Post on 06-Oct-2018
Aprovechamiento integral de la biomasa y ampliación de la frontera agrícola en Chile
Dr. Manuel Paneque
www.agrobiotec.uchile.cl
Laboratorio Biotecnología Ambiental y Bioenergía
Facultad de Ciencias Agronómicas
Universidad de Chile
AGROBIOTEC
Grupo de Análisis Territorial Laboratorio de Bioenergía y
Biotecnología Ambiental
Grupo de Análisis
Económico y Social
Teledección y
SIG
Cultivos
energéticos
Biotecnología
Ambiental
Oportunidades
de Negocio
Modelación y
Análisis Espacial
Impacto cambio
uso de suelo
Generación de paquetes
tecnológicos y negocios
Soportes para la toma de
decisión
Diversificación de la matriz energética
Ampliación frontera agrícola
Valorización productiva y energética de los cultivos
Laboratorio Bioenergía y Biotecnología Ambiental AGROBIOTEC
Contenido AGROBIOTEC
• Contexto General
– Matriz energética de Chile
– Oportunidad de los biocombustibles
• CEADA –Centro Agrícola del desierto de Altura
– Desarrollo de nuevos cultivos para zonas áridas y semiáridas
• Plataforma Jatropha
– Avances en I+D + i
– Concepto de Biorefinería
CHILE2008 CHILE2009
Matriz Energética Chilena AGROBIOTEC
Fuente: CNE, CDEC
Matriz eléctrica (CNE, 2009-2010)
Matriz primaria (CNE, 2010)
CHILE2008 CHILE2009
El Desafío AGROBIOTEC
Fuente: Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE). Factbook
2010 Economic. Environmental and Social Statistics. AEI & Ministerio de Energía
Chile (Balance de Energía 2011)
Mtoe: toneladas de petróleo equivalente
Desacoplar el desarrollo económico del país de la demanda energética, con el fin de
lograr un desarrollo sustentable. Demanda eléctrica se ha duplicado cada 10 años.
• Seguridad de suministro energético
– Reducción de la dependencia a precios de petróleo y aspectos de
estabilidad geopolítica. Independencia energética
• Resolver problemas ambientales – cambio climático (prioridad en la
política de los países desarrollados)
– Transporte contribuye 25-30% de GHG-emisiones en la UE
• Crear oportunidades para la agricultura
– Productos y mercados alternativos para agricultores
oportunidad para los biocombustibles
Oportunidad de los biocombustibles AGROBIOTEC
Marco regulatorio de biocombustibles en Chile AGROBIOTEC
expansión de la frontera agrícola
Actual marco regulatorio:
-Circular 30/2007 de Servicio de Impuestos Internos, indica que los
biocombustibles no están sujetos a un impuesto específico de acuerdo a la
ley 18.502/1986.
-Decreto 11/2008 de la Secretaría de Economía. Define las especificaciones
de calidad para el biodiesel y el bioetanol, autoriza la mezcla de 2% y el 5%
de aceite con la gasolina o diesel.
-Ley 20.399/2009 del Ministerio de Minería que modifica el Decreto 1/1979 y
añade los biocombustibles líquidos como combustible y otorga a la
Secretaría General de Electricidad y Combustibles (SEC) capacidad
fiscalizadora.
- Resolución 746 de la SEC, Normas Técnicas para el análisis y estudios
para el biodiesel y el bioetanol.
Estado actual de biocombustibles líquidos en Chile AGROBIOTEC
-De los 75,7 millones de hectáreas de la superficie de tierra continental, sólo el
34,9% se consideran como suelos agrícolas.
-Bioetanol de primera generación podrían obtenerse a nivel local por los cultivos,
tales como el azúcar de remolacha, el trigo, el maíz o el arroz. La superficie
actualmente utilizada en Chile para estos cultivos son 550,000 ha, utilizado
principalmente para la producción de alimentos.
-Las dos principales especies aptas para la producción de biodiesel en Chile son la
colza y el girasol. 5% de las demandas nacionales de diesel podría ser suministrada
si se cultivan nuevos suelos.
-El biocombustibles que puede producir proviene de cultivos de primera
generación que están orientados a competir plenamente con las actividades de
producción de alimentos, debido a la escasa disponibilidad de la tierra.
-Desde una perspectiva de todo el mundo, se espera que una gama más amplia de
recursos de biomasa se puede utilizar. Los biocombustibles de segunda generación
pueden ofrecer ventajas evidentes, como ninguna competencia con la producción
de alimentos, una mayor reducción de las emisiones de gases de efecto
invernadero y la disponibilidad de estos recursos en Chile.
