Eficiencia energética en sistemas agropecuarios
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Eficiencia energética en sistemas agropecuarios Elementos teóricos y prácticos para el cálculo y análisis integrado Fernando R. Funes-Monzote Estación Experimental “Indio Hatuey”, Universidad de Matanzas Ministerio de Educación Superior
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Eficiencia energética en sistemas agropecuarios
Elementos teóricos y prácticos para el cálculo y análisis integrado
Fernando R. Funes-Monzote
Estación Experimental “Indio Hatuey”, Universidad de MatanzasMinisterio de Educación Superior
Eficiencia energética en sistemas agropecuarios
Elementos teóricos y prácticos para el cálculo y análisis integrado
Fernando R. Funes-Monzote
Estación Experimental “Indio Hatuey”, Universidad de MatanzasMinisterio de Educación Superior
Eficiencia energética en sistemas agropecuarios. Elementos teóricos y prácticos para el cálculo y análisis integrado
Biblioteca ACTAF
Primera edición, octubre 2009ISBN:
© Fernando R. Funes Monzote© Asociación Cubana de Técnicos Agrícolas y Forestales (ACTAF)
Corrección y edición: Claudia Álvarez DelgadoIlustración de cubierta: Reinaldo Funes Monzote
Contenido
Introducción / 3
Modelos para la producción de alimentos / 4
Energía en los agroecosistemas / 6
Modelos energéticos sustentables en Cuba / 14
Estudio a escala nacional / 16
Herramientas para calcular la eficiencia energética / 23
Cálculo de la eficiencia energética de un sistema productivo. Ejercicio práctico y tipos de análisis / 29
Bases del cálculo / 31
Factores de conversión y equivalencia energética / 35
Direcciones futuras / 36
Referencias / 36
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IntroducciónUtilizar de manera eficiente todas las fuentes de energía disponibles no es una alternativa, es una necesidad. Emplear cada vez más las renovables se presenta como el mayor reto del presente siglo, a escala local y global. El agotamiento de las fuentes de energía fósil, la inestabilidad de los precios del petróleo en los mercados internacionales y los efectos negativos acumulados sobre el medio ambiente por la quema de hidrocarburos, son suficientes elementos que indican la urgencia de definir estrategias conscientes y decididas para alcanzar ese reto.
La actividad agropecuaria es uno de los sectores de la economía que podría avanzar con mayor rapidez en este sentido. Para ello es necesario diseñar e implementar de manera efectiva sistemas sustentables para la producción combinada de alimentos y energía. El objetivo final de estos sistemas es que la agricultura tenga un balance energético positivo, y que además, constituya un eslabón fundamental para la captura de CO2 de la atmósfera y de esta forma contribuya a la disminución del calentamiento global. Los sistemas agrícolas y pecuarios podrían entregar mayor cantidad de energía en forma de productos alimentarios que aquella empleada para la producción a partir de diversas fuentes y, a su vez, deberían cumplir una función determinante para mitigar el cambio climático.
Hace solo unos meses, la FAO reconoció que por primera vez el mundo rebasó la cifra de mil millones de hambrientos (FAO, 2009a), lo que hace evidente que los modelos globales de producción y distribución de alimentos establecidos no han cubierto las expectativas de solucionar esteflagelo para la humanidad. Más recientemente esta organización declaró que “el futuro de la agricultura y la seguridad alimentaria están estrechamente ligados al cambio climático”, remarcando que el fenómenoagravará la situación de los pobres (FAO, 2009b). Lo anterior confirma quelos modelos agrícolas industriales están alejándose cada vez más de poder resolver el hambre, y que es necesario implementar sistemas agropecuarios multifuncionales con capacidad de adaptarse a los cambiosque operan en los ambientes naturales y socioeconómicos.
El sector agropecuario puede y debe no solamente producir alimentos, sino también ser un vínculo clave para capturar y convertir la energía solar en biomasa, potencialmente utilizable para producir energía y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Para ello, por supuesto, se requerirá el apoyo y la participación de todos los sectores de la economía. También será necesario identificar los elementos que hacen insostenible energéticamente la producción agropecuaria, así como reenfocar, promover y
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financiar aquellas alternativas tecnológicas y organizativas que permitan lautilización óptima de las diferentes fuentes disponibles de energía, con énfasis en las renovables.
Este documento se propone presentar, de manera resumida, elementosconceptuales y prácticos para desarrollar un modelo sustentable deproducción de alimentos y energía. También se describen algunos resultados científicos que confirman la factibilidad energética y técnica delos sistemas agroecológicos. Finalmente, se ofrecen las bases metodológicas para calcular la eficiencia energética de los sistemas agroproductivos.
Modelos para la producción de alimentosEs innegable que la agricultura moderna incrementó los rendimientos absolutos por unidad de superficie, lo cual condujo a mayores producciones globales de alimentos (Matson et al., 1997). Sin embargo, también es cierto que tales incrementos han estado basados en el uso intensivo de energía proveniente de combustibles fósiles, lo que ha provocado impactos ambientales negativos (Rosset, 1999; Tilman et al., 2002). Esto implica que los sistemas agrícolas altamente especializados se caractericen por una dependencia cada vez mayor de la energía externa y, por ende, una baja eficiencia energética (Pimentel, 1997, 2004), ver tabla 1.
Ya se ha demostrado que la combustión de los hidrocarburos, principalfuente energética utilizada mundialmente, es la causa fundamental de las emisiones de gases de efecto invernadero —en particular de CO2—,responsables del calentamiento global y de otros fenómenos asociados que amenazan la supervivencia de todos los seres vivos. Este proceso, de alcance insospechado, no solo pone en peligro la vida sobre la Tierra, sino que también ha provocado cambios en el clima nunca antes registrados. Tal es el caso del incremento del nivel de los mares y océanos, el aumento de la temperatura media, y el impacto más frecuente y severo de fenómenosatmosféricos que ocasionan cuantiosos daños económicos. Estas problemáticas globales no deberían ser soslayadas por quienes están relacionados con la producción de alimentos en Cuba o cualquier otra parte del mundo.
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Tabla 1. Algunas características de los modelos convencionales y agroecológicos
Enfoque convencional Enfoque agroecológico
Monocultivo (baja diversidad) y economías de escala
Intensificación productiva basada en la importación de altos insumos externos
Incorporación de nutrientes a través de fertilizantes sintéticos
Control de plagas mediante pesticidas químicos
Alta artificialización de los agroecosistemas (mecanización, riego, variedades de alto potencial)
Genera dependencia de los productores en paquetes tecnológicos
Energéticamente dependiente
Sistema biodiverso (plantas, animales, fauna del suelo y vida silvestre)
Escala apropiada a las características de un sistema de manejo ecológico (pequeña y mediana)
Conservación y manejo de la fertilidad del suelo mediante el incremento de la vida del suelo
Optimización de los ciclos y procesos
Intensificación del uso de los recursos naturales disponibles / locales
Mantenimiento de los niveles de resiliencia
Utilización de fuentes de energía renovable
Las prácticas agrícolas industriales han puesto su mayor énfasis en optimizar la captura de la energía disponible en todas sus formas, con elincremento de la superficie fotosintéticamente activa y la aceleración de los ciclos productivos de plantas y animales. Los genetistas han desarrollado variedades de plantas que son más eficientes en la captura de energía solar para su conversión en biomasa, y razas de animales que aprovechan mejor los alimentos suministrados. Para ello se han establecido diseños especializados de cultivos y ganadería con el propósito de reducir cualquier tipo de competencia, y se crean condiciones propicias para que las distintas especies puedan expresar su potencial biológico. También se ha procurado mejorar el estado de fertilidad de los suelos mediante la manipulación (aplicación–corrección) de los nutrientes necesarios para una nutrición adecuada de las plantas. Asimismo, a través de los sistemas de irrigación, se controla el agua en función de las necesidades de los cultivos.
