EVALUACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS DE...

XXIII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXIII-SPES), Huancayo, 14-19.11.2016

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS DE

LA CAÑA DE AZÚCAR EN EL PERÚ

Mario Daniel Marcelo Aldana – [email protected]

Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía

Waldir Antonio.Bizzo - [email protected]

Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Ingeniería Mecánica

Marcoantonio Víctor Alamo Viera – [email protected]

Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía

Resumen. El alcance de este trabajo es realizar un análisis de factibilidad para la producción de energía a partir de

derivados de la caña en el Perú. Por lo tanto, hace una reseña de la historia, los métodos, el escenario actual y

perspectivas de futuro de las plantaciones de caña relacionados con la industria de producción de etanol y la azucarera.

Se mostrará el análisis de residuos de cosecha (hojas). El bagazo es un residuo producido después de que el jugo es

extraído de la caña de azúcar (proceso de molienda). Hoy en día este residuo se quema en calderas y la energía producida

se utiliza para generar vapor. Por otro lado, los residuos de cosecha representan una parte significativa de la energía

contenida en la caña de azúcar, pero se dejan en el campo, o peor aún; son quemados después de la cosecha. También

se mostrará un valor estimado del potencial de generación de electricidad a partir de residuos de caña de azúcar

Palabras clave: Caña de azúcar, Biomasa, Bioenergía, Potencial energético

1. INTRODUCCIÓN

El Perú es un país en vías de desarrollo con una población de 31.38 millones de personas que ha destacado los

últimos años en Latinoamérica y el Caribe por tener una tasa de crecimiento económico promedio de 5.9% los últimos

años, en un entorno de baja inflación (2.9% en promedio) (GRUPO BANCO MUNDIAL, 2016). El progreso económico

del Perú supone el desarrollo del sector energético como base; sin embargo, algunos indicios sugieren que la producción

energética no crece al ritmo que requiere la economía. Información proporcionada por el proyecto “Energía, Desarrollo

y Vida" realizado por EnDev (Energising Development) nos revela que aún existen 3 millones de peruanos que carecen

de energía eléctrica y gastan en servicios de energía de baja calidad. A parte de eso se prevé un desabastecimiento eléctrico

debido a que la demanda de energía eléctrica aumenta con una tasa media actual de 7%. La demanda actual en el Perú es

de 12251 MW (año 2015), y no se están poniendo en funcionamiento nuevas centrales eléctricas (Ministerio de Energía

y Minas , 2015). Otro punto a resaltar es que el Perú, en temas energéticos, se abastece principalmente de recursos

naturales no renovables como el petróleo, que además es altamente contaminante, tanto en su uso como en su producción.

Esto se puede apreciar en el gráfico de la figura 1, correspondiente al Balance de Energía primario del cual se extrajo la

información que también se presenta en la tabla 1 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016):

Tabla 1. Producción de Energía Primaria

FUENTE 2013 2014 VAR. (%)

Energía Comercial (TJ)

Gas Natural + LGN (*) 695787 718972 3

Petróleo Crudo 132930 146479 10

Hidroenergía 100389 99899 -0.5

Carbón Mineral 5752 6175 7

Subtotal 934858 971525 4

Energía No Comercial (TJ)

Leña 81640 81313 -3

Bagazo 20405 21520 5

Bosta & Yareta 7990 7701 -4

Energía Solar (**) 1019 1052 3

Subtotal 111054 111586 0

TOTAL 1045912 1 083 111 4

(*) Líquido de Gas Natural – Producción fiscalizada; (**) Estimado

Fuente: Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016).

mailto:[email protected]




Figura 1. Gráfico correspondiente a la producción de energía primaria 2014.

Fuente: Elaboración propia desde Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016).

En la estructura de producción de energía primaria, los hidrocarburos continúan prevaleciendo como la fuente

principal. De la misma manera, la producción de energía comercial (conformada por todas aquellas fuentes de energía

susceptibles a ser fácilmente compradas o vendidas en un mercado) representó el 89,7% del total.

Tabla 2. Exportaciones e importaciones de Energía Primaria 2014 (TJ).

FUENTE IMPORTACIONES EXPORTACIONES SALDO

Petróleo Crudo 176348 32770 (143578)

Carbón Mineral 15480 7401 (8080)

TOTAL 191828 40171 -151657

Fuente: DGH1, SUNAT2.

En la tabla 2 se puede observar que la importación de energía primaria durante el año 2014 fue 191 828 TJ, de los

cuales el petróleo crudo representó el 92% y el carbón mineral, el resto. Por otro lado, durante el mismo año, se vendió

al exterior 40 171 TJ de energía primaria, en lo cual el petróleo crudo tuvo una participación del 82%, mientras que el

restante fue del carbón mineral.

La oferta interna bruta de energía primaria considera de forma agregada a la producción total, la variación de

inventarios y las importaciones; descontando la energía no aprovechada y las exportaciones. Los datos correspondientes

se presentan en la tabla 3, y de manera esquemática en el gráfico de la figura 2.

