Bioenergía ¿Solución o problema? Ing. Odón de Buen R. ENTE SC 2009 1

La relación de la humanidad con la energía ha cambiado radicalmente en 200 años Hasta hace doscientos años—un parpadeo en la historia—la raza humana era capaz de vivir casi enteramente de la energía que llegaba del Sol. David Goodstein en “Out of Gas”.

México tiene grandes necesidades Crecer económicamente Desarrollar infrastructura Asegurar servicios básicos a su población Salud, educación, vivienda, transporte Cuidar sus recursos naturales Biodiversidad, agua

Pero México está, hoy día, atado al petróleo y los combustibles fósiles México es altamente dependiente de los combustibles fósiles para hacer funcionar su economía Como combustible Como fuente de ingresos para operar a su sector público

Producción de energía de México 1965-2005

Y enfrenta reducciones en su capacidad de producción Exportación de petróleo cayó 16.8% en 2008: Pemex La paraestatal informó que la producción de crudo se redujo 9.2 por ciento con relación al 2007. El yacimiento de Cantarell dejó de producir 461 mil barriles diarios. La Jornada, 21 de enero de 2009 en referencia al yacimiento que produce 60% de la producción petrolera de México.

Y el consumo sigue creciendo

En el sector transporte, la mayor parte del consumo de energía es para autotransporte

También se enfrenta al reto de un problema global: el Cambio Climático (1) El aumento de temperatura en México será mayor que el promedio global, alertan El aumento en la temperatura previsto para México en este siglo es mayor al incremento promedio global proyectado por los científicos, particularmente en primavera y verano, advierte un estudio de la oficina de investigación del cambio climático de Gran Bretaña. En el análisis que hace para México precisa que esta elevación en la temperatura cambiará las pautas de lluvia y el nivel del mar, con impactos para las poblaciones. La Jornada, 21 de enero de 2009

También se enfrenta al reto de un problema global: el Cambio Climático (2) México tiene hoy día emisiones de gases de efecto invernadero de cerca de 400 mil Giga-gramos en bióxido de carbono equivalente De las emisiones cuantificadas, el 72% proviene del sector de energía

Inventario Nacional de Emisiones, 2002. INE

El sector del transporte y el de la generación de electricidad son los más importantes emisores de CO2 en el sector de la energía Fuente: Preparación del autor a partir de Balance Nacional de Energía 2005, SENER 2006; e IPCC 2006. 12

Para 2015 se estima un crecimiento cercano al 50% de las emisiones de CO2 en el sector transporte y en más de 30% para todo el sector de la energía Fuente: Preparación del autor a partir de Prospectivas SENER 2006; e IPCC 2006 13

¿Qué se debe hacer y qué se está haciendo?

Medidas de acuerdo a World Energy Assessment: Overview 2004 Update (UNDP 2005) Un uso más eficiente de la energía, especialmente en el punto de uso final como edificios, transporte y procesos de producción. Un uso cada vez mayor de fuentes de energía renovable. El desarrollo e instalación acelerados de nuevas tecnologías energéticas, particularmente la próxima generación de tecnologías que usan combustibles fósiles y que producen emisiones casi nulas de gases nocivos, incluyendo a la tecnología nuclear si aspectos relacionados a su aprovechamiento se pueden resolver

La bioenergía

Recursos bioenergéticos Dendroenergía Plantaciones de leña y residuos forestales Agroenergía Residuos agropecuarios y municipales Plantaciones energéticas Caña de azúcar o remolacha Sorgo Semillas oleaginosas Pastos Bosques

Intensidades asociadas a biocombustibles Tomado de: Rainer Zah, Empa; Heinz Böni, Empa; Marcel Gauch, Empa; Roland Hischier, Empa; Martin Lehmann, Empa; Patrick Wäger, Empa A Life Cycle Assessment of Energy Products: Environmental Impact Assessment of Biofuels

Las algas como materia prima Las algas producen, como parte del proceso de la fotosíntesis, 15 veces más aceite por unidad de área que otras plantas usadas para biocombustibles (maíz). Pueden crecer en agua salada, agua fresca y hasta en agua contaminada En el mar o en lagunas pequeñas en tierra Además, crecen más cuando se les alimenta de bióxido de carbono y materiales orgánicos como los de las aguas negras.

