Prospectiva del uso de la Prospectiva del uso de la Bioenergía en MéxicoBioenergía en Méxicogg

Dr. Jorge M. Islas SamperioDr. Jorge M. Islas SamperioCentro de Investigación en Energía,Centro de Investigación en Energía,

UNAMUNAM

Seminario: “Cambio Climático. El caso de Seminario: “Cambio Climático. El caso de México”México”

Academia de IngenieríaAcademia de IngenieríaS ti b d 2007S ti b d 2007Septiembre de 2007.Septiembre de 2007.

www.cie.unam.mx

La bioenergía y el cambio climático

CO2 Emission rate comparision

1200Wh)

1000

1200

s CO

2 Eq

./GW

600

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Life

-

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Geo

Fuente: Meier, P., et al. (2005).

Qualitative analysis of the environmental effects of some renewable and conventional energy chains

+ positive effect; 0 no effect; S small-scale negative effect;M medium-scale negative effect; L large-scale negative effect Fuente: Pfaffenberger, W., et al. (2006).

Bioenergía en MéxicoFuentes de Materia Orgánica

Retos actuales para la bioenergía

• Ayudar a resolver los graves problemas ambientales Miti ió d l bi li áti– Mitigación del cambio climático

– Restauración y conservación de recursos locales (contaminación, disposición de desechos,…)

A l d ll l i l• Apoyar al desarrollo rural y regional– El campo es uno de los grandes puntos pendientes en el

Tercer MundoN id d d ió d f t d l d l– Necesidad de creación de fuentes de empleo y de valor agregado a la producción a nivel local/micro-regional

– Apoyo a las pequeñas y medianas industrias localesDi ifi f t éti• Diversificar oferta energética por razones geopolíticas

Características de la Bioenergía

• Fuente de energía renovable– Leña, Carbón, Material Vegetal, Residuos Agrícolas y Forestales,

Desechos humanos y animales

• Versátil– se puede aplicar para generarVersátil se puede aplicar para generar– Combustibles sólidos, líquidos, gaseosos– Calor, Electricidad, Energía Mecánica

Cl ti id d t ti id d• Clave en convertir residuos de otras actividades en recursos y para diversificar portafolio agropecuario e industrial

• Presenta alto empleo de mano de obraPresenta alto empleo de mano de obra local y apoyo a economías regionales

Aplicaciones de la bioenergía en el Mundo

• 11 millones de hogares se iluminan con biogás

• 250 millones de estufas eficientes de leña

• 38,000 MW de capacidad instalada

• 38 mil millones de litros/año de etanol

• 4 mil millones de litros/año de biodiesel• 4 mil millones de litros/año de biodiesel

• 180 millones de personas viven en países con normas para mezclar etanol con gasolina

Producción Producción Biocombustibles Biocombustibles

Escenario futuro de biomasa en el mundo

25%

Fuente: Nakicenovic, et al. 1998.

Bioenergía Tecnologías

• TECNOLOGÍAS

Gasificación Integrada de• Gasificación Integrada de Biomasa en Ciclo Combinado (BIGCC por su siglas en inglés)

• Turbinas de Gas• Incineradores

• Motores de Combustión Interna• Motores de Combustión Interna Flexibles-(Multicombustible)

• MCI modificados• MCI diesel• MCI diesel modificados

• Estufas de leña eficientes• Estufas de leña eficientes• Estufas de biogás

Uso de Bioenergía en México

7000 0

5000.0

6000.0

7000.0

S

Leña

Bagazo de caña

Energía Eólica

Geoenergía

3000.0

4000.0

PETA

JOU

LES g

Hidroenergía

Nuclear

Gas asociado

Gas no asociado

0.0

1000.0

2000.0 Condensados

Crudo

Carbón

El d l bi í t l 8% d l í

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

A ño

El uso de la bioenergía representa el 8% de la energía primaria total en México (455 de 5,690 PJ/yr)

Estado Actual de la Bioenergía en México

• Existe un gran potencial energético desaprovechado, particularmente en residuos

• Se debe examinar con cuidado: renovabilidad del recurso, competencia con otros usos de la tierra y aspectos sociales.

• Las tecnologías actuales son ineficientes– Existen impactos ambientales negativos en áreas específicas

N i t líti d i ti l bi• No existe una política de apoyo e incentivos a la biomasa como fuente de energía.

