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+ 1
LA BIOENERGIA COMO CATALIZADOR DEL DESARROLLO SUSTENTABLE
O MOmar Masera
Laboratorio de BioenergíaCIECO, UNAM [email protected]
“Congreso Academia Mexicana de Ingeniería, DF Febrero 22-24 2012”
2
Esquema de la PonenciaEsquema de la Ponencia
La Bioenergía- consideraciones generales
Contexto Internacional
Contexto de México (aplicaciones y ( p yoportunidades) Potencial del Recurso Escenarios Escenarios Tecnologías Bioenergéticas Promisorias
Conclusiones Conclusiones
La Red Mexicana de Bioenergía
Bioenergía y la transición energética3
g y g
L Bi í f t éti átil La Bioenergía es una fuente energética versátil, ampliamente distribuída, que puede potenciar el desarrollo local y descentralizado
Muchas de las opciones pueden integrarse a las tecnologías/ sistema actual: -vehículos flex-fuel; -co-combustión en termoeléctricas; etctermoeléctricas; etc.
Necesita desarrollarse de manera INTEGRAL, empezando por el aprovechamiento de residuos y tomando en cuenta el aprovechamiento de residuos y tomando en cuenta aplicaciones para calor, electricidad, transporte y otros usos.
Debe ser parte de un portafolio más amplio hacia la p p ptransición energética a sistemas más sustentables, integrado con otros renovables, eficiencia y cambios en estilos de vida
4
Alternativas de Conversión y de Usos Fi l d l Bi íFinales de la Bioenergía
5Fuente: IPCC 2011
6
Temas del debate sobre bioenergíaTemas del debate sobre bioenergía
P t i l Bi fí i Potencial Biofísico Cuánta energía es técnicamente posible obtener de la biomasa
globalmente?
Sustentabilidad Ambiental Implica impactos en biodiversidad/suelos/agua?
Qué tanto se ahorra energía fósil y emisiones de GEI?
Sustentabilidad Socioeconómica é Qué impactos se puede causar en la seguridad alimentaria?
Cuál es el costo de las tecnologías?
Que implicaciones tienen para cuestiones de reducción de pobreza/mejoramiento de pequeños productores?
Desarrollo Tecnológico Qué posibilidades se ven de break-throughs” en tecn/costos?
7
Potencial de la bioenergía en el mundo 8
Fuente: IPCC 2011
Escenarios Futuros sobre EnergíasR bl Bi í IPCC
9
Renovables y Bioenergía IPCCEnergía Primaria en 2050g
Biocombustibles líquidos
12%Calor y
Participación de la bioenergía
12%a o yelectrici
dad88%
Cat I: <400ppm; Cat II: 400-440ppm; Cat III: 440-485; Cat IV: 485-600
BiocombustiblesLíquidos
10 Biofuel Barometer, 2011
BiocombustiblesSólidos
11
Population relying on solid fuels…12
Sh f l ti ith t t d f l f d l i t i 2007
2,800 millones de personas cocinan con leña
Share of population without access to modern fuels for developing countries, 2007
Biomasa Tradicional: Una “revolución” en la 13
cocina…meta de 100 millones estufas avanzadas para 2020