Tabla 3. Oferta Interna Bruta de Energía Primaria (TJ).

FUENTE 2013 2014 VAR. (%)

Energía Comercial (TJ)

Gas Natural + LGN (*) 695787 718972 3

Petróleo Crudo 277776 286775 3

Hidroenergía 100389 99899 0

Carbón Mineral 35843 32725 -9

Subtotal 1109795 1138371 3

Energía No Comercial (TJ)

Leña 81640 81313 0

Bagazo 20405 21520 5

Bosta & Yareta 7990 7701 -4

Energía Solar (**) 1019 1052 3

Subtotal 111054 111586 0

TOTAL 1220849 1249957 2

Fuente: DGH, DGE3, DGM4.

1 Dirección General de Hidrocarburos 2 Superintendencia Nacional de Aduanas y de Administración Tributaria 3 Dirección General de Epidemiología 4 Dirección General de Minería

66.4%13.5%

9.2%

0.6% 7.5%

2.0%0.7%

0.1%

ESTRUCTURA DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA: 2014

Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbon Mineral Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**)


Figura 2. Gráfico correspondiente a la oferta interna bruta de energía primaria.

Fuente: Elaboración propia desde Balance Nacional de Energía 2014 (Espinoza Zegarra & Bernabel Badillo, 2016).

Tabla 4. Destino de la Oferta Interna de Energía Primaria (TJ).

DESTINO 2013 2014 VAR. (%)

Centros de Transformación 1105408 1137383 3

Consumo Directo 116332 115737 -1

TOTAL 1221741 1253120 3

Fuente: DGH, DGE.

Tabla 5. Distribución de la Energía Primaria destinada a los centros

de transformación (TJ).

DESTINO 2013 2014

Refinerías 277776 286775

Planta de Gas 695787 718972

Centrales Eléctricas 127571 127418

Hidroenergía 100389 99899

Bagazo 12699 17433

Carbón Mineral 13775 8442

Solar 708 717

Eólica 0 927

Coquerías y Altos Hornos 0 0

Carbón Mineral 0 0

Carboneras 4274 4218

Leña 4724 4218

TOTAL 1105408 1137383

Fuente: DGH, DGE.

Figura 3. Representación gráfica de la producción anual del Perú en el año 2014.

Fuente: Elaboración propia desde Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014).

57.52%22.94%

7.99%

2.62%6.51%

1.72% 0.62% 0.08%

OFERTA INTERNA BRUTA DE ENERGÍA PRIMARIA

Gas Natural + LGN (*) Petróleo Crudo Hidroenergía Carbón Mineral Leña Bagazo Bosta & Yareta Energía Solar (**)

50.25%48.66%

1.09%

PARTICIPACIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Hidroeléctrica Termoeléctrica RER


En cuanto a la producción de energía eléctrica estamos en una situación un poco similar, aunque la mayoría de la

energía es generada por centrales hidráulicas, ésta es casi igualada por la que es de origen térmico y por último con

mínimo porcentaje Recursos Energéticos Renovables (RER) no convencionales, que son la energía eólica, solar, biomasa

y el biogás. Por ejemplo, la producción de energía eléctrica en el año 2014 fue de 41 795,9 GWh, incrementándose 5.36%

con respecto al año 2013. En la figura 3 se presenta un gráfico sobre la participación de cada fuente en la producción

nacional en porcentajes y en la tabla 6 sus valores correspondientes (COES Sinac, 2014).

Tabla 6. Descripción detallada de la Producción Energética Anual de Perú 2014.

TIPO ENERGÍA(GWh) PARTICIPACIÓN (%)

Hidroeléctrica 21002.90 50.25

Termoeléctrica 20337.40 48.66

RER 455.6 1.09

TOTAL 41795.90 100.00%

Fuente: Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014).

En este escenario el gobierno y la sociedad deben plantearse de manera planificada y sustentada una estrategia para

abastecer la demanda energética derivada del crecimiento económico. Una de las opciones viables es el aprovechamiento

racional de la bioenergía. Las ventajas de su uso son más que evidentes, ya que pueden contribuir a bajar los niveles de

contaminación y disminuir el agotamiento de los recursos no renovables.

2. ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ

Se ha realizado un estudio, en el que se indican qué tipo de energías renovables se pueden desarrollar potencialmente

en el país, de las cuáles sólo la energía hidroeléctrica ha tenido un mayor desarrollo. En este trabajo se estudia el potencial

que puede tener la generación de energía eléctrica a través de la biomasa y que no se ha tomado en cuenta aún para su

desarrollo, ya que no existe una central eléctrica que mediante gasificación de la biomasa permita la generación de energía.

Tabla 7. Energías renovables disponibles en el Perú.