– Ausencia de mecanismos de financiamiento para IyDp y– Escasos grupos de investigación – Pobre desarrollo tecnológico en “áreas de frontera” y– Ausencia de incentivos legales, financieros e impositivos

Bioenergía en México

Potencial de generación de electricidad a partir de

residuos sólidos municipales.m p

Potencial Energético de la Biomasa en México (2000)

19%4% 3%

6%

1%

38%

27%

2%

27%Bosques naturales PlantacionesResiduos forestales Residuos agrícolasResiduos agro-industriales Excretas PecuariasCult ivos energét icos Residuos M unicipales

Potencial Total: 3,000-4550 PJ/año

Plantaciones Energéticas

Productividad Media Superficie = 10.0 millones de ha

N

Productividad Alta Superficie = 5.9 millones de ha

Productividad Muy Alta Superficie = 0.4 millones de ha 200 0 200 400 600 800 Kilómetros

Fuente: Ghilardi et al. 200516,3 millones de hectáreas16,3 millones de hectáreas

A pesar de las barreras…

• Existe creciente interés en la bioenergía por razones políticas/ambientales/ económicaspolíticas/ambientales/ económicas…

• Biocombustibles líquidos• La crisis azucarera• Combustibles limpios para ciudades

• Cogeneración y biogás• Aprovechamiento de residuos para generar ingresos p p g g

económicos• Créditos por mitigación de emisiones de gases de efecto

invernadero• Aplicaciones rurales

• Mejorar calidad de vida en municipios marginados• Iniciativas Internacionales (G-8 Banco Mundial )Iniciativas Internacionales (G 8, Banco Mundial…)

Experiencias en México • Determinación de Potencial de Biomasa

– Modelos WISDOM y IIE

• Aplicaciones Rurales• Aplicaciones Rurales – Estufas eficientes de leña– Hornos Eficientes para pequeña industria

Pl t i E éti• Plantaciones Energéticas– Proyecto CIE-UNAM

• Gasificación (Biogás) – Generación de biogas para aprovechamiento de residuos

municipales– Generación de biogas en agroindustrias

• Gasificación – Proyecto UNAM – Cogeneración en Aserraderos (San Juan Nuevo, Chihuahua)

• Biodiesel y etanol– Planta de Biodiesel Monterrey – Legislación sobre etanol

Biogás

• Biogás en ogás eResiduos Sólidos Municipales-Monterrrey

• Biogas para aplicaciones agroindustriales

Monterrey7 MW actual; 60, 000 m3 basura

60% de electricidad para alumbrado públicopúblico

Estimaciones Recurso Biomasa

• Evaluación integrada a nivel nacionalnivel nacional

• Potencial detallado a nivel municipal D t i ió d iti• Determinación de sitios para plantaciones

• Impactos ambientalesS ld ñ 2004Saldaña, 2004

Sitios paraSitios para plantaciones

Ghilardi y Masera, 2004

Gasificación

• Gasificación de biomasa parabiomasa para producción de electricidad– Gasificador para Cd.

Univ. UNAMC ió– Cogeneración Aserraderos- San Juan Nuevo- Chihuahua

Combustibles Líquidos

Bi di l• Biodiesel-Planta Piloto MonterreyMonterrey

• Proyecto BiodieselBiodiesel Michoacán

Planta Biodiesel Monterrey

Plantaciones Energéticas

• Proyecto CIE-UNAMCIE UNAM

• Cuentepec, MorelosMorelos

Hacia una estrategia bioenergética

• Premisa: La bioenergía es complementaria de otros recursos renovables en la transición energética.

• Se debe partir de un enfoque integrado orientado al uso sustentable en sus componentes ambiental, económico y social de la bioenergía. g– Aprovechamiento de desechos y desarrollo de plantaciones

energéticas sustentables. – Mayor eficiencia de las tecnologías y sistemas de producción. – Adecuada participación y beneficios de las poblaciones locales– Adecuada participación y beneficios de las poblaciones locales.

• Fomentar la investigación y el desarrollo tecnológico.– Evaluación del recurso y la demanda por usos finales – Incentivar el desarrollo, adaptación y aplicación de tecnología

apropiada.

• Construcción de capacidades legales e institucionalesConstrucción de capacidades legales e institucionales.