Electricity Co-generationBio-Lite/Others
Turbococina, El SalvadorPhilips Gasifier Stove
14
La bioenergía en MéxicoLa bioenergía en México
Existe un gran potencial técnico de la biomasa 15
en México…
Plantaciones forestales
Residuos agroindustriales (potenciales)
Manejo de bosques y selvas
43% del consumo
Sorgo grano
Residuos Agricolas cosecha
Caña de azúcar energético en 2009
Residuos de cultivos dedicados
Residuos agroindustriales (actuales)
Palma aceitera
Total 3,569 PJ/año
Estiercol de ganado
Jatropha curcas
Residuos forestoindustriales
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Residuos municipales
g
Recursos l ñ C lti R id
Fuente: Banco Mundial, MEDEC, 2009PJ/año
leñosos Cultivos Residuos
El recurso biomásico está ampliamente di ib íd (Ej l l i é i )distribuído (Ejemplo: cultivos energéticos)
Criterios:Criterios:No riego, no competencia con alimentos, no deforestaciónénfasis en áreas degradadasP i l 30% d l d d Potencial: 30% de la demanda Actual para transporte; 4 Mill. ha
16
Se puede expandir 10 veces el usol di ifi d fi i i d
17
actual, diversificando y eficientizandoinsumos/tecnologías
3500
3000
3500
Metano Rellenos/Biodig
2000
2500 Biodiesel
Etanol
Bagazo
Carbon Resid
1000
1500
Carbon Resid
Carbon Siderurgica
Leña Electricidad/Calor Ind
Leña Residencial
500
0
Consumo 2008 Consumo 2030
Fuente: Banco Mundial, MEDEC, 2009
Tecnologías Bioenergéticas para México 18
APLICACIÓN� TECNOLOGIA� MATERIA�PRIMA�APLICACIÓN� TECNOLOGIA� MATERIA�PRIMA�
1.�GENERACION�ELÉCTRICA�
Co‐combustión�de�biomasa�en�carboeléctricas�
Residuos�forestales�y��agrícolas�(F&A)�
Cogeneración�en�ingenios� Bagazo �residuos�F&A��
Cogeneración�en�ingenios� Bagazo,�residuos�F&A�
�
Dendroeléctricas�“stand�alone”�(15‐50�MW)�
Residuos�F&A,�plantaciones�dedicadas�
Autogeneración�en�Ciclos�de�Rankine�Residuos�F&A,�
�con�fluidos�orgánicos�(ORC)�con�interconexión�(hasta�1�MW)�
Residuos�F&A,�plantaciones�dedicadas�
�Autogeneracion�eléctrica�con�biogas�
Residuos�pecuarios�y�municipales�
2.�SIDERURGIA� Carbón�vegetal�p/�substitutir�coke� Manejo�forestal�
3.�TERMICA�industrial�
Pellets�p/substit.�combustóleo�y�GN�Residuos�forestales�y��
agrícolas�
M l �j �di t �4.�TRANSPORTE� Bioetanol�1ª�generación�
Melazas,�jugo�directo,�granos�
�Biometano�vehicular�
Residuos�agropecuarios�y�urbanos�
�Bioetanol�avanzado*�
Residuos�lignocelulósicos,��cultivos�dedicados��
�Biodiesel,�1ª�generación� Palma�aceitera,�Jatropha�
�
5.TERMICA�RESIDENCIAL���
Estufas�de�combustión�avanzada�de�biomasa�
Leña�
�
Tecnologías promisorias para México
Generación eléctrica
Biogás de rellenos sanitarios
Combustión directa
Co‐combustión de carbón con biomasa
Tecnologías promisorias para México Combustibles líquidos
