Yolanda LechónJefa de la Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos CIEMATSeminario CEIGRAM1 octubre 2013
Análisis de Ciclo de Vida de cultivos y cómo reducir el impacto sobre el cambio climático
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CALCUGEI7. Conclusiones
¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida?
Análisis de Ciclo de Vida (UNE-EN-ISO 14040-46)“El ACV es una técnica para evaluar los aspectos medioambientales y los potenciales impactos asociados con un producto mediante:• la recopilación de un inventario de las entradas y salidas de materia, energía y emisiones.• la evaluación de los potenciales impactos medioambientales asociados• la interpretación de los resultados.”
Todo ello a lo largo de la vida del producto “DE LA CUNA A LA TUMBA”
Análisis de Ciclo de Vida (ACV)
Otros Vertidos
ENTRADAS
Materias Primas
Energía
SALIDAS
EmisionesAtmosféricas
Efluentes Líquidos
Residuos Sólidos
Coproductos
Adquisición de materias primas
Producción
Uso/Reuso/Mantenimiento
RecicladoGestión del Residuo
Análisis de Ciclo de Vida. Etapas
•Definición de objetivo y alcance del estudio: Se definen los objetivos globales del estudio y se establecen la finalidad del mismo, el producto a estudiar, la audiencia a la que se dirige y el alcance o magnitud del estudio, es decir, los límites del sistema. Asimismo se define la unidad funcional. •Análisis de inventario: En la fase de inventario se contabilizan todas las cargas ambientales asociadas al ciclo de vida de la unidad funcional.• Evaluación de los impactos del ciclo de vida: consiste en interpretar el inventario, analizando y evaluando los impactos producidos por las cargas ambientales. • Interpretación de los resultados obtenidos en el estudio.
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CLACUGEI7. Conclusiones
Objetivo y alcance. Unidad funcional
UF: Medida cuantitativa de las funciones del sistema
Definir la función del sistema en estudio: p.e. producción de grano de trigo para alimentación animal
Es la unidad a la cual irán referidas las entradas y salidas del ACVSirve para comparar productos o sistemas con funciones equivalentes
La UF funcional puede ser • de tipo físico: p.e. 1 t de grano, 1 ha• de tipo funcional: p.e. 1 MJ de energía metabolizable
Labor profunda
Labor superficial
Abonado de fondo
Labor superficial
Siembra
Abonado de cobertera
Tratamiento fitosanitario
Cosecha
Transporte del grano
Empacado
Transporte paja
Grano
Paja
Abonos
Semilla
fitosanitarios
Fabricación y transporte de abonos
Producción y transporte semilla siembra
Fabricación y transporte de fitosanitarios
GasoilObtención y distribución de gasoil
Maquinaria agrícola
Límites del sistema agrícola
Camiones transporte
Agua de riego y energía bombeo
Riego
Objetivo y alcance. Límites del sistema
El suelo como parte del sistema productivo
El suelo hasta la profundidad del nivel freático es parte del sistema agrícola
Solo la parte de productos que sale de los límites del sistema (escorrentía, lixiviación, erosión..) es considerado como emisión o efluente al medio ambiente.
Se tiene que considerar la diferencia en calidad y cantidad de suelo antes y después del cultivo: pérdida o aumento de stocks de carbono
Asignación de cargasEn procesos multifuncionales que originan varios productos es necesario repartir las cargas ambientales entre productos y co-productos.
Cultivo de cerealCultivo de cereal
1 kg grano (17 MJ/kg; 2Euros/kg)
4 kg paja (15 MJ/kg; 0.5 Euros/kg)
Límites del sistema
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CLACUGEI7. Conclusiones
Labor profunda
Labor superficial
Abonado de fondo
Labor superficial
Siembra
Abonado de cobertera
Tratamiento fitosanitario
Cosecha
Transporte del grano
Empacado
Transporte paja
Grano
Paja
Abonos
Semilla
fitosanitarios
Fabricación y transporte de abonos
Producción y transporte semilla siembra
Fabricación y transporte de fitosanitarios
GasoilObtención y distribución de gasoil
Maquinaria agrícola
Límites del sistema agrícola
Camiones transporte
Agua de riego y energía bombeo
Riego
Análisis de inventario. Producción y uso de combustibles en labores
Procesos de producción de combustibles
Exploración, extracción y transporte del crudo
Refino de crudo
Distribución de combustible hasta estaciones de servicio
Uso final en tractores y maquinaria agrícola
Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de diesel
Diesel Gasolina
Emisiones producción diesel:• 15 g CO2 equiv/MJ• 89 g CO2 equiv/MJ incluyendo combustión
Fuente: JEC - Joint Research Centre-EUCAR-CONCAWE collaboration,WELL-TO-TANK (WTT) REPORT – APPENDIX 2 VERSION 4, JULY 2013
Vías de mejora:• Reducción de emisiones de antorchas y venteo en la etapa de extracción del crudo• Aumento de la eficiencia en refinería
Labor profunda
Labor superficial
Abonado de fondo
Labor superficial
Siembra
Abonado de cobertera
Tratamiento fitosanitario
Cosecha
Transporte del grano
Empacado
Transporte paja
Grano
Paja
Abonos
Semilla
fitosanitarios
Fabricación y transporte de abonos
Producción y transporte semilla siembra
Fabricación y transporte de fitosanitarios
GasoilObtención y distribución de gasoil
Maquinaria agrícola
Límites del sistema agrícola
Camiones transporte
Agua de riego y energía bombeo
Riego
Análisis de inventario. Producción de fertilizantes
Procesos de producción de los fertilizantes
Las cargas ambientales de la producción de fertilizantes provienen fundamentalmente de dos vías:•las emisiones de CO2 y otros contaminantes provenientes del uso de combustibles sólidos (fundamentalmente gas natural) como materia prima y como combustible en los procesos de síntesis de amoniaco• Las emisiones de N2O provenientes de la producción de ácido nítrico• Otras emisiones directas de los procesos
Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de los fertilizantes
Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008
Vías de mejora:•Eficiencia energética•Control de las las emisiones de N2O provenientes de la producción de ácido nítrico mediante sistemas catalíticos (70-85% reducción)
Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de los fertilizantes
Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
AN Eur. Av2006
AN BAT CAN Eur.Av 2006
CAN BAT CN Eur. av2006
CN BAT UreaEuropeanav 2006
Urea BAT UANEur.av2006
UAN BAT NPK Eur.av 2006
DAP Eur.av. 2006
TSP 48%Eur. av2006
MOP60%K2O
g CO
2 eq
uiv
/kg
N, P
2O5
o K2
O
N2O
CH4
CO2
Emisiones de gases de efecto invernadero del uso de los fertilizantes nitrogenados
•Emisiones de óxido nitroso desde el suelo
•Emisiones de CO2 por hidrólisis de la urea
Emisiones de gases de efecto invernadero del uso de los fertilizantes nitrogenados. Métodos estimación
•Emisiones de óxido nitroso desde el suelo •Modelos mecanicistas de química del suelo (DNDC y otros)•Metodología del IPCC• Modelos paramétricos (Stehfest and Bouwman, 2006)
•Emisiones de CO2 por hidrólisis de la urea•Metodología del IPCC
Modelos de química del suelo. Modelo DNDC (Li et al., 1992, 2000,2003)
emission of NO, N 2O, N2, NH3 and CH4predicted gas fluxes predicted gas fluxes
NO
N2O
N2
emission of NO, N 2O, N2, NH3 and CH4predicted gas fluxes predicted gas fluxes
NO
N2O
N2
NO2-
Nitrat -denitrifier
N2O -denitrifier
Nitrit -denitrifier
nitrifier
NO3-
NH3clay-
minerals
N2O
NO NH3
denitrification nitrification
NO3-
DOC
exchange ofNO, N 2O, NO 3
-
NH4+DOC
NO2-
Nitrat -denitrifier
N2O -denitrifier
Nitrit -denitrifier
nitrifier
NO3-
NH3clay-
minerals
N2O
NO NH3
denitrification nitrification
NO3-
DOC
exchange ofNO, N 2O, NO 3
-
NH4+DOC
soilmoisture
profile
O2-profile
O2-diffusion
meanannual
temperat.
