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LA BIOENERGIA COMO CATALIZADOR DEL DESARROLLO SUSTENTABLE

O MOmar Masera

Laboratorio de BioenergíaCIECO, UNAM Mexicoomasera@gmail.com

“Congreso Academia Mexicana de Ingeniería, DF Febrero 22-24 2012”

2

Esquema de la PonenciaEsquema de la Ponencia

La Bioenergía- consideraciones generales

Contexto Internacional

Contexto de México (aplicaciones y ( p yoportunidades) Potencial del Recurso Escenarios Escenarios Tecnologías Bioenergéticas Promisorias

Conclusiones Conclusiones

La Red Mexicana de Bioenergía

Bioenergía y la transición energética3

g y g

L Bi í f t éti átil La Bioenergía es una fuente energética versátil, ampliamente distribuída, que puede potenciar el desarrollo local y descentralizado

Muchas de las opciones pueden integrarse a las tecnologías/ sistema actual: -vehículos flex-fuel; -co-combustión en termoeléctricas; etctermoeléctricas; etc.

Necesita desarrollarse de manera INTEGRAL, empezando por el aprovechamiento de residuos y tomando en cuenta el aprovechamiento de residuos y tomando en cuenta aplicaciones para calor, electricidad, transporte y otros usos.

Debe ser parte de un portafolio más amplio hacia la p p ptransición energética a sistemas más sustentables, integrado con otros renovables, eficiencia y cambios en estilos de vida

4

Alternativas de Conversión y de Usos Fi l d l Bi íFinales de la Bioenergía

5Fuente: IPCC 2011

6

Temas del debate sobre bioenergíaTemas del debate sobre bioenergía

P t i l Bi fí i Potencial Biofísico Cuánta energía es técnicamente posible obtener de la biomasa

globalmente?

Sustentabilidad Ambiental Implica impactos en biodiversidad/suelos/agua?

Qué tanto se ahorra energía fósil y emisiones de GEI?

Sustentabilidad Socioeconómica é Qué impactos se puede causar en la seguridad alimentaria?

Cuál es el costo de las tecnologías?

Que implicaciones tienen para cuestiones de reducción de pobreza/mejoramiento de pequeños productores?

Desarrollo Tecnológico Qué posibilidades se ven de break-throughs” en tecn/costos?

7

Potencial de la bioenergía en el mundo 8

Fuente: IPCC 2011

Escenarios Futuros sobre EnergíasR bl Bi í IPCC

9

Renovables y Bioenergía IPCCEnergía Primaria en 2050g

Biocombustibles líquidos

12%Calor y

Participación de la bioenergía

12%a o yelectrici

dad88%

Cat I: <400ppm; Cat II: 400-440ppm; Cat III: 440-485; Cat IV: 485-600

BiocombustiblesLíquidos

10 Biofuel Barometer, 2011

BiocombustiblesSólidos

11

Population relying on solid fuels…12

Sh f l ti ith t t d f l f d l i t i 2007

2,800 millones de personas cocinan con leña

Share of population without access to modern fuels for developing countries, 2007

Biomasa Tradicional: Una “revolución” en la 13

cocina…meta de 100 millones estufas avanzadas para 2020

Electricity Co-generationBio-Lite/Others

Turbococina, El SalvadorPhilips Gasifier Stove

14

La bioenergía en MéxicoLa bioenergía en México

Existe un gran potencial técnico de la biomasa 15

en México…

Plantaciones forestales

Residuos agroindustriales (potenciales)

Manejo de bosques y selvas

43% del consumo

Sorgo grano

Residuos Agricolas cosecha

Caña de azúcar energético en 2009

Residuos de cultivos dedicados

Residuos agroindustriales (actuales)

Palma aceitera

Total 3,569 PJ/año

Estiercol de ganado

Jatropha curcas

Residuos forestoindustriales

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Residuos municipales

g

Recursos l ñ C lti R id

Fuente: Banco Mundial, MEDEC, 2009PJ/año

leñosos Cultivos Residuos

El recurso biomásico está ampliamente di ib íd (Ej l l i é i )distribuído (Ejemplo: cultivos energéticos)