Formas de conversión de la biomasa Combustión Gasificación Pirólisis Carbonización Fermentación hacia alcohol Fermentación hacia biogas Extracción de aceites La Pirólisis es la descomposición química de materia orgánica causada por el calentamiento en ausencia de oxígeno u otros reactivos, excepto posiblemente el vapor de agua La pirólisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico

Tomado de: Omar Masera, “Perspectivas de la Bioenergía en México”

La bioenergía Puede aprovecharse como combustible Sólido Leña, pellets Líquido Biocombustibles Gaseoso Biogás Para ser convertido en Energía térmica Electricidad

Los parámetros importantes de la bioenergía (1) Los precios De los combustibles fósiles De los granos y el azúcar De los insumos La disponibilidad de tierra Y de residuos

Los parámetros importantes de la bioenergía (2) Sus impactos ambientales Locales Globales Competencia con usos alimenticios La cuestión de los subsidios y el comercio internacional

La bioenergía en el mundo

¿Qué empuja al mayor uso de la bioenergía? Mitigación del cambio climático Contaminación atmosférica Seguridad energética Desarrollo rural Protección y recuperación de tierras Manejo y ratamiento de residuos Empleo, mitigación de la migración y cohesión social

La bionergía en el mundo (1) La biomasa es un componente muy importante de la energía que actualmente se consume en el mundo, llegando a cerca del 11% del consumo total mundial (IEA, 1998). En muchos de los países en vías de desarrollo la biomasa es la más importante fuente de energía, llegando a cerca del 35 % del total (WEC, 1994).

La bionergía en el mundo (2) En total, se estima que 46 Exajoules (EJ) (8 mil millones de BPE)* de la energía primaria global se derivan de la biomasa con: 85% por uso “tradicional” (leña, abono), y 15% en uso industrial, como combustibles, procesos Calor y Energía Combinados (CHP), y Electricidad. * 7 años de la producción petrolera de México

La bionergía en el mundo (3) 11 millones de hogares se iluminan con biogás 250 millones de estufas eficientes de leña 38,000 MW de capacidad instalada para producción de electricidad* 30 mil millones de litros/año de etanol 188 millones de barriles 2 meses de la producción petrolera de México 180 millones de personas viven en países con normas para mezclar etanol con gasolina * 80% de la capacidad instalada en México

La bioenergía en Europa

Europa (1) La biomasa podría pasar de los 72 millones de tep (1/2 año de la producción petrolera de México) actuales a 220 millones de tep en el año 2020. Se estima que en la UE de los 27 se podrían utilizar 20 a 40 millones de hectáreas para generar energía de sin afectar al suministro de comida. Los productos asociados al bosque y a las industrias madereras son la principal fuente de la biomasa, seguido por los residuos (10%) y la agricultura (5%).

Europa (2) Además, el 66% de la biomasa es utilizada para suministrar calor, el 31 para generar electricidad y un 3% para producir biocombustibles líquidos. El calor es de lejos el principal mercado del sector.

Europa (3) “de todo el cereal cosechado en la Unión Europea en 2006 sólo el 1% se destinó a la producción de bioetanol y se estima que para 2007 este porcentaje ascienda a 1.6”.

Europa (4) La producción europea de electricidad a partir de biogas fue de 17,272 GWh en 2006 El biogás representa 1.2 % de la producción annual de electricidad y cerca del 10% de la renovable con 1,500 MW instalados

España (1) El aprovechamiento de residuos forestales y agrícolas sirvió para generar cerca de 60 millones de toneladas equivalentes de petróleo en 2005. 5 meses de la producción petrolera de México Las ventas de biocarburantes en España aumentaron en 2006 un 19% respecto al año anterior En un plazo de diez años los residuos podrían aportar el 8% de toda la energía que se consume en España.

