Una visión prospectiva de la bioenergía

EDGAR FERNANDO CASTILLO MONROY Mayo 2012

Instituto Colombiano de Petróleo

Una visión prospectiva de la bioenergía

CONGRESO COLOMBIA ECONOMIA VERDE. BOGOTA, MAYO 2012

Aumento de la demanda de energía y servicios asociados, para cumplir con el desarrollo social y económico y mejorar el bienestar humano y la salud.

Fuerzas motrices en Energía renovable y cambio climático

Gases de efecto invernadero (GEI) derivados de la prestación de servicios de energéticos han contribuido significativamente al aumento histórico en las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero

Datos recientes confirman que el consumo de combustibles fósiles genera la mayoría de emisiones de gases de efecto invernadero

Existen opciones para reducir las emisiones de GEI del sistema energético y al mismo tiempo satisfacer la demanda mundial de servicios energéticos?


http://www.repsol.com/es_es/corporacion/conocer-repsol/contexto-energetico/matriz-energetica-mundial/











Estado actual de las reservas de petróleo en el mundo


Qué se interpreta?

• El petróleo, el carbón y el gas natural (combustibles fósiles) tienen una participación no inferior al 80% de la energía primaria consumida en el mundo.

* El petróleo seguirá siendo la fuente de energía primaria más demandada en el año 2030.

* Del total de la energia primaria consumida en el mundo 80.3% proviene de los combustibles fósiles, 57.7% de este valor es utilizada en el sector transporte.


Sistema ilustrativo de la producción de energía Tomado de IPCC SRREN report 2011


Las emisiones asociadas a la provisión de servicios energéticos son la principal causa de cambio climático


ENTORNO TECNOLOGICO ENERGÍAS RENOVABLES

Solar Fotovoltaica

Tecnología Capa Delgada Cristalina

Tipo a-Si CdTe CI(G)S a-SI/uc-Si Monocristalina Policristalina

Rendimiento Célula en CPE*, %

5-7 8-11 7-11 8 16-19 14-15

US$/kWh generado 0,25 – 0,4 0,5 0,34

US$/kW instalado 2.500 – 3.500 5.000 4.000

Nivel de Desarrollo Demostración Comercialización



Termosolar

Variable Cilindro

Parabólico Receptor Central

Disco Parabólico

Factor de Capacidad Anual

23 – 50 20 – 77 25

Eficiencia pico, % 20 23 29.4

Eficiencia neta anual, %

11 – 16 7 – 20 12 – 25

Nivel de Desarrollo Comercial Prototipos Demostrativos

Riesgo Tecnológico Bajo Medio Alto

Diseño híbridos Si

US$/kW instalado 3.490 3.830 11.000

US$/kWh generado 0,14 0,16 0,32



Eólica

Variable On-Shore Off-shore

Eficiencia neta anual, % 20-55% (Depende de la velocidad del viento)

Nivel de Desarrollo Comercial Comercial

Riesgo Tecnológico Bajo Medio

US$/kW instalado 1.000 2.300

US$/kWh generado 0,05 – 0,08 0,14



Energía Geotermia

Tecnología Vapor Seco Flash steam Binary

Factor de Capacidad Anual

> 90 >90 > 90

Eficiencia pico, % 45 40 15

Eficiencia neta anual, %

45 40 15

Nivel de Desarrollo Comercial Comercial PROTOTIPOS

Riesgo Tecnológico BAJO MEDIO ALTO

Diseño híbridos Solamente aplica en ciclo binario

US$/kW instalado 4800 6000 7560

US$/kWh generado 0.096 0.112 0.144



IPCC SRREN, 2011, Annex III, Table AIII.1,

$0.00

$10,000,000.00

$20,000,000.00

$30,000,000.00

$40,000,000.00

$50,000,000.00

$60,000,000.00

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Influencia del factor de capacidad (o de servicio) sobre el CAPEX [U$] de renovables para 1 MW efectivos de demanda

Fotovoltaica Termosolar

Geotermia Biomasa (MW)

Combustion gas - Ciclo Combinado Turbina de gas ciclo Simple

Eolico Combustion carbon pulverizado - Rankine Simple

Combustion crudo/fuel/diesel - generador electricidad

Factor de capacidad típicoen solar y eolica

Factor de capacidad típico

en Biomasa

Factor de capacidad típico

en fósiles



$0.00

$1,000,000.00

$2,000,000.00

$3,000,000.00

$4,000,000.00

$5,000,000.00

$6,000,000.00

$7,000,000.00

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Influencia del factor de capacidad (o de servicio) sobre el COSTO TOTAL [U$/Año] de renovables para 1 MW efectivos de demanda