dailyevapotrans-
piration
evaporation transpira-tion
watermovementin the soil
Soil climate
soilT-profile
CO2
NH4+
DOC
non-degradable organic matter
very labile labile resistant
degradable organic matter
degradable microbial matter
very labile resistant
degradable humineslabile resistant
mineralisation
crop growth
waterdemand
rootrespiration
wateruptake
waterstress
N-uptake
dailygrowth
grain
wood
root
N-demand
LAIdepending
albedo
ecologicaldriver
soil vegetationclimate ecologicaldriver
human impact
Effect of temperature and moisture on mineralisation
predicted soilenvironmental forces substrate (C, N ) temperature moisture pH
anaerobicballoon
DNDC-Model
methanogenesis
CH4-oxidationCO2methanotrophic bacteria
- diffusion- gasbubbles- plant tranpsort
methanogenic bacteria
CH4
DOC CO 2
Metodología del IPCC 2006.Las emisiones de N2O desde el suelo agrícola pueden ser:
- Directas- Indirectas:
-Volatilización NH4+ o NO3- y posterior deposición- Lixiviación o escorrentia de NO3-
Emisiones directas:Fuentes de N:
-Fertilización mineral FSN
-Fertilización orgánica FON
-Deposiciones de ganado FPRP
-N presente en los residuos agrícolas FCR
-Mineralización de N orgánico por cambio de uso del suelo FSOM
- Emisiones por cultivo de histosoles FOS
Herramienta GNOC del JRC (basada en Stehfest and Bouwman, 2006)(http://gnoc.jrc.ec.europa.eu/)
Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción y uso de los fertilizantes
Fuente: Frank Brentrup and Christian PallièreGHG EMISSIONS AND ENERGY EFFICIENCY INEUROPEAN NITROGEN FERTILISER PRODUCTION AND USE The International Fertiliser Society at a Conference in Cambridge, on 11th December 2008IPCC
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
AN Eur.average
2006
AN BAT CAN Eur.average
2006
CAN BAT CN Eur.average
2006
CN BAT UreaEuropeanaverage
2006
Urea BAT UANEur.average
2006
UAN BAT NPK Eur. av2006
DAP Eur. av.2006
g CO
2 eq
uiv
/kg
N
GHG emissions from manufacturing IFS CO2 emissions from urea hydrolisis
Direct N2O emissions IPCC Tier 1 Indirect N2O emissiosn IPCC Tier 1
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CLACUGEI7. Conclusiones
Fase 3: Evaluación del impacto del ciclo de vida
Selección de categorías de impacto:Impactos Mid point yEnd point
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CALCUGEI7. Conclusiones
Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados.
-5.00
5.00
15.00
25.00
35.00
45.00
55.00
65.00
75.00
Trigo
seca
no
Trigo
rega
dio
Cebad
a seca
no
Cebad
a reg
adio
Giraso
l seca
no
Giraso
l rega
dio
Colza se
cano
Colza re
gadio
Cardo so
lo biodiese
l
Cardo biorre
fineria
Cardo biorre
fineria e
nergia
Sorgo
rega
dio Andalucia
g CO
2 eq
uiv/
MJ b
ioco
mbu
stibl
e
Emis iones semi l la de s iembra
Emis iones de N2O suelo
Emis iones por consumo deelectricidad
Emis iones por produccion defi tosanitarios
Emis iones por consumo decombustible en labores
Emis iones por fabricación deferti l i zantes
14
33
3036
33
8
18
28 25
66
40
19
Fuente: IDAE. Evaluación del balance de gases de efecto invernadero en la producción de biocarburantes.
-5.00
5.00
15.00
25.00
35.00
45.00
55.00
65.00
75.00
Trigo
seca
no
Trigo
rega
dio
Cebad
a seca
no
g CO
2 eq
uiv/
MJ b
ioco
mbu
stibl
e
14
33
3036
33
8
18
28 25
66
40
19
Emisiones de óxido nitroso desde el suelo:• Optimización de la fertilización• Uso de fertilizantes con inhibidores de producción de N2O
Emisiones de la producción de fertilizantes:• Optimización de la fertilización• Producción de fertilizantes con BAT
Emisiones de la producción y uso de combustibles en labores:• Reducción del número de labores• Optimización consumo de combustible en maquinaria• Reducción de emisiones de producción de carburantes
Vías de reducción del impacto sobre el cambio climático.
Otros resultados. Huella de carbono UPA
Emisiones de óxido nitroso desde el suelo
Materias primas (fertilizantes)
Maquinaria (labores)
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CALCUGEI7. Conclusiones
http://www.idae.es/index.php/relcategoria.1037/id.686/relmenu.322/mod.pags/mem.detalle
Esquema de la presentación1. ¿Qué es un Análisis de Ciclo de Vida (ACV)?2. Objetivo y alcance
1. Unidad funcional.2. Límites del sistema
3. Análisis de inventario1. Producción y uso de combustibles2. Producción y uso de fertilizantes
4. Análisis de impacto5. Análisis de ciclo de vida de cultivos. Algunos resultados6. Calculadora de emisiones CALCUGEI7. Conclusiones
Conclusiones.1. Los sistemas agrícolas tienen una contribución importante a las emisiones de
gases de efecto invernadero y el ACV es una metodología eficaz para determinar las etapas de mayores emisiones
2. Desde una perspectiva de ciclo de vida, los procesos de producción y uso de fertilizantes son la causa mas importante de emisiones en los cultivos agrícolas.
3. Otra causa importante son los consumos energéticos en las labores 4. Existen vías de reducción de estas emisiones. Algunas residen en la mejora de
los procesos de producción de los input agrarios y otras en la propia gestión agrícola.
5. Dentro de estas últimas destacan la optimización de la fertilización, el uso de productos con inhibidores de la formación de N2O, la optimización del número de labores y del consumo de combustible de la maquinaria.
Gracias por su atenció[email protected]