Evaluación del ciclo de vida de la cadena de producción de ......Análisis del Ciclo de Vida ACV...

Evaluación del ciclo de vida de la cadena de producción

de biocombustibles en Colombia

Bogotá, 08 de mayo 2012

1

Energía Sostenible para Colombia

Marcel Gauch, Empa

Representante del consorcio CUE:

Introducción

2

es contratado por el gobierno de Colombia y el Banco Interamericano de Desarrollo BID

es elaborado por el consorcio CUE: Centro Nacional de Producción Más Limpia CNPML,

Universidad Pontificia Bolivariana UPB, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and

Technology Empa y expertos nationales y internacionales.

se basa en valores investigados por el consorcio CUE: datos de visitas de campo, entrevistas,

literatura, consulta de expertos, comparaciónes con inventarios existentes de ciclo de vida

los datos fueron validados por expertos del consorcio y expertos de las partes interesadas

(especialmente Cenicaña y Cenipalma)

refleja la opinión del consorcio CUE y no necesariamente la opinión de las partes interesadas

El estudio …

BID, Terminos de Referencia, ATN/JF-10826-CO

BID Banco Interamericano de Desarrollo

MME Ministerio de Minas y Energía

MADR Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural

MAVDT Ministerio del Medio Ambiente y Desarrollo Territorial

DNP Departamento Nacional de Planeación

Contexto

4

Colombia tiene 7 millones de hectáreas de tierra

potencialmente disponible para la siembra de cultivos

energéticos.

Consecuentemente, el Gobierno de Colombia ha

aprobado leyes que obligan la mezcla de biodiesel (B5) y

etanol (E10).

Las exportaciones de biocombustibles a Estados Unidos

y a la Unión Europea, bajo un tratado de libre comercio

son vistas como un reto y una oportunidad enorme.

Zonas principales de producción de biocombustibles en Colombia

Contexto

El estudio…

debe suministrar al Gobierno de Colombia una base de

información y decisión para facilitar inversiones en

projectos de biocombustibles

debe suministrar herramientas que faciliten la

introducción de biocombustibles Colombianos en los

mercados internacionales principales (EU,US,Canada)

debe preparar un toolkit para la promoción de

inversiones en el sector de los biocombustibles

se basa en análisis del ciclo de vida ACV de

biocombustibles a partir de aceite de palma y caña

de azúcar y sus cadenas de producción

equivalentes de combustibles fósiles

incluye

(A1) un análisis de la cadena actual de producción

de biocombustibles y

(A2) un análisis espacial de las oportunidades y

riesgos de expandir las áreas de cultivo.

(A3) Los impactos ambientales son puestos en un

contexto socio-económico.

(A4) Además, el análisis entrega herramientas para

facilitar la penetración de los biocombustibles

colombianos en los principales mercados mundiales,

con énfasis en la Unión Europea y América del

Norte.

Proyecto

Estudio GIS Potencial de expansion

espacial con criterios de

sostenibilidad

Estudio ACV Impactos ambientales en

el ciclo de vida total

Estudio de sostenibilidad Implicaciones socio-económicos

y legislativos

Toolkit Colombiano Integración de resultados ACV

y GIS basado en internet

Diseminación Comunicación nacional y

internacional

Reporte

A1 A2

A3

A4 A5

Resumen Ejecutivo

El estudio… Estructuración

Resultados principales

6

Resultado principal ACV

El análisis de la producción actual

existente de biocombustibles mostró

buenos resultados en comparación con

otros productos del mercado

internacional

En comparación con sus equivalentes

fósiles, una reducción de 83% es

posible para biodiesel de palma y una

reducción de 74% es posible para

bioetanol de caña.

