Dra. Liliana Alzate GaviriaDr. Oscar Alberto Moreno Valenzuela

Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable

CICYCentro de Investigación Científica de Yucatán

PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN

UNIDADES ACADÉMICAS

Bioquímica y Biología Molecular de Plantas

Biotecnología

Materiales

Recursos Naturales

Unidad de Energía Renovable

Unidad de Ciencias del Agua

PROGRAMA DE DOCENCIA

Programa Nacional de Posgrados de Calidad

PNPC

Maestría en Ciencias

Maestría y Doctorado

en Ciencias

PROGRAMA DE DOCENCIA

Definición Desarrollo Sustentable

"Es el desarrollo que satisface lasnecesidades actuales de las personas sincomprometer la capacidad de las futurasgeneraciones para satisfacer las suyas."

cita del Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo(Comisión Brundtland): Nuestro Futuro Común(Oxford: Oxford University Press, 1987)

Triángulo de SustentabilidadSociales

Equidad

Participación

Autodeterminación

Movilidad Social

Preservación de la Cultura

Económicas Ambientales

Servicios Diversidad Biológica

Necesidades de los

HogaresRecursos Naturales

Crecimiento IndustrialCapacidad Máxima

Admisible

Crecimiento AgrícolaIntegridad de los

Ecosistemas

Uso Eficiente de la Mano de

ObraAire y Agua Limpios

Evolución EN LA producción de petróleo

• El factor limitante de la extracción del petróleo es la energía requerida y no su costo económico.• Teoría es aceptada entre la comunidad científica y la industria petrolera. El debate no se centra

en si existirá un pico del petróleo sino cuándo ocurrirá, el petróleo es un recurso finito y no renovable

Teoría de Hubbert

Nuclear, Geotérmica, Mareas

Gas natural

Carbón65 M.años de Sol (hace 300 M. años)

Petróleo Microorg. Marinos de hace 10-200 M. años

Energía solar Fotovoltaica

Térmica

Sol reciente en conserva y procesos

de fermentación anaerobia

Biomasa

HidroeléctricaEólica

Vigoroso clima cuyo motor es el Sol

Fósil 82%

Nuclear 16%

Renovables 2%

Consumo de Energía

fuente

mundo

(2004)

México

(2003)

fósil 85.8% 92.9%

carbón 22.4 1.9

gas natural 22.9 16.1

petróleo 40.5 74.9

Nuclear 8.2 1.1

Renovables 6.1% 6.0%

biomasa 2.9 3.4*

hidroeléctrica 2.7 2.0

geotérmica 0.35 0.6

eólica 0.14 -

solar 0.06 -

total 100% 100%

* con 2.6% de leña y 0.9% de bagazo de caña

sistema energéticoP

resta

cio

nes

Pasado Presente Futuro

El motor de combustión

interna impulsó la industria

petrolera

-

Las celdas de combustible

pueden llevarnos a una

economía sostenible

de H2 / metanol

Transicióncompleja

Tiempo2020

Biocombustibles

Demanda Energética Nacional

Fuente: SENER, 2005

petróleoER

eficiencia

Retos actuales para las energías ALTERNAS

• Ayudar a resolver los graves problemas ambientales– Mitigación del cambio climático– Restauración y conservación de recursos locales

(contaminación, disposición de desechos, etc…)

• Apoyar al desarrollo rural y regional– El campo es uno de los grandes puntos pendientes en el Tercer

Mundo – Necesidad de creación de fuentes de empleo y de valor

agregado a la producción a nivel local/micro– Apoyo a las pequeñas y medianas industrias locales

• Diversificar oferta energética por razones geopolíticas: (petróleo concentrado biomasa No)

Energías alternas en el sureste• Región rica en materia energética• Además del petróleo

• Dispone de energía hidroeléctrica

• Potencialidad en energía solar, biomasa y eólica

Biomasa

Residuos OrgánicosUrbanos, Agrícolas,

Forestal, Aguas

JatrophaCaña Sorgo dulce ColzaMaíz

Cultivos EnergéticosAgricultura para producir energía

Microalgas

Es toda la materia orgánica de origen vegetal, animal y humana

Estados con Potencial productivo de cultivos energéticos

• El sureste mexicano tiene una extensión aproximada de 277,434 km2 de extensión.

• Las zonas de cultivos agrícolas y perennes ocupan una extensión de 20,493 km2 , sin embargo, se espera que para el 2012 existan 3,000 Km2 cultivos energéticos

México genera 105 mil Ton/día1

1 SEMARNAT 2008

52% Relleno Sanitario 47% a Cielo Abierto

5,000 Toneladas/día

Biomasa Residual

Biomasa Residual

MEXICO 12 millones m3/día de Aguas Residuales

320 mil m3/día ARD

Problemas al turismo

Potencial Bioenergético de la Península de Yucatán: Subproductos de origen municipal

• Se generan 120 m3 de biogás/tonelada de residuos orgánicos urbanos

% CH4 ≥ 75%

Que tipo de Biocombustible?

