbón |
87.3-91.6 |
N/A |
No |
|
Biocombustibles 1ª generación |
|||
|
Etanol de maíz |
12.9-17.0 |
15.5-22.6 |
No |
|
Etanol de switchgrass |
20.3-35.5 |
38.2-74.0 |
No |
|
Biocombustibles 2ª generación |
|||
|
Rastrojo de maíz (biogasolina) |
-1.0 a -1.1 |
-1.0 a -1.1 |
Sí |
|
Rastrojo de maíz (etanol) |
-1.0 a -1.5 |
-0.9 a -1.6 |
Sí |
Nota. Adaptado
de
Los resultados de la Tabla 5. Huella de carbono y emisiones netas por tipo de combustible demuestran que los biocombustibles de segunda generación a partir de residuos lignocelulósicos son la única categoría que logra emisiones netas negativas (-1.0 a -1.6 g CO₂ eq/MJ). Este hallazgo es crucial porque indica que estos combustibles capturan más carbono del que emiten durante su ciclo de vida, convirtiéndose en sumideros de carbono en lugar de fuentes.
En contraste, los combustibles fósiles presentan las emisiones más altas, con el carbón (87.3-91.6 g CO₂/MJ) y el lignito (91.6 g CO₂/MJ) en el extremo superior, y el gas natural (50.0 g CO₂/MJ) en el extremo inferior. La gasolina (69.3 g CO₂/MJ) y el diésel (68.6 g CO₂/MJ) se sitúan en un rango intermedio.
Los biocombustibles de primera generación presentan un comportamiento intermedio. Sin iLUC, el etanol de maíz (12.9-17.0 g CO₂ eq/MJ) y el etanol de switchgrass (20.3-35.5 g CO₂ eq/MJ) son significativamente inferiores a los fósiles. Sin embargo, cuando se incluye el cambio indirecto de uso de suelo, sus emisiones aumentan drásticamente: el etanol de maíz sube a 15.5-22.6 g CO₂ eq/MJ, y el etanol de switchgrass alcanza hasta 74.0 g CO₂ eq/MJ, duplicando la huella de los combustibles fósiles. Este hallazgo confirma la advertencia de Fargione et al. (2008): el cambio de uso de suelo genera una "deuda de carbono" de 17 a 420 veces mayor que las reducciones anuales de GEI que estos biocombustibles proporcionarían al reemplazar combustibles fósiles.
DISCUSIÓN
El análisis
comparativo evidencia que no existe un combustible intrínsecamente
"limpio", sino que cada opción energética presenta un perfil de
impactos ambientales con ventajas y desventajas específicas. Los resultados
confirman que los biocombustibles de primera generación (maíz, soya, palma)
reducen parcialmente las emisiones de CO₂ respecto a los fósiles, pero generan
compensaciones ambientales significativas: eutrofización por escorrentía de
fertilizantes (incrementos de carga de nitrógeno de hasta 34%), deforestación
por cambio indirecto de uso de suelo (iLUC), y una deuda de carbono que puede
ser de 17 a 420 veces mayor que las reducciones anuales de GEI que proporcionan
En el ámbito
atmosférico, el biodiésel elimina completamente las emisiones de SOx por su
nulo contenido de azufre
En el
contexto ecuatoriano, los derrames de hidrocarburos constituyen una
problemática recurrente: entre 2015 y 2021 se registraron 899 incidentes, con
un pico de 248 derrames en 2016, que liberan metales pesados como cadmio y
níquel, alterando la fertilidad del suelo y superando en hasta 27 veces los
límites legales
Los
biocombustibles de segunda generación a partir de residuos lignocelulósicos
representan la única opción que no presenta compensaciones ambientales
significativas. Logran emisiones netas negativas (-1.1 g CO₂ eq/MJ), no generan
eutrofización porque no requieren fertilizantes, no provocan deforestación
porque utilizan residuos agrícolas, y no compiten por tierras agrícolas
Las limitaciones del estudio incluyen la variabilidad regional de los factores de emisión, la incertidumbre en los modelos de iLUC, y la falta de datos específicos para el contexto ecuatoriano en la producción de biocombustibles. No obstante, los hallazgos son robustos y consistentes con la literatura internacional, lo que permite formular recomendaciones para políticas energéticas: (1) diferenciar entre generaciones de biocombustibles en los marcos regulatorios, (2) priorizar el desarrollo de biocombustibles de segunda generación a partir de residuos, (3) internalizar los costos ambientales del iLUC y la eutrofización mediante mecanismos de precios del carbono, y (4) fortalecer la cooperación internacional para armonizar metodologías de cálculo de emisiones y transferir tecnologías sostenibles.