Criterios:Criterios:No riego, no competencia con alimentos, no deforestaciónénfasis en áreas degradadasP i l 30% d l d d Potencial: 30% de la demanda Actual para transporte; 4 Mill. ha

16

Se puede expandir 10 veces el usol di ifi d fi i i d

17

actual, diversificando y eficientizandoinsumos/tecnologías

3500

3000

3500

Metano Rellenos/Biodig

2000

2500 Biodiesel

Etanol

Bagazo

Carbon Resid

1000

1500

Carbon Resid

Carbon Siderurgica

Leña Electricidad/Calor Ind

Leña Residencial

500

0

Consumo 2008 Consumo 2030

Fuente: Banco Mundial, MEDEC, 2009

Tecnologías Bioenergéticas para México 18

APLICACIÓN� TECNOLOGIA� MATERIA�PRIMA�APLICACIÓN� TECNOLOGIA� MATERIA�PRIMA�

1.�GENERACION�ELÉCTRICA�

Co‐combustión�de�biomasa�en�carboeléctricas�

Residuos�forestales�y��agrícolas�(F&A)�

Cogeneración�en�ingenios� Bagazo �residuos�F&A��

Cogeneración�en�ingenios� Bagazo,�residuos�F&A�

�

Dendroeléctricas�“stand�alone”�(15‐50�MW)�

Residuos�F&A,�plantaciones�dedicadas�

Autogeneración�en�Ciclos�de�Rankine�Residuos�F&A,�

�con�fluidos�orgánicos�(ORC)�con�interconexión�(hasta�1�MW)�

Residuos�F&A,�plantaciones�dedicadas�

�Autogeneracion�eléctrica�con�biogas�

Residuos�pecuarios�y�municipales�

2.�SIDERURGIA� Carbón�vegetal�p/�substitutir�coke� Manejo�forestal�

3.�TERMICA�industrial�

Pellets�p/substit.�combustóleo�y�GN�Residuos�forestales�y��

agrícolas�

M l �j �di t �4.�TRANSPORTE� Bioetanol�1ª�generación�

Melazas,�jugo�directo,�granos�

�Biometano�vehicular�

Residuos�agropecuarios�y�urbanos�

�Bioetanol�avanzado*�

Residuos�lignocelulósicos,��cultivos�dedicados��

�Biodiesel,�1ª�generación� Palma�aceitera,�Jatropha�

�

5.TERMICA�RESIDENCIAL���

Estufas�de�combustión�avanzada�de�biomasa�

Leña�

�

Tecnologías promisorias para México

Generación eléctrica

Biogás de rellenos sanitarios

Combustión directa

Co‐combustión de carbón con biomasa

Tecnologías promisorias para México Combustibles líquidos

Etanol de jugo 

Etanol de melaza (subproducto de l d ió d

directo de caña

la producción de azúcar)

Etanol de lignocelulosag

Biodiesel de aceites vegetales usados y cultivos no alimenticios

Tecnologías promisorias para México

Aplicaciones industriales

Co‐generación con ORC (Organic Rankine Cycle) 

i 1para potencias 1‐1000 kWeEn lugar de agua se utiliza aceitese utiliza aceite con baja T de ebullición

Cogeneración en ingenios    azucareros

Pellets para generación de calor

Caldera de PelletsGenerador ORC

Tecnologías promisorias para México Aplicaciones rurales

Estufas eficientes de leña

Biogas (y biometano)Hornos eficientes de 

carbón vegetal

Una revolución en la cocina… estufas fi i d bieficientes de biomasa 25 millones de mexicanos utilizan leña en 25 millones de mexicanos utilizan leña en

fogones abiertos;

Miles de “pequeñas” industrias: tabiqueras carbón alfareras mezcaleras ptabiqueras, carbón, alfareras, mezcaleras, panaderías, pozolerías