El empeño puesto en la aplicación de tales prácticas ha surtido efectos positivos en cuanto al aumento de la producción global de alimentos, pero a la vez se ha descifrado el impacto no menos apreciable de otros factores que limitan su sostenibilidad. Uno de ellos es la necesidad de cantidades cada vez mayores de insumos para mantener el “control” de los sistemas productivos. La frecuente aparición de plagas que afectan
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irreversiblemente los cultivos o de enfermedades que se convierten en pandemias; la resistencia en espiral de plagas y malezas a los insecticidas y herbicidas utilizados; los problemas asociados a la compactación, salinidad, erosión y desertificación posterior de los suelos por su inadecuado laboreo;la contaminación por el excesivo uso de nutrientes; el agotamiento de los mantos freáticos; entre otros fenómenos, hacen cada vez más complejo y costoso producir alimentos con tal nivel de artificialización. No vamos a analizar aquí muchos otros factores asociados a la creciente irrentabilidad económica y ecológica de los modelos convencionales de agricultura, ni tampoco sus impactos socioeconómicos, nos vamos a concentrar en la eficiencia energética de los sistemas agropecuarios.
Puede decirse que los sistemas subsidiados y con alto nivel de artificialización son, por principio: 1) ineficientes, puesto que están diseñados para utilizar una gran cantidad de insumos materiales y energéticos costosos, 2) dependientes, debido a que estos recursos en su mayoría provienen de una fuente que los suministra a merced de las fluctuaciones en los mercados, 3) frágiles, porque al escasear o faltar tales recursos el sistema colapsa, y 4) poco resilientes y altamente riesgosos, pues no tienen la capacidad de recuperarse en un breve lapso al impacto de agentes externos. En los sistemas agropecuarios de monocultivo y dependientes de recursos externos, los subsidios absorben los costos asociados a la simplificación de la agrobiodiversidad y raramente consideran aquellos relativos a las externalidades que producen (deforestación, contaminación, degradación, daños a la salud). Entonces, cabe preguntarse, ¿cuál o cuáles serán los modelos más apropiados en función de una combinación armónica y razonada entre eficiencia energética, productividad y agrodiversidad? Antes de llegar ahí, profundizaremos un poco en las fuentes de energía en los agroecosistemas.
Energía en los agroecosistemasLa energía está disponible para los agroecosistemas a partir de dos fuentes fundamentales: la energía ecológica y la energía cultural (Gliessman, 2001). La ecológica es aquella que proviene directamente del sol e interviene en la producción de biomasa a través de los organismos fotosintéticos. La cultural es la que suministran los seres humanos a fin de optimizar la producción de biomasa en los agroecosistemas. A su vez, se identifican dos fuentes de energía cultural: la biológica y la industrial. La primera es de origen animal o humano —trabajo animal o humano, estiércol o la energía de la biomasa—,mientras que la segunda proviene de fuentes no biológicas, como electricidad,
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gasolina, petróleo, gas natural, fertilizantes y maquinaria. La clave de los agroecosistemas radica en cómo utilizar mejor la energía cultural para transformar con más eficiencia la energía ecológica en alimentos u otras producciones agropecuarias (figura 1).
Figura 1. Empleo de las fuentes de energía para la producción de alimentos.
Otras fuentes de energía renovable con un gran potencial para ser utilizadas en el marco de los sistemas agropecuarios son la energía producida por molinos de viento (eólica), la potencialmente utilizable de la caída del agua (hídrica), así como la captura y conversión de los rayos solares a través de celdas fotovoltaicas (solar). Las fuentes de energía provenientes de la biomasa (biológica) son variadas y los tipos de procesos que pueden utilizarse para su obtención, muy diversos. La tabla 2 muestra los diferentes métodos conocidos para su empleo.
Fuentes de energía para la producción de alimentos
Energía ecológica
Proveniente del sol, única fuente de energía para la producción de biomasa.
Energía cultural
Suministrada por los humanos para optimizar la producción de biomasa en los agroecosistemas.
Biológica
Energía cultural proveniente de fuente animal, vegetal o humana.
Industrial
Energía cultural proveniente de fuentes no biológicas.
Fuentes de energía para la producción de alimentos
Energía ecológica
Proveniente del sol, única fuente de energía para la producción de biomasa.
Energía cultural
Suministrada por los humanos para optimizar la producción de biomasa en los agroecosistemas.
Biológica
Energía cultural proveniente de fuente animal, vegetal o humana.
Industrial
Energía cultural proveniente de fuentes no biológicas.
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Tabla 2. La biomasa como fuente de energía, tipos de procesos y energía que se puede obtener
Proceso Tipo Energía que se puede obtener
Físicos Astillado Calor Procesos físicos
Trituración Combustión
Compactación Digestión
Deshidratación Electricidad Combustión en lecho fluido
Químicos Extracción Gasificación de biomasa
Biológicos Fermentación Pirólisis
Digestión anaerobia Combustibles Extracción (aceites vegetales)
Termoquímicos Combustión Fermentación (etanol)
Gasificación Digestión (gas)
Pirólisis
Fuente: Suárez Moya, 1998.
El enfoque agro-energético ha estado dominado por la mejor manera en que pueden ser utilizados los llamados “portadores energéticos”, entre los cuales está el petróleo, la gasolina y la electricidad, o en cómo producir fuentes de energía renovable a partir de la biomasa. Estas fuentes de energía, mayoritariamente empleadas en la agricultura industrial, entran a los sistemas agrícolas a través del transporte, construcción de infraestructuras y maquinarias, y diversos insumos externos (fertilizantes, pesticidas, piensos, etc.).
Sin embargo, entre las alternativas que existen para desarrollar una producción agropecuaria eficiente desde el punto de vista energético, una muy poco mencionada es la que proviene de las reservas intrínsecas del propio sistema agroproductivo. Probablemente la energía capturada y transformada de manera eficiente a través de los diferentes componentes de un sistema agrícola sea la más importante de todas.
