la cuestiÓn de los biocarburantes colegio de físicos 8 de mayo de 2008 emilio menéndez pérez...

LA CUESTIÓN DE LOS BIOCARBURANTES

Colegio de Físicos

8 de mayo de 2008

Emilio Menéndez PérezUniversidad Autónoma de Madrid

•El desarrollo de la agricultura energética es una cuestión global.Nos va a afectar a todos

+ Nace en Brasil en los años setenta. 1ª crisis del petróleo

- Aspectos positivos y negativos. Empleo

•En la actualidad retorna en la 2ª crisis de petróleo ¿Definitiva?

+ Algunos valoran mucho la reducción de emisiones de CO2

- Queda compensada por otros daños ambientales

•Definitivamente la razón es la mayor demanda de carburantes

+ Unido a las incertidumbres del mercado del petróleo

- En las dos gráficas siguientes hay algunos datos

Biomasa:•La productividad agrícola media es de 1 tep por Ha.•Sólo una pequeña parte de la superficie se puede dirigir a agroenergía.

Biomasa:•La productividad agrícola media es de 1 tep por Ha.•Sólo una pequeña parte de la superficie se puede dirigir a agroenergía.

•La biomasa como combustible de uso directo tiene un buen rendimiento.•La generación de electricidad sólo es una opción para ciertos casos

•La biomasa como combustible de uso directo tiene un buen rendimiento.•La generación de electricidad sólo es una opción para ciertos casos

Biocarburantes:•Es preciso asumir que sólo pueden ser una parte pequeña de nuestra demanda de carburantes para transporte. Menos del 10% del total.•La agroenergía no debe suponer una agresión al entorno natural, ni tampoco a las poblaciones que hoy viven en esas potenciales zonas de cultivo. Atención al comercio internacional de materias primas.

Biocarburantes:•Es preciso asumir que sólo pueden ser una parte pequeña de nuestra demanda de carburantes para transporte. Menos del 10% del total.•La agroenergía no debe suponer una agresión al entorno natural, ni tampoco a las poblaciones que hoy viven en esas potenciales zonas de cultivo. Atención al comercio internacional de materias primas.

200

1.800

800

2.600

2.800

Petróleo Biocarburantes Gas Natural Carbón

Participación en el suministro de carburantes al año 2030Millones de tep/año

2.200

400

Demanda de carburantes: 3.500 millones tep/aOferta:•Petróleo, previsiblemente crecerá al 1% anual•Biocarurantes, incidencia ambiental y social•Gas natural, opción de los países exportadores•Carbón, una alternativa de reserva

Demanda de carburantes: 3.500 millones tep/aOferta:•Petróleo, previsiblemente crecerá al 1% anual•Biocarurantes, incidencia ambiental y social•Gas natural, opción de los países exportadores•Carbón, una alternativa de reserva

2000 2002 2004 2006 2007

1

2

3

3,4 millones de barriles/día

Extracción de crudoMM bbl/d

Reservas Mexicanas:

•Año 2000.- 32,6 billion bbl


Reservas Mexicanas:



•México aporta petróleo para su propio consumo y hacia la exportación a Estados Unidos y otros muchos países, entre los que están Guatemala y España.

•En la segunda década de este siglo habrá que contar con los biocarburantes para suplir esa previsible menor extracción en México y quizás una demanda mayor que la actual.

•México aporta petróleo para su propio consumo y hacia la exportación a Estados Unidos y otros muchos países, entre los que están Guatemala y España.

•En la segunda década de este siglo habrá que contar con los biocarburantes para suplir esa previsible menor extracción en México y quizás una demanda mayor que la actual.

- Hay recursos adicionales de petróleo en el Golfo de México,a 3.000 m de profundidad.

- Su extracción es posible, perorequiere nuevas tecnologías eInversiones significativas.