Alta demanda energética (90% energía rural)rural)

Alta innovación tecnológica (microgasificación, materiales, simulación)ión)

Muy costo-efectivas! (B/C 11 a 1);

5 tonCO2e/año mitigación (equiv a g ( qemisiones de 2 coches!) Estufa Onil

23

Diversidad de modelos de estufas en México24

De construcción in situ Pre-fabricadas (para ensamble en el lugaro portátiles)p )

Patsari®OnilLorena

Tonalá

Ludeé

Patsari®

Lorena

Chiantli

TuumbenK´ooben Citlali

Chiantli

Plancha J tPlancha Justa

Potencial de generación eléctrica conPotencial de generación eléctrica con biomasa

Potencia MW

TWh/año Plazo

# Plantas acum. 20 MW

# Plantas acum. 20 MW

# Plantas acum.  20 MWMW

TWh/año Plazo20 MW 2017

20 MW 2022

20 MW 2035

Plantaciones( )*

Plantaciones2,530 17 Largo 0 0 127 (0.9)*

Leña manejo sustentable10,900 76 Largo 153  263 545 (3.9)

Ingenios (actual)1,800 7 Corto 50 90 90 (0.6)

Co‐combustiónCo combustión700 5 Corto 25 35 35 (0.3)

Total 15,930 105 228 388 797 (5.7)

* ( ) Equivalente a Plantas del tamaño de Petacalco 2.6 GW

26

Costos�nivelados�de�generación�de�las�distintas�tecnologías�bioenergéticas�(Chum�et�al,�2011).��

27

Opciones bioenergéticas110 MtCO2 o 23% total mitigación en 2030

Costos de inversión y mitigación28

Costos de inversión y mitigaciónde las opciones bioenergéticas. Estudio

MEDECMEDEC

IntervenciónInversión 

Costo de mitigaciónIntervención

(MUSD)mitigación(USD/tCO2e)

1. Estufas eficientes 434 ‐2.3

2. Generación eléctrica con leña 4,254 ‐2.4

3.Hornos eficientes de carbón vegetal para usos domésticos e industriales

416 ‐19.6

4. Cogeneración con bagazo 1,869 ‐4.9

5. Etanol de sorgo 991 5.3

6. Biodiesel de palma aceitera 99 6.4

7. Co‐combustión con leña 454 7.3

8. Etanol de caña de azúcar 1,011 11.3

Total 9,528

Fuente. Johnson et al (2009)

Nuevas Herramientas: Criterios Sustentabilidad, Análisis de Ciclo de Vida

Sugarcane ethanol life cycle GHG emissions

Direct Emissions dLUC Emissions

140.00

Direct Emissions dLUC Emissions

100.00

120.00

eth

an

ol

60.00

80.00

CO

2e/

GJ

e

20.00

40.00

kg

C

0.00

29 Source: García et al, 2011; Chum et al, 2011.

Un reto es asegurar la sustentabilidad30

Un reto es asegurar la sustentabilidad …

C OSPRINCIPIOS

Mitigación efectiva de Cambio Climático

Balance Energético Positivo

AMBIENTAL

Balance Energético Positivo

NO cambio de uso de suelo

Conservación de la biodiversidadCalidad del agua

Conservación del suelo

Mejorar Calidad del aire

DIMENSIONES

Mejorar Calidad del aire

Respetar Tenencia de la tierra

Equidad SOCIAL Condiciones laborales dignas

Derechos de los TrabajadoresNO Competencia con alimentos

Desarrollo socialDesarrollo social

ECONOMICA Viabilidad económica

+Una Estrategia Bioenergética para

31

Una Estrategia Bioenergética para México

Dar prioridad al uso de residuos y mejora de sistemas existentes Biodiesel de aceites usados y grasas animales Co-genereación en ingenios Biogas de rellenos sanitarios y rastros/granjas pecuarias