De los organismos vivos que habitan nuestro planeta, las plantas sonlas que utilizan con mayor eficiencia la vasta energía solar disponible. Esta función la realizan a través de la fotosíntesis, mediante la cual convierten la energía solar en compuestos bioquímicos estables, eslabón para la producción de sustancias orgánicas que complementan los ciclos biológicos y geológicos sobre la Tierra. La energía almacenada por los vegetales contribuye al desarrollo del resto de los organismos consumidores y
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descomponedores, aunque en cada nivel ocurre una pérdida de energía. Este proceso es aún muy ineficiente en aprovechar la energía solar. Según (Turk y Turk, 1988), de 1 Mcal emanada por el Sol, se pierden en el ambiente 988 Kcal, por lo que las plantas pueden captar, transformar y producir solo 12 Kcal, de las cuales 2 se utilizan en la respiración y 10 (1%) están disponibles como producción primaria bruta para la alimentación de animales y seres humanos. Si esta energía es consumida por los animales,estos serán capaces de generar una producción secundaria de 0,1 Kcal (1%), de la cual el hombre solo podrá asimilar 0,005 Kcal (5%) (figura 2).
Figura 2. Flujo de la energía en la naturaleza. Las plantas, los animales y el hombre como tres eslabones en la cadena energética.
Es por esta razón que las tierras dedicadas a la agricultura, que producen directamente para el consumo humano, son más eficientes desde el punto de vista energético y productivo en función de sus necesidades alimenticias. Por el contrario, los sistemas ganaderos son grandes consumidores energéticos, por cuanto se alimentan de plantas u otros animales que a su vez también se alimentaron de plantas; es decir, que son organismos incapaces de producir energía por sí mismos. Por ende, los sistemas ganaderos son menos eficientes desde el punto de vista energético para los propósitos de alimentación humana. Es bien conocido que el ganado se considera un competidor por el área y los alimentos con los seres humanos.
1 Mcal
10
Entre las especies animales existen también algunas más eficientes que otras desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía en función del crecimiento y la producción de carne, leche, huevos u otros. Además, la producción animal juega un importante papel debido al alto valor biológico de esta proteína. Por tanto, se requiere sostener el criterio de “balancear” energéticamente los beneficios provenientes de la producciónanimal y vegetal con el fin de desarrollar sistemas agrícolas integrados, más eficientes y productivos, que respondan a las necesidades nutritivas, existenciales y funcionales del hombre (figura 3).
Figura 3. Modelo energético sustentable para la producción de alimento y energía.
Bajo una concepción agroecológica de producción de alimentos es tan o más importante contar con fuentes de energía renovable como con diseños integrados, diversificados y autosuficientes, que optimicen el uso de la energía disponible y, una vez capturada, hacer que esta circule a través del sistema. Podría decirse que el aspecto clave de los flujos energéticos en los agroecosistemas radica en la manera en que es utilizada la energía cultural para la conversión de la energía ecológica en biomasa. La energía solar es la savia de los agroecosistemas y fluye constantementeen una sola dirección (figura 4).
Energía solar
Agua
Nutrientes
Productos agrícolas, pecuarios , forestales e industriales
Suelo SueloTrabajo humano
1 70 MJ/ha/año
Trabajo animal160 MJ/ha/año
1 080 MJ/ha/año
2 535 MJ/ha/año
Fertilizantes
Piensos
Combustibles1 350 MJ/ha/año Servicios ambientales
Conocimiento
Salida total de energía
HUMANOS ANIMALES
Especies de árboles forestales, frutales
y postes vivos
Pastos Forrajes de corte
CULTIVOS
Artesanía Agroturismo
Procesamiento de alimentos 33 000 MJ/ha/año
Semillas200 MJ/ha/año
Entrada total de energía5 495 MJ/ha/año
Plantas ornamentales y condimentos
Diversidad genética
Eficiencia energética: 6 MJ producidos por cada MJ invertidos
Sistema de producción de energía y abonos: Biogás, lombricultura, compost
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Figura 4. Flujo energético abreviado en los agroecosistemas.
Comprender los flujos y balances de energía es un elemento básico para lograr la sostenibilidad energética, importante tanto por razones económicas como ecológicas y sociales. El conocimiento y la cuantificación de la eficiencia energética de los sistemas de producción de alimentos deberían constituirse en una herramienta fundamental para el diseño de mejores estrategias de manejo agrícola y toma de decisiones políticas. Por ello resulta prioritario incorporar los elementos metodológicos necesarios con el objetivo de diseñar sistemas sustentables para producir alimentos y energía de manera combinada. Este paso será decisivo para el uso más eficiente de las fuentes energéticas disponibles, tanto biológicas como industriales.
Por otra parte, algunos factores que contribuyen a disminuir la eficiencia energética de los sistemas agropecuarios y que deben evitarse a la hora de diseñar estrategias energéticamente sostenibles para la producción de alimentos son:
Sistemas de monocultivo en grandes extensiones. Excesivo uso de maquinarias. Utilización masiva de fertilizantes químicos y plaguicidas. Empleo desmedido de alimentos concentrados para incrementar la
productividad por animal. Desaprovechamiento o quema de residuos de cosecha. Escasa utilización del área de cultivo en tiempo y espacio. Ineficiente empleo de la mano de obra.
Energía solar
Captura y conversión
Organismos fotosintéticos
Energía potencial
Almacenada en las estructuras de las moléculas orgánicas de la biomasa
(Alimentos para humanos y animales, fibras, y combustible).
Pérdidas
Respiración, crecimiento, movimiento, reproducción
Propósito de la producción agrícola
Energía solar
Captura y conversión
Organismos fotosintéticos
Energía potencial
Almacenada en las estructuras de las moléculas orgánicas de la biomasa
(Alimentos para humanos y animales, fibras, y combustible).
Pérdidas
Respiración, crecimiento, movimiento, reproducción
Propósito de la producción agrícola
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La eficiencia energética de un sistema agropecuario puede ser relativa a la intensidad con que se utilicen los recursos energéticos internos o externos (modelos productivos abiertos o cerrados, industriales o de bajos insumos), pero también es relativa al tipo de producción que se realice (frutas, carne, hortalizas, leche, madera, posturas, etc.). Como se señaló anteriormente, la producción vegetal es intrínsecamente más eficienteen el uso y conversión de la energía que la animal. Las plantas, por serorganismos autótrofos, se encuentran en el primer eslabón de la cadena alimentaria y son consideradas productores primarios. Mientras que un sistema ganadero de productividad media llega a proveer suficiente energía y proteína para cubrir los requerimientos de entre dos y tres personas por hectárea, los sistemas agrícolas como promedio son capaces de producir para entre 11 y 15. En la tabla 3 se muestra un listado de la eficiencia de diferentes sistemas de producción animal y vegetal para la alimentación humana.
Tabla 3. Cantidad de personas que se pueden alimentar con una hectárea de tierra de acuerdo con diferentes cultivos y producción animal
Fuente: Schiere, 2002
Los animales son productores de fuentes proteicas, vitaminas, grasas, minerales, servicios y otros recursos muy preciados para la industria. También consumen subproductos agrícolas y alimentos fibrosos que no pueden ser utilizados directamente en la alimentación humana, y que aprovechan antes de incorporarse al suelo. Por tanto, cumplen importantes funciones de reciclaje de nutrientes dentro de la concepción de los sistemas
Producción vegetal Energía Proteína
Soya 5 14
Maíz 10.4 5.2
Arroz 14 7
Trigo 8.4 6.3
Papa 16.5 9.5
Producción animal Energía Proteína
Leche 2.5 3
Carne ave 1 2.5
cerdo 2 1.4
vacuna 1 1
oveja 1 1
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integrados (Monzote y Funes-Monzote, 1997). Además, algunos animales se utilizan con frecuencia por los agricultores para realizar labores de tiro y trabajos pesados como el cultivo y laboreo del suelo, las cuales constituyen un ahorro energético y otra forma de reciclar la energía dentro del sistema.