El problema de la disminución de la extracción decrudo en México es un primer dato a considerar

EL MIEDO ACTUAL A LA DISPONIBILIDAD DE PETRÓLEO

•Año 2007, demanda global 86,13 millones de bbl día

+ Oferta de los países de la OPEP …………..…. 34,40 M bbl/d

+ Oferta de otros países ……………………..…… 54,83 M bbl/d

- Exceso de cobertura …………. 3,6%

•Año 2012, demanda previsible 95,82 millones de bbl día

+ Oferta necesaria de los países de la OPEP …. 38,36 M bbl/d

+ Oferta previsible de otros países ……………… 59,64 M bbl/d


EL MIEDO ACTUAL A LA DISPONIBILIDAD DE PETRÓLEO

•Año 2007, demanda global 86,13 millones de bbl día

+ Oferta de los países de la OPEP …………..…. 34,40 M bbl/d

+ Oferta de otros países ……………………..…… 54,83 M bbl/d


•Año 2012, demanda previsible 95,82 millones de bbl día

+ Oferta necesaria de los países de la OPEP …. 38,36 M bbl/d

+ Oferta previsible de otros países ……………… 59,64 M bbl/d


BIOETANOL:

•Aditivo, ETBE, en la formulación de las gasolinas.

•Mezcla de hasta un 20% del carburante.

•Utilización en forma de carburante único

BIOETANOL:

•Aditivo, ETBE, en la formulación de las gasolinas.

•Mezcla de hasta un 20% del carburante.


Materias diversas:•Caña de azúcar•Maíz y otros cereales•Tubérculos•¿Paja y otras partes aéreas de las plantas?•¿Madera y leñas?•¿Residuos?•¿Algas y otros?

Materias diversas:•Caña de azúcar•Maíz y otros cereales•Tubérculos•¿Paja y otras partes aéreas de las plantas?•¿Madera y leñas?•¿Residuos?•¿Algas y otros?

Semillas oleaginosas:•Soja•Girasol•Colza•Palma•¿Jatropa?

Semillas oleaginosas:•Soja•Girasol•Colza•Palma•¿Jatropa?

Aceite

Alcohol

BIODIESEL:

•Mezcla con gasóleo


BIODIESEL:

•Mezcla con gasóleo


Torta alimenticiapara el ganado

Fermentación

Hidrólisis

LAS DEMANDAS DE BIOCARBURANTES SON DIFERENTES:

•Los países de América demandan más gasolina

+ Buscan bioetanol en primer lugar

- Brasil y Estados Unidos

•Los países de Europa consumen más gasóleo

+ Se interesan por el biodiesel

- Alemania y Austria

•Se incorporan otros países de alto crecimiento de consumo

+ China e India

Primeras previsiones al año 2030•Consumo mundial: 92,4 millones de tep de biocarburantes

Primeras previsiones al año 2030•Consumo mundial: 92,4 millones de tep de biocarburantes

28,80%

24,70%

22%

8,50%

2,60%

13,40%

Unión EuropeaEstados UnidosBrasilChinaIndia Otros países

En la actualidad se puede sugerir para el año 2030:•El consumo mundial de biocarburantes puede ser 300 millones de tep•La Unión Europea consumirá en torno al 15% de ese total•Estados Unidos puede consumir el 20% de la producción mundial•América Latina consumirá posiblemente la cuarta parte de su propia producción, la cual alcanzará los 150 millones de tep •La producción de biocarburantes de segunda generación se acercará a los 100 millones de tep

En la actualidad se puede sugerir para el año 2030:•El consumo mundial de biocarburantes puede ser 300 millones de tep•La Unión Europea consumirá en torno al 15% de ese total•Estados Unidos puede consumir el 20% de la producción mundial•América Latina consumirá posiblemente la cuarta parte de su propia producción, la cual alcanzará los 150 millones de tep •La producción de biocarburantes de segunda generación se acercará a los 100 millones de tep

BIOCARBURANTES EN ESPAÑA:

•Año 2010 se ha de llegar a un consumo de 2 millones de tep, en el 2020 deberá ser de 4 millones de tep

•En la actualidad se producen 300 millones de litros de bioetanol

+ Debería llevarse a 1.000 millones con cultivos propios

•Es factible obtener unos 1.000 millones de litros de biodiesel con cultivos de plantas oleaginosas y recuperación de aceites usados

•Es previsible una importación de biodiesel, o de materias primas o semiproductos, equivalente a 2.000 millones de litros de carburante

•El desarrollo de las tecnologías de segunda generación podría abrir el camino a una producción propia de hasta 3.000 millones de litros de bioetanol, no antes del año 2020.