RECURSO TECNOLOGÍA ELEMENTOS APLICACIÓN

SOLAR

Fotovoltaica Celdas solares Electricidad

Térmica Colectores Calor, electricidad

Pasiva Muros, ventana, etc. Calor, iluminación

EÓLICA Generación eléctrica Aerogeneradores Electricidad

Fuerza motriz Aerobombeo Fuerza motriz

BIOMASA

Digestión anaerobia Biodigestor Biogás combustible

Gasificación Gasificador Gas combustible

Pirólisis Pirolizador Combustible

Fermentación Destilería Bioetanol

Alcohólica

Esterificación Unidad de esterificación Biodiesel

Combustión Hornos, calderas Calor, electricidad

HIDRÁULICA

Centrales Pequeñas centrales Electricidad

Hidroeléctricas Hidráulica

Pequeños aprovechamientos Rueda Fuerza motriz

OCÉANOS

Mareas Barreras, turbinas Electricidad

Olas Flotadores, focalizadores Electricidad

Diferencias de temperaturas Turbinas condensadores Electricidad

Corrientes marinas Electricidad

GEOTERMIA Generación eléctrica Plantas de energía Electricidad

Usos directos Aguas termales Calor, recreación, salud

Fuente: Resumen Estadístico Anual de COES 2014 (COES Sinac, 2014).


2.1. PARTICIPACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ (COES SINAC, 2015)

A partir del 2008 el Gobierno Peruano emitió el Decreto Legislativo 1002 que promueve la inversión para la

generación de electricidad con el uso de Recursos Energéticos Renovables (‘RER’, en adelante), tales como la energía

eólica, solar, geotérmica, mareomotriz, la biomasa y las pequeñas hidroeléctricas. A continuación en la figura 4 se

presenta la participación de cada una de las Energías Renovables.

Figura 4. Participación de las energías renovables en la producción de energía eléctrica

Fuente: Producción con Recursos Renovables (COES SINAC, 2015).

Posteriormente, en la tabla 8 se presentan los valores correspondientes a la producción energética con recursos

renovables del SEIN, en el año 2015.

Tabla 8. Descripción detallada de la Producción Energética Anual de Perú 2014,

con energías renovables.

TIPO ENERGÍA(GW.h) PARTICIPACIÓN (%)

Hidroeléctrica 889.2 48.63

Eólica 590.7 31.98

Termoeléctrica 127.3 6.89

Solar 231.0 12.50

TOTAL 1847.2 100.00%

Fuente: Producción con Recursos Renovables (COES SINAC, 2015)

2.2. SUBASTA DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ

La Ley de Promoción de la Inversión en Generación de electricidad con el uso de energías renovables (2008), bajo

el Decreto Legislativo N° 1002, busca fomentar la utilización de los Recursos Energéticos Renovables (RER) con el

objetivo de mejorar la calidad de vida de la población sin tener que afectar negativamente al medio ambiente. Esta

promoción se basa en la inversión para producción de electricidad. De esta manera, en el marco legal que acoge esta

iniciativa, se encuentran en curso la Cuarta Subasta RER para Suministro de Energía al Sistema Eléctrico Interconectado

(SEIN) y la Primera Subasta RER para Suministro de Energía a Áreas No conectadas a Red (Instalaciones RER

Autónomas), respectivamente.

En conclusión, el proceso de concurso abierto al público, solicitado y dirigido por OSINERMIN con la finalidad de

poder otorgar Energía al SEIN. Además, este proceso estables que se subastará 1300 GWh de energía total al año y con

requerimiento específicos contenidos en las bases. Se requiere también un adicional de 450 GWh anuales de proyectos

hidroeléctricos RER nuevos.

2.2.1. ESTADÍSTICAS RER - SEIN

Es posible tener acceso visual a gráficas sobre la producción e ingresos a partir de RER, en el sitio Web de

Osinergmin (Osinergmin, 2013), donde se puede indicar las fechas entre las que se desea conocer los indicadores

mencionados

Las centrales hidroeléctricas, de biomasa y de biogás, son los generadores RER en operación comercial que más

destacan, tal como se muestra en la figura 5.

48.62%

31.98%

6.89%

12.51%

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE (RER) - 2015

Hidroeléctrica Eólica Termoeléctrica Solar


Figura 5. Captura de la gráfica de la producción de electricidad RER por Tecnología (MWh)

Fuente: Estadísticas RER-SEIN (Osinergmin, 2013).

En el panorama que encierra los proyectos de generación de energía a partir de Biomasa, en la primera subasta (1ra

convocatoria) solo se han adjudicado dos de ellos: uno a la empresa Paramonga, cuya potencia es de 23 Mw y además

tiene una generación de energía anual comprometida de 115 Gwh (tarifa adjudicada de 52 US$/MWh); y el otro proyecto

al relleno de Huaycoloro, que registra 4.4 Mw de potencia y una energía anual de 28.3 GWh (tarifa adjudicada de 110

US$/MWh). Asimismo, en la segunda subasta se adjudicó un proyecto más a la central térmica La Gringa, empresa con

3.2 Mw de potencia y que genera 14.02 Gwh de energía anual (tarifa adjudicada de 99.99 US$/MWh) (Osinergmin, 2013).

No obstante, el Perú posee un potencial interesante no muy bien precisado hasta la fecha, que mayormente

corresponde a proyectos de generación a partir de bagazo de caña de azúcar proveniente de las plantas alcoholeras y de

los ingenieros azucareros. Actualmente existen 11 ingenios azucareros en el Perú, de los cuales al menos 09 de ellos

emplean bagazo en sus plantas de cogeneración (García Bustamante, 2013).