Según Kolmans y Vásquez (1996), la diferencia fundamental entre la agricultura convencional y la ecológica, desde el punto de vista energético, radica en que la primera recurre a fuentes de energía externa para mantenerlos equilibrios internos del sistema, mientras que en la segunda este equilibrio se logra fomentando los ciclos vitales de la naturaleza. Es por esto que el grado de artificialización de un agroecosistema está relacionado directamente con la alteración de estos ciclos y la introducción de insumos externos.
En el correcto empleo de los potenciales energéticos de los sistemas agrícolas, influyen otros elementos, entre ellos la organización de la unidad productiva. Mollison (1994) considera que la planificación eficiente de la energía es, a su vez, la planificación para una eficiencia económica, donde la clave está en la correcta ubicación de la zona y sector de las especies de plantas, animales y estructuras productivas. Además, la producción de un renglón o producto en sí o el sistema de producción empleado, repercutendecisivamente en el resultado de la eficiencia energética de una unidad de producción agrícola. En la tabla 4 se muestra cómo la eficiencia energética de un sistema agroproductivo depende no solo del tipo de producción, sino también del nivel de intensidad en el uso de los recursos energéticos, es decir, del costo energético de la producción. El balance adecuado entre eficiencia energética, eficiencia productiva y bienestar humano será un factor importante en su sostenibilidad.
Tabla 4. Eficiencia energética de varios productos agropecuarios
Producto Eficiencia energética
Energía producida/energía consumida
Maíz (manual) 10
Cereales, boniato 2.5 - 5
Papas 1.6
Frutas y verduras 0.1 - 1
Leche 0.4 - 0.5
Carne (ganado no estabulado) 0.3
Huevos (producción comercial) 0.2
Carne de ave (producción comercial) 0.1
Fuente: Elaborado a partir de Pimentel (1980)
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Por otra parte, un sistema biodiverso no es necesariamente más productivo o más eficiente que uno de monocultivo; ni tampoco uno de menor escala, por ser pequeño, es intrínsecamente más eficiente. Los niveles de eficiencia de un sistema dependen más del diseño y manejo de los componentes que lo conforman. La ventaja de un sistema basado en la diversidad y a menor escala reside fundamentalmente en que su diseño permite una integración armónica y funcional entre sus componentes y un mayor “control” de las interacciones en juego. En ocasiones existenrecursos que son deficientemente o poco utilizados, por ejemplo, la energía solar, el agua o los nutrientes, porque el sistema no está concebido para tal fin.Por lo general, esto ocurre debido al desconocimiento de las combinaciones apropiadas ganadería-agricultura y de los sistemas de rotación más adecuados que permitan capturar estos recursos. Una vez que están disponibles y son capturados de forma eficiente, el sistema debe ser capaz de convertir la energía en biomasa (alimento humano), desempeñar otras funciones (mejorar el suelo, alimentar a los animales o generar empleo) e incluso cumplir objetivos espirituales, ambientales o simplemente paisajísticos, a lo cual llamamos multifuncionalidad. De esta forma se logrará una integración entre los factores biofísicos y de manejo que permitirá una producción sustentable, no solo desde el punto de vista productivo, sino también desde el ambiental y el socioeconómico (figura 5).
Figura 5. Tres componentes fundamentales en el uso eficiente de los recursos naturales: disponibilidad, captura y conversión.
La agrodiversidad Uso eficiente de recursos naturales
Componentes de la eficiencia en el uso de los recursos
Disponibilidad
Luz, nutrientes y agua
Diversidad genética
Fuerza de trabajo
Tierra
Captura
Laboreo, leguminosas,
plantas C4, sistemas de
policultivos, agroforestería,
etc.
Conversión (transformación)
Biomasa, alimento animal y
humano, fibras, servicios
ambientales, etc.
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Modelos energéticos sustentables en Cuba
Un elemento clave de los sistemas agropecuarios sustentables para la producción de alimento y energía es la combinación entre diversidad, productividad y eficiencia energética. Con el cultivo biointensivo de alimentos (más alimentos en menos espacio), se ha logrado aumentar entre cuatro y ocho veces los rendimientos obtenidos por los agricultores que usan las técnicas agrícolas mecanizadas y químicas. Además, se ha reducido al menos a la mitad el consumo de agua y unas diez veces el de energía, al prescindir de abonos químicos, pesticidas y herbicidas.
Estudios realizados en Cuba durante los últimos diez años (Monzote et al., 1999; Funes-Monzote, 2009) muestran que a mayor agrodiversidad —en cuanto a cultivos, ganadería y especies de árboles, como parte de los sistemas agrícolas integrados y multifuncionales—, los sistemas agroecológicos que logran altos niveles de integración y reciclaje ganadería-agricultura, alcanzan mayor productividad y eficiencia (figura 6).
Figura 6. Análisis combinado de tres atributos de los sistemas sustentables: diversidad, productividad y eficiencia, y su caracterización en función de cuatro modelos contrastantes de agricultura.
Bajos insumos externos, altas tasas de reciclaje e integración ganadería-agricultura
Alta
Eficiencia
Altos insumos externos, agricultura industrial en
monocultivos
Baja
Bajos insumos externos, sistemas
diversificados con bajos niveles de integración
Media-baja
Sistemas especializados con bajos insumos
externos
Media
Diversidad del agroecosistema
Pro
duct
ivid
ad
Alta
Baj
a
Baja
Alta
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En Cuba, la escasez de insumos químicos, maquinaria y energía fósil ha sido el motor impulsor de un movimiento agroecológico a escala nacional en el que la innovación ha estado presente en todo momento. El resultado más relevante de este proceso ha sido la creación de una conciencia sobre los beneficios de la diversidad, así como la generación de una vasta experiencia en el diseño y manejo de sistemas diversos, heterogéneos y complejos. A continuación presentamos un breve análisis de dos modelos agroecológicos que así lo confirman.
Modelo “A”: Finca familiar a pequeña escala (10 ha), con utilización de bajos insumos externos y alta integración ganadería-agricultura. La diversidad de plantas y animales supera las 100 especies y las altas tasas de reciclaje permiten que “nada se pierda”. Utiliza diferentes fuentes de energía renovables como la eólica (molino de viento) y la energía potencial del agua (ariete hidráulico). La alta productividad y eficiencia energética, así como un elevado índice de utilización de la tierra, inciden en la capacidad de producir alimentos para gran cantidad de personas a un bajo costo energético (tabla 5).