Etanol de jugo
Etanol de melaza (subproducto de l d ió d
directo de caña
la producción de azúcar)
Etanol de lignocelulosag
Biodiesel de aceites vegetales usados y cultivos no alimenticios
Tecnologías promisorias para México
Aplicaciones industriales
Co‐generación con ORC (Organic Rankine Cycle)
i 1para potencias 1‐1000 kWeEn lugar de agua se utiliza aceitese utiliza aceite con baja T de ebullición
Cogeneración en ingenios azucareros
Pellets para generación de calor
Caldera de PelletsGenerador ORC
Tecnologías promisorias para México Aplicaciones rurales
Estufas eficientes de leña
Biogas (y biometano)Hornos eficientes de
carbón vegetal
Una revolución en la cocina… estufas fi i d bieficientes de biomasa 25 millones de mexicanos utilizan leña en 25 millones de mexicanos utilizan leña en
fogones abiertos;
Miles de “pequeñas” industrias: tabiqueras carbón alfareras mezcaleras ptabiqueras, carbón, alfareras, mezcaleras, panaderías, pozolerías
Alta demanda energética (90% energía rural)rural)
Alta innovación tecnológica (microgasificación, materiales, simulación)ión)
Muy costo-efectivas! (B/C 11 a 1);
5 tonCO2e/año mitigación (equiv a g ( qemisiones de 2 coches!) Estufa Onil
23
Diversidad de modelos de estufas en México24
De construcción in situ Pre-fabricadas (para ensamble en el lugaro portátiles)p )
Patsari®OnilLorena
Tonalá
Ludeé
Patsari®
Lorena
Chiantli
TuumbenK´ooben Citlali
Chiantli
Plancha J tPlancha Justa
Potencial de generación eléctrica conPotencial de generación eléctrica con biomasa
Potencia MW
TWh/año Plazo
# Plantas acum. 20 MW
# Plantas acum. 20 MW
# Plantas acum. 20 MWMW
TWh/año Plazo20 MW 2017
20 MW 2022
20 MW 2035
Plantaciones( )*
Plantaciones2,530 17 Largo 0 0 127 (0.9)*
Leña manejo sustentable10,900 76 Largo 153 263 545 (3.9)
Ingenios (actual)1,800 7 Corto 50 90 90 (0.6)
Co‐combustiónCo combustión700 5 Corto 25 35 35 (0.3)
Total 15,930 105 228 388 797 (5.7)
* ( ) Equivalente a Plantas del tamaño de Petacalco 2.6 GW
26
Costos�nivelados�de�generación�de�las�distintas�tecnologías�bioenergéticas�(Chum�et�al,�2011).��
27
Opciones bioenergéticas110 MtCO2 o 23% total mitigación en 2030
Costos de inversión y mitigación28
Costos de inversión y mitigaciónde las opciones bioenergéticas. Estudio
MEDECMEDEC
IntervenciónInversión
Costo de mitigaciónIntervención
(MUSD)mitigación(USD/tCO2e)
1. Estufas eficientes 434 ‐2.3
2. Generación eléctrica con leña 4,254 ‐2.4
3.Hornos eficientes de carbón vegetal para usos domésticos e industriales
416 ‐19.6
4. Cogeneración con bagazo 1,869 ‐4.9
5. Etanol de sorgo 991 5.3
6. Biodiesel de palma aceitera 99 6.4
7. Co‐combustión con leña 454 7.3
8. Etanol de caña de azúcar 1,011 11.3
Total 9,528
Fuente. Johnson et al (2009)