3. POTENCIAL DE BIOMASA EN EL PERÚ

Como en muchos países en vías de desarrollo, la leña representa una parte importante en el balance de energía del

Perú: más de 20 % de la energía primaria corresponde a leña y bosta. Lo que se hace en el Perú actualmente en este campo

es generar energía a través de la quema de leña y bosta:

Biomasa para producción de calor.

Biodigestores para producción de gas.

Biocombustibles.

Pero el potencial de la biomasa no se limita a procesos con combustión directa de la biomasa, sino que también se

puede obtener energía a través de la gasificación de los residuos de ciertos cultivos, cuyas propiedades como poder

calorífico y estructura química, propicien un proceso favorable y desarrollo eficiente de las reacciones químicas que tienen

lugar en este proceso.

Tabla 9. Cantidad de residuos por cultivo y su energía aprovechable.

PRODUCTO RESIDUO

(TM)

VOLUMEN

(%)

ENERGIA

TEP

ENERGÍA

(%)

Maíz Amarillo 2,779,277 27.12 1,055,114 35.25

Caña de azúcar 1,884,271 18.39 616,509 20.59

Broza de algodón 446,698 4.36 170,342 5.69

Broza de

espárragos 242,638 2.37 66,773 2.23

Arroz (pajilla) 1,335,289 13.03 406,473 13.58

Arroz (cascarilla) 395,323 3.86 133,500 4.46

Viruta 60,242 0.59 24,453 0.82

Bagazo (residuo) 3,103,932 30.29 520,342 17.38

TOTAL 10,247,670 100 2,993,506 100

Fuente: Producción con Recursos Renovables (CONSORCIO DE UNIVERSIDADES, 2013).


En la tabla 9 se muestra algunos cultivos, cuyos residuos son altamente utilizables para gasificación, debido a su

razonable potencial energético y a la cantidad que se genera cada año, la cual se estima que sea alrededor de 10 millones

de toneladas métricas en el Perú.

Por otro lado, analizando el potencial para proyectos de generación a partir de residuos de caña, específicamente,

primero se debe tener en consideración que la costa del Perú, por sus características geográficas y climatológicas

inherentes, es altamente favorable para la producción de caña de azúcar. El MINAG (MINAG, 2008) registra un valor

promedio de productividad de 110 Ton/(Ha cosechada total), el cual es uno de los índices más altos del mundo, que se

posicionan incluso por encima de Brasil y Colombia, países con gran tradición en la producción de caña. Inclusive, se ha

registrado productividades que alcanzan los 140 Ton/(Ha cosechada total) en algunos proyectos, lo cual convierte sin

duda al Perú en uno de los líderes mundiales en la industria azucarera. No obstante, en consecuencia al cambio que el

gobierno militar impuso en el régimen de propiedad de la tierra, en la década del 70’s esta próspera industria se derrumbó

inevitablemente por la falta de conocimiento. Pero gracias al progreso de la economía del país en los últimos años, su

especial disposición a recibir capitales extranjeros y facilitar el proceso de industrialización, el reflorecimiento de esta

industria se ha hecho incuestionablemente visible.

3.1. SITUACIÓN AGRÍCOLA DE LOS CULTIVOS POTENCIALMENTE ENERGÉTICOS

Los cultivos, cuyos residuos pueden ser usados potencialmente para la producción de energía, son comunes y de los

más cosechados en el país; y todos crecen en la parte costera, por lo que esta zona es potencialmente energética en biomasa

residual. A continuación, en las tablas 10 y 11, se presenta la información correspondiente a la producción anual agrícola

del Perú de los cultivos con biomasa aprovechable durante el periodo 2006 – 2013.

Tabla 10. Hectáreas cosechadas de los cultivos con biomasa aprovechable.

SUPERFICIE COSECHADA (ha)

Año Algodón Arroz cáscara Caña de azúcar Espárrago Maíz Amarillo

2006 91787 343691 65847 20041 278174

2007 89428 337639 67952 23547 282766

2008 70507 379783 69127 29758 297620

2009 40639 404614 75348 29467 301194

2010 27963 388659 76983 30896 295848

2011 45811 359612 80069 33144 277388

2012 50685 393890 81126 33063 294843

2013 31391 395030 82205 33673 293718 Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.).

Tabla 11. Producción anual de los cultivos con biomasa aprovechable.