origen aplicación

Primera

generación

actual

de cultivos energéticos:

bioetanol, E5, E85

biodiesel, B20, B100

metano, biogás

combustión

Segunda

generación

en desarrollo

de desechos orgánicos:

etanol lignocelulósico

biodiesel

biogás, etc.

combustión

Tercera

generación

futuro

mayor eficiencia

biohidrógeno

modificación genética

celdas de combustible

combustión

1ª Generación

• Se basa en biomasa cultivada para energía: cultivos energéticos

• Tecnología desarrollada

• Implementada en varios países

Biodiesel

– Por transesterificación de aceites vegetales

– De cultivos oleoginosas: colza (canola), girasol, soya, jatropha, higuerilla…

– Aplicación en transporte

– En mezclas con diesel fósil (B5, B20) o puro (B100)

– Excelente lubricante

– Bajas emisiones, sin SOx

– Actualmente implementada

en Europa, EEUU

Bioetanol

– Por fermentación

– de cultivos de alto contenido azucares o almidones: caña de azúcar, maíz, sorgo, switchgrass…

– Aplicación en transporte

– en mezclas con gasolina (E25, E85) o puro (requiere modificación motor)

– Bajas emisiones de NOx y CO, hidrocarburos

– Usado en Brasil (desde ’79), EEUU, Europa

Conflicto alimentos

• Utilización de materia prima alimenticia para producción biocombustibles da conflicto directo

• Ej: maíz

• Utilizar cultivos no aptos para alimentos?

Conflicto tierra

Reemplazar gasolina por bioetanol 1ª generación:

• Gasolina para autotransporte (Mx, 2007): 1240 PJ

• Energía por combustión del bioetanol: 21.5 MJ/l

• Producción de etanol: 3.2 t/Ha

Se requieren: 18.5 millón Ha

Reemplazar diesel por biodiesel:• Diesel para autotransporte (Mx, 2007): 435 PJ• Energía por combustión del biodiesel: 35.6 MJ/l • Producción: 1.4 t/HaSe requieren: 10 millón Ha

Total: 28 millón Ha

Territorio nacional destinado a agricultura: 30 millón Ha

(México, 2007, INEGI)

Requerimientos de agua

Para producir maíz:

• entre 300 y 900 m3agua/tmaíz

(datos para EEUU, UNESCO)

Por litro de etanol

• Irrigación: 925 litros

• Refinación: 3-6 litros

Escasez de agua? Costo?

http://www.ecoworld.com/blog/2007/06/04/corn-ethanol-water/

Balance de CO2

• Producción de CO2 menor que para fósil

• Energía para producción de donde?

• Reemplazar selva virgen por cultivos?

Balance negativo!

kgoe = kilogram oil equivalent 41,868 MJ/kg (EtOH 26,9 MJ/kg)References:

1)WSP Report 20062)BioScience 55/7 20053)BioScience 55/7 20054)Neste Oil5)Concave, Shell, WTW 2004 6)BioScience 55/7 2005 7)Concawe/ Eucar WTW 2004

2ª Generación

A partir de Residuos Orgánicos:

• Biocombustibles a partir de materiales lignocelulósicos

• Bioetanol celulósico

• Biodiesel a partir de grasas animales, aceites reciclados

• Explotación de fuentes específicas

Degradación Lignocelulosa

- Tratamientos ácidos

- Explosión de vapor

- Enzimas

Celulásas

Celulosa cristalina

Celulosa amorfa

Susceptible a hidrólisis enzimática

Biocatalizadores

• Existe un gran interés en encontrar nuevas enzimas con propiedades especiales:

– Alófilos

– Extremófilos

http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev32_3/amazing.htm

3ª Generación

• Tecnologías del Hidrógeno

• Modificaciones genéticas:

• Materias primas modificadas genéticamente

• Empleo de microorganismos modificados genéticamente

Producción del Hidrógeno

1. De hidrocarburos fósiles: • reformación • descomposición térmica • oxidación parcial • gasificación (carbón)

2. De agua: • electrolisis con energía renovable (solar, eólico), • fotólisis• termólisis

3. De biomasa o biocombustibles BIOHIDRÓGENO• Reformación de biocombustible• Gasificación• Biológico:

• Fotobiológico (algas, cianobacterias)• Fermentaciones • Fotofermentación

Aplicaciones de Tecnología del H2

• Tecnología modular

• Flexible

• Amplio rango de aplicaciones

• De mW a MW!

Celdas de Combustible Microbianas

• Usar microorganismos como catalizadores

• Combustible: residuos orgánicos, aguas residuales, etc.

• Microorganismos en ánodo oxiden al combustible, generando protones y electrones

• En cátodo: reducción de oxígeno con protones y electrones del ánodo

Proyectos actuales de bioenergía

Rembio, 2009

Efecto de los Gases Invernaderos

NASA 2004

GASTiempo de Vida

(años)

Contribución

Calentamiento

CO2 500 --

CH4 20 21

El MDL (Mecanismo de Desarrollo Limpio) fue diseñado para ayudar a los

países industrializados a cumplir en 2012 emisiones de Carbono por ej.