Clases de capacidad de
uso del suelo
Clase Cap. Uso. Mill ha %
I 0,2 1,1
II 1,1 6,5
III 2,1 12,9
IV 1,7 10,1
V 0,2 1,1
VI 1,8 10,9
VII 6,5 39,3
VIII 3,0 18,2
Total general 16,5 100,0
Acevedo y Martínez, 2012
Consideraciones expansión frontera agrícola AGROBIOTEC
mill ha
Cultivos Agrícolas: 4,5
Praderas (perennes, anuales, estepas): 4,3
Bosque Nativo: 13,4
Plantaciones: 2,5
Matorrales: 12,3
Terrenos sin vegetación : 21
Otros usos (urbano, humedales, aguas): 17,7
TOTAL: 75,7
Uso de la tierra
15
41
77
75
114 0
Norte
Atacama y Elqui
Valle Central
Centro Sur
Sur Frontera
Región de los Lagos
Extremo Sur
Norte Central Sur Extremo Sur
Cultivos energéticos
Selección entre 130 especies agroenergéticas AGROBIOTEC
Ampliación de la frontera agrícola AGROBIOTEC
1.521.366 ha estimadas con aptitud marginal entre las
Regiones de Arica y la del BioBio.
Características de las zonas
áridas y semiáridas:
1. Baja pluviometría anual baja
disponibilidad de agua
2. Gran variabilidad en
precipitaciones
3. Fenómenos de sequía
4. Salinidad del suelo y el agua
5. Erosión y desertificación
6. Agricultura en lugares con
agua para riego (ríos, embalse
u oasis) basándose en
productos de alto valor
(primores)
Características de plantas para la
producción de energía
• Bajo requerimiento hídrico y alta
eficiencia en el uso del agua (EUA)
• Tolerancia al déficit hídrico
prolongado
• Tolerancia a la salinidad
• Cultivos “permanentes”
• Aprovechamiento de
suelos marginales
Selección especies zonas áridas y semiáridas de Chile AGROBIOTEC
Todos los cultivos comerciales son versiones mejoradas
de sus parientes silvestres
El germoplasma es la base de cualquier programa de
mejoramiento de cultivos éxito
• Los rendimientos de maíz mejorado 25X
• Rendimientos del caucho mejorado un 400%
Domesticación de cultivos AGROBIOTEC
Desarrollo de tecnologías para la producción de materias primas para
biocombustibles líquidos y solidos, que permitan la reducción de GEI y
nuevas oportunidades de negocios
Centro Agrícola del Desierto de Altura
Determinar el potencial productivo y de adaptación de la Jojoba,
Higuerilla, Chañar, Jatropha, Guindilla, Atriplex, Algarrobo,
Tamarugo, Tara y Pimiento
Biomasa para Biocombustibles líquido
-Chañar: 46 - 49% de aceite. No existen estimaciones de las productividades
-Higuerilla: 35 - 55%. Productividad 450 - 3.000 kg ha-1.
-Jojoba: 44 - 60%. Productividad 1.000 - 4.000 kg ha-1.
-Jatropha: 28 - 50%. Productividad 400 - 12.000 kg ha-1.
-Guindilla: 30% de aceite. No existen estimaciones de las productividades
Biomasa para Biocombustibles Sólido
-Atriplex: 500 - 1000 kg ha-1
-Algarrobo: Productividad 1000 - 3000 kg ha-1
-Tamarugo: Productividad 590 - 2770 kg ha-1
-Tara: Productividad 1000 - 100.000 kg ha-1
-Pimiento: No existen estimaciones de las productividades
Cultivos energéticos
Respuesta de la planta a los
niveles letales o sub-letales de estrés
Innovando en el mejoramiento genético AGROBIOTEC
Programa de mejoramiento genético de jatropha AGROBIOTEC
Desarrollo de tecnologías para la producción de jatropha curcas
como fuente de energía y con una tasa de producción
competitiva con los combustibles actuales.