Tabla 5. Modelo de finca agroecológica “A” a pequeña escala, Taguasco, Sancti Spíritus, Cuba
Indicadores Unidad Agroecológica
pequeña escala
Área de la finca (ha) 10
Producción energética (GJ/ha/año) 50.6
Producción proteica (kg/ha/año) (kg/ha/año) 867
Personas que alimenta el sistema desde el punto de vista energético
(pers/ha/año)11
Personas que alimenta el sistema desde el punto de vista proteico
(pers/ha/año)34
Eficiencia energética salidas/entradas 30
Modelo “B”: Finca familiar a mediana escala (40 ha), con utilización de bajos-medios insumos externos y un enfoque industrial que emplea tractores, riego y fuerza de trabajo contratada. No posee producción animal a escala comercial, pero utiliza de manera altamente eficiente el estiércol importado de una
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vaquería vecina a través de un biodigestor. Combina el uso de los lodos derivados de la digestión anaeróbica del estiércol con microorganismos presentes en condiciones naturales en el suelo y los aplica sistemáticamente a los cultivos. Altas tasas de rotación de cultivos que confieren al sistema un elevado índice de utilización de la tierra (tabla 6).
Tabla 6. Modelo de finca agroecológica “B” de base industrial a mediana escala, Perico, Matanzas, Cuba
Indicadores Unidad Agroecológica
mediana escala
Área de la finca (ha) 40
Producción energética (GJ/ha/año) 151
Producción proteica (kg/ha/año) (kg/ha/año) 1341
Personas que alimenta el sistema desde el punto de vista energético
(pers/ha/año)35.4
Personas que alimenta el sistema desde el punto de vista proteico
(pers/ha/año)52.6
Eficiencia energética salidas/entradas 5.3
Estudio a escala nacional
Un estudio realizado a escala nacional en 93 fincas, comprobó el potencial desistemas como estos, al comparar sistemas productivos con mayor o menor diversificación, a diferentes escalas y años después de realizada la conversión agroecológica. La definición de tipologías en tal sentido ha sido un punto de referencia para el análisis de la eficiencia energética y productiva de los sistemas agrícolas en Cuba. Por ejemplo, las fincas convertidas (agroecológicas)por tres años o más, tuvieron menores costos energéticos de la producción de proteína y valores de eficiencia energética mayores que las no convertidas (especializadas) (figura 7).
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Figura 7. Costo energético de la producción de proteína y eficiencia energética registrados en función del tiempo transcurrido tras la conversión hacia sistemas integrados. Resultado del estudio comparativo de 93 fincas en todo el país.
Las fincas que dedicaron entre el 45 y el 75% de sus tierras a cultivos integrados a la ganadería, lograron valores mucho más altos de productividad en cuanto a producción de leche por unidad de área de forraje (3.6 t/ha/año) con una elevada eficiencia energética (figura 8). También fueron superiores los rendimientos de energía (21.3 GJ/ha/año) y de proteína (141.5 kg/ha/año).
Figura 8. Producción lechera y eficiencia energética para tres proporciones de integración de cultivos en áreas ganaderas, (alta, ˃45-75; media, ˃3-45 y baja, ≤ 3). Resultado del estudio comparativo de 93 fincas en todo el país.
0
1
2
3
4
5
6
7
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
>45-75% n=11
>3-45% n=50
≤3% n=32
salid
as/e
ntra
das
t/ha
/año
Leche por área total
Leche por área forrajera
Eficiencia energética
0
1
2
3
4
5
6
7
0
20
40
60
80
100
120
140
≥ 3 años n=28
1-2 años n=30
no convertidas n=35
salid
as/e
ntra
das
MJ/
kg
Costo energético de la producción de proteína
Eficiencia energética
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Los estudios realizados en Cuba muestran que la alta eficiencia energética es el resultado de una combinación de factores relacionados con la utilización de los recursos y la implementación de procesos, donde la biodiversidad juega un papel fundamental. En el diseño e implementación de los sistemas agropecuarios energéticamente sustentables se deberíanconsiderar los siguientes aspectos básicos:
Conocer la procedencia y el valor energético de los insumos externos para utilizarlos estratégicamente en función de las necesidades reales.
Contar con información, lo más fidedigna posible, sobre la equivalencia energética y calidad de los recursos disponibles a escala local.
Utilizar estratégicamente las diferentes alternativas tecnológicas que permitan una mayor captura y circulación de la energía en el sistema.
Tener en cuenta el valor biológico de los productos obtenidos en aras de realizar los cálculos pertinentes en función de su eficiencia energética y seguridad alimentaria.
Definir, a través de actividades de diseño, los tipos de producción (granos, vegetales, carne, leche, mixta, etc.) e intensidad de la producción en términos de fuerza de trabajo, capital o insumosrequeridos.
En la tabla 7 se presenta un ejemplo de cálculo del Índice de Diversidad de la Producción (DP) y en la tabla 8 el Índice de Utilización de la Tierra (IUT). Estos indicadores están estrechamente relacionados con la eficiencia energética y nos permiten realizar un análisis más integral de los sistemas productivos.
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Tabla 7. Cálculo del Índice de Diversidad de la Producción en un sistema diversificado con varios cultivos
INDICE DE DIVERSIDAD DE LA PRODUCCIÓN (SHANNON)*
Producto Produccióntotal (t), pi
pi/N ln(pi/N) pi*ln(pi)
Plátano 228.05 0.86 -0.15 -0.13
Remolacha 23.64 0.09 -2.42 -0.22
Malanga 95.23 0.36 -1.02 -0.37
Col 148.41 0.56 -0.58 -0.33
Frijol 16.00 0.06 -2.81 -0.17
Zanahoria 10.28 0.04 -3.25 -0.13
Boniato 41.13 0.15 -1.86 -0.29
Maíz 11.82 0.04 -3.11 -0.14
Tomate 13.71 0.05 -2.96 -0.15
Papa 61.07 0.23 -1.47 -0.34
Pimiento 29.86 0.11 -2.18 -0.25
Papaya 164.64 0.62 -0.48 -0.30
Cebolla .82 0.00 -5.78 -0.02
Total, N 844.67 DP = 2.81
* La diversidad de la producción aplicando el índice de Shannon se calcula considerando la producción de cada renglón dividido entre el volumen de la producción total alcanzada. Diversidad de la Producción, DP= - (pi/N) (ln pi/N), donde pi/N= volumen de la producción de un renglón en particular dividido entre el total de la producción.
21
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23
Herramientas para calcular la eficiencia energética
Dada la necesidad que existe de evaluar y documentar los resultados que se han obtenido en la implementación de sistemas agroecológicos, así como de analizar las brechas existentes en cuanto a la eficiencia en los modelos convencionales y especializados de producción, se presentan las bases delcálculo y análisis disponibles para lograr estos objetivos. La metodología consta de dos componentes fundamentales:
1) Planilla para la captura de los datos (tabla 9), que recoge los elementos necesarios para calcular la eficiencia energética: área del sistema productivo (parcela, finca, cooperativa, municipio, provincia o país); tipo y cantidad de los alimentos o productos obtenidos; y gastos energéticos directos o indirectos de la producción, entre ellos la fuerza de trabajo humana y animal,combustibles, fertilizantes, etcétera.
2) Sistema computarizado ENERGÍA 3.01, que facilita las operaciones de cálculo y ofrece un resultado rápido que refleja cuál es la eficiencia en el uso de la energía de un sistema productivo, así como la cantidad de personas que puede alimentar tomando en cuenta las producciones obtenidas y los insumos utilizados. Aquí se ofrecen indicaciones para el procedimiento del cálculo y evaluación de la eficiencia energética y las diferentes variantes de análisis e indicadores.