Integrar biomasa a sistemas existentesg Co-combustión en termoeléctricas y carboeléctricas Sustitución de Calderas en Agroindustrias

R d i l d l ñ di t t f fi i t d (100 Reducir el consumo de leña mediante estufas eficientes avanzadas (100 PJ/año en México)

Iniciar combustibles líquidos como aditivos; cultivos NO alimentarios ( l ló i J t f di l )(celulósicos, Jatrofa en mediano plazo)

Añadir nueva capacidad firme al sistema y calor industrial con base en biomasa del aprovechamiento forestal

+Conclusiones

32

Conclusiones

La bioenergía tiene un potencial muy amplio de desarrollo en México (10 veces su uso actual), prioridad en aprovechar residuos urbanos, agrícolas y forestales

Las tecnologías bioenergéticas presentan un gran potencial para el desarrollo de la industria nacional

La bioenergía está en auge a nivel mundial y se considera clave para la transición energética a renovablesp g

Para no quedar rezagado México debe promover la bioenergía con mucho mayor decisión:bioenergía con mucho mayor decisión: No se aprobó un Centro de Investigación en Bioenergía

(solo Eólica, Solar y Geotermia) Faltan regulaciones e incentivos claros (metas) para Faltan regulaciones e incentivos claros (metas) para

desarrollar tecnologías y cadenas de valor

La Red Mexicana de Bioenergía

Referente en el tema de la Bioenergía en México

La Red Mexicana de Bioenergía

Referente en el tema de la Bioenergía en México

Actualmente tenemos 180 socios

Estudios clave para la formulación de política pública en bioenergía –ej. Estudio viabilidad biocombustibles SENER-GTZ; Trabajos en energía rural y biocombustibles; Estudio de ciclo de vida

Proyectos con Banco Mundial Unión Europea (BIOTOP/COMPETE) Proyectos con Banco Mundial, Unión Europea (BIOTOP/COMPETE), FAO, GTZ sobre aspectos críticos: producción/uso/ viabilidad económica/ sustentabilidad/ciclo de vida de bioenergéticos

Abi t l l b ió á f t l l Abiertos a la colaboración con más grupos para fortalecer la transición energética

33

34

¡¡GRACIAS!GRACIAS!¡¡GRACIAS!GRACIAS!

Datos de Contacto:Datos de Contacto:

omasera@gmail comomasera@gmail comomasera@gmail.comomasera@gmail.com

www.oikos.unam.mx/CIEco/bioenergiawww.oikos.unam.mx/CIEco/bioenergia//

www.rembio.org.mxwww.rembio.org.mx

redmexbioen@gmail.comredmexbioen@gmail.com@g@g

Costos de producción de renovables

35 Fuente: IPCC 2011

Generación de ElectricidadGeneración de Electricidad

Tecnología Materia prima Costo  de producción USDcts/kWh

Mitigación en el ciclo de vida(% con respecto a carbón y gas, al y g80% C‐20% GN)

Co‐combustión con carbón

Madera, RAC 2.9‐5.3* 90**

Combustión directa Madera, RAC 7.2‐9.2* 80‐90**

Co‐combustión con carbón

Pellets de madera 5.0‐13.0* 90**

Generación convencional enMéxico

CombustóleoCarbón

9.7β

8.3β

*(Chum et al., 2011).** (Schubert et al., 2009).β

36

βCOPAR 2009

Bi b ibl lí id Bi di lBiocombustibles líquidos: BiodieselM t i i O i C t dMateria prima Origen Costo de 

producción(USD/GJ)

Aceites vegetales y grasas

Soya, colza, girasol, palma aceitera, aceites vegetales usados grasa animal

4.2‐50cgrasas usados, grasa animal

Biomasa rica en celulosa y l l l

Residuos agrícolas, de bosques, de aserraderos, d l d 38.8alignocelulosa de papel; madera y pastos de crecimiento rápido

38.8

Microalgas Microalgas 28.8‐190b

Diesel México 20.7

a(IEA, 2011).