España (2) Actualmente, en España, se generan 24 millones de toneladas de residuos urbanos anuales (540 kilos por habitante y año), de los cuales un 60% llega a los vertederos. Según datos del ISR, con las nuevas tecnologías y las ya existentes, se podría reducir de forma drástica la basura de los vertederos hasta menos de un 10%.

Alemania Es el No. 1 en producción de biogás en el mundo Construyó 820 sistemas de biogás en 2006, para un total de 3,700 sistemas De la producción total europea en 2006 (17,272 GWh), Alemania produjo 7,338 GWh. Es líder tecnológico

Ejemplos de aplicaciones recientes

Alemania inaugura la primera planta comercial de biocarburantes de segunda generación La canciller alemana Angela Merkel ha inaugurado la primera planta comercial mundial de biocombustible sintético de segunda generación producido a partir de desechos de maderas y plantas. La producción rondará los 18 millones de litros al año. Este tipo de carburante requiere "menos de un tercio" de la superficie agrícola necesaria para producir la misma cantidad de bioetanol. En biocombustibles, Alemania es la auténtica campeona de Europa con un consumo superando los 4 Mtep, más del 50% de los 7.7 Mtep totales de 2007.

La Central de Port Talbot (Gales) El combustible será aserrín procedente de explotaciones forestales sostenibles de Canadá y Estados Unidos. La central tendrá una potencia de 350 MW, lo que la convierte en la más grande del mundo con estas características. La mitad de los hogares de Gales serán abastecidos con la energía procedente de la planta de Port Talbot. En total, producirá alrededor del 70 % de los objetivos de generación de energía eléctrica con fuentes renovables fijados para Gales antes de 2010.

Biodiesel (Singapur) La petrolera finlandesa Neste Oil invertirá más de 550 millones de euros en la construcción de la mayor planta de biodiésel del mundo. Se ubicará en Tuas, zona industrial cercana a la capital de Singapur, y producirá 800,000 toneladas al año de biodiésel a partir de aceite de palma. La empresa se ha comprometido a usar solo aceite de palma certificada por el Grupo de Trabajo sobre el Aceite de Palma Sostenible (RSPO, en sus siglas en inglés),

Vuela jet de Continental con biodiesel HOUSTON 7/1/2009, Yahoo– Continental Airlines on Wednesday became the first U.S. commercial carrier to conduct a demonstration flight powered in part by alternative fuels, though large-scale use of such fuel is forecast to be several years away. The Houston-based company made the flight with a Boeing 737-800 that left from Bush Intercontinental Airport. The flight took about 1 hour, 45 minutes and had no passengers. Continental chairman and chief executive Larry Kellner said the goal was to analyze technical aspects of using biofuels, including effects on the plane's mechanical systems. In this case, the alternative fuel was derived from algae and jatropha plants and used in only one of the plane's two engines.

La bioenergía en México

Potencial de la bioenergía en México (1) Se considera que el potencial técnico de la bioenergía en México se encuentra entre 2,635 PJ/año y 3,771 PJ/año. Este valor representa entre el 43.56% y el 62.33% de la oferta interna bruta de energía primaria en 2002, que es igual a 6,049.37 PJ. Entre el 17% y el 36% se obtendría de los combustibles de madera, el 26 % de los agro-combustibles y el 0,6 % de los subproductos de origen municipal. Fuente: (Red Mexicana de Bioenergía)

Potencial de la bioenergía en México (2) 1,500 a 3,000 PJ/año en combustibles leñosos 40% en explotación de bosques naturales 30% plantaciones 886 PJ7año por subproductos agrícolas y agroindustriales 165 PJ/año para etanol Fuente: (Red Mexicana de Bioenergía)

Tomado de: Omar Masera, “Perspectivas de la Bioenergía en México”