Escenarios de bioenergía para Méxicop

Modelo de simulación

VARIABLESMACROECONÓMICAS

Y SECTORIALES

VARIABLESMACROECONÓMICAS

Y SECTORIALES

VARIABLESMACROECONÓMICAS

Y SECTORIALES

VARIABLESMACROECONÓMICAS

Y SECTORIALES

POTENCIAL DERECURSOS

ENERGÉTICOS

TRANSFORMACIÓNENERGÉTICA

DEMANDA ENERGÉTICA

POTENCIAL DERECURSOS

ENERGÉTICOS

TRANSFORMACIÓNENERGÉTICA

DEMANDA ENERGÉTICA

POTENCIAL DERECURSOS

ENERGÉTICOS

POTENCIAL DERECURSOS

ENERGÉTICOS

TRANSFORMACIÓNENERGÉTICA

TRANSFORMACIÓNENERGÉTICA

DEMANDA ENERGÉTICA

DEMANDA ENERGÉTICA

BASE DE DATOS

AMBIENTAL(EDB)

BASE DE DATOS

AMBIENTAL(EDB)

BASE DE DATOS

AMBIENTAL(EDB)(EDB)

AGREGACIÓNDE LA

DEMANDA

EVALUACIÓNENERGÉTICA Y

AMBIENTAL

(EDB)

AGREGACIÓNDE LA

DEMANDA

EVALUACIÓNENERGÉTICA Y

AMBIENTAL

(EDB)

AGREGACIÓNDE LA

DEMANDA

AGREGACIÓNDE LA

DEMANDA

EVALUACIÓNENERGÉTICA Y

AMBIENTAL

EVALUACIÓNENERGÉTICA Y

AMBIENTAL

Valores de las variables macroeconómicas de México

Variable Unidades TMCA

Población 106 habitantes 1 2%Población 10 habitantes 1.2%Producto InternoBruto

109 USD 4.0%

Capacidad MW 3 8%Capacidadeléctrica

MW 3.8%

Potencial del recurso de bioenergía en México

Fuentes de bioenergía Potencial de energía[PJ/año]

Combustibles de la maderaBosques naturales 997- 1716Plantaciones forestales 450 -1246Subproductos de aserraderos y de la

extracción forestal71

AgrocombustiblesSubproductos agrícolas 863Subproductos agroindustriales 202Subproductos pecuarios 148

45% y 67% de la Oferta

Interna Bruta del año 2004

Cultivos energéticos 269Residuos sólidos municipales 35Total 3035 - 4550

del año 2004

Total 3035 4550

Fuente: Masera, O.(Coordinador), 2006. La Bioenergía en México: Un catalizador del Desarrollo Sustentable, REMBIO/CONAFOR.

Tecnologías emergentes y comerciales para la substitución de combustibles fósiles por biocombustibles

Biocombustible Tecnología energética Combustible/Techologíasubstituido

Comerciales• Biogás de rellenos

sanitarios• Turbinas de gas • Combustóleo/turbinas

de vapor

• Subproductos forestales y de cultivos

• Incineradores • Combustóleo/turbinas de vapory de cultivos de vapor

• Cualquier mezcla de gasolina y etanol

• Motores de combustión interna (MCI) flexibles

• MCI Gasolina

• Biodiesel • MCI Diesel • Diesel convencional

• Leña • Estufas de leña eficientes

• Estufas de leña tradicionales

Subproductos pecuarios Biodigestores y Estufas de leña• Subproductos pecuarios • Biodigestores y estufas de biogás

• Estufas de leña tradicionales

Emergentes• Plantaciones forestales, • Ciclo combinado con • Ciclo combinado con ,

subproductos forestales y bagazo

gasificación integrada de biomasa (CCGIB)

Gas Natural (CCGN)

Main assumptions

1) Approval and application of National laws to promote Renewables and Biofuels.

2) Important financing schemes such as the Clean Developing Mechanisms.

3) Fi l i ti d t l b idi t f t bi f l3) Fiscal incentives and governmental subsidies to foster biofuels.

4) Efficient logistics system for biomass feedstock recollection.

5) Sugar cane crops and fuelwood from fast growing forest plantations such as Acacia and Eucalyptus experience a big expansion for being exploited in BIGCC Plants and incinerators.

6) State and Municipal legislations foster the deployment of sanitary landfills.