24
1) PLANILLA PARA LA CAPTURA DE DATOS
Tabla 9. Datos necesarios para el cálculo de la eficiencia productiva y energética de la producción agropecuaria
DATOS GENERALES
Nombre de sistema productivo en estudio (parcela, finca, cooperativa, granja, etc.):Período de análisis (ciclo de cultivo, semestre, año, etc.):Área total de la unidad (ha):
PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
ProductoProducción total, kg
Valor calórico,MJ/kg MF
Valor proteico, % PB, g/100g
Producción de energía, MJ
Producción de proteína, kg
Subtotal
Producción, t/ha
Nota: Los datos de la equivalencia energética y proteica de los productos agrícolas y pecuarios se encuentran en las tablas 17 y 18.
25
PRODUCCIÓN PECUARIA
ProductoProducción total, kg
Valor calórico, MJ/kg MF
Valor proteico, % PB, g/100g
Producción de energía, MJ
Producción de proteína, kg
Subtotal
Producción, t/ha
PRODUCCIÓN AGRÍCOLA + PECUARIA
Producción,t/ha
TOTAL
GASTOS EN INSUMOS PRODUCTIVOS
Tipo de insumo Cantidad, kg Equivalencia calórica, MJ/kg Gasto calórico total, MJ
Fórmula
N, kg
P, kg
K, kg
Materia orgánica, kg
Diesel, litros
Gasolina, litros
Pesticidas, kg
Herbicidas, kg
Electricidad, Kw/h
Trabajo humano
Trabajo animal
Otros
TOTAL, MJ
26
2) SISTEMA COMPUTARIZADO ENERGÍA 3.01
El sistema computarizado Energía 3.01 (Funes-Monzote et al., 2009) permite realizar el cálculo de 15 parámetros relacionados con la eficiencia energética del sistema productivo (tabla 10).
Tabla 12. Parámetros que permite medir el sistema computarizado Energía 3.01
Parámetro Descripción FórmulaHoras de trabajo humano sobre hectáreas
Número de horas de trabajo humano por hectárea de terreno. area
hortrabhumTH
Donde.hortrabhum: Número total de horas de trabajo humano invertidas.area: Área de la finca, en hectáreas.
Energía insumida (Megajoules/ha)
Cantidad de energía gastada por concepto de insumos utilizados, expresado en megajoules por una hectárea de terreno.
area
energiagastoEI
*
Donde.gasto: Gasto del insumo, en su unidad de medida.energia: Equivalente energético de la unidad del insumo, en megajoules.area: Área de la finca, en hectáreas.
Rendimiento productivo (Toneladas/ha)
Rendimientos de las producciones agrícolas, expresado en toneladas (correspondiente al producto producido) por una hectárea de terreno.
1000
*
area
factorproduccion
RP
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.area: Área de la finca, en hectáreas.
Energíaproducida (Megajoules/ha)
Cantidad de energía producida por concepto de producciones agrícolas, expresado en megajoules por una hectárea de terreno.
area
energiaproduccionEP
*
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.energía: Equivalente energético de la unidad del insumo, en megajoules.area: Área de la finca, en hectáreas.
Proteína producida (Kg/ha)
Cantidad total de proteínas producida por concepto de producciones agrícolas, expresado en kilogramos por una hectárea de terreno.
area
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Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.proteina: por ciento de contenido de proteínas del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.
27
Proteína de origen vegetal producida (Kg/ha)
Cantidad de proteínas de origen vegetal producida por concepto de producciones agrícolas, expresado en kilogramos por una hectárea de terreno.
area
prvegetfactorproduccion
PV 100**
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.prveget: por ciento de contenido de proteínas de origen vegetal del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.
Proteína de origen animal producida (Kg/ha)
Cantidad de proteínas de origen vegetal producida por concepto de producciones agrícolas, expresado en kilogramos por una hectárea de terreno.
area
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PA 100**
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.pranim: por ciento de contenido de proteínas de origen animal del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.
Personas que alimenta con energía (Personas/ha)
Número de personas que se pueden alimentar con las producciones agrícolas de acuerdo a requerimientos energéticos anuales, expresado en personas por una hectárea de terreno.
reqenergarea
energiaproduccion
AE
*
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.energia: Equivalente energético de la unidad del insumo, en megajoules.area: Área de la finca, en hectáreas.reqenerg: requerimiento energético anual de una persona promedio, en megajoules.
Personas que alimenta con proteínas (Personas/ha)
Número de personas que se pueden alimentar con las producciones agrícolas de acuerdo a requerimientos de proteínas anuales, expresado en personas por una hectárea de terreno.
reqprotarea
proteinafactorproduccion
AP
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Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.proteina: por ciento de contenido de proteínas del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.reqprot: requerimiento en proteínas anual de una persona promedio, en kilogramos.
Personas con proteínas de origen vegetal (Personas/ha)
Número de personas que sepueden alimentar con las producciones agrícolas de acuerdo a requerimientos de proteínas de origen vegetal anuales, expresado en personas por una hectárea de terreno.
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Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.
28
proteina: por ciento de contenido de proteínas del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.reqprveg: requerimiento en proteínas de origen vegetal anual de una persona promedio, en kilogramos.
Personas con proteínas de origen animal (Personas/ha)
Número de personas que se pueden alimentar con las producciones agrícolas de acuerdo a requerimientos de proteínas de origen animal anuales, expresado en personas por una hectárea de terreno.
reqpranimarea
proteinafactorproduccion
AA
100**
Donde.produccion: Producción del producto, en su unidad de medida.factor: Factor de conversión a kilogramo.proteina: por ciento de contenido de proteínas del producto. area: Área de la finca, en hectáreas.reqpranim: requerimiento en proteínas de origen animal anual de una persona promedio, en kilogramos.
Costo energético de la proteína (Megajoules/kg)
Relación (cociente) entre la energía total gastada por concepto de insumos utilizados y la cantidad total de proteína producida, expresado en megajoules por un kilogramo.
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Donde.energtotgast: Cantidad total de energía gastada, en megajoules.prottotprod: Cantidad total de proteínas producidas, en kilogramos.
Productividad energética del trabajo (Horas/megajuole)
Relación (cociente) entre las horas de trabajo humano invertidas y la energía total producida, expresado en horas por un megajoule.
odenergtotpr
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Donde.hortrabhum: Número total de horas de trabajo humano invertidas.energtotprod: Cantidad total de energíaproducida, en megajoules.
Productividad proteica del trabajo (Horas/kilogramo)
Relación (cociente) entre las horas de trabajo humano invertidas y la proteína total producida, expresado en horas por un kilogramo.
dprottotpro
hortrabhumPPT
Donde.hortrabhum: Número total de horas de trabajo humano invertidas.prottotprod Cantidad total de proteínas producidas, en kilogramos.
Balance energético
Relación (cociente) entre la energía producida en forma de productos y la energía gastada en forma de insumos.
energgast
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Donde.energprod: Cantidad total de energía producida, en megajoules.energgast: Cantidad total de energía gastada, en megajoules.