-83%

-74%

GEI Calentamiento global

100%

Resultado principal ACV

tanto en CO2 como en el

impacto ambiental global

(EI99) los impactos son más

bajos que otros productos

internacionales comparables

sobre todo para biodiesel de

palma el potencial de

mejoramiento es

impresionante considerando

los escenarios de tecnología

optimizada

CO2: -83% CO2: -74%

EI99: impacto global más bajo

de los biocombustibles

industriales

GEI y EI99 en 2 dimensiones

Ref. fósil

CO2: 100%

Resultado principal Potencial Expansión

La expansión de la producción de manera sostenible es posible para palma y caña

Aptitud de la palma de aceite excluyendo las áreas protegidas y

no aptas, areas de alta prioridad

para la biodiversidad, áreas con

menos de 40% en ahorros de GEI y

zonas de agricultura actual

Aptitud de la caña de azúcar excluyendo las áreas protegidas y

no aptas, areas de alta prioridad

para la biodiversidad, áreas con

menos de 40% en ahorros en

gases efecto invernadero (GHG) y

zonas de agricultura actual

2.948 mio. ha moderadamente apto

1.053 mio. ha altamente apto 3.400 mio. ha moderadamente apto

1.518 mio. ha altamente apto

Resultado principal Potencial Expansión

Potenciál de expansión de la producción por zona para palma y caña

A1

Análisis del Ciclo de Vida ACV

11

Análisis del ciclo de vida ACV

Objetivo:

Analizar el impacto ambiental promedio de la cadena de

producción de biocombustibles actuales en Colombia.

(La meta no es comparar vehículos ni cultivos

individuales)

Combustibles comparados:

Bioetanol E100 y E10 a partir de caña de azúcar

Biodiesel B100 y B5 a partir de aceite de palma

Combustibles fósiles: gasolina 87 y diesel 50ppm

Unidad funcional:

1 MJ al punto de distribución

1 vehículo-kilómetro

Límites del sistema:

El sistema incluye todos los procesos relacionados con el

cultivo, el procesamiento , el transporte y el uso de

biocombustibels y combustibles fósiles en Colombia.

Está incluida la producción, mantenimiento, reutilización

y disposición de la infraestructura, incluyendo

construcciones y vías.

Año de referencia:

Para las consideraciones de cambio de uso del suelo el

año 2000, para tecnología de procesos se considera el

año 2009.

Inventario:

Recopilación de información primaria sobre el cultivo y

procesamiento de biocombustibles en campo

La información secundaria (background data) se extrae

de la base de datos ecoinvent v2.2.

Evaluación del impacto:

GEI calentamiento global GWP [kg_CO2-eq.]

Demanda de energía CED [MJ]

Acidificación ACID [kg SO2-eq]

Eutrofización EUTRO [kg PO4-eq.]

Oxidación fotoquímica SMOG [kg C2H4-eq.]

Enfermedad respiratoria de inorgánicos PM [pt.]

Ecotoxicidad ETOX [pt.]

Eco-Indicador 99 impacto global EI99 [pt.] (en el

anexo CapII ACV)

Objetivo y Alcance (1)

Análisis del ciclo de vida ACV

Alcance geográfico:

Sitios de producción y plantas de procesamiento existentes en Colombia

Método de asignación:

El impacto ambiental se asigna a las diferentes subproductos (p.ej. torta

de palmiste, compost, electricidad etc.) del biocombustible según su

valor económico (sensibilidad: valor energético)

Representatividad caña:

Dato primario proveniente de la evaluación de

9 cultivos (7 consolidados) de caña, cubriendo 32’000ha o 20% del

área de producción del etanol

4 destilerías o >80% de la capacidad de procesamiento

Representatividad palma:

Dato primario proveniente de la evaluación de

10 cultivos de palma (4norte, 3centro, 3 oriente) cubriendo 26% del

área de producción para biodiesel

5 extractoras

4 refinadoras

4 transesterificadoras 80% de la capacidad de procesamiento

Objetivo y Alcance (2)

Vision general de los sistemas comparados

Cultivo Caña

Producción EthanolProducción

Methylester

Uso Local:

Transporte hasta estación en

Bogotá

Export:

Transporte hasta estación en

California

Servicio de transporte de un

Renault Logan en BogotáServicio de transporte de un

carro estandar en California

Cultivo Palma

Transporte, km_vehículo

Servicio de transporte de un

Renault Logan en Bogota

Producción

Diesel fósil,

Colombia

Producción

Gasolina fósil,

Colombia

Caña Azúcar Palma

Referencia fósil

Servicio de transporte de un

carro promedio en California

Producción

Diesel fósil,

California

Producción

Gasolina fósil,

California

1MJ 1MJ

1MJ 1MJ

1 v.km

<- Producción agrícola

<- Procesamiento

<- Distribución

<- Uso de biocombustibles

<- Uso de combustibles fósiles

<- Producción de combustibles fósiles

Análisis del ciclo de vida ACV

Vision general de los sistemas comparados

Cultivo Caña

Producción EthanolProducción

Methylester

Uso Local:

Transporte hasta estación en

Bogotá

Export:

Transporte hasta estación en

California

Servicio de transporte de un

Renault Logan en BogotáServicio de transporte de un

carro estandar en California

Cultivo Palma

Transporte, km_vehículo

Servicio de transporte de un

Renault Logan en Bogota

Producción

Diesel fósil,

Colombia

Producción

Gasolina fósil,

Colombia

Caña Azúcar Palma

Referencia fósil

Servicio de transporte de un

carro promedio en California

Producción

Diesel fósil,

California

Producción

Gasolina fósil,

California

1MJ 1MJ

1MJ 1MJ

1 v.km

Palma promedio

16.9 t/ha RFF

(min: 13.0; max. 23.5 t/ha RFF)

Proceso optimizado

incluye purificación de

glicerina y PTAR con captura

y quema del biogas.

22% reducción en

comparación con el

promedio.

Caña promedio

118 t/ha

(min 91, max. 142 t/ha)

70/30% quema/no-quema

66/34% manual/mechanico

6 cortes, 12.7 meses

Proceso optimizado

con 100% uso bagasso,

tratamiento vinaza,

compostaje

Análisis del ciclo de vida ACV

promedios y variaciones

Caña Azúcar Palma

Resultado principal ACV: Palma

Producción actual: Reducción de GEI posible de 83%

Incluyendo el cambio de uso de tierra indirecto (expansión de la producción) sólo la expansión a

matorral ahorra GEI. Sino el impacto GEI es major comparando con diesel fósil

-83%

Resultado principal ACV: Caña de Azucar

Producción actual: Reducción de GEI posible de 74%

Incluyendo el cambio de uso de tierra indirecto (expansión de la producción) sólo la expansión

a matorral ahorra GEI. Sino el impacto GEI es major comparando con diesel fósil

-74%

ACV – Uso del suelo

Cambio del uso del suelo: Efecto directo e indirecto

La presión en la tierra puede ser directa (LUC)

o indirecta (iLUC).

LUC: Uso de tierra antes/después.

p.ej uso anterior: palma (alimento), pastoreo o agricultura

iLUC: Efectos de desplazamiento de la producción

existente en otra zona, porque la demanda sigue para los

productos reemplazados.

El área productiva perdida puede ser compensada a

través de

a) intensificación ó

b) expansión hacia áreas naturales, por ejemplo a

selva húmeda tropical, bosque húmedo, matorrales

Vista esquemática del cambio indirecto en el uso del suelo

Ejemplo: Intensificación de la ganadería extensiva, más animales por

hectárea sin necesidad de expansión en área natural

ACV – Uso del suelo

Desafío: Cambio del uso del suelo

Método propuesto por el IPCC 2006:

El cambio de carbono se calcula como la diferencia de

carbono en la biomasa superficial del suelo (AGB above

ground biomass), biomasa por debajo del suelo (BGB below

ground biomass), relación tallo/raiz RS_R, materia orgánica

descompuesta (MOD) y carbono orgánico del suelo (COS)

antes y después de la plantación.

Los cambios en las reservas de carbono son analizados

sobre un período de 20 años (estándar IPCC/EU).

El año de referencia es el 2000 y por lo tanto no se consideró

el cambio de uso del suelo de las plantaciones establecidas

antes del Milenio.

Zona vegetales

Biomasa encima del

suelo (Toneladas de

dm ha-1)

Tallo / raíz

tasa

Biomasa Total

(Toneladas de C ha-1)

Bosque Tropical 300.0 0.37 193.2

Bosque húmedo caducifolia 220.0 0.24 128.2

Bosque tropical seco 210.0 0.28 126.3

Matorral tropical 80.0 0.40 52.6

Sistema montañoso tropical 145.0 0.27 86.6 Carbono total de la biomasa del uso del suelo de referencia en

Colombia (en toneladas de carbono por hectárea)

20

(Zah & Gmünder )

ACV – Uso del suelo

Ilustración de la metodología del IPCC

Resultados ACV

Etanol, indicadores punto medio

Impactos ambientales del etanol de caña de azúcar por vehículo.km

especificados por etapa de producción.