Fotovoltaica Termosolar Geotermia

Biomasa (MW) Combustion gas - Ciclo Combinado Turbina de gas ciclo Simple

Eolico Combustion carbon pulverizado - Rankine Simple Combustion crudo/fuel/diesel - generador electricidad

Factor de capacidad típico en solar y eolica

Factor de capacidad típico en Biomasa

Factor de capacidad típico en fósiles

IPCC SRREN, 2011, Annex III, Table AIII.1,


INCENTIVOS Y POLITICAS


Pero existen diferencias importantes…

• BIOMASA TRADICIONAL O BIOMASA MODERNA (DE ACUERDO CON EL ORIGEN ECONOMICO)

• BIOMASA NO SOSTENIBLE O BIOMASA SOSTENIBLE.


CLASIFICACION DE LOS BIOCOMBUSTIBLES

BIOCOMBUSTIBLES

DE LA MADERA

(DENDROCOMBUSTIBLES)

DIRECTOS MADERA PRODUCIDA PARA

FINES ENERGÉTICOS, USADA

DIRECTAMENTE COMO

COMBUSTIBLE

INDIRECTOS SUBPRODUCTOS DE LA

EXPLOTACION FORESTAL O

RESULTANTES DEL

PROCESAMIENTO INDUSTRIAL

DE LA MADERA

MADERA RECUPERADA DERIVADA DE ACTIVIDADES

SOCIOECONÓMICAS QUE

EMPLEAN PRODUCTOS DE

ORIGEN FORESTAL

AGROCOMBUSTIBLES

DE PLANTACIONES

ENERGETICAS

PRODUCIDOS POR

PLANTACIONES ANUALES

(ALCOHOL, CAÑA DE AZÚCAR)

SUBPRODUCTOS AGRICOLAS RESIDUOS DE COSECHA,

SUBPRODUCTOS COMO PAJA U

HOJAS

SUBPRODUCTOS ANIMALES ESTIERCOL DE AVES, BOVINOS

Y CERDOS

SUBPRODUCTOS

AGROINDUSTRIALES

CASCARILLA DE ARROZ, TAMO

DE FRÍJOL

RESIDUOS URBANOS RESIDUOS SÓLIDOS

ORGANICOS GENERADOS EN

CIUDADES

GRUPOS DE PAISES POR INDICE DE DESARROLLO HUMANO

• GRUPO I: Uso intensivo de biomasa para uso doméstico, bajo desarrollo

• GRUPO II: Predominio de energía originada en

combustibles fósiles (alto y medio desarrollo) • GRUPO III: Países con alto y medio desarrollo con uso

intensivo de biomasa moderna (Brasil, Costa Rica, Chile, Colombia, Tailandia)

• GRUPO IV: Países de alto desarrollo, con uso intensivo de

bioenergía, como resultado de impuestos e incentivos tributarios. (Suecia, Noruega)


INDICE DE DESARROLLO


LA BIOMASA COMO UN BIEN ESTRATÉGICO




• Biomasa tipo C-3, que sigue el ciclo de Calvin y que produce una molécula con tres átomos de C.

• Biomasa tipo C-4, que sigue el ciclo de Hatch-Slack y que produce una molécula de cuatro átomos de C. (gramíneas de origen tropical, caña de azúcar, sorgo).



Análisis de la demanda mundial Biocombustibles (Sagar e Kartha, 2007)

l

OBJETIVO A CORTO PLAZO

OBJETIVO A LARGO PLAZO

Obj 1: 2% en 2005 Obj 2: 5.75% 2010 Propósito: 10% 2020

Mas del 50% de vehículos funcionan con diesel

Reemplazar 70% con colza Aumentar importaciones

Palma, Jatropha

RFS (Renewable fuel standard) objetivo 36 billones de galones para 2020

Incrementar uso de múltiples materias primas

Inició programa en 2008 (2%) aprox 211 millones gal.

Próximo objetivo 5% para 2013 (660 millones galones)

2010: Incrementar biocombustibles a 4 MT

2020: Producir 12 MT de biocombustibles. Reemplazar 15% energía necesaria para el transporte


Reducción de emisiones de GEI relativas a

gasolina/vehículos diesel (%)

Etanol (maíz) 14

Etanol (lignocelulósico)

88

Etanol (caña-de-azúcar)

91

Biodiesel (Soja) 40

Biodiesel (Colza) 50

Potencial de reducción de GEI para diferentes tipos de biocombustibles

(Sagar e Kartha, 2007)

La evaluación integrada de la sostenibilidad de la producción de biocombustibles debe incluir no sólo el balance energético del ciclo de inventario de la vida expresada por la relación entrada / salida, sino también el equilibrio de los GEI, la utilización de subproductos y la consideración del impacto de los cambios en el uso del suelo.