BIOCARBURANTES EN ESPAÑA:

•Año 2010 se ha de llegar a un consumo de 2 millones de tep, en el 2020 deberá ser de 4 millones de tep

•En la actualidad se producen 300 millones de litros de bioetanol

+ Debería llevarse a 1.000 millones con cultivos propios

•Es factible obtener unos 1.000 millones de litros de biodiesel con cultivos de plantas oleaginosas y recuperación de aceites usados

•Es previsible una importación de biodiesel, o de materias primas o semiproductos, equivalente a 2.000 millones de litros de carburante

•El desarrollo de las tecnologías de segunda generación podría abrir el camino a una producción propia de hasta 3.000 millones de litros de bioetanol, no antes del año 2020.

•Los biocarburantes han de atender dos demandas básicas:

+ Gasolina.- Viene de vegetales con azúcares

+ Diesel.- Se obtienen de vegetales con aceites

•Los biocarburantes se pueden utilizar en mezclas

+ Como carburante único demanda adaptaciones enlos vehículos

•La caña de azúcar la remolacha y el maíz dan bietanol conalta productividad

•La palma africana es el cultivo más productivo para obtenerbiodiesel

•Aquellos que mueven el mercado de biocarburantes dicenque hay mucha tierra disponible para nuevos cultivos

+ ¿2.000 millones de hectáreas?

- ¿Quitando bosque y matorrales?

- Escorrentías en las grandes lluvias

•Plantean acciones de cultivo en: América Latina, en Áfricay en ciertas partes de Asia

+ América Latina será en el futuro continente de los cultivos energéticos para biocarburantes

+ ¿Quiénes podrán los límites del dibujo?¿Como?

Superficiearable o con

cultivos permanentes:

1.500 Mill. Ha

10%

11%

37%11%

11%

20%

China

India

Resto de Asia

África Subsahariana

Iberoamérica

Resto del Mundo

•La superficie arable y con cultivos permanentes sólo podría darnos algo más de las dos terceras partes del consumo de carburantes.

•La superficie arable y con cultivos permanentes sólo podría darnos algo más de las dos terceras partes del consumo de carburantes.

•Se estima que hay 2.000 millones de Ha de tierras degradadas, un 15% de la superficie mundial. Es preciso recuperarlas aunque el nivel de producción en ellas sea bajo. ¿Agrocarburantes de segunda generación?

•Se estima que hay 2.000 millones de Ha de tierras degradadas, un 15% de la superficie mundial. Es preciso recuperarlas aunque el nivel de producción en ellas sea bajo. ¿Agrocarburantes de segunda generación?

26,70%

23%

6,60%5%

4,80%

3,20%

2,20%

2,10%

2%

26,40%

Brasil

India

China

Pakistán

Tailandia

México

Colombia

Australia

Estados Unidos

Otros países

La producciónmundial de cañaes algo más de

1.350 millones de t.Se cultivan más de

20 Mill. Ha

•El 90% de la producción brasileira de caña de azúcar se destina a la obtención de bioetanol.•El bagazo se aprovecha para suministrar energía a los ingenios de obtención de etanol y verter electricidad a la red.

•El 90% de la producción brasileira de caña de azúcar se destina a la obtención de bioetanol.•El bagazo se aprovecha para suministrar energía a los ingenios de obtención de etanol y verter electricidad a la red.

40%

18,60%5%

3%2,80%

2,20%1,80%

1,70%1,70%

1,60%

29,60%

Estados Unidos

China

Brasil

México

Argentina

Indonesia

Francia

India

Sudáfrica

Italia

Otros países

La producciónmundial de maízse sitúa en unos:

700 Millones de t

•El 15% del maíz se destina a producir bioetanol, básicamente en Estados Unidos, donde se producen unos 18.000 millones de l/a. •Las previsiones en USA es llegar a obtener unos 28.000 millones de l/a en el año 2010.

•El 15% del maíz se destina a producir bioetanol, básicamente en Estados Unidos, donde se producen unos 18.000 millones de l/a. •Las previsiones en USA es llegar a obtener unos 28.000 millones de l/a en el año 2010.

Producción mundialMillones de toneladas

600

400

200

China

India

Iberoamérica


Resto del Mundo Resto del Mundo


Iberoamérica

India

China

Maíz Arroz Trigo

•La superficie cultivada para obtener estos tres cereales es de 500 millones de Ha.•La producción potencial de etanol que con ella se podría obtener equivaldría a la cuarta parte del consumo mundial de carburantes.

•La superficie cultivada para obtener estos tres cereales es de 500 millones de Ha.•La producción potencial de etanol que con ella se podría obtener equivaldría a la cuarta parte del consumo mundial de carburantes.