El aprovechamiento actual En nuestro país la bioenergía representa el 8% del consumo final de energía. En México el uso principal de los combustibles es como leña y carbón, principalmente para combustible doméstico en hogares rurales y para un número importante de pequeñas industrias ladrilleras, mezcaleras, hornos de alfarería

Monterrey (1) Es el primer proyecto de generación de electricidad con biogás de un relleno sanitario en México Tiene una capacidad nominal de 8 MW Fue inaugurado el 22 de septiembre de 2003 El proyecto fue apoyado por el fondo mundial para el medio ambiente (GEF, por sus siglas en Inglés)

Monterrey (2) Es un proyecto de autoabastecimiento eléctrico SIMEPRODE y Bioeléctrica de Monterrey se constituyeron en sociedad de autogeneración junto con las empresas consumidoras de la energía, entre ellas la empresa de agua y drenaje de la ciudad de Monterrey.

Tomado de: O. Prost, et al. Estudio de factibilidad GTZ-BID sobre el biodiesel como combustible para el transporte en Mexico

Planes gubernamentales El presidente Felipe Calderón Hinojosa presentó un programa que propone convertir a México en exportador de biocombustibles a América del Norte, con la producción de 7 mil 840 barriles diarios de etanol. El documento presentado en este municipio plantea la meta de que en 2012 se produzcan 60.7 millones de toneladas de caña de azúcar, incluyendo 6.5 millones para la elaboración de etanol. Esto significa aumentar la zafra en 13 millones de toneladas con respecto de los 47.3 millones del año pasado. Por lo pronto, el programa señala que los productores e industriales acordaron discutir un sistema de pago diferenciado para el azúcar y el etanol.

Etanol en México (BID-GTZ) Producción de 59.3 millones de litros actualmente Rentable para caña de azúcar y más para precios mayores a 0.55 US$/litro Sustituir MTBE 411.9 miles de m3/año (año 2012) Sustitución en 10% 4,406.3 miles de m3/año Para agregar 20% de etanol en las gasolinas que se consumen en el DF, Guadalajara y Monterrey se necesitan del orden de 400,000 hectáreas con la productividad de Brasil. 11 mil millones de litros anuales para DF, Guadalajara y Monterrey

Biogás (IIE) (1) La producción diaria nacional de basura en el año 2000 se estimó en 84,200 toneladas sólo el 53% (44,600 toneladas) se depositaron en 51 rellenos sanitarios ubicados en ciudades medias, zonas metropolitanas y muy poco en localidades pequeñas. Esto representa un confinamiento anual en rellenos sanitarios de 16’279,000 toneladas.

Biogás (IIE) (2) Con el biogás que ya produce la basura confinada en los últimos cinco años, sería posible soportar una capacidad de generación eléctrica cercana a los 80 MW, e incorporar 16 MW adicionales con la nueva basura que, año con año, se estará acumulando en los rellenos existentes. De esta forma, a lo largo de diez años la capacidad total de generación eléctrica podría ascender a 240 MW.

Biogás (IIE) (3) En el caso de que toda la basura actualmente producida fuera confinada en rellenos sanitarios, la capacidad de generación eléctrica por medio del biogás resultante podría llegar a los 400 MW para todo el país.

Hacen planta de biodiesel en Chiapas Ciudad de México  (27 enero 2009).-   El Gobierno federal destinará 14.5 millones de pesos a la construcción de una planta experimental de biodiesel en el estado de Chiapas, afirmó Alberto Cárdenas, titular de la Secretaría de Agricultura (Sagarpa). A través de un acuerdo de cooperación entre México y Colombia, ambas naciones echarán a andar la planta piloto, que transformará la jatropha en biodiesel. Colombia aportará la transferencia tecnológica y México las 5 mil hectáreas de jatropha y la ubicación para construir la planta piloto. La producción prevista son 3.1 millones de litros de biodiesel y se ubicará en el puerto Chiapas, del municipio de Tapachula. La planta es propiedad del Gobierno federal, será construida en 4 meses y se prevé que en 3 años alcance los niveles comerciales. Los compradores de este biodiesel serán los transportistas y pescadores de la entidad. REFORMA