37

( , 0 )b(Campbell et al., 2011).

C(Chum et al., 2011).

Biocombustibles líquidos: EtanolBiocombustibles líquidos: EtanolMateria prima Origen Costo deMateria prima Origen Costo de 

producción(USD/GJ)

Biomasa rica en azúcares

Caña de azúcar, sorgo dulce remolacha 14 8 31 8bazúcares dulce, remolacha azucarera

14.8‐ 31.8b

Biomasa rica en almidones

Maíz, trigo, sorgo grano17.5‐40.7a

Biomasa rica en celulosa y lignocelulosa

Residuos agrícolas, de bosques, de aserradero, de papel; madera y pastos de crecimiento rápido

76.4a

Gasolina Magna (Precio)

22.2

(IEA 2011)

38

a(IEA,2011).b(Chum et al, 2011)

39

Mitigación y Costo de Opciones Bioenergéticas Seleccionadas. Fuente MEDEC, 2009, datos prelim.

Reforestation and Restoration

40

Effi i t

Restoration

20

30

Efficient Charcoal

KilnsImproved

Cook StovesReduced Deforestation and

Degradation

Jatropha Oil Biodiesel

Sugarcane Ethanol

10

t CO

2e)

-10

0

atio

n (U

SD /

AfforestationPalm Oil Biodiesel

-20

-10

Cos

t of M

itiga

Leña elect. -2 USD/tCO2 ; 354 MtCO2Carbón v. siderúrgica -21 USD/tCO2; 219 MtCO2

ó

No-Tillage Corn

Sorghum Grain Ethanol

-30

C Co-combustión 8 USD/tCO2; 39 MtCO2

Total Biomasa ap. 800 MtCO2

40

-400 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400

Avoided CO2 Emissions (Millions t CO2 e)

Antes de Patsari Después de Patsari 41

42

Slade et al, 2011

Escenarios de Mitigación43

Escenarios de Mitigación

Opción“Combustible que

Ahorro Energético 2020

Ahorro Energético 2035

Mitigación de GEI 2020

Mitigación de GEI 2035Opción

sustituye”Energético 2020

(PJ/año)Energético 2035

(PJ/año)GEI 2020

(MtCO2e/año)GEI 2035

(MtCO2e/año)

Estufas EficientesLeña de origen no

sustentable33-58 76-136 1.8-2.1 2.2-2.9

Hornos Eficientes para Leña de origen noHornos Eficientes para CV

Leña de origen no sustentable

16 47 0.2-0.7 0.6-2.2

Carbón vegetal para siderurgia

Coque de Carbón 2.5-4.5 7-12.4 (0.1)- 0.2 (0.4) - 0.7

Pellets para sustitución 25% e e s p sus uc óde combustóleo y diesel

industrialDiesel y combustóleo 48 82 3.7 6.1

Co-firing en carboeléctrica Petacalco

Carbón 18 15-19 2.1-2.2 2.2-2.6

emisiones por uso de energía en

2008.

Electricidad de bosque manejado

Gas Natural y Carbón 87.7-109.7 219.4-274.2 4.9-6.2 20.9-26.1

Electricidad de plantaciones

Gas Natural y Carbón 0 42.1-59.9 0 3.6-5.7* 16.7%

12% en 2030

Etanol de caña de azúcar Gasolina 174.2-204.1 423.6-563.2 12.9-15.1 31.4-41.8

Etanol de sorgo Gasolina 31.9-37.5 78.6-96.5 2.4-2.8 5.8-7.2

Biodiesel de jatropha Diesel 4-7.5 33.6-64 0.3-0.6 2.5-4.7

emisiones totales en

2008.9.7% en

Biodiesel de higuerilla Diesel 8.3-16.6 73-146.1 0.6-1.2 5.4-10.8

Total 423.6-519.9 1,097.3-1,500.3 28.8- 34.8 80.3-110.8

2030