29
Cálculo de la eficiencia energética de un sistema productivo. Ejercicio práctico y tipos de análisis
El cálculo de la eficiencia energética se puede combinar con la eficiencia productiva en términos de la cantidad de personas que alimenta el sistema por hectárea. En la tabla 11 se presenta el cálculo para una finca en un año; en la 12 se realiza una comparación de los mismos indicadores para distintos años; en la 13 se comparan sistemas con diferentes proporciones de integración ganadería:agricultura y en la 14 se analiza la contribución de cada actividad a la producción energética y proteica total. Nótese que los valores energéticos en estas cuatro tablas se expresan en calorías (ver factores de conversión y equivalencia energética, p. 35).
Tabla 11. Cálculo de la eficiencia energética de un sistema productivo con proporción de integración ganadería:agricultura (75:25) en la provincia Las Tunas
Factores productivos Descripción
Área, ha 13 hectáreas
Producción total, t 40.73 t = 3 t/ha
Agrícola 22.27 t = 1.7 t/ha
Pecuario 18.46 = 1.3 t/ha
Energía, Mcal/ha 30614.5 Mcal / 13 = 2355.0 Mcal
Proteína, kg/ha 1287.4 kg de proteína / 13 = 99.03 kg/ha
Cantidad de personas que alimenta/ha
Fuentes energéticas 30614.5 Mcal / 1022 Mcal/pers./año = 30 pers. / 13 ha= 2.3 pers. /ha
Fuentes proteicas
1. Origen vegetal 574.4 kg / 15.3 kg prot./pers./año = 37 pers. /13 ha= 2.8 pers. /ha
2. Origen animal 712.9 kg / 10.2 kg prot./pers./año = 70 pers. /13 ha= 5.4 pers. /ha
Insumos (gastos energéticos)
Trabajo humano, Mcal 8939 horas x 250 kcal/hora = 2234.7 Mcal
Trabajo animal, Mcal 628 horas x 2 x 1400 kcal/hora = 1758.4 Mcal
Trabajo con tractor, litros 3.5 ha x 40 l/ha = 140 lts. x 2 labores = 280 x 9243 kcal/l= 2588 Mcal
Relación energética (cal. producidas/cal. invertidas)
30614.4 Mcal / 6581.19 Mcal = 4.65 calorías producidas / calorías invertidas
30
Tabla 12. Comparación de la eficiencia productiva y energética en una finca agroecológica (tres años de análisis)
Factores productivos Primer año Segundo año Tercer año
Área, ha 1 1 1Producción total, t/ha 4.4 4.9 5.1
Agrícola 1.3 3.3 2.8
Pecuario 3.1 1.6 2.3Energía, Mcal/ha 3797 3611 4885Proteína, kg/ha 168 115 151Personas que alimenta/ha
Fuentes energéticas 4 3.5 4.8
Fuentes proteicas 1. Origen vegetal 3 2.4 2.22. Origen animal 12 8 11.4
Insumos (gastos energéticos)Trabajo humano, Mcal 569 392 359Trabajo animal, Mcal 16.8 16.8 16.8Trabajo con tractor, Mcal 277.3 - 138.6Relación energética(caloríasproducidas/calorías invertidas)
4.4 8.8 9.5
Tabla 13. Comparación de la eficiencia productiva y energética de fincas agroecológicas en diferentes proporciones de integración ganadería:agricultura
Factores productivosProporción de integración ganadería:agricultura
75: 25 50:50 25:75
Área, ha 1 1 1Producción total, t 4.4 6.9 5
Agrícola 1.3 5.1 4.1 Pecuario 3.1 1.8 0.9
Energía, Mcal/ha 3797 7275.82 2951Proteína, kg/ha 168 238.32 94Personas que alimenta/ha
Fuentes energéticas 4 7 3 Fuentes proteicas 7 9 4
1. Origen vegetal 3 8.7 42. Origen animal 12 10 3
Insumos (gastos energéticos)Trabajo humano, Mcal 569 422.1 838.5Trabajo animal, Mcal 16.8 16.8 16.8Trabajo con tractor, litros 277.29 277.29 277.29Relación energética (calorías producidas/calorías invertidas)
4.39 10.15 2.60
31
Tabla 14. Análisis de la producción energética por actividad
Primer año
EspecialidadProducción,
kg% Producción de
energía, Mkcal
% Producción de proteína, kg
%
Frutas 4 0.1 1.1 0.03 0.023 0.01Granos 295 7 1085.2 29 35.5 21Raíces y tubérculos 188 4 248.3 6 1.9 1Hortalizas y condimentos
855 19 203.2 5 9.1 6
Sub total producción agrícola
1342 30 1537.8 40 46.5 28
Leche 2908 66 1919.3 51 96 57Carne 149 4 339.7 9 25.5 15Sub total producción pecuaria
3057 70 2259 60 121.5 72
Total producido, t 4.4 100 3796.8 100 168 100
Segundo año
Frutas 1046 21 609.7 17 7.98 7Granos 108.9 2 110.8 3 4.63 4Raíces y tubérculos 982.4 20 1248.2 35 11.98 10Vegetales 1127.5 23 273.9 8 12.07 11Sub total producción agrícola
3264.8 66 2242.6 62 36.66 32
Leche 1468.7 30 969 27 48.4 42Carne 175 4 399 11 29.8 26Sub total producción pecuaria
1643.7 34 1368 38 78.2 68
Total producido 4.9 100 3611 100 114.86 100
Bases del cálculo Tabla 15. Equivalencia energética utilizada para calcular gastos en insumos directos e indirectos
Insumos directos Unidad MJ**/unidad Insumos indirectos, kg MJ**/unidad
Petróleo litro 38.7 Fertilizantes (N) 51.5-61.5
Gasolina litro 3.4 Fertilizantes (P) 1.7-12.6
Fuerza trabajo humano h 1.0 Fertilizantes (K) 5.0-11.5
Fuerza trabajo animal h 5.9-9.2 Fertilizantes orgánicos* 0.3
Electricidad kWh 3.6 Herbicidas 238
Insecticidas 184
Maquinarias 88
Fuente: García Trujillo, 1996.* Energía expandida en la manipulación y la preparación de 1 kg de fertilizante orgánico. ** 1 joule (J) = 0.2388 cal; 1 cal = 4.18 J (World Energy Council).
32
Tabla 16. Consumo diario de energía y proteína recomendado
Actividad EdadSexo masculino Sexo femenino
Energía, MJ Proteína, g Energía, MJ Proteína, g
Ligera 18-30 11.2 80 8.7 63
30-60 10.9 78 8.7 63
> 60 9.1 65 7.9 56
Moderada 18-30 12.6 90 9.8 71
30-60 12.3 88 9.8 71
> 60 10.3 74 8.9 64
Intensa 18-30 14.0 101 10.9 78
30-60 13.7 98 10.9 78
> 60 11.4 82 9.8 71
Muy intensa 18-30 15.4 110 12.0 86
30-60 15.0 108 12.0 86
> 60 12.6 90 10.8 77
Fuentes: Recomendaciones para la población cubana, Porrata et al., 1996; FAO/WHO/UNU, 1985.