Sobre la leña

Sobre la leña (1) La leña es energía renovable y es importante. Por su peso en el Balance Nacional de Energía y, por ser clave en economía de sustento en zonas rurales La leña es una forma de energía renovable que requiere de estrategias de aprovechamiento sustentable. Desde una perspectiva ambiental y de salud pública, el uso de la leña es un problema serio que requiere de soluciones amplias y sistémicas Fotos tomadas de: Omar Masera, “Perspectivas de la Bioenergía en México”

Sobre la leña (2) o, en su caso, el gasto económico. El consumo actual de la leña se puede reducir considerablemente sin reducir el nivel de servicio que provee. Está demostrado que mejores diseños de estufas pueden reducir hasta en un 70% el consumo actual Modificar los patrones de uso de la leña tiene múltiples beneficios. Reduce los impactos en la salud en la salud por la exposición a gases de su combustión y Reduce el tiempo y el esfuerzo necesario para su recolección o, en su caso, el gasto económico.

Un ejercicio sobre el etanol

Area agrícola de México (1) 200 millones de hectáreas 108 millones tienen uso productivo 15 millones de Has. están sembradas

Area agrícola de México “La topografía y las condiciones climáticas de México limitan la tierra disponible para el cultivo a unos 23 millones de hectáreas” Es decir, al 11.7% de la superficie total del país 67 millones de hectáreas se ocupan con pastos naturales, praderas, agostadero o monte (dedicadas, en su caso, a la ganadería).

Maíz en México y EUA Estados Unidos México Produce 280 Millones de toneladas En 30 millones de hectáreas 9.2 Ton/Ha Exporta 56 Millones de toneladas 62% de las exportaciones mundiales de maíz México Más o menos 20 millones de toneladas de producción Más o menos 7 millones de hectáreas 2.9 Ton/Ha Cuarto productor mundial de maíz Tercer importador de maíz 6.8 millones de toneladas en el ciclo 2005/06 53% del maíz forrajero es importado

Caña de Azúcar en Brasil y México 4.5 millones de Ha 314 millones de toneladas 70 Ton/Ha Más de 400 ingenios/destilerías 32,030 gasolinerías (92% del total) venden etanol Exporta 3.4 x10e6 (billion) litros (2006) [910 millones de galones] La mitad a Estados Unidos México 760 mil hectáreas 50 millones de toneladas 65 Ton/Ha

Algunos datos de productividad y de rendimiento Toneladas por hectárea Maíz USA 9.2 Ton/Ha Caña de azúcar Brasil 70 Ton/Ha Litros por tonelada Maíz 360 Caña de azúcar 70 Litros por hectárea al año Caña de azúcar 4,900 lt/Ha 0.5 l/m2 Maíz 3,312 lt/Ha 0.3 l/m2

¿Si cultivásemos maíz o caña de azúcar en el área cultivable? Area cultivable: 23 millones de hectáreas Litros por hectárea al año Caña de azúcar 4,900 lt/Ha Maíz 3,300 lt/Ha Caña de azúcar 1.9 millones de barriles diarios Maíz 1.3 millones de barriles diarios

Combustibles vs alimentos Se ha calculado que para llenar de etanol el tanque de un automóvil de 25 galones se necesita una cantidad de granos suficientes para alimentar a una persona durante un año y si ese tanque se quiere mantener a lo largo de dos semanas, se podrían alimentar 26 personas durante un año. Convertir la cosecha total de granos de Estados Unidos en biocombustibles bastaría apenas para suminitrar el 16% de la demanda de combustible para automóbiles

El ahorro y uso eficiente de la energía

Autos Rendimiento 11.6 km/litro 27.5 millas por galón. Cinco toneladas de CO2 por auto por año Por cada litro de gasolina que quemamos se emite cerca de tres kilos de CO2. Un litro de gasolina nos alcanza para, en promedio, recorrer diez kilómetros. Si recorremos 50 kilómetros diarios estamos emitiendo cerca de 15 kilos de bióxido de carbono por día (además de otros contaminantes).

