Biomasa en el Mundo y México

Universidad Politécnica de Zacatecas

Seminario de Ingieneria en Energia

Docente:
I.Q. Verónica Ávila Vázquez

Contribución de la Biomasa en el Consumo de la Energía en el Mundo y México

Edgar Ivan Castillo Gaytan

Indice

• Objetivo de Investigación
• Introducción
• Desarollo
• • Leña
  • BIoetanol
  • Biodiesel
  • Biogas
  • Carbón Vegetal
  • Biocombustibles Sólidos
• Conclusiones
• Referencias

Objetivo de la Investigación

La información se ha vuelta una arma importante en el mundo, por eso es importante estar informado sobre lo que pasa en el mundo.

El objetivo de la investigación es proporcionar una vista rápida pero muy importante sobre la situación actual a nivel mundial y en México sobre la Biomasa, ya que como estudiantes de Ingeniería en Energía, necesitamos conocer, el recurso natural, las investigaciones, normas, leyes, incentivos, tecnologías,etc. El conocer todos estos aspectos nos convertirán en mejores personas y en profesionales de la materia, para de ahí, partir con nuevas investigaciones y proyectos.

Introducción

Muchos países han apostado al desarrollo tecnológico con la finalidad de utilizar diversas fuentes renovables de energía, fundamentalmente para la generación de electricidad; sin embargo, su participación en la producción mundial aún es pequeña, no obstante que representa una opción real para afrontar los escenarios adversos de generación de energía en el mundo, con base en el encarecimiento de las fuentes fósiles de energía y de las metas de mitigación de gases de efecto invernadero (GEI) establecidas en acuerdos internacionales.

La mayor parte de la energía que se genera en el mundo sigue sustentándose en fuentes denominadas no renovables como los llamados combustibles fósiles –petróleo, carbón y gas natural–, recursos naturales que requieren un largo periodo de tiempo, hasta siglos, para regenerarse de forma natural. 

El último informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), presentado en mayo pasado, establece que para cubrir el 85,1% de la demanda mundial de energía se emplean fuentes fósiles como el petróleo y sus derivados (34,6%), el carbón (28,4%) y el gas natural (22,1%). 

La producción de electricidad a partir de biomasa se incrementó durante el periodo de 1990 a 2010, de 94.3 TWh a 143.2 TWh, y durante el 2010, la producción de electricidad por medio de esta fuente representó el 7.6% del total, donde Estados Unidos contribuyó con 42 TWh (29.4%) y Japón con 14.3 TWh.

 En los países miembros de la OCDE, el biogás ocupa el tercer lugar dentro de las fuentes renovables de mayor crecimiento para la generación de electricidad. Al respecto, la generación de electricidad a partir de biogás creció durante el periodo de 1990 a 2010, de 3.7 TWh en 40.4 TWh, con una tasa de crecimiento medio anual del 12.8%.

Panorama Mundial

El consumo de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) contabiliza la mayor proporción de los requerimientos mundiales de energía al sumar 475 EJ en el año 2008. Las energías renovables contribuyen con el 13% del consumo mundial de energía primaria, donde la biomasa y los residuos representan poco más del 10%, la hidroelectricidad el 2.3% y las otras energías renovables contribuyen con el 0.5%. La energía nuclear satisface el 6% del consumo energético global.

Aproximadamente un 77% de toda la energía renovable en el mundo proviene de la biomasa. Alrededor del 77% del consumo total de biomasa se da en los usos tradicionales para cocción de alimentos y calefacción en los países en desarrollo (leña y carbón vegetal), en tanto que los usos modernos de la bioenergía como los biocombustibles líquidos para el sector transporte, la generación eléctrica y la generación de calor en los procesos industriales, consumen poco más del 23%

Un escenario tendencial realizado en el 2010 por la Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA, por sus siglas en inglés) estima que el consumo mundial de energía se incrementará en un 47% al año 2035, y de no existir cambios sustanciales de participación de las energías renovables, el consumo de combustibles fósiles representaría el 71% (EIA, 2010). En el sector transporte, un 96% de la oferta provendría del petróleo (IEA, 2009). Este escenario considera que las emisiones de GEI se incrementarían en un 41% para el año 2035, con los consecuentes riesgos asociados al calentamiento global y el cambio climático.

Por el contrario los escenarios dirigidos a la mitigación de emisiones muestran que la bioenergía puede jugar un papel fundamental en el suministro de energía en el mediano y largo plazo. El Consejo Consultivo Alemán para el Cambio Global (WBGU, por sus siglas en alemán) estimó que el potencial de participación de la bioenergía en el sistema energético mundial podría estar entre los 80 y 170 EJ, lo que equivale al 17%–36% del consumo de energía primaria en el mundo en 2008 (Schubert et al., 2009). Por su parte, el IPCC señala que el potencial de la energía primaria que podría obtenerse de la biomasa va de 50 EJ/a a 500 EJ/a, del 10% a casi el 100% del consumo mundial de energía de 2008 (550 EJ). En un análisis muy detallado sobre las perspectivas futuras de penetración de las fuentes renovables de energía, se estimó que para evitar concentraciones mayores a 440 ppm de Co2e atmosférico (es decir para evitar un calentamiento mayor a 2 C) en el año 2050, la biomasa debería abastecer el 60% del consumo total de energías renovables al brindar 150 EJ/a (IPCC, 2011).

Panorama en México

Según la Secretaría de Energía (SENER), el consumo de energía primaria en México llegó a 8,478 PJ en 2008 (SENER, 2009). La fuente principal de energía fue el petróleo, seguido del gas natural. Las energías renovables en México tienen una participación del 10%, en donde la hidroelectricidad representa el 4.5% y la biomasa (leña y bagazo de caña) alcanza el 5%, mientras que la energía eólica y la geotérmica participaron con el resto. 

Históricamente, se observa una participación relativa decreciente de la biomasa en el consumo nacional de energía, aunque en términos absolutos el consumo de los bioenergéticos (leña, carbón vegetal y bagazo) permanece más o menos constante. Un estudio reciente señala que el consumo de leña indicado en el Balance Nacional de Energía (BNE) está subestimado debido a dos factores: a) la leña requerida para la producción de carbón vegetal no se contabiliza y b) el consumo real de leña sería un 35% mayor al indicado por el BNE en 2008, para llegar a un total de 334 PJ/a.

Potencial

En México existe un gran potencial de recursos biomásicos para producir biocombustibles líquidos, biocombustibles sólidos y biogás. En un estudio detallado sobre la disminución de emisiones de carbono en México financiado por el Banco Mundial, donde participaron miembros de la REMBIO, se evaluó el potencial energético de las principales fuentes de bioenergía disponibles en el país. Se estimó que el potencial técnico de la bioenergía equivale a 3,569 PJ/a, o el 42% del consumo de energía primaria en 2008.

Leña

La leña es consumida por alrededor de 28 millones de personas en el medio rural, principalmente para la cocción de alimentos y también para pequeñas industrias como tabiqueras, mezcaleras, panaderías y tortillerías. La figura 3 muestra la distribución geográfica de los usuarios domésticos de leña en México; se observa que la gran mayoría se localiza en el Centro-Sur del país. El carbón vegetal se utiliza principalmente para preparación de alimentos, y en menor proporción en pequeñas industrias. El bagazo de caña se usa como combustible en los ingenios azucareros.

En la actualidad, la mayoría de las tecnologías utilizadas para el aprovechamiento energético de la biomasa en el país son ineficientes, lo que implica un desperdicio de recursos y de energía, además de generar impactos negativos en el ambiente.

La madera representa el 54% del potencial total con 1,923 PJ/a, de los cuales 1,515 PJ/a provienen del manejo de los bosques nativos, mientras que 345 PJ/a podrían obtenerse si se establecen 2.9 Mha de plantaciones forestales (eucaliptos). Para cultivos dedicados destinados a biocombustibles líquidos de primera generación el total del potencial técnico es de 718 PJ/a, de los cuales 540 PJ/a son de etanol y 178 de biodiesel. El total del potencial de los residuos actualmente disponibles es de 341 PJ/a. Existe además un potencial de 35 PJ/a de estiércol de ganado y 35 PJ/a de residuos municipales aptos para producir biogás. Aunque es un potencial menor, su desarrollo es muy importante porque está inmediatamente disponible y su aprovechamiento ayuda a reducir la contaminación de las aguas y la atmósfera.

Es importante destacar que para estimar el potencial de cultivos dedicados, se incluyeron sólo las tierras aptas para cada cultivo en particular, pero se excluyeron todas las tierras que a) actualmente se utilizan para la agricultura, b) están cubiertas por bosques, selvas y otras coberturas naturales, c) pertenecen a áreas de conservación, d) son no cultivables por tener pendientes superiores del 4 al 12%, dependiendo del cultivo, y e) necesitan riego. La figura 5 muestra que la mayor parte de las áreas con potencial para establecer cultivos dedicados se encuentra en las tierras bajas y planas de la vertiente del golfo de México, donde la precipitación es media o alta, no es necesario el riego y hay tierras no ocupadas por la agricultura. 

Bioetanol

Al año 2011, México no produce etanol anhidro para combustible, a pesar de que el potencial técnico es de 20,000 Ml/a a partir de caña y de 3,740 Ml/a a partir de sorgo grano. El etanol hidratado (96°) para bebidas, cosméticos y medicamentos se obtiene de la melaza de caña de azúcar. Según la Unión Nacional de Cañeros (UNC), en la zafra 2008/2009 se obtuvieron 1.49 Mt de melaza, de las cuales el 3.6% se destinó a la fabricación de 14.5 Ml de etanol (UNC, 2009) y el resto se exportó principalmente a los EE.UU. Con la melaza exportada se podrían producir 399 Ml de etanol/a. En México hay una planta de etanol de maíz (Destilmex), que no opera porque no hay excedentes nacionales de maíz –como es requerido por la ley– y porque el precio fijado por Petróleos Mexicanos (PEMEX) no compensa el costo de producción.

Biodiesel

En México hay dos experiencias de producción de biodiesel a escala industrial : 

• Biocombustibles Internacionales SA de CV, en Nuevo León, tuvo durante varios años una planta de 50,000 l/d a partir de sebo de res y aceites vegetales usados. El biodiesel era utilizado por PEMEX Refinación como aditivo para la lubricidad del diésel de ultra bajo azufre. Desafortunadamente la planta fue cerrada en meses recientes debido a que PEMEX Refinación decidió dejar de comprar biodiesel como lubricante. Esto habla de la dificultad de armar proyectos a largo plazo en el país cuando no se tiene un marco institucional sólido o coherente entre las distintas instancias gubernamentales. 

• Chiapas Bioenergético tiene dos plantas de biodiesel a partir de aceite de palma africana y de aceites vegetales usados (Tuxtla Gutiérrez con 2,000 l/d y Puerto Chiapas con 28,000 l/d), y propone establecer 20,000 ha de Jatropha curcas para el año 2012. Ese biodiesel se utiliza en mezclas B5 y B20 en 40 vehículos de transporte público de Tuxtla Gutiérrez y Tapachula. 

Recientemente se ha discutido la posibilidad de producir y utilizar bioturbosina en nuestro país. Aeropuertos y Servicios Auxiliares en México (ASA) realizó una serie de talleres llamados “Plan de vuelo hacia los biocombustibles sustentables de aviación en México” para discutir esta posibilidad. En ellos se establecieron las metas de sustituir el 1% de la roducción actual de turbosina para 2015 (40 Ml/a) y el 15% para 2020 (más de 700 Ml). 

Las posibles materias primas serían los aceites de Jatropha, higuerilla y algas, y la bioturbosina se producirá por medio de un proceso llamado “hidrocraqueo”. En abril de 2011 se llevó a cabo el primer vuelo demostrativo con bioturbosina producida a partir de aceite de Jatropha cultivada en Chiapas y en julio el primer vuelo comercial.

Biogas

La SENER considera que existe un potencial de 3,000 MW para generación de energía eléctrica con biogás proveniente de la recuperación y aprovechamiento del metano a partir de residuos animales, residuos sólidos urbanos (RSU) y tratamiento de aguas negras (SENER, 2010). En 2010 existían en México, 721 biodigestores, de los cuales 367 en operación y 354 en construcción (FIRCO, 2011). De éstos, 563 biodigestores son financiados bajo el esquema del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), 154 con apoyo del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) y 4 biodigestores a través de la Iniciativa Metano a Mercados. El 8% de las granjas porcícolas cuentan con biodigestores, de los cuales el 20% dispone de motogeneradores con 70% en funcionamiento. La potencia total instalada es de 5.7 MWel.

Para el aprovechamiento de biogás obtenido a partir de rellenos sanitarios, una de las experiencias más importantes en México es la de Bioenergía de Nuevo León, la primera a nivel nacional. El sistema está compuesto de 7 motogeneradores de 1 MW cada uno. La planta fue diseñada de manera modular para permitir futuras adiciones de capacidad. Cualquier biomasa húmeda y desmenuzada se puede degradar anaeróbicamente con facilidad. Las fuentes más comunes de biogás son substratos agropecuarios y rellenos sanitarios.

• Biodigestores para sustratos agropecuarios: son depósitos donde se lleva a cabo la biodigestión de biomasa en ausencia de oxígeno. Las materias primas son: excrementos (purín y estiércol) de cerdo y de res, residuos de las cosechas, lodos de estaciones depuradoras de agua, entre otros. Los digestores varían su tamaño en un rango desde 1 a 10 m3 para pequeñas granjas hasta más de 1,000 m3 para grandes instalaciones (Boyle et al., 2004). También existen biodigestores lagunares, que se utilizan ampliamente en granjas. En un digestor bien manejado se pueden producir de 200 a 400 m3 de biogás por tonelada de materia fresca (tMF), aunque este valor varía mucho de acuerdo con la naturaleza de la materia prima digerida. En Europa se ha probado con múltiples desechos en el mismo digestor (codigestión). La unidad que se utiliza comúnmente es la “unidad ganadera”, que equivale a 500 kg de peso vivo del animal y permite comparar los rendimientos de biogás de distintos tipos de animales. Una unidad ganadera produce entre 400 y 500 m3 de biogás al año. El biogás puede ser mejorado a biometano, un gas con calidad equivalente a la del gas natural, que puede ser mezclado con este último y ser usado en vehículos.

• Rellenos sanitarios: en este caso el biodigestor es el relleno en sí, donde la extracción del biogás se lleva a cabo mediante la perforación de pozos verticales. El biogás es conducido mediante una red superficial de tuberías. La digestión es más lenta que en los biodigestores agropecuarios y pueden requerirse semanas o hasta años para su degradación completa. Los rendimientos (en toda la vida del relleno) varían de acuerdo a la composición de los desechos, pero teóricamente está en el rango de 150-300 m3 de biogás/t de desecho (Boyle et al., 2004). El gas generado se utiliza para la producción de electricidad por medio de motores de combustión interna y con turbinas de gas. El biogás puede ser utilizado en celdas de combustible, sin embargo, la tecnología se encuentra aún en desarrollo.

Carbón Vegetal

El carbón vegetal es un producto de origen rural que se comercializa en los centros urbanos. El uso rural del 

carbón es casi inexistente. Se estima un consumo anual de 650,000 t, equivalentes a casi 3.2 Mt de leña (4.3 Mm3), colocando al carbón como el segundo producto forestal maderable, sólo después de la leña. Esta estimación del consumo es 10 veces mayor que la producción legal, reportada por la SEMARNAT en el Anuario Forestal Nacional de 2005, lo que indica que el 91% del carbón consumido en México se produce sin autorización de la SEMARNAT (SEMARNAT 2006).

Alrededor del 68% del consumo lo realiza el sector residencial en forma muy esporádica, para la cocción de alimentos asados. El otro sector consumidor es el de venta de alimentos preparados, con 32% de la demanda estimada (tabla 8). Se calcula que alrededor del 70% de las familias urbanas (11 millones de familias) usan carbón. Este energético también se usa en pequeñas industrias, pero su consumo no ha sido cuantificado. El consumo de carbón tendrá un incremento en México debido a que la población urbana sigue creciendo. Se estima que en el año 2024 el consumo anual será de 792,000 t. La exportación de carbón llega a sólo 29,100 t/a (SEMARNAT, 2006).

La demanda de carbón se concentra en las grandes ciudades del norte y centro del país, como la Ciudad de México y Monterrey, con consumos anuales de entre 50 y 130 mil toneladas; así como Mexicali, Tijuana, Ciudad Juárez, Chihuahua, Hermosillo y Guadalajara, con consumos anuales de entre 13 y 55 mil toneladas. La materia prima usada para producir carbón es leña con peso específico medio y alto, que proviene de bosques nativos y desmontes de acahuales para agricultura o ganadería. El Anuario Forestal Nacional reportó para 2005 que el 42% de la leña para carbón provino de especies comunes tropicales, 40% de encinos y 18% de otras latifoliadas. El 85% de la producción legal se concentra en los estados de Tamaulipas, Sonora, Campeche, Durango y Jalisco (SEMARNAT, 2006).

La producción de carbón es muy importante en términos económicos, ya que tiene un valor de casi 5,500 Mdp/a, equivalente a 260 mil salarios mínimos anuales. En las zonas rurales, por producción de carbón se genera el equivalente a 30 mil empleos directos permanentes, y se estima que el empaque y comercialización generan 100 mil empleos permanentes.

Biocombustibles Sólidos

A pesar de que los precios nacionales de combustóleo y gas natural están en continuo aumento, aproximándose a los internacionales, y de que existe una amplia disponibilidad de biomasa sólida, aún no se cuenta con experiencia de uso de la biomasa para generación de calor y electricidad, ni para la sustitución de combustóleo, gas natural o coque en gran escala.

En México existe un potencial de producción de biomasa forestal sostenible para energía de 1,923 PJ/a. De esta cantidad, entre 1,080 y 1,800 PJ/a –de 60 a 100 MtMS/a–, pueden provenir del aprovechamiento de residuos de madereo, aclareos y cortas sanitarias en bosques y selvas nativas. Otros 180 PJ/a –10 MtMS/a– están disponibles como residuos de las industrias forestales y sistemas agroforestales tradicionales de roza-tumba-quema (“huamiles” o “acahuales”). Chips y pellets de este origen tienen muy alta relación entre energía renovable obtenida por unidad de energía fósil consumida (CIFOR, 2009). El potencial de los residuos agrícolas también es alto, aún si un 50% de los rastrojos queda en el sitio para reciclar materia orgánica y nutrientes en el suelo. Algunas limitaciones a su uso son la disponibilidad estacional y dispersa, el alto contenido de cenizas y la competencia por otros usos (forrajes). La competitividad de los combustibles sólidos se muestra en la figura 15. Aunque su poder calorífico es relativamente bajo, su costo por unidad de energía útil entregada es mucho menor que el de coque, combustóleo, GLP y diésel, y resulta competitivo con el carbón mineral.

Hay varias barreras que dificultan el uso de biocombustibles sólidos en México:

• Complejidad de la tramitación de autorizaciones de aprovechamiento de recursos forestales y la falta 

de un marco legal para el uso de los residuos de sistemas agroforestales, agravada por la poca agilidad y 

carencia de recursos de las dependencias responsables de la emisión de las autorizaciones (aunque esto 

no aplica para los residuos foresto-industriales ni RAC). 

• Bajo nivel de organización y capacitación de muchos de los propietarios y poseedores de los recursos 

forestales (ejidos y comunidades) que dependen de los prestadores de servicios técnicos forestales para 

los estudios y trámites requeridos para el aprovechamiento legal y necesitan financiamiento de intermediarios.

• Escasos programas de apoyo financiero para las inversiones en adaptación de tecnologías.

• Falta de formas organizativas o empresas que garanticen un suministro confiable.

• Regulaciones que desalientan la generación o cogeneración de electricidad o la limitan a bajas potencias

Conclusiones

Al rededor del mundo se cuenta con la tecnología para aprovechar los pocos recursos naturales que poseen. Es triste saber que en México contamos con el recurso natural,pero no lo aprovechamos porque los monopolios ejercen presión sobre las pequeñas empresas que deciden aprovechar el recurso, hasta el punto de eliminarlas como el caso de Monterrey.

Las normas y leyes son importantes, ya que no nos permiten o nos limitan en el aprovechamiento de la biomasa. Muchas veces podemos realizar proyectos para nuestro hogar pero limitadamente, ya que los monopolios estan respaldados por el gobierno.

De manera general,Tambien no se puede dejar de lado, que la falta de apoyo con recursos para la investigación logran dejar a México en un rezago energético y eso perjudica el crecimiento del país. Sí contáramos con más apoyo para investigación e inversión en proyectos, podríamos desarrollar la tecnología necesaria para aprovechar todos los recursos con los que cuenta el país y no recurrir a comprarla a otros países que cuentan con ella y la venden a un precio alto que nos resulta un lujo cuidar el ambiente

En mayo se realizó Worl Bioenergy 2012, donde se llevo a cabo conferencias y presentacioens

Referencia

• http://www.renovables.gob.mx/
• http://www.eluniverso.com/2012/01/08/1/1430/energia-renovable-cubre-129-demanda-mundial.html 
• http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/4830/2/semblanza.pdf
• http://www.rembio.org.mx/2011/publicaciones.php
• http://www.bioenergyinternational.com/
• http://www.elmia.se/GlobalaFiler/worldbioenergy/dokument/ConferenceProceedings_WB12.pdf