Los monocultivos agreden a la biodiversidad.-Cosecha de soja.- Argentina

•Los campos de milpa, bien sean las pequeñas propiedades o aquellos ya de mayor tamaño, no pueden llevarse alegremente al abastecimiento de la demanda de carburantes.•El precio de las tortillas se dispararía.

•Los campos de milpa, bien sean las pequeñas propiedades o aquellos ya de mayor tamaño, no pueden llevarse alegremente al abastecimiento de la demanda de carburantes.•El precio de las tortillas se dispararía.

Fotografías tomadas en laCarretera que va de Xelaju a Solola.

Agosto de 2007

Cosecha de café

en un país de

Centro América

El trabajo manual es poco competitivo, pero

quizás es muy sostenible si todos apoyamos

•Los biocarburantes convencionales chocarán con la cuestióndel hambre en el mundo

+ Los datos hay al respecto son muy graves

+ Los precios de los alimentos están subiendo

- Las causas son diversas, no sólo biocarburantes

•Pero lo más adecuado sería producir biocarburantes distintos,los denominados de segunda generación

+ Proceden de los residuos de la agricultura y el bosque

- Paja, leñas. A veces cultivos forestales

+ Son más caros, pero menos agresivos al entorno social

En el año 2003se estimaba que854 millones depersonas en el mundo pasaban

hambre

6,10%4,40%

24,10%

2,90%1,10%

17,60%

24,90%

18,90%

América Latina y Caribe

Oriente Próximo y Norte deÁfrica


Países en Transición

Países Industrializados

China

India

Resto de Asia Pacífico

Biocarburantes, en esta situación:•No es fácil pensar en agroenergía en Asia Meridional y Oriental•Es difícil asumirla en África, salvo que haya planteamientos muy sociales•Se puede hacer en América Latina y en América del Norte y Europa

Maíz

Trigo

Arroz

200

400

600

Año 2006 2007 2008

Dólares por tonelada

•La subida de los precios no se debe, ni mucho menos, sólo a la creciente producción de biocarburantes.

•Pero influye y lo hará más en el futuro.

•La subida de los precios no se debe, ni mucho menos, sólo a la creciente producción de biocarburantes.

•Pero influye y lo hará más en el futuro.

?

ANTES DE SEGUIR HABLEMOS DEL HIDRÓGENO:

•Ya se obtiene por electrolisis. Por ejemplo de electricidad eólica

+ 15 kWh para el equivalente a 1 litro de gasolina

- 1 euro de electricidad

•Muy baja densidad. Necesidad de comprimir o licuar

+ Se consumen 2/3 de la energía del hidrógeno

- Muy caro. Más de 6 euros litro de gasolina

•Posibilidad de nuevas tecnologías. Energía solar

+ Esperar unas décadas

•Aerogeneradores denuevo diseño, de altaeficiencia y potencia.

•Gran eólica en tierra y eólica marina

•Inversión específica en “Eólica Off Shore”:2.500 Euros/kW, incluyendo planta de electrolisis para hidrógeno

Conversiónindustrial

Electricidad a lared eléctrica

Producciónde hidrógeno

Electrolisis

Hidrógeno paraAutomoción

Electricidad en corriente continua

Rendimiento: 75%

Densidad energéticapor volumen Carburantes

derivados del petróleoy similares

Hidrógeno líquido

Hidrurosmetálicos

Hidrógeno comprimido

Densidad por pesodel depósito

300 bar

Hidrógeno

H2

Yodo

I2Agua

H2O

Yoduro de Hidrógeno IH

Reactor de

descomposición

térmica

1.200 ºC

Reactor regenerador

de yoduro de hidrógeno

TECNOLOGÍA EN PRIMERA FASE DE DESARROLLO.SIN ESTIMACIÓN DE COSTES DE PRODUCCIÓN.

LOS BIOCARBURANTES TIENEN MOTIVACIONES VARIAS:

•Reducción de las emisiones de CO2

+ Esto es cierto sólo en parte. ¿Emisiones de N2O?

- Deforestación de grandes áreas

•Encontrar unos carburantes al mismo precio que el petróleo

+ Algunos podemos pagar más

- Los europeos y otros

•¿Por qué no nos planteamos un “Comercio Justo”?