Tabla 17. Productos de origen animal y contenido en energía y proteína
Producto animal Proteína, g/100g Energía, MJ/kg Rechazo, %*
Huevo de gallina (44 g) 12.6 6.0 12
Huevo de gansa (144 g) 13.9 7.8 13
Huevo de codorniz (9 g) 13.1 6.6 8
Huevo de pavo (79 g) 13.7 7.2 12
Miel de abeja 0.3 12.7 -
Carne de bovino 20.7 6.5 45
Carne de búfalo 20.4 4.1 47
Carne de carnero 16.7 4.0 55
Carne de cerdo 16.9 11.0 25
Carne de conejo 20.1 5.7 35
Carne de pato 11.5 16.9 27
Carne de pollo 20.9 7.2 27
Leche de búfala 3.8 4.0 -
Leche de cabra 3.6 2.9 -
Leche de vaca 3.2 2.5 -
Fuente: Gebhardt et al., (2007).
* El rechazo para los huevos se refiere a la cáscara; y para la producción de carne, a la parte no utilizada en la alimentación humana, como huesos, vísceras y piel. Los datos sobre el porcentaje de carne en canal fueron tomados de García Trujillo (1996).
33
Tabla 18. Relación de productos vegetales y su contenido de proteína y energía (parte consumible) para los cálculos de producción de energía y proteína
Producto vegetal Nombre científicoProteína,g/100 g
Energía,MJ/kg
Rechazo, %*
Aguacate Persea americana 2.2 5.0 33
Ají rojo Capsicum annuum 1.0 1.3 18
Ají verde Capsicum annuum 0.9 0.8 18
Ajo Allium sativum 6.4 6.2 13
Ajo puerro Allium porrum 1.5 2.6 56
Ajonjolí Sesamum indicum 17.7 24.0 -
Anón Annona squamosa 2.1 3.9 45
Arroz Oriza sativa 6.6 15.1 -
Berenjena Solanum malongena 1.0 1.0 19
Boniato Ipomoea batatas 1.6 3.6 28
Calabaza Cucurbita spp. 1.0 1.1 30
Cebolla (bulbo) Allium cepa 1.1 1.7 10
Cebollino Allium schoenoprassum 1.8 1.4 4
Chirimoya Annona cherimola 1.7 3.1 21
Coco Cocos nucifera 3.3 14.8 48
Col Brassica oleracea 1.3 1.0 20
Cowpea Vigna unguiculata 23.5 14.1 -
Espinaca Spinacia oleracea 2.9 1.0 28
Frijol blanco Phaseolus vulgaris 23.4 13.9 -
Frijol lima Phaseolus lunatus 21.5 14.1 -
Frijol mantequilla Phaseolus vulgaris 22.0 14.4 -
Frijol mungo o chino Vigna mungo 25.2 14.3 -
Frijol negro Phaseolus vulgaris 21.3 14.2 -
Gandul Cajanus cajan 7.2 5.7 52
Garbanzo Cicer arietinum 19.3 15.3 -
Girasol (semilla seca) Helianthus annuus 20.8 24.5 -
Guanábana Annona muricata 1.0 2.8 45
Guayaba Psidium guajava 2.6 2.9 -
Haba Vicia faba 26.1 14.3 -
34
Habichuela Phaseolus vulgaris 1.8 1.3 12
Lechuga Lactuca sativa 1.4 0.6 36
Limón Citrus limon 1.1 1.2 47
Maíz (grano seco) Zea mays 9.4 15.3 -
Maíz (grano tierno) Zea mays 3.2 3.6 -
Malanga Colocasia esculenta 1.5 4.7 14
Mamey Pouteria sapota 1.7 3.6 35
Mango Mangifera indica 0.5 2.7 31
Maní Arachis hypogaea 25.8 23.7 -
Maracuyá Passiflora edulis 2.2 4.1 48
Melón Citrullus lanatus 0.6 1.3 48
Millo Panicum miliaceum 11.0 15.8 -
Naranja Citrus sinensis 0.9 2.0 27
Ñame Dioscorea spp. 1.5 4.9 14
Papa Solanum tuberosum 2.6 2.4 -
Papaya Carica papaya 0.6 1.6 33
Pepino Cucumis sativus 0.7 0.7 3
Piña Ananas comosus 0.5 2.1 49
Plátano fruta Musa spp. 1.1 3.7 36
Plátano vianda Musa spp. 1.3 5.1 35
Quimbombó Abelmoschus esculentus 2.0 1.3 14
Rábano Raphanus sativus 0.7 0.7 10
Remolacha Beta vulgaris 1.8 0.8 8
Soya (grano seco) Glycine max 36.5 18.7 -
Soya (grano verde) Glycine max 13.0 6.1 -
Tomate (maduro) Lycopersicon esculentum 0.9 0.8 9
Tomate (verde) Lycopersicon esculentum 1.2 1.0 9
Toronja Citrus paradisi 0.6 1.3 50
Yuca Manihot esculenta 1.4 6.7 20
Zanahoria Daucus carota 0.9 1.7 11
Fuente: Gebhardt et al., (2007).
* El rechazo se refiere a la parte no consumible.
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Factores de conversión y equivalencia energética Fuente: World Energy Council (WEC, 2009)
Unidades energéticas básicas
1 joule (J) = 0.2388 cal
1 caloría (cal) = 4.1868 J
1 Unidad térmica británica (Btu) = 1.055 kJ = 0.252 kcal
Unidades estándar del WEC:
1 tonelada equivalente a petróleo (toe) = 42 GJ (valor calorífico neto) = 10 034 Mcal
1 tonelada equivalente a carbón (tce) = 29.3 GJ (valor calorífico neto) = 7 000 Mcal
Nota: La tonelada equivalente a petróleo es actualmente utilizada por la Agencia Internacional para la Energía como 107 kilocalorías, valor calorífico neto equivalente a 41.868 GJ.
Equivalentes volumétricos
1 barril = 42 galones EE.UU. = aproximadamente 159 litros
1 metro cúbico = 35.315 pie cúbico = 6.2898 barriles
Electricidad: 1 kWh de electricidad = 3.6 MJ = aproximadamente 860 kcal
Kilo 10001 103 1,000
Mega 10002 106 1,000,000
Giga 10003 109 1,000,000,000
Tera 10004 1012 1,000,000,000,000
Peta 10005 1015 1,000,000,000,000,000
Exa 10006 1018 1,000,000,000,000,000,000
Zetta 10007 1021 1,000,000,000,000,000,000,000
Yotta 10008 1024 1,000,000,000,000,000,000,000,000
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Direcciones futuras
Reducir el uso de la energía cultural industrial, especialmente las no renovables o fuentes contaminantes del ambiente como los combustibles fósiles e insumos químicos. Insumos que además decostosos, son controlados por las transnacionales, lo cual genera una cadena de dependencia.
Incrementar el empleo de la energía cultural biológica a partir del uso intensivo de las fuentes de energía renovable en el medio rural.
Diseñar agroecosistemas en los cuales se establezcan relaciones integradas que reciclen más nutrientes y biomasa, y que necesitenmenor cantidad de energía cultural industrial.
Desarrollar y aplicar indicadores de sostenibilidad relacionados con los asuntos energéticos que se combinen con los objetivos de la eficiencia, la productividad y la renovabilidad.
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