Nuevas Herramientas: Criterios Sustentabilidad, Análisis de Ciclo de Vida
Sugarcane ethanol life cycle GHG emissions
Direct Emissions dLUC Emissions
140.00
Direct Emissions dLUC Emissions
100.00
120.00
eth
an
ol
60.00
80.00
CO
2e/
GJ
e
20.00
40.00
kg
C
0.00
29 Source: García et al, 2011; Chum et al, 2011.
Un reto es asegurar la sustentabilidad30
Un reto es asegurar la sustentabilidad …
C OSPRINCIPIOS
Mitigación efectiva de Cambio Climático
Balance Energético Positivo
AMBIENTAL
Balance Energético Positivo
NO cambio de uso de suelo
Conservación de la biodiversidadCalidad del agua
Conservación del suelo
Mejorar Calidad del aire
DIMENSIONES
Mejorar Calidad del aire
Respetar Tenencia de la tierra
Equidad SOCIAL Condiciones laborales dignas
Derechos de los TrabajadoresNO Competencia con alimentos
Desarrollo socialDesarrollo social
ECONOMICA Viabilidad económica
+Una Estrategia Bioenergética para
31
Una Estrategia Bioenergética para México
Dar prioridad al uso de residuos y mejora de sistemas existentes Biodiesel de aceites usados y grasas animales Co-genereación en ingenios Biogas de rellenos sanitarios y rastros/granjas pecuarias
Integrar biomasa a sistemas existentesg Co-combustión en termoeléctricas y carboeléctricas Sustitución de Calderas en Agroindustrias
R d i l d l ñ di t t f fi i t d (100 Reducir el consumo de leña mediante estufas eficientes avanzadas (100 PJ/año en México)
Iniciar combustibles líquidos como aditivos; cultivos NO alimentarios ( l ló i J t f di l )(celulósicos, Jatrofa en mediano plazo)
Añadir nueva capacidad firme al sistema y calor industrial con base en biomasa del aprovechamiento forestal
+Conclusiones
32
Conclusiones
La bioenergía tiene un potencial muy amplio de desarrollo en México (10 veces su uso actual), prioridad en aprovechar residuos urbanos, agrícolas y forestales
Las tecnologías bioenergéticas presentan un gran potencial para el desarrollo de la industria nacional
La bioenergía está en auge a nivel mundial y se considera clave para la transición energética a renovablesp g
Para no quedar rezagado México debe promover la bioenergía con mucho mayor decisión:bioenergía con mucho mayor decisión: No se aprobó un Centro de Investigación en Bioenergía
(solo Eólica, Solar y Geotermia) Faltan regulaciones e incentivos claros (metas) para Faltan regulaciones e incentivos claros (metas) para
desarrollar tecnologías y cadenas de valor
La Red Mexicana de Bioenergía
Referente en el tema de la Bioenergía en México
La Red Mexicana de Bioenergía
Referente en el tema de la Bioenergía en México
Actualmente tenemos 180 socios
Estudios clave para la formulación de política pública en bioenergía –ej. Estudio viabilidad biocombustibles SENER-GTZ; Trabajos en energía rural y biocombustibles; Estudio de ciclo de vida
Proyectos con Banco Mundial Unión Europea (BIOTOP/COMPETE) Proyectos con Banco Mundial, Unión Europea (BIOTOP/COMPETE), FAO, GTZ sobre aspectos críticos: producción/uso/ viabilidad económica/ sustentabilidad/ciclo de vida de bioenergéticos
Abi t l l b ió á f t l l Abiertos a la colaboración con más grupos para fortalecer la transición energética
33
34
¡¡GRACIAS!GRACIAS!¡¡GRACIAS!GRACIAS!
Datos de Contacto:Datos de Contacto:
omasera@gmail comomasera@gmail [email protected]@gmail.com
www.oikos.unam.mx/CIEco/bioenergiawww.oikos.unam.mx/CIEco/bioenergia//
www.rembio.org.mxwww.rembio.org.mx
[email protected]@gmail.com@g@g
Costos de producción de renovables
35 Fuente: IPCC 2011
Generación de ElectricidadGeneración de Electricidad
Tecnología Materia prima Costo de producción USDcts/kWh
Mitigación en el ciclo de vida(% con respecto a carbón y gas, al y g80% C‐20% GN)
Co‐combustión con carbón
Madera, RAC 2.9‐5.3* 90**
Combustión directa Madera, RAC 7.2‐9.2* 80‐90**
Co‐combustión con carbón
Pellets de madera 5.0‐13.0* 90**
Generación convencional enMéxico
CombustóleoCarbón
9.7β
8.3β
*(Chum et al., 2011).** (Schubert et al., 2009).β
36
βCOPAR 2009
Bi b ibl lí id Bi di lBiocombustibles líquidos: BiodieselM t i i O i C t dMateria prima Origen Costo de
producción(USD/GJ)
Aceites vegetales y grasas
Soya, colza, girasol, palma aceitera, aceites vegetales usados grasa animal
4.2‐50cgrasas usados, grasa animal
Biomasa rica en celulosa y l l l
Residuos agrícolas, de bosques, de aserraderos, d l d 38.8alignocelulosa de papel; madera y pastos de crecimiento rápido
38.8
Microalgas Microalgas 28.8‐190b
Diesel México 20.7
a(IEA, 2011).