PRODUCCIÓN NACIONAL (t)

Año Algodón Arroz cáscara Caña de azúcar Espárrago Maíz Amarillo

2006 213409 2362260 7245833 259954 1020042

2007 215439 2435134 8228623 284103 1122918

2008 167397 2793980 9395959 328374 1231516

2009 95968 2991157 9936945 313880 1273943

2010 63758 2831374 9660895 335209 1283621

2011 122047 2624458 9884936 392306 1260123

2012 110954 3043330 10368866 375978 1392972

2013 82623 3046773 10992240 383144 1365239 Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.).

Se puede concluir que la producción nacional de estos cultivos anualmente es estable; por lo tanto, los residuos que

se dejan representan una cantidad considerable, tal como se mencionó en el apartado anterior. Queda demostrado entonces

que es posible aprovecharlos para la producción de energía y en la tabla 12 se presenta la cantidad de calor que aporta

cada kg de residuos de cada cultivo mencionado.


Tabla 12. Propiedades de cada cultivo según su residuo.

GRUPO DEL

CULTIVO CULTIVO RESIDUO

PODER CALORÍFICO

(MJ/kg)

Cereal

Arroz Pajilla 15.54

Trigo Tallo 17.15

Cáscara 17.39

Maíz mazorca(tusa) 17.39

Tallo 16.67

Cebada Pajilla 18.16

Semillas Linaza Pajilla 14.35

Oleaginosas Maní cáscara 15.56

Caña de Azúcar Caña de

azúcar

Bagazos 20

Parte superior y hojas 20

Horticultura Plátano Cáscara de plátano 17.4

Coco Fronda 10

Otros Algodón Tallo 17.4

Cáscara 16.7

Fuente: Base de Datos del Ministerio de Agricultura (Ministerio de Agricultura, s.f.).

3.1.1. OBTENCIÓN DE BIOMASA A TRAVÉS DE RESIDUOS AGRÍCOLAS

El potencial energético de la mayoría de residuos producto de diferentes actividades humanas: residuos sólidos

urbanos, residuos de consumo, residuos agropecuarios, agrícolas y forestales, es sin duda, muy significativo. Por esta

razón, son objeto de muchas investigaciones que buscan llegar a la manera más eficiente y eco-amigable de

aprovechamiento.

Se prestará especial atención sobre los residuos agrícolas y forestales que se obtienen de los restos de cultivos o de

limpiezas que se hacen en el campo con la finalidad de evitar plagas o incendios. Estos residuos generalmente no tienen

la calidad suficiente para utilizarse en otras aplicaciones que no sean las energéticas (ver Tab. 13).

Tabla 13. Biomasa generada en actividades forestales y agrícolas.

GENERACION DE BIOMASA EN ACTIVIDADES FORESTALES Y AGRÍCOLAS

Recurso Proceso regenerador Residuos Destino

Residuos

Forestales

Tratamientos silvícolas

(entresacas, clareos, podas)

Pies no maderables,

Ramas, matorrales Combustibles

Cortas de pies maderables Copas, ramas,

raberón

Combustibles

industrias de la madera

Podas de cultivos leñosos Restos de podas,

Ramas, ramones

Alimentación animal,

Combustibles fertilizantes

Residuos

agrícolas

Industriales

(algodón, tabaco,

Oleaginosa)

Plantas verdes, tallos Alimentación animal,

combustibles fertilizantes

Restos de

cultivos

herbáceos

Cereales

de invierno

(Trigo, cebada)

Pajas


camas de ganado,

combustibles

Cereales de

primavera

(Maíz, sorgo)

Tallos, zuros,

cascarillas


combustibles

Fuente: Portal de Internet del sector medio ambiente e industria (AMBIENTUM, 2015).

Estos residuos pueden ser aprovechados en la producción de energía (calor, electricidad o energía motriz) a través

de diferentes procesos con aplicaciones variadas. Dependiendo del tipo de proceso, los productos obtenidos pueden ser

sólidos, líquidos o gaseosos.

El Perú cuenta con gran cantidad de biomasa (figura 6), pero no existe el conocimiento necesario para procesar los

residuos limitando la capacidad de aprovechar nuevas formas de obtención de energía. El ministerio de agricultura afirma

que existen 2 millones 230 mil unidades agropecuarias generando un 30% del empleo nacional de las cuales según la


FAO la agricultura representa más del 80%. Incluso la FAOSTAT señala que el Perú ocupó en el año 2012 el puesto 18

en producción de caña de azúcar a nivel mundial pudiéndose notar que desde el año 2011 al 2014 para ambos cultivos se

dan los valores más actos de productividad.

El aumento en la producción ambos cultivos es innegable. Esto demuestra no solo lo importante de la agricultura en

el aspecto económico sino la gran cantidad de recursos agrícolas que se tienen y por ende los muchos residuos que se

generan.

Figura 6. Promedio de los productos más producidos entre los años 1961 y 2014.