7) Sugar industry has undertaken a partial transformation of sugar7) Sugar industry has undertaken a partial transformation of sugar production to ethanol production.

Main assumptions

8) Expansion of agricultural land dedicated to sugar cane crops for ethanol production.

9) Development of PEMEX infrastructure to dehydrate ethanol.

10) PEMEX obligation to blend ethanol with gasoline, starting d ll ith 5% th l bl di (E5) L t Fl f lgradually with a 5% ethanol blending (E5). Later, Flex-fuel

technology is introduced, allowing the use of up to 100% ethanol (E100) in internal combustion engines.

11) Bi di l th i f t t th t di l11) Biodiesel can use the same infrastructure than petro diesel so PEMEX is cooperative.

12) Expansion of the agricultural land dedicated to tropical vegetable il d i l t i il l t d t t t bloil producing plants —i.e. oil palm tree— and temperate vegetable

oil producing plants —i.e. rapeseed and soy.

13) Government priority and private sector support to a large-scale ff ffefficient cookstove programs to deploy efficient wood and biogas

cookstoves and biodigesters among rural population.

Cálculo de la demanda en función de la tecnología y del insumo energético

Sector Dispositivo

Estufa de

Biocombustible

Residencial

Estufa de combustibleEstufa GLPEstufa Biogás

Leña (energía por vivienda)Biogás

TransporteMCI Ciclo Otto MCI Ciclo DieselMCI Flexibles

EtanolBiodiesel

DemandaElectricidad

a) Electricidad del servicio público CCGIB

Plantaciones forestales

Bagazo y subproductos

b) Electricidad de cogeneración y autoabastecimiento

Turbinas de vapor ó CCGIBTurbinas de gas

Bagazo y subproductos forestalesBiogás de rellenos sanitarios y subproductos pecuarios Residuos sólidos municipales y

Incineradores subproductos forestales y de aserraderos

TMCA asumidas en las fases emergente y de madurez de las tecnológicas bioenergéticas hacia el año 2030

Fase emergente Fase demadurez1a etapa 2a etapa

Generación eléctricaResiduos – Incineradores 2005 - 2015 2016 - 2023 2024 - 2030Escenario Alto 38.0% 31.0% 20.0%

Escenario Moderado 30.0% 22.0% 17.0%

Biogás de rellenos sanitarios ysubproductos pecuarios-Turbinas de Gas 2005 - 2023 2024 - 2030Escenario Alto 24 0% 18 2%Escenario Alto 24.0% 18.2%

Escenario Moderado 18.0% 16.0%

Plantaciones energéticas –CCGIB

2015 - 2030

Escenario Alto 38.0%

Escenario Moderado 31.4%

Bagazo – CCGIB 2010 - 2023 2024 - 2030Escenario Alto 30.0% 20.8%

Escenario Moderado 24.0% 18.4%

TMCA asumidas en las fases emergente y de madurez de las tecnológicas bioenergéticas hacia el año 2030

Fase emergente Fase de madurez

1a etapa 2a etapa

Sector transporte

Etanol – MCI 2005 - 2015 2016 - 2025 2026 - 2030Escenario Alto 45 0% 30 0% 20 5%Escenario Alto 45.0% 30.0% 20.5%

Escenario Moderado 40.0% 30.0% 13.0%

Biodiesel – MCI 2005 - 2015 2016 - 2023 2024 - 2030Escenario Alto 45% 33% 21%

2005 - 2015 2016 - 2026 2027 - 2030Escenario Moderado 40% 25% 15%

Sector residencial

Leña – Estufas eficientes 2005 - 2015 2016 - 2025 2026 - 2030Escenario Alto 50% 35% 21.7%

Escenario Moderado 45% 32% 19.6%

Resultados de los escenarios de bioenergía en la generación eléctrica

Escenario Escenario AltoGeneración eléctrica Moderado

2015 2030 2015 2030Capacidad instalada [MW] 297 6,697 440 16,987Producción eléctrica [PJ] 5.6 127 8.3 322Consumo de bioenergía [PJ] 15.3 332.5 23 855Insumo de bioenergía/Insumo total 0.5% 7.1% 0.8% 18.2%gde energía [%]CO2 no biogénico evitado [MillonesTons]

0.3 8.5 0.6 21.6

CO2 no biogénico evitado [%] 0.4% 6.1% 0.7% 15.5%

Consumo de energía, emisiones de CO2evitadas y porcentaje de participación del etanol