Los combustibles fósiles presentan el mayor impacto en emisiones de gases de efecto invernadero y contaminación de suelos, pero no generan eutrofización. Sus factores de emisión de CO₂ oscilan entre 50.0 y 91.6 g CO₂/MJ, acompañados de emisiones de SOx causantes de lluvia ácida y metales pesados como cadmio, níquel y cromo liberados al suelo por derrames. En Ecuador, entre 2015 y 2021 se registraron 899 derrames de hidrocarburos, con un pico de 248 incidentes en 2016, evidenciando la alta vulnerabilidad de los ecosistemas terrestres y acuáticos frente a la actividad petrolera.
Los biocombustibles de primera generación presentan compensaciones ambientales significativas. Aunque reducen parcialmente las emisiones de CO₂, la inclusión del cambio indirecto de uso de suelo puede duplicar su huella de carbono, llegando a superar la de los combustibles fósiles. Adicionalmente, la producción intensiva de cultivos energéticos genera eutrofización por escorrentía de fertilizantes, con incrementos de carga de nitrógeno de hasta 34% en cuencas hidrográficas y formación de zonas muertas hipóxicas en ecosistemas marinos.
El biodiésel reduce drásticamente las emisiones de SOx pero incrementa NOx y formaldehído. La eliminación completa de SOx representa una ventaja significativa frente al diésel fósil. Sin embargo, el incremento de NOx y compuestos carbonílicos como formaldehído contribuye a la formación de smog fotoquímico, afectando la calidad del aire urbano y la salud respiratoria.
Las partículas de biomasa son menos tóxicas que las de combustibles fósiles. Las partículas provenientes de la quema de biomasa son significativamente menos citotóxicas en células pulmonares humanas que las generadas por escape de automóviles o combustión de carbón, debido a su menor contenido de metales redox-activos.
Los biocombustibles de segunda generación a partir de residuos lignocelulósicos representan la única opción sostenible. Logran emisiones netas negativas, no generan eutrofización porque no requieren fertilizantes, no provocan deforestación porque utilizan residuos agrícolas, y no compiten por tierras agrícolas.
REFERENCES
Carral, L., Barros,
J. J. C., Fidalgo, H. C., Fabal, C. C., & Doce, A. M. (2021). Greenhouse Gas
Emissions and Energy Consumption of Coastal Ecosystem Enhancement Programme through Sustainable Artificial Reefs in
Galicia. International Journal of Environmental Research and Public
Health 2021, Vol. 18, Page 1909, 18(4), 1909.
https://doi.org/10.3390/IJERPH18041909
Cowie, A. L., Berndes, G., Bentsen, N. S.,
Brandão, M., Cherubini, F., Egnell, G., George, B., Gustavsson, L.,
Hanewinkel, M., Harris, Z. M., Johnsson, F., Junginger,
M., Kline, K. L., Koponen, K., Koppejan, J., Kraxner, F., Lamers, P., Majer,
S., Marland, E., … Ximenes, F. A. (2021). Applying a science-based systems
perspective to dispel misconceptions about climate effects of forest
bioenergy. GCB Bioenergy, 13(8), 1210–1231.
https://doi.org/10.1111/GCBB.12844;WEBSITE:WEBSITE:PERICLES;REQUESTEDJOURNAL:JOURNAL:17571707;ISSUE:ISSUE:DOI
Fargione, J., Hill, J., Tilman, D., Polasky, S., & Hawthorne, P.
(2008). Land clearing and the biofuel carbon debt. Science, 319(5867),
1235–1238.
https://doi.org/10.1126/SCIENCE.1152747;PAGE:STRING:ARTICLE/CHAPTER
Gracz, W., Marcinkowski,
D., Golimowski, W., Szwajca,
F., Strzelczyk, M., Wasilewski, J., & Krzaczek,
P. (2021). Multifaceted Comparison Efficiency and Emission Characteristics
of Multi-Fuel Power Generator Fueled by Different Fuels and Biofuels. Energies 2021, Vol. 14, Page 3388, 14(12), 3388.
https://doi.org/10.3390/EN14123388
Hernández-Espriú, A.,
Sánchez-León, E., Martínez-Santos, P., & Torres, L. G. (2012). Remediation of a
diesel-contaminated soil from a pipeline accidental spill: enhanced
biodegradation and soil washing processes using natural gums and
surfactants. Journal of Soils and Sediments 2012 13:1, 13(1),
152–165. https://doi.org/10.1007/S11368-012-0599-5
Luo, X. S., Huang, W., Shen, G., Pang, Y., Tang, M., Li, W., Zhao,
Z., Li, H., Wei, Y., Xie, L., & Mehmood, T. (2024). Source differences
in the components and cytotoxicity of PM2.5 from automobile exhaust, coal combustion,
and biomass burning contributing to urban aerosol toxicity. Atmospheric
Chemistry and Physics, 24(2), 1345–1360.
https://doi.org/10.5194/ACP-24-1345-2024
Macor, A., & Pavanello, P. (2009).