Fuente: FOASTAT

Por otra parte, en el plan estratégico que presenta el ministerio de agricultura para el sector agrario de la región Piura

desde el año 2008 hasta el 2021 se indica que Piura tiene una capacidad de uso agrario (agropecuario y forestal) de 15

715.01 𝑘𝑚2 de una superficie total de 35 892.45𝑘𝑚2 cuya distribución en hectáreas se muestra en la tabla 2. Nótese la

gran cantidad de área aun no aprovechable que en un futuro favorecerá a la agricultura para mayor cosecha.

Tabla 14. Distribución de la tierra en el departamento de Piura.

Clasificación Has %

Extensión total de tierras 3589249 100

Área potencialmente agrícola 277572 7.73

Área bajo riego 176969 4.93

Área de posible incorporación 68980 1.92

Área de secano 67390 1.88

Bosque de protección 148539 4.14

Bosque de producción 867818 24.18

Otros usos 1981981 56.8

Fuente: Dirección regional Agraria. CENARGO 94

La manera como se calcula ese potencial existente para producción de energía eléctrica a partir del aprovechamiento

de los residuos de biomasa de la caña de azúcar es utilizando datos típicos: Consumos de energía por unidades de proceso

en ingenios, producción de vapor por Tonelada de bagazo, Heat Rate (Medida utilizada en la industria de la energía para

calcular la eficiencia de como un generador utiliza la energía térmica) en turbinas de vapor en ingenios, entre otros (García

Bustamante, 2013).

3.2. CÁLCULO DE LOS RESIDUOS DE CAÑA DE AZÚCAR DEJADOS EN EL CAMPO Y ENERGÍA

GENERADA

Hoy en día existen alrededor de 11 ingenios azucareros que disponen de un total aproximado de 82205 Ha de área

cosechada. Asimismo, la planta alcoholera del proyecto Caña Brava cuenta con un total de 9400 Ha ubicado en la zona

norte de Piura, en donde también vienen operando otras dos plantas de producción de etanol: Maple Etanol, que

recientemente ha sido comprada por el Grupo Gloria y COMISA, con un total de 33 600 Ha adicionales de caña de azúcar.

De esta manera, tomando en cuenta las hectáreas cosechadas y las potenciales para la plantación de caña de azúcar,

se tiene un total de 125205 Ha destinadas a esta actividad. Al considerar el rendimiento promedio de caña de azúcar de

127.8 kg/Ha, se alcanza 16001.20 toneladas de este cultivo. Así, y considerando que los residuos dejados en el campo

representan el 14% en peso, se tendrá 2240.17 toneladas de residuos de caña de azúcar por año. Por ello, se asume que se


deja un 30% de residuos de caña en el campo, debido a las características ambientales de la costa del Perú, método de

riego, entre otros. Entonces queda un 70% realmente aprovechable en la generación de energía por gasificación resultando

1568.12 toneladas.

Según Silvestrin (Silvestrin , 2011) una tonelada de hoja de caña de azúcar puede llegar a generar 500kWh, por lo

que el Perú para el año 2015 pudo generar aproximadamente 784.06 MWh de energía disponible a ser utilizada en algún

proceso.

Por último, la producción de energía eléctrica a nivel nacional para agosto del presente año por bagazo fue de 8.03

GWh, presentando una variación de disminución en 8.2 % respecto a agosto del año 2015. Además, el acumulado hasta

el mes de agosto del presente año fue de 63.05 GWh.

Tabla 15. Producción de energía eléctrica mensual de agosto 2015 y 2016.

Fuente: COES SINAC

4. TECNOLOGÍAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LA BIOMASA

Debido al potencial de biomasa que tiene el Perú y la disponibilidad de abundantes materia primas, existe una

variedad de procesos para la conversión de biomasa. El utilizar uno u otro tipo de proceso depende de la cantidad y el

tipo de biomasa que se usa como materia prima, el medio ambiente y las condiciones económicas entre otros factores. La

conversión de biomasa en energía se lleva a cabo principalmente utilizando dos principales tecnologías: termoquímicas

y bioquímicas/biológicas. Existe una tercera tecnología llamada Extracción mecánica. Los procesos de conversión térmica

se componen de pirólisis, gasificación de biomasa, la combustión y licuefacción.

4.1. Conversión Termoquímica

Tres procesos se utilizan para la conversión termoquímica de la biomasa: la combustión, gasificación y pirólisis.

4.1.1. Combustión

Es la quema de biomasa y se utiliza para convertir la energía química almacenada en la biomasa en energía térmica,

energía mecánica y también en electricidad por diferentes procesos y dispositivos, por ejemplo: hornos, estufas, turbinas

de vapor, calderas, etc. Es posible quemar cualquier tipo de biomasa pero en la práctica de combustión sólo es factible

para la biomasa con un contenido de humedad de menos de 50%, a menos que la biomasa haya pasado por un proceso de

pre-secado. Lo más adecuado para el procesamiento de biomasa con alto contenido de humedad es el uso de los procesos

de conversión biológicos.