Bioetanol (Millones de litros) Biodiesel (Millones de litros)

País 2007 2017 País 2005-07 (Media)

2017

Brasil 22,551 40,511 EU 27 5,095 13,217

U.S. A 25,864 52,444 U.S. 1,429 1,731

China 4,150 10,210 Índia 277 385

EEUU 3,599 11,883 Indonésia 241 2984

Índia 2,075 3,574 Áustria 199 994

Principales productores de etanol y biodiesel 2007 (F.O Litcht´s, 2008) y proyecciones para el 2017 (FAO, 2008).

Adaptado de F.O Licht’s,(2008);FAO,(2008).

Segun datos de la IEA (2007) se espera que la participación de los biocombustibles en el sector de transporte se incremente desde un 1% hasta valores próximos de 7% en 2030. El mayor incremento en el consumo de biocombustibles va a presentarse en Estados Unidos, Europa, Asia y Brasil. Un incremento en el consumo en las demás regiones será modesto!!!


Rendimiento energético (GJ/ha) de los biocombustibles

Generación Biocombustibles GJ/ha ha/tep

1°

Biodiesel de girasol 36 1,17

Biodiesel de soja 18-25 2,35-1,67

Etanol de trigo 53-84 0,79-0,50

Etanol de maíz 63-76 0,66-0,55

Etanol de remolacha azúcar 117 0,36

Etanol de caña de azúcar 110-140 0,38-0,30

2°

Etanol de Panicum virgatum

228-407 (futuro)

0,18-0,10

Plantación de eucalipto-biodiesel FT

460-620 0,08

Plantación de eucalipto - metanol 800-1000 0,04

Plantación de eucalipto - DME 850-1100 0,04


Biodiesel País Relación energía renovable/ energia fósil

RME (colza) Europa 1,7

Soya EUA 3,2 – 3,4

Girasol e Colza Europa 2,4 – 5,23

Mamona (higuerilla)

Brasil 2 – 2,9

Aceite de palma Brasil 4,70

Aceite palma Colombia 4,92

Comparación de relación de energía renovable/fosil para el biodiesel obtenido a partir de diferentes oleaginosas (Yañéz et al., 2007).

El mayor consumo de energia en el ciclo de vida del biodiesel de palma, corresponde al metanol usado en el proceso de transesterificación. Una substitución por bioetanol de caña de azucar permitiria obtener valores de relación energia renovable/fosil superiores a 9.0 (Yañéz et al., 2007).


Rendimientos por hectárea de diferentes materias primas utilizadas para la producción de etanol y

biodiesel (Earth Trends, 2007). Reproducido de Earth Police Institute, (2007). World biodiesel production 1991-2005


Tierras disponibles para

cultivo de alimentos (109 ha) Tierra disponible en uso

(1997-1999 %)

América Latina y Caribe 1,07 19

África Subsahariana 1,03 22

Países industrializados 0,87 44

Países en desarrollo 0,50 53

Asia 0,59 75

Oriente Próximo y Norte de África 0,10 86

Aunque América Latina, el Caribe y el África Subsahariana tienen mayores superficies de tierras disponibles para agricultura, con aproximadamente 50% del total, en la actualidad este potencial no es del todo aprovechado para expansión.

Actualmente cerca de 14 millones de hectáreas de tierra cultivable están siendo utilizadas para la producción de biocombustibles, lo que representa aproximadamente 1% del total de la tierra cultivada en el mundo (IEA, 2007), con perspectivas a ser incrementada de 3% a 4% en 2030 ( BSF/FAO, 2008).


Requisitos de los cultivos

Tipo de cultivo Suelos Agua Nutrientes Clima

Aceite de palma africana

Buen drenaje, pH entre 4 e 7, superfície plana rica e

profunda.

Lluvia uniforme de 1800 a 5000 mm por ano

Bajo

Tropical y subtropical con temperatura de

25-32°C

Colza Suave. Arcilloso, textura

média, bien drenado. Mínimo de 600 mm de precipitaçion por año

Semejante al trigo

Sensíble a altas temperaturas, mejor crecimiento entre 15

e 20°C.

Soja

Suelo aluvial húmedo con buen contenido orgânico,

alta capacidad de água, buena estructura

Alta Óptimo pH de 6 a 6,5 Tropical, subtropical y clima moderado.