-Mejoramiento de variedades con fenotipos idóneos para el
país (bajas temperaturas, escases hídrica, suelos contaminados)
-Optimización de procesos de extracción de aceite
-Obtención de bio-productos secundarios económicamente
atractivos
-Análisis Sistémico: Sustentabilidad económica, energética,
ambiental; Ciclos de Vida; MDL; flujos de materia y energía
CHILE2007 CHILE2008 CHILE2009
CHILE2010 CHILE2011
Programa de mejoramiento genético de jatropha AGROBIOTEC
Aplicaciones ambientales de la biotecnología
Desde la II a la VIII Región Se han
establecido 20 parcelas experimentales
con cerca de 40.000 plantas en campo
Aplicaciones ambientales de la biotecnología
Validación de Jatropha en Chile AGROBIOTEC
Dif
ere
nc
iac
ión
y E
lon
ga
ció
n d
e b
rote
s
Dif
ere
nc
iac
ión
en
ra
íce
s
Producción de plantas in vitro e invernadero
Multiplicación de Germoplasma AGROBIOTEC
6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
Tiempo
Ab
un
dan
cia
TIC: SNTII1.D
6.03
8.63
9.00
9.83
10.35
6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
Tiempo
Ab
un
dan
cia
TIC: STII1.D
6.02
8.59
8.96
9.81
10.32
Semilla No Tóxica
Semilla Tóxica
C16:0
Ac Miristico
C18:0
Ac Estearico
C18:1
Ac Oleico C18:2
Ac Linoleico
Estandar interno C19 0
Ac Nonadecanoico
Composición
Porcentaje de los Ácidos
Grasos totales (%)
SNT ST
Ácido Palmítico
(C16:0) 10,6 10,9
Ácido Esteárico
(C18:0) 5,0 5,1
Ácido
Oléico
(C18:1) 36,4 35,5
Ácido
Linoléico
(C18:2) 47,9 48,5
Tipo de Semilla Porcentaje del peso
total (%)
SNT 53,84 + 8,73
ST 60,31 + 12.80
Contenido de aceite y composición de ácidos grasos AGROBIOTEC
mediante GC/SM
Semilla Tóxica
Peak desconocido Característico de
Semilla Tóxica
mediante HPLC
Semilla No Tóxica
Ésteres
de Forbol
Hass, Mittelbach et al.
NIVELES DE ESTERES DE FORBOL EN FRACCION 1
0
200
400
600
800
1000
NO TOX TOX
TIPO DE SEMILLA
ug
este
r fo
rbo
l/g
Sem
illa
n = 4
Niveles de ésteres de forbol presentes en las semillas AGROBIOTEC
Compuestos tóxicos y anti-nutricionales
de Jatropha
Diterpenos
Fenoles
Taninos
Fitatos
Saponinas
Inhibidores de tripsina
Lectina
Curcin Principal causa de la Toxicidad de Jatropha
Esteres de forbol
AGROBIOTEC
Concepto de biorefinería en Jatropha
Compuestos antinutricionales
• Compuestos tóxicos ubicados en altas concentraciones en las semillas,
el aceite y los residuos del procedimiento de Jatropha.
• Interfieren con la extensión de la cadena productiva de subproductos
obtenidos a partir de la fabricación del biodiesel y representan un riesgo
para el medio-ambiente y los trabajadores.
• Cantidad en el aceite:
– variedad no toxica = ND - 0,27 mg/ml de esteres de forbol
– variedad toxica = 3-4 mg/ml de esteres de forbol.
• Propiedades importantes: biopesticida; reactivo químico en investigación
(promotor de tumores)
• El precio para el éster de forbol mas común: phorbol-12-myristate
13-acetate (PMA) varia entre US$ 24-192/mg.
Concepto de biorefinería en Jatropha AGROBIOTEC
Esteres de forbol
• El mejoramiento genético y la domesticación de cultivos convertirá las especies
con potencial energético en proyectos económicamente viable.
• Muchos interrogantes biológicos (alta variabilidad en contenido de aceite,
adaptación a condiciones edafoclimáticas, etc.), técnicos ( maximización de
extracción de aceite, disminución de costos de cultivo, cosecha, procesamiento,
tratamiento de subproductos, transporte, etc.) requieren mayor I+D.
• Generación de energía no solo desde el concepto de biodiesel, sino también
aceite de cocina/iluminación, de biogás (electricidad) y combustión directa de
desechos de la semilla.
• Por su impacto ambiental positivo, los cultivos energéticos pueden transformarse
en proyectos sostenibles.
• La evaluación de jatropha curcas bajo el concepto de Biorefinería incluye, la
valoración no solo del aceite, sino de la biomasa y los subproductos de valor
agregado
.
Conclusiones AGROBIOTEC