Atrapamiento CH4 en Rellenos Sanitarios en países vías de Desarrollo.

Previsto Protocolo de Kyoto, que entró en vigencia el 16 de febrero 2005.

Proyectos MDL MéxicoHasta mediados de octubre de 2008 los proyectos del COMEGEI, concartas de Aprobación: http://cambio_climatico.ine.gob.mx/index.html

Tipo de ProyectosNum.

ProyectosUbicación

Reducciones de CO2

equivalente

(Ktons/año)

MANEJO DE RESIDUOS EN

GRANJAS PORCÍCOLAS88

Aguascalientes, Chihuahua,

Chiapas, Coahuila, Durango, Edo. México,

Guanajuato, Jalisco, Michoacán, Nuevo León,

Nayarti, Puebla, Querétaro, Sinaloa, San Luis

Potosí, Sonora, Oaxaca, Tamaulipas, Veracruz,

Yucatán.

2,507

MANEJO DE RESIDUOS EN

ESTABLOS DE GANADO VACUNO54

Aguascalientes, Baja California, Chihuahua,

Coahuila, Guanajuato, Durango, Jalisco, Nuevo

León, Puebla, Querétaro, Sinaloa, Sonora,

Tlaxcala

941

METANO DE RELLENOS

SANITARIOS9

Aguascalientes, Chihuahua, Durango, Edo.

México, Morelos, Jalisco1,110

MANEJO DE AGUAS RESIDUALES 1 Sonora 10

ENERGÍA EÓLICA 8 Baja California, Oaxaca 2,216

HIDROELÉCTRICOS 4 Guerrero, Jalisco, Michoacán, Oaxaca 161

INCINERACIÓN HFC-23 1 Nuevo León 2,155

MITIGACIÓN DE N2O EN LA

INDUSTRIA QUÍMICA1 Veracruz 103

COGENERACIÓN Y EFICIENCIA

ENERGÉTICA9

Edo. México, Hidalgo, Michoacán, Sinaloa,

Sonora, Tabasco, Tamaulipas, Quintana Roo,

Veracruz

703

EMISIONES FUGITIVAS 2 Coahuila, Veracruz 665

TRANSPORTE 1 Distrito Federal 24

TOTAL 178 10,595

Parque Científico

y Tecnológico

Instituciones

de educación superior

Centros

de investigación

Empresas

de base tecnológica

Sistema de Investigación,Innovación y Desarrollo

Tecnológico

Infraestructura

compartida

de alto nivel

Financiamiento estratégico

para la investigación e

innovación tecnológica

Redes de colaboración

entre las instituciones

del Sistema, sus grupos

de investigación y empresas

de base tecnológica

Programas educativos

compartidos entre

las instituciones

del Sistema

SIIDETEY

INSTITUCIONES FUNDADORAS

Banco de Germoplasma Parque Científico Tecnológico de Yucatán

FOSA SÉPTICA

“FOSA SÉPTICA CON CELDA DE

COMBUSTIBLE MICROBIANA PARA

LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

Y TRATAMIENTO DE AGUA

RESIDUAL”

Número: MX/E/2011/088981

Fecha de Presentación:

9 de diciembre de 2011

Inventores: Liliana María Alzate Gaviria.

Unidad de Energía Renovable.

CICY INSTITUCIÓN DE CARBONO NEUTRAL

Reducir en un 50 % las emisiones de CO2 generadas

por CICY en un período de 5 años.

Generar conocimiento, metodologías o tecnología que

contribuyan a la reducción de las emisiones de CO2.

Difundir los resultados alcanzados y promover su

utilización fuera de CICY.

Estimación del inventario estatal de gases de efecto invernadero

• SEDUMA Yucatán• Programa Estatal de Acciones ante el Cambio Climatico (PEACC)• Compromiso federal (COP 16)• Metodología del INE (IPCC)• $ 971,000 (837,000 más iva) para 4 meses (nov 2011- feb 2012)

Unidad de Servicios Ambientales

‘Huella de carbono’ determinado para individuo, CFE, KUOSOL

Certificación EMA en preparación

TORRE PARA LA MEDICIÓN DE FLUJOS DE

CARBONO, AGUA Y ENERGÍA EN UNA

SELVA MEDIANA DE LA PENINSULA DE

YUCATÁN

julio 2011

Coordinadores: Juan Manuel Dupuy, José Luis Hernández Stefanoni y José Luis Andrade

Unidad de Servicios Ambientales

Metodología de “Eddy covariance” (covarianza de vórtices)

Anemómetro sónico

Analizador de gases en el infrarrojo

Torre “Orestes” Kiuic, Yucatán

Al utilizar teledetección, mediciones dasométricas y respiración del suelo, podremos tener una medida completa del uso del carbono del bosque

SISTEMA DE REGISTRO, REPORTE Y VERIFICACIÓN DE CRÉDITOS DE CARBONO PARA LA REDUCCIÓN DE LA DEFORESTACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LOS BOSQUES EN CONCORDANCIA CON LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO

GRACIAS