Mamona (higuerilla) pH entre 5,0 e 6,5

Por lo menos 400 mm de lluvia em el período

de germinación y de floración

Demanda razonable por nutrientes esenciales,

especialmente nitrógeno, potasio,

fósforo, calcio y magnesio.

Tropical con temperatura de 20-

30°C

Pinhão manso Suelo semi-árido Por lo menos 400 mm de

lluvia durante el año. Bajo

Temperatura media de 20 °C (con un limite de 28 °C)

Requisitos de los cultivos para la obtención de las materias primas para biocombustibles

.

Adaptada de UN,2007.a;EMBRAPA,2007 e DUARTE,2008


Una agricultura intensificada sostenible puede ser definida

como un aumento en la eficiencia en el uso de la tierra, agua y

productos químicos (fertilizantes y pesticidas), a través del

uso de técnicas modernas de producción, introducción de

nuevos genotipos en los diferentes cultivos, que incrementen

la productividad.

Los requerimientos agrícolas de los diferentes cultivos

afectan sus requerimientos de energía fósil (altos

rendimientos pueden demandar menor cantidad de maquinaria

agrícola por área, pero requieren altos índices de insumos

químicos) en contrapartida la cantidad de biocombustible

producido por hectárea es mayor (Sagar e Kartha, 2007)

Puede entonces concluirse que……..


El potencial de crecimiento en el rendimiento en las

cosechas es especialmente considerable, en los países

pobres.

De acuerdo con el IPCC (2007) el cambio climático puede tener

un efecto positivo o negativo en el rendimiento de diferentes

cultivos, lo que introduce cierto factor de incertidumbre en la

producción de cultivos con fines energéticos en determinadas

regiones. Incrementos en la temperatura del plantea del orden

de 1- 3 ° C pueden aumentar ligeramente el rendimiento agrícola

en latitudes medias y altas. Por otro lado, incrementos en la

temperatura media del orden de 1-2 °C pueden disminuir la

productividad agrícola en latitudes bajas, especialmente en

regiones tropicales con estaciones secas.


No todos los países reúnen las condiciones climatológicas, topográficas, edafológicas necesarias para la producción de biocombustibles en gran escala.

Fuente: Elaboración de CEPAL en base a data de Brown, 2011. Fuente: Comunicado de prensa de la CEPAL

EEUU; 14.30% Argentina

; 13.10%

Alemania 12.60%

Francia; 12%

Brasil; 9.70%

Otros; 38.30%

Producción mundial de biodiesel 2010


Materias primas para obtención de biodiesel: El biodiesel puede ser obtenido básicamente a partir de aceites y grasas provenientes de: Plantas oleaginosas: ricino, palma africana, soja, colza (canola), girasol. Aceites vegetales usados: procedentes de la industria de alimentos. Grasas animales: procedentes de los mataderos. Aceite a partir de algas.

(Gunston, 2002; Queiroz, 2006).


Aumento de mezclas ha favorecido la producción de biodiesel


Producción mundial de biodiesel entre 1991-2005 (Earth Police Institute, 2007). Reproducido con autorización de Earth Policy Institute por Lester R. Brown, “Supermarkets and Service Stations Now Competing for Grain,” Eco-Economy Update, 13 July 2006. , Earth Policy Institute: http://www.earth-policy.org/Updates/2006/Update55.htm

En el periodo comprendido entre los años de 2000 y 2005 se observa un mayor crecimiento en la producción de biocombustibles, con la producción de biodiesel aumentando de 893 a 3762 millones de litros. B

illo

nes

de

litr

os


http://www.earth-policy.org/Updates/2007/Update63.htm






Región Empresa Capacidad

(T/Año)

Área

sembrada

(ha)

Empleos

directos Empleos

indirectos Fecha entrada en

operación

Norte, Codazzi

Oleoflores 70.000 15.555 2.222 4.444 Enero 2008

Norte, Santa Marta

Odín Energy 36.000 8.000 1.142 2.284 Junio 2008

Norte, Santa Marta

Biocombustibles

Sostenibles del Caribe

100.000 22.222 3.174 6.348 Marzo 2009

Oriental, Facatativá

Bio D 100.000 22.222 3.174 6.384 Febrero 2009

Central, B/bermeja

Ecodiesel de Colombia

100.000 22.222 3.174 6.384 Junio 2010

Oriental,

San Carlos de Guaroa, Meta

Aceites Manuelita 100.000 22.222 3.174 6.348 Julio 2009

TOTAL 506.000 112.443 16.060 32.120

Plantas productoras de Biodiesel en funcionamiento en Colombia

http://www.fedebiocombustibles.com/v2/nota-web-id-271.htm


* Esta Distribución corresponde al 1 de Agosto de 2011 y puede tener cambios a futuro.