La escala de las plantas de combustión varía desde muy pequeña (calefacción doméstica) hasta plantas industriales

de producción entre 100-3000 MW. La co-combustión de biomasa en plantas de quema de carbón es una opción atractiva

debido a la alta eficiencia de conversión de estas plantas.

La eficiencia de la conversión neta de energía por la combustión de biomasa varía del 20% al 40%. Las altas

eficiencias se obtienen con sistemas de más de 100 MWe o cuando la biomasa es quemada en centrales eléctricas

alimentadas con carbón.

Poniendo un ejemplo, un ciclo termodinámico (Ciclo Stirling), utiliza la combustión para proporcionar potencia

directamente en el eje, pero el ciclo es actualmente limitado a salidas pequeñas.

4.1.2. Gasificación

Es la conversión de la biomasa en una mezcla de gas combustible por la oxidación parcial de la biomasa a

temperaturas elevadas, en especial en el rango de 800 a 900 LC. El gas de bajo valor calorífico (CV) producido se puede

quemar directamente o se utiliza como combustible para motores y turbinas de gas. La aplicación de este gas producido

se puede utilizar como un material de alimentación (syngas) para la producción de productos químicos como el metanol.


Un concepto prometedor es la biomasa procedente de un ciclo combinado de gasificación integrada (BIGCC siglas

en ingles), donde las turbinas de gas convierten el combustible gaseoso en electricidad con una alta eficiencia de

conversión. Una ventaja importante de los sistemas BIGCC es que el gas se limpia antes de ser quemado en la turbina, lo

que permite un equipo de limpieza del gas más compacto y menos costoso de utilizar, ya que el volumen de gas a limpiar

se reduce. La combinación de gasificación y combustión asegura una alta eficiencia de conversión, la eficiencia de

producción neta está entre 40-50% para una planta de 30-60 MWel de capacidad.

El “syngas” producido a partir de biomasa se utiliza para la producción de metanol y de hidrógeno, que pueden ser

considerados como combustibles para transporte y otros. En la producción de metanol, ya sea oxígeno quemado o un

proceso de gasificación indirecta de hidrógeno ambos se prefieren en la producción de metanol y el gas de mayor valor

de CV (normalmente 9-11MJ=N.m^3) son producidos por este proceso.

4.1.3. Pirólisis

Es la conversión de biomasa a líquido (bio-aceite o bio-crudo), las fracciones sólidas y gaseosas, por calentamiento

de la biomasa en ausencia de aire a alrededor de 500LC. La pirólisis se puede utilizar para producir bio-aceite si se utiliza

“flash pyrolysis”, la conversión de biomasa en bio-crudo alcanza hasta una eficiencia de 80%. El bio-aceite puede ser

usado en motores y turbinas y su uso como materia prima para refinerías también se está considerando. Sin embargo, hay

algunos problemas que todavía hay que superar tales como la corrosividad, menor estabilidad térmica entre otros.

Modernizar los bio-aceites mediante la reducción del contenido de oxígeno y la eliminación de los álcalis por medio de

hidrogenación y craqueo catalítico del petróleo (proceso de la refinación del petróleo que consiste en la descomposición

termal de los componentes del petróleo en presencia de un catalizador) puede ser necesario para ciertas aplicaciones.

4.2. Conversión Bioquímica

Se utilizan dos procesos principales, la fermentación y la digestión anaeróbica, junto con un proceso menos usado

basado en la extracción mecánica/conversión química.

4.2.1. Fermentación

Se usa comercialmente a gran escala en varios países para producir etanol a partir de cultivos de azúcar (por ejemplo

la caña de azúcar) y cultivos de almidón (maíz, trigo). La biomasa se muele y el almidón es convertido por enzimas en

azúcares y luego los azúcares se convierten en etanol. La purificación del etanol por destilación es una etapa de energía

concentrada, con alrededor de 450 litros de etanol producidos por 1000kg de maíz seco. Los residuos sólidos obtenidos

de este proceso se pueden utilizar para alimentar al ganado y el bagazo que se obtiene de la caña de azúcar se puede

utilizar para la siguiente gasificación o como combustible para las calderas.

La conversión de la biomasa lignocelulósica (tales como madera y hierbas) es más compleja, debido a la presencia de

moléculas de polisacáridos de cadena más larga y requiere la hidrólisis ácida o enzimática antes de que los azúcares

resultantes pueden ser fermentados a etanol.

4.2.2. Digestión anaeróbica

En la digestión anaeróbica (DA), el material orgánico es directamente convertido a lo que se denomina biogás. Este

es principalmente una mezcla de metano y dióxido de carbono con pequeñas cantidades de otros gases como sulfuro de

hidrógeno. La biomasa es convertida en un ambiente anaeróbico por una bacteria, la cual produce un gas con una energía

cerca de 20-40% del bajo poder calorífico de la materia prima. DA es una tecnología comercial aprobada y extensamente

usada para el tratamiento de residuos orgánicos con alta humedad (80-90% de humedad). El biogás puede ser usado

directamente por un motor de gas de encendido por chispa (motor de combustión interna) y turbinas de gas y puede ser

mejorado para una mayor calidad, es decir, en un motor de gas natural por la eliminación del CO2. La eficiencia global

de la conversión puede ser de 21%. Al igual que con cualquier sistema de generación de energía que usa un motor de

combustión interna como motor primario, el calor residual del aceite del motor y de los sistemas de refrigeración por

agua, y los gases de escape podrían ser recuperados usando un sistema de energía y calor combinados.