Etanol en el sector transporteEscenarioModerado

Escenario Alto

2015 2030 2015 2030Consumo de bioenergía [PJ] 14.5 367.3 20.5 719.5Etanol / Energía total [%] 0.48% 6.73% 0.68% 13.18%Etanol / (etanol+gasolina) [%] 0 80% 10 19% 1 27% 20 00%Etanol / (etanol+gasolina) [%] 0.80% 10.19% 1.27% 20.00%CO2 no biogénico evitado [MillonesTons]

0.77 17.35 1.23 34.06

Escenario de etanol de caña en México

TMCA PRODUCCIÓN DE ETANOL 30% • TMCA 30% deTMCA PRODUCCIÓN DE ETANOL 30%

12 00014,00016,000

TMCA 30% de la producción de caña

6,0008,000

10,00012,000

nes

de li

tros

• Brasil produce actualmente

-2,0004,0006,000

Millo 15,000 MLitros

de etanol y generó 700,000

2005 2010 2015 2020 2025 2030generó 700,000 nuevos empleos en el campo.

Consumo de energía, emisiones de CO2evitadas y porcentaje de participación del biodiesel

Escenario Escenario AltoBiodiesel en el sector transporte

Moderado

2015 2030 2015 2030

Consumo de bioenergía [PJ] 7.2 147.2 10.3 381.9

Biodiesel / Energía total [%] 0.24% 2.70% 0.34% 6.99%

Bi di l/(bi di l di l 0 92% 10 37% 1 30% 26 91%Biodiesel/(biodiesel + dieselrestante) [%]

0.92% 10.37% 1.30% 26.91%

CO2 no biogénico evitado [Millones Tons]

0.51 9.87 0.72 25.60[Millones Tons]

Consumo de energía, emisiones de CO2 evitadasy porcentajes de participación de etanol y biodiesel

Biocombustibles en el sector Escenario Escenario Altotransporte Moderado

2015 2030 2015 2030

Consumo de bioenergía [PJ] 21 7 514 6 30 8 1101 4Consumo de bioenergía [PJ] 21.7 514.6 30.8 1101.4

Biocombustibles / Energía total [%] 0.72% 9.43% 1.02% 20.17%

Biocombustibles / (etanol+gasolina) + 0.83% 10.24% 1.28% 21.95%(biodiesel+diesel) [%]CO2 no biogénico evitado [MillonesTons]

1.27 27.18 1.95 59.65

Impacto de las estufas eficientes de leña en el consumo energético y en las emisiones de CO2

Sector residencialEscenarioModerado

Escenario Alto

2015 2030 2015 2030Número de estufas eficientes de leña

45,193 1,776,102 63,432 3,400,080

Ahorro en el consumo de leña [PJ]

0.78 30.62 1.09 58.6

Ahorro en el consumo de 0.05 2.11 0.08 4.05leña [Millones de Tons]Ahorro en el consumo de leña [%]

0.25% 8.29% 0.35% 15.87%

Emisiones evitadas en relación al uso no sustentable de leña[Millones Tons of CO2eq]

0.08 3.26 0.12 6.23

[ 2eq]

Consumo de leña en el sector residencial en los escenarios base, moderado y alto

375

Base scenario

325

350

[PJ]

Base scenario

Moderate scenario

High scenario

300

325

cons

umpt

ion

275

Fuel

woo

d

225

250

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Years

Participación de los biocombustibles en el escenario de alta penetración de la bioenergía

High penetration scenario

2500

2000

ogy

optio

ns Efficient stoves

Biodiesel

Ethanol

1500

ener

gy te

chno

l[P

J]

Biogas from landfills and cattle residues

Incinerators

Bagasse

1000

from

bio

fuel

- e

Forest plantations

0

500

Ener

gy f

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Years

Emisiones de CO2 evitadas en el escenario de alta penetración de la bioenergía

High penetration scenario100

80

100

ion

Tonn

es]

Efficient cookstoves *BiodieselEthanol

60

mis

sion

s [M

ill Biogas from landfills and cattle residuesIncineratorsBagasseForest plantations

20

40

void

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O2 e

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Years* Avoided carbon emissions expressed as CO2eq .

Por su atenciónPor su atención,Gracias.

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