Distribución del porcentaje de mezclas en Colombia


Aumento en los precios de aceites vegetales y la caída de los precios internacionales del petróleo harían que el biodiesel sea más costoso que el diesel refinado del petróleo.

Planes de Desarrollo para cuatro sectores clave de la agroindustria de Colombia. Documento de desarrollo sectorial ATKEARNEY 2010.


El bioetanol es producido empleando materia

prima de base biológica con cantidades apreciables de azúcares, generalmente obtenido por la fermentación del azúcar utilizando levaduras y otros microorganismos.

Inicialmente las materias primas son sometidas a un proceso de remoción de azucar contenido en las mismas ( trituración, impregnación y tratamiento quimico). Una destilación y deshidratación son empleadas como ultimo paso en la fabricación de etanol para obtener la concentracion deseada.

Puede ser utilizado en mezcla con gasolina de petróleo en diferentes proporciones.

1/ tmvc: toneladas métricas de azúcar en su equivalente a volumen de azúcar crudo

Segundas Jornadas de Generación Cenicaña


Materias primas para obtención de bioetanol El etanol puede ser producido a partir de cualquier materia de origen biológico que contenga cantidades apreciables de azúcar u otros materiales que se puedan convertir en azúcar, tales como almidón y celulosa.

Azucaradas

Mostos y jugos de diferentes frutas De remolacha y de caña de azúcar El sorgo dulce mandioca

Amiláceas

Cereales

Maiz

Cevada

Malte

Trigo

Avena

Centeno

Arroz

Tubérculos

Papa

Camote

Raiz de girasol

Celulósicas

Madera Bagazo de caña de azúcar Resíduos de palma o de trigo Resíduos do maíz Pulpa de remolacha


Produção mundial de etanol entre 1975-2005 (Earth Police Institute, 2007) Reproduzido com a autorização do Earth Policy Institute por Lester R. Brown, “Supermarkets and Service Stations Now Competing for Grain,” Eco-Economy Update, 13 July 2006. , Earth Policy Institute: http://www.earth-policy.org/Updates/2006/Update55.htm

En el etanol el aumento fue de 17.3 a 44.8 billones de litros.





















PAÍSES PRODUCTORES DE AZÚCAR


PAÍSES PRODUCTORES ETANOL


No. Región Inversionista Capacidad

(L/Día)

Absorción Azúcar Crudo

(T/Año)

Área Sembrada

(ha)

Empleos Directos

Empleos Indirectos

1 Miranda,

Cauca Incauca 350.000 97.690 11.942 2.171 4.342

2 Palmira,

Valle Ingenio

Providencia 300.000 65.126 9.287 1.688 3.376

3 Palmira,

Valle Manuelita 250.000 81.408 8.721 1.586 3.172

4 Candelaria,

Valle Mayagüez 250.000 48.845 6.587 1.198 2.396

5 La Virginia, Risaralda

Ingenio Risaralda

100.000 32.563 3.004 546 1.092

6 Canta Claro, Puerto López

GPC 25.000 41.000 * 1.200 240 480

TOTAL en Producción 1.275.000 366.632 40.741 7.429 14.858

Plantas productoras de Etanol en funcionamiento en Colombia.

* Toneladas de yuca amarga Fedebiocombustibles.

• Área plantada: 205,000 hectáreas.

• 13 Ingenios.

• 1.600 cultivadores con 75% de la tierra.

• Mas de 100 empresas relacionadas con las industrias: Sucroquimica, energía, alimentos, papel, licores y farmacéutica.


PRODUCCIÓN Y VENTAS EN COLOMBIA


EXPORTACIONES


ETANOL


MIELES


ÁREA COSECHADA


USO DE LOS RECURSOS

• En Colombia se presenta el conflicto de uso de la tierra Biocombustibles vs. Alimentos?


www.kingsman.com, 18 Abril de 2008 CONGRESO COLOMBIA ECONOMIA VERDE.

BOGOTA, MAYO 2012

1066 1031

366

220

99

874

497

203 228 232 207

86

387

265

0

200

400

600

800

1000

1200

Latin America &

Caribbean

Sub-Saharan

Africa

East Asia South Asia Near

East/North

Africa

Industrialized

Countries

Transition

Economies

mill

ion

ha

Land for rainfed agriculture

Land use

Source. (FAO).2007

Uso de la tierra para la agricultura




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Una visión prospectiva de la bioenergía