4.3. Extracción mecánica:

Es un proceso de conversión mecánica en la que el aceite se produce a partir de las semillas de varias cosechas de

biomasa tales como algodón. El proceso no produce solamente aceite, sino también una "torta" sólida o residual, que es

adecuado para la alimentación animal.

5. AUTORIZACIONES Y RECONOCIMIENTOS

Los investigadores manifiestan su agradecimiento a Fondecyt – Concytec por el financiamiento del proyecto N°

130-2015- FONDECYT, “IDENTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE LA PRODUCCIÓN DE SYNGAS UTILIZANDO


UN GASIFICADOR DE LECHO FLUIDIZADO DE DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS DE BIOMASA CON

FINES DE APROVECHAMIENTO TÉRMICO O ELÉCTRICO” y a la UNIVERSIDAD DE PIURA por el apoyo que

sus instalaciones han brindado.

6. CONCLUSIONES

En total, considerando las áreas actualmente cosechadas tanto por ingenios azucareros como plantas alcoholeras, así

como las destinadas simplemente a actividades agrícolas, se tiene un total de 836017 Ha destinadas a la producción de

cultivos, cuya biomasa es altamente aprovechable (Ministerio de Agricultura, s.f.). De todas estás hectáreas cosechadas,

125205 Ha son actualmente utilizadas para plantación de caña de azúcar y generan residuos de aproximadamente1568.12

toneladas. Se puede concluir entonces que de solo tomarse en cuenta los residuos de que la caña de azúcar genera,

estaríamos utilizando solo un 14.98 % de la totalidad de hectáreas cosechadas, aproximadamente. Esto considerando que

se sea posible mejorar la manera de recolectar los residuos, de tal forma que sea posible aprovecharlos en más del 80 %

de la totalidad producida por hectárea cosechada. Con todas estas hectáreas, el Perú tiene un gran potencial de generación

de electricidad a partir de los residuos de la caña de azúcar.

El progreso radica básicamente en las tecnologías utilizadas para la cosecha de la caña de azúcar, manual versus

mecanizada, lo cual puede reflejarse en el aprovechamiento de los otros residuos que quedan en los campos como el

follaje y el cogollo. Sin embargo, debe hacerse la salvedad que para quemar este otro tipo de residuos, como el follaje y

el cogollo, en las calderas bagaceras que existen en los ingenios, se debe evaluar con detenimiento la composición química

de estos residuos ya que la presencia abundante de sales pueden originar problemas de corrosión en las calderas y

disminuir la vida útil así como aumentar los costos de mantenimiento. En este sentido, para nuevos proyectos, podría ser

una mejor opción técnica, utilizar gasificadores de lecho fijo o fluidizado burbujeante, que aunque tengan un mayor costo

son más eficientes y duraderos que las calderas acuotubulares tradicionalmente utilizadas.

Otro aspecto a resaltar, es que según la información del COES SINAC (COES SINAC, 2015), el potencial total de

generación a partir del bagazo, en términos de energía inyectada a la red, ha variado entre agosto del año 2015 y agosto

del 2016 en 0.73 Gwh (en negativo); sin embargo, en este trabajo se ha logrado estimar que el potencial actual para

producción de energía eléctrica es de un total de 0.78 Gwh a partir del bagazo, lo cual además de validar los cálculos

efectuados, deja en evidencia que no se viene aplicando de la mejor manera las estrategias y tecnologías de conversión

de energía a partir de residuos o biomasa.

REFERENCIAS

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Silvestrin , C. (2011). Programa bioeletricidade 2011 - 2020, reduzindo emissoes & agregando valor ao setor eléctrico.

COGEN, Brasil.


ASSESSMENT OF SUGARCANE BYPRODUCTS FOR ENERGY USE IN PERU

Abstract. The scope of this paper is to make a feasibility analysis for energy production from sugarcane byproducts in

Perú. Therefore, it is shown the history, methods, current scenario and future prospects of sugarcane plantations related

to the ethanol industry and the sugar industry. There will be shown analysis of harvest residues (top and leaves). Bagasse

is a mill residue, produced after sugarcane juice is extracted from the sugarcane.

Nowadays this residue is burnt in boilers and this energy is used to generate steam. In the other hand, harvest residues

represent a significant part of the energy contained in the sugarcane, but it is left in the field, or worse; burnt before the

harvest. There will also be shown an estimated value of the electricity generation potential from sugarcane residues.

Keywords: Sugarcane, biomass, bioenergy, sugarcane byproducts

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS DE...

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