+ Certificados de ciclo de vida

20

100

160

Gasolina Etanol Etanol Etanol Gasóleo Biodiesel Trigo Remolacha Caña Colza Europa Europa Brasil Europa

Emisiones GEI en g. CO2 eq/km

Fuente: Estudio mayo 2006 Comisión Europea.(JRC, Concawe, Eucar)

•Las emisiones dependen del tipo de automóvil y de los parámetros de conducción. (Velocidad)•Datos válidos para automóvil de gama media y a 90 km/hora

•Las emisiones dependen del tipo de automóvil y de los parámetros de conducción. (Velocidad)•Datos válidos para automóvil de gama media y a 90 km/hora

2

10

20

30

Automóvil eléctrico conbaterías y carga en red

Automóvil que utilice hidrógenocomo carburante.No antes del año 2030 de formacomercial.

Automóviles con derivados delpetróleo como carburantes

¿Por qué no aceptamos los europeos unprecio de los biocarburantes este rango?

Coste de recorrer 100 kmen automóvil en Europa.Euros, €/100 km

ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL CICLO DE VIDA:

•SEGURIDAD ALIMENTARIA

+ No retirar u ocupar tierras de producción de alimentos. No incidir en el aumento precio de su precios.

•DESARROLLO SOCIAL

+ Evitar la expulsión de personas y familias del ámbito rural, impulsar el mantenimiento de población en este entorno.

+ Condiciones adecuadas de trabajo: salario, salud y horarios. •INCIDENCIA AMBIENTAL

+ Evitar agresiones a la biodiversidad, buen uso del agua, control de el riesgo químico, reducir la erosión, etc.

ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL CICLO DE VIDA:

•SEGURIDAD ALIMENTARIA

+ No retirar u ocupar tierras de producción de alimentos. No incidir en el aumento precio de su precios.

•DESARROLLO SOCIAL

+ Evitar la expulsión de personas y familias del ámbito rural, impulsar el mantenimiento de población en este entorno.

+ Condiciones adecuadas de trabajo: salario, salud y horarios. •INCIDENCIA AMBIENTAL

+ Evitar agresiones a la biodiversidad, buen uso del agua, control de el riesgo químico, reducir la erosión, etc.

NECESITAMOS BIOCARBURANTES DE 2ª GENERACIÓN:

•Los que proceden de materias no alimentarias

+ Paja, astillas, otras partes aéreas de cualquier vegetal

+ Algas. Un tema de fuerte necesidad de I+D

•Ya se desarrollan para obtener bioetanol

+ Aplicable a la paja y a las astillas

•Para el biodiesel quizás podría ser pro procesos térmicos

•Los costes serán más elevados. Quizás hasta 2 €/litro

+ Los países ricos lo podemos pagar

BioetanolBioetanol

BioetanolBioetanol

BioetanolBioetanolHidrólisis de

intensidad fuerte,ácida o enzimática

Hidrólisis deacción moderada,

enzimática

Fermentación

(+F)

(+F)

Caña de azúcar. Brasil,y posible extensión aotros países tropicales

•Cereal u otras materias con almidón libre.•Tres plantas en Españaa partir de cereal. •Opción para utilizartubérculos, “patacas”.

•Materias con celulosa:astillas, paja, etc.•I+D en el CIEMAT •España, Chile, Canadá

BICARBURANTES DE SEGUNDA GENERACIÓN, PARÁMETROS:

•Materia prima ……………………………………………… Paja de cereal

+ En su momento zuro de maíz o de caña de azúcar

•Capacidad de tratamiento ……………………………… 200.000 t/a

+ Proviene de ……………………20.000 a 50.000 Ha de cultivo

•Producción ………………………………………… 44 millones de litros

+ 200 litros de bioetanol por t de paja o materia similar

•Inversión ………………………………………… 40 millones de dólares

+ Se reducirá con el aprendizaje y la “economía de escala”

BICARBURANTES DE SEGUNDA GENERACIÓN, PARÁMETROS:

•Materia prima ……………………………………………… Paja de cereal

+ En su momento zuro de maíz o de caña de azúcar

•Capacidad de tratamiento ……………………………… 200.000 t/a

+ Proviene de ……………………20.000 a 50.000 Ha de cultivo

•Producción ………………………………………… 44 millones de litros

+ 200 litros de bioetanol por t de paja o materia similar

•Inversión ………………………………………… 40 millones de dólares

+ Se reducirá con el aprendizaje y la “economía de escala”

la cuestiÓn de los biocarburantes colegio de físicos 8 de mayo de 2008 emilio menéndez pérez...

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