Resultados ACV

Biodiesel, indicadores punto medio

Los impactos ambientales del biodiesel de palma por vehiculo–km

especificados por etapa de producción.

Resultados ACV

Gases efecto invernadero GEI

(método IPCC 2007 100a) de los

biocombustibles Colombianos

comparados con otras cadenas de

valor de biocombustibles. Combustibles Colombianos adaptados para

el vehículo estándar de Ecoinvent, otros

combustibles basados en Zah et al., 2007)

Reducciones de 83% (palma) y

74% (caña) son posibles en

comparación con diesel o gasolina

fósil

Gases de efecto invernadero GEI – Comparación internacional

-83%

-74%

palma COL

caña COL

colza Europa

palma Malaysia

trigo Europa

mais US

caña BR

Resultados ACV

Impacto ambiental global (método

Ecoindicador 99) de los

biocombustibles Colombianos

comparados con otras cadenas de

valor de biocombustibles. Combustibles Colombianos adaptados para

el vehículo estándar de Ecoinvent, otros

combustibles basados en Zah et al., 2007)

(se encuenta en el anexo del

Cap.II ACV)

Impacto ambiental global EI99 – Comparación internacional

palma COL

caña COL

colza Europa

palma Malaysia

trigo Europa

mais US

caña BR

Resultados ACV – comparación internacional

Potencial de calentamiento global del impacto ambiental total de los biocombustibles relativo a la gasolina fósil (100%).

-83% -74%

caña COL:

comparable en CO2 con BR

impacto global casi la mitad de BR

caña de BR:

fuerte reducción de CO2

impacto global aprox. 3x de gasolina

colza de Europa:

menos 20% en CO2

impacto global aprox. 4x de gasolina

maiz de USA:

menos 10% en CO2

impacto global > 2x de gasolina

palma COL:

muy bajo en CO2

impacto global bajo

palma MY:

menos 40% en CO2

impacto global 1.5x de gasolina

GEI y Impacto ambiental global EI99 – Comparación internacional

A2

Estudio GIS

32

Cual es el potencial de expansión sostenible para la

producción de biocombustibles en Colombia?

Sostenible = Se incluyen las oportunidades y riesgos en

todos los niveles (social, económico y ambiental).

El objetivo fue la creación de capas GIS que permiten la

identificación de regiones aptas y críticas.

El objetivo no fue la realización de un análisis de expansión

detallado por cada punto del mapa.

Objectivo del estudio GIS

33

Factores espaciales para analizar

Biofisico – aptitud general

43 Palma Caña

Ejemplo palma: Rendimientos anuales asumidas por cada clase de aptitud en ton

de RFF/FFB por hectárea

Del mapa de aptitud biofísica al mapa de

productividad

APTITUD PRODUCTIVIDAD

(TON/HA)

N2 No apto permanentemente 0

N1 No apto condicional 10

S3 Apto con restricciones severas 14

S2 Apto con restricciones

moderadas 20

S1 Apto 25

>1000m

excluído

productividad bajo

condiciones

biofísicas locales

Ejemplo caña: Rendimientos anuales asumidas por cada clase de aptitud en ton de

caña por hectárea

Del mapa de aptitud biofísica al mapa de

productividad

productividad bajo

condiciones

biofísicas locales

APTITUD PRODUCTIVIDAD

(TON/HA)

N2 No apto permanentemen-

te: 0

N1 Apto condicional: 50

S3 Apto con restricciones se-

veras 65

S2 Apto con restricciones mo-

deradas 90

S1 Apto 120

>2500m excluido

Factores espaciales para analizar

Limitaciones legales

47

Factores espaciales para analizar

Mapa de emisiones GEI

49

Emisiones GEI:

cual es el contenido de carbono antes? Suma de carbono en el

suelo, en las raíces y en la masa verde por encima del suelo?

cual es el contenido de carbono 20 años después de empezar con

el cultivo de los biocombustibles?

la diferencia es el cambio del uso del suelo

cual es el rendimiento teórico de los cultivos y las emisiones CO2

de su producción bajo las circunstancias locales?

como se comparan las emisiones CO2 de biocombustible con

emisiones del combustible fósil?