Comparativo de consumo de energía por tecnología

Aumentando el rendimiento promedio en 50% De 11.6 a 17.4 km/litro @ 20,000 km/año 575 litros menos por auto @ 10 millones de autos 5,750 millones de litros menos 100,000 Barriles diarios

Hay que replantearse las formas de transporte: el ejemplo de la ZMVM En los pasados cinco años las vialidades primarias crecieron 16%, mientras que los vehículos se duplicaron. El tráfico vehicular en las horas de alta saturación ya cubre 15 horas del día. Entre las 7 AM y las 10 PM, la velocidad de circulación es menor a los 24.1 Km. /h. Además, en el problema de la saturación, existe como componente el uso poco racional y aun obsesivo del coche, durante el día, para ir a trabajar o estudiar. Fuente: “Movilidad y Calidad de Vida: 6 estrategias de acción para la ZMVM”

¿Qué es lo que debemos sembrar? “Si sembramos calles, cosecharemos automóviles; si sembramos transporte colectivo, cosecharemos pasajeros” “Movilidad y Calidad de Vida: 6 estrategias de acción para la ZMVM”

Etanol y agua Una planta típica de etanol produciendo 50 millones de litros al año requiere de 500 litros de agua por minuto Sin embargo, las plantas de etanol están haciendo un uso más eficiente del agua ya que hoy día requieren la mitad de la cantidad de agua que hace 10 años. Como referencia, se debe decir que, en Estados Unidos cerca de 195,000 millones de galones de agua son consumidos por plantas de generación de electricidad.

La cuestión de la competencia entre alimentos y energía

Usar siempre que sea posible tierras yermas o marginales Cómo conseguir una convivencia pacífica entre los biocombustibles y la lucha contra la pobreza (I. Sachs) (I) Usar siempre que sea posible tierras yermas o marginales para hacer crecer en ellas plantas resistentes de semillas oleaginosas, como el piñón botija (Jatropha curcas). Programar sistemas integrados de producción de alimentos y energía adaptados a diferentes biomasas. Transformar en biocombustibles los residuos agrícolas, forestales y domésticos

Cómo conseguir una convivencia pacífica entre los biocombustibles y la lucha contra la pobreza (I. Sachs) (2) Avanzar lo antes posible a la segunda generación de biocombustibles celulósicos. Intensificar la investigación sobre la biodiversidad Aprovechar la experiencia de la producción en pequeña escala de bioenergía Promover las empresas colectivas de pequeños agricultores

Conclusiones

Conclusiones (1) México depende significativamente de los combustibles fósiles Por lo mismo, contribuye de la misma manera al problema del cambio climático El sector de la energía es el principal contribuyente Y esta contribución crece aceleradamente El transporte el sector más consumidor y de mayor crecimiento El ahorro de energía y las energías renovables son alternativas técnica y económicamente viables

Conclusiones (2) El aprovechamiento de la bioenergía es una realidad en el mundo El bioetanol y el biodiesel El aprovechamiento de residuos Las plantaciones energéticas Y se avanza rápidamente en nuevos desarrollos tecnológicos El etanol celulósico

Conclusiones (3) La bioenergía puede contribuir a resolver Porque La problemática energética de México Las necesidades de desarrollo en el campo Los compromisos de México en la lucha contra el calentamiento global El manejo de residuos urbanos y agrícolas Porque Hay recursos naturales aprovechables La tecnología existe y avanza rápidamente

Conclusiones (4) Pero Tiene que verse más allá de su uso como combustible para autos ¿Y la leña? ¿Y los residuos agrícolas y urbanos para generar electricidad? Y debe ser parte de un portafolio de alternativas Que incluyan al uso eficiente de la energía

Muchas gracias www.funtener.org demofilo@prodigy.net.mx