37
( , 0 )b(Campbell et al., 2011).
C(Chum et al., 2011).
Biocombustibles líquidos: EtanolBiocombustibles líquidos: EtanolMateria prima Origen Costo deMateria prima Origen Costo de
producción(USD/GJ)
Biomasa rica en azúcares
Caña de azúcar, sorgo dulce remolacha 14 8 31 8bazúcares dulce, remolacha azucarera
14.8‐ 31.8b
Biomasa rica en almidones
Maíz, trigo, sorgo grano17.5‐40.7a
Biomasa rica en celulosa y lignocelulosa
Residuos agrícolas, de bosques, de aserradero, de papel; madera y pastos de crecimiento rápido
76.4a
Gasolina Magna (Precio)
22.2
(IEA 2011)
38
a(IEA,2011).b(Chum et al, 2011)
39
Mitigación y Costo de Opciones Bioenergéticas Seleccionadas. Fuente MEDEC, 2009, datos prelim.
Reforestation and Restoration
40
Effi i t
Restoration
20
30
Efficient Charcoal
KilnsImproved
Cook StovesReduced Deforestation and
Degradation
Jatropha Oil Biodiesel
Sugarcane Ethanol
10
t CO
2e)
-10
0
atio
n (U
SD /
AfforestationPalm Oil Biodiesel
-20
-10
Cos
t of M
itiga
Leña elect. -2 USD/tCO2 ; 354 MtCO2Carbón v. siderúrgica -21 USD/tCO2; 219 MtCO2
ó
No-Tillage Corn
Sorghum Grain Ethanol
-30
C Co-combustión 8 USD/tCO2; 39 MtCO2
Total Biomasa ap. 800 MtCO2
40
-400 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400
Avoided CO2 Emissions (Millions t CO2 e)
Antes de Patsari Después de Patsari 41
42
Slade et al, 2011
Escenarios de Mitigación43
Escenarios de Mitigación
Opción“Combustible que
Ahorro Energético 2020
Ahorro Energético 2035
Mitigación de GEI 2020
Mitigación de GEI 2035Opción
sustituye”Energético 2020
(PJ/año)Energético 2035
(PJ/año)GEI 2020
(MtCO2e/año)GEI 2035
(MtCO2e/año)
Estufas EficientesLeña de origen no
sustentable33-58 76-136 1.8-2.1 2.2-2.9
Hornos Eficientes para Leña de origen noHornos Eficientes para CV
Leña de origen no sustentable
16 47 0.2-0.7 0.6-2.2
Carbón vegetal para siderurgia
Coque de Carbón 2.5-4.5 7-12.4 (0.1)- 0.2 (0.4) - 0.7
Pellets para sustitución 25% e e s p sus uc óde combustóleo y diesel
industrialDiesel y combustóleo 48 82 3.7 6.1
Co-firing en carboeléctrica Petacalco
Carbón 18 15-19 2.1-2.2 2.2-2.6
emisiones por uso de energía en
2008.
Electricidad de bosque manejado
Gas Natural y Carbón 87.7-109.7 219.4-274.2 4.9-6.2 20.9-26.1
Electricidad de plantaciones
Gas Natural y Carbón 0 42.1-59.9 0 3.6-5.7* 16.7%
12% en 2030
Etanol de caña de azúcar Gasolina 174.2-204.1 423.6-563.2 12.9-15.1 31.4-41.8
Etanol de sorgo Gasolina 31.9-37.5 78.6-96.5 2.4-2.8 5.8-7.2
Biodiesel de jatropha Diesel 4-7.5 33.6-64 0.3-0.6 2.5-4.7
emisiones totales en
2008.9.7% en
Biodiesel de higuerilla Diesel 8.3-16.6 73-146.1 0.6-1.2 5.4-10.8
Total 423.6-519.9 1,097.3-1,500.3 28.8- 34.8 80.3-110.8
2030