Performance and emissions of biodiesel in a boiler for residential heating. Energy,
34(12), 2025–2032. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2008.08.021
Pehl, M., Arvesen, A., Humpenöder, F.,
Popp, A., Hertwich, E. G., & Luderer, G. (2017). Understanding future emissions from
low-carbon power systems by integration of life-cycle assessment and
integrated energy modelling. Nature
Energy 2017 2:12, 2(12),
939–945. https://doi.org/10.1038/s41560-017-0032-9
Peña, S. E. (2018).
Impacto de la contaminación atmosférica en dos principales ciudades del
Ecuador. Universidad y Sociedad, 10(2), 285–288.
https://rus.ucf.edu.cu/index.php/rus/article/view/865
Peña, S. E., Ochoa,
J. A., Torres, F. J., & Zambrano, E. M. (2025). Fuel subsidies in Ecuador:
Bibliographic analysis of their cost and sustainability. Revista Iberoamericana de Educación, 9(1), 55–72.
https://doi.org/10.31876/RIE.V9I1.288
Peña, S. E., Villa,
F. E., Zalamea, J. K., & Fajardo, P. C. (2025). Comparative evaluation of
bioremediation and electroremediation methods for
soil decontamination by hydrocarbons. Revista
Iberoamericana de Educación, 9(1),
95–112. https://doi.org/10.31876/RIE.V9I1.290
Peña, S. E.,
Zambrano, E., Baquerizo, J., Antón, Á., & Solórzano, K. (2019). Nuevos
sistemas de tratamientos de suelo - ProQuest. Evista Ibérica de Sistemas
e Tecnologias de Informação, 226–236.
https://www.proquest.com/docview/2317841892?fromopenview=true&pq-origsite=gscholar&sourcetype=Scholarly%20Journals
Peña, S., Figueroa,
J. B., Zambrano Nevárez, E. M., & Torres Ramirez, C. (2025). Ecological Footprint
of Hydrocarbon Exploitation: An Analysis of Its Environmental Impacts. Revista Iberoamericana de Educación, 9(1), 146–166.
https://doi.org/10.31876/RIE.V9I1.294
Peña, S., Zambrano,
E., Bermeo, D., Reyes, F., Forero, C., Velasco, F., & Arango, E. (2023).
Evaluation
of Sugarcane Cutting Residues for the Production of Solid Biofuel. Migration
Letters, 20(S5), 928–940. https://doi.org/10.59670/ML.V20IS5.4113
Prasad, S., Dhanya, M. S., Prasad, S., & Dhanya, M. S. (2011).
Air Quality and Biofuels. Environmental Impact of Biofuels.
https://doi.org/10.5772/17889
Sanhueza, E. (2009).
Emisiones de compuestos, incluidos o no en el protocolo de Kyoto,
climáticamente activos, durante la producción de etanol de caña de azúcar. Interciencia,
34(1), 008–016.
http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0378-18442009000100004&lng=es&nrm=iso&tlng=es
Southern, D., Hellier, P., Talibi, M.,
Leonard, M. O., & Ladommatos, N. (2021).
Re-assessing the toxicity of particles from biodiesel combustion: A
quantitative analysis of in vitro studies. Atmospheric Environment
, 261 , Article 118570. (2021) , 261.
https://doi.org/10.1016/J.ATMOSENV.2021.118570
Taheripour, F., & Tyner, W.
E. (2013). Induced Land Use Emissions due to First and Second Generation
Biofuels and Uncertainty in Land Use Emission Factors. Economics Research
International, 2013, 1–12. https://doi.org/10.1155/2013/315787
Twomey, K. M., Stillwell, A. S., & Webber, M. E. (2010). The
Water Quality and Energy Impacts of Biofuels. Proceedings of the ASME 3rd
International Conference on Energy Sustainability 2009, ES2009, 1,
161–169. https://doi.org/10.1115/ES2009-90294
van Wijnen, J., Ivens, W. P. M. F., Kroeze, C., & Löhr, A. J.
(2015). Coastal eutrophication in Europe caused by production of energy
crops. Science of The Total Environment, 511, 101–111.
https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2014.12.032
Zambrano, E., Peña,
S., Correa, W., & Baquerizo, J. (2022). Sistemas aplicados al cambio de
matriz productiva de combustibles fósiles por Biocombustibles en el Ecuador.
Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação Iberian Journal
of Information Systems and Technologies, 413–423.
https://www.risti.xyz/issues/ristie53.pdf