12/6/15, 10:58

La bioenergía en el sector agropecuario

Datos e información sobre esta nueva forma de producir energía. Su impacto en la emisión de gases con efectos invernaderos (GEIs) y propuesta de medición elaborada por INTA.

¿Qué es la bioenergía?

La bioenergía es un tipo de energía renovable que se produce a partir del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente de las sustancias que constituyen los seres vivos o sus restos y residuos.

Sus formas más conocidas son: biocombustibles (biodiesel, bioetanol, biogas) y biomasa.

Biocombustibles: son obtenidos a partir de biomasa vegetal o animal, renovables, que permiten reemplazar a combustibles fósiles obtenidos del petróleo. Para su obtención, pueden utilizarse especies de uso agrícola, tales como el maíz y la mandioca, o plantas oleaginosas como la soja (ver “Estudio de caso producción de biodiesel a partir de aceite de soja en Argentina”), el girasol o las palmas. También pueden utilizarse especies forestales como eucaliptos y los pinos.

Biomasa: es la primera fuente de energía que conoció la humanidad. La biomasa de la madera, residuos agrícolas y estiércol continúa siendo la fuente principal de energía y materia útil en países poco industrializados. La biomasa como recurso energético puