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
•Año 2007.- 14,7 billion bbl
Reservas Mexicanas:
•Año 2000.- 32,6 billion bbl
•Año 2007.- 14,7 billion bbl
•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
- Exceso de cobertura …………. 2,3%
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
- Exceso de cobertura …………. 2,3%
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.
•Utilización en forma de carburante único
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
•Utilización en forma de carburante único
BIODIESEL:
•Mezcla con gasóleo
•Utilización en forma de carburante único
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
África Subsahariana
Resto del Mundo Resto del Mundo
África Subsahariana
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
África Subsahariana
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”