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

Establecimiento de cultivos

HIGUERILLA

Establecimiento de cultivos

Establecimiento de cultivos

ATRIPLEX

Establecimiento de cultivos

ATRIPLEX

Establecimiento de cultivos

JOJOBA

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

Validación de Jatropha en Chile AGROBIOTEC

Validación de Jatropha en Chile AGROBIOTEC

Producción de plantas in vitro e invernadero

Multiplicación de Germoplasma 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

CHILE2008 CHILE2009

Concepto de biorefinería en Jatropha AGROBIOTEC

CHILE2008 CHILE2009

Concepto de biorefinería en Jatropha 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

mpaneque@uchile.cl

AGROBIOTEC