Metodo: Calculo de la reserva de carbono (Trabucco)

Metodo: Calculo del mapa de

emisiones (Zah, Gmünder,

Trabucco)

-> ahorro neto posible de GEI?

-> en cuantos años se repaga la deuda de carbono?

Mapa de emisiones GEI

51

Metodo: Calculo del mapa

de emisiones

(Zah, Gmünder, Trabucco)

Metodo: Cambio en la reserva de carbono (IPCC, Zah, Gmünder)

Emisiones netas de GEI

54 Palma Caña

-> emisiones netas de GEI

Deuda de carbono

55 Palma Caña (Fargione et al. 2008)

-> en cuantos años se

repaga la deuda de

carbono?

Factores espaciales para analizar

Construcción sobre mapas existentes (IGAC, Fedepalma, otros)

Combinación con mapas propios sobre infraestructura

Mapas socio-económicos

60

Seguridad Acceso a mercados Acceso a infraestructura

Factores espaciales para analizar

Aptitud biofisica

Potencial de sostenibilidad: Palma

63

Aptitud biofisica

- areas protegidas (limitaciones

legales)

Potencial de sostenibilidad: Palma

64

Aptitud biofisica

- areas protegidas

- menos de 40% ahorro de GEI

Potencial de sostenibilidad: Palma

65

Aptitud biofisica

- areas protegidas

- menos de 40% ahorro de GEI

- áreas de biodiversidad

prioritarias (limit. ambientales)

Potencial de sostenibilidad: Palma

66

Aptitud biofisica

- areas protegidas

- menos de 40% ahorro de GEI

- áreas de biodiversidad

prioritarias

- áreas agrícolas

Potencial de sostenibilidad: Palma

67

Aptitud biofisica

- areas protegidas

- menos de 40% ahorro de GEI

- áreas de biodiversidad

prioritarias

- áreas agrícolas

- áreas sin acceso a vías

(limitaciones socio-económicas)

Potencial de sostenibilidad: Palma

68

Resultado principal Potencial Expansión

La extensión de la producción de manera sostenible es posible para palma y caña

Aptitud de la palma de aceite excluyendo las áreas protegidas y

no aptas, areas de alta prioridad

para la biodiversidad, áreas con

menos de 40% en ahorros de GEI y

zonas de agricultura actual

Aptitud de la caña de azúcar excluyendo las áreas protegidas y

no aptas, areas de alta prioridad

para la biodiversidad, áreas con

menos de 40% en ahorros en

gases efecto invernadero (GHG) y

zonas de agricultura actual

2.948 mio. ha moderadamente apto

1.053 mio. ha altamente apto 3.400 mio. ha moderadamente apto

1.518 mio. ha altamente apto

Resultado principal Potencial Expansión

Potenciál de expansión de la producción por zona para palma y caña

A4

Toolkit basado en la Web

,

Toolkit: Biocombustibles sostenibles Colombianos

GIS / Potencial de

expansión

• dato de alta calidad en zonas de

producción acutal

• dato global en calidad reducida

SQCB • dato específico Colombiano

• dato global estandar está para

comparaciones

• comparación integrada con

requerimientos internacionales de

exención de impuestos

Resultados del estudio

• conclusiones para inversionistas

• Resumen del estudio

• Resultados principales representados en form agráfica

• Resultados del análisis socio-economico

Integracion de resultados

Colombianos en SQCB

Toolkit: estructura

La herramienta web SQCB (Sustainability Quick Check for Biofuels) está diseñada para realizar cálculos

simplificados de ACV para biocombustibles. Se combinan factores clave de la producción individual de

biocombustibles con datos de referencia de ecoinvent.

Los datos de los inventarios de este estudio se han integrado en el SQCB. Esto permite calculos para Colombia a

un grado de precisión razonable para tener primera información sobre la viabilidad de un proyecto.

El Toolkit es un sitio web con resultados del estudio y informaciones útiles para inversionistas

Link Toolkit – Resultados

Toolkit Informaciones y Resultados

Link Toolkit – WebGIS

Toolkit WebGis: Potencial de expansión en Colombia Se pueden generar mapas de este estudio y buscar

datos de la región de interés

Link Toolkit – SQCB

Toolkit SQCB: Calculos simplificados

del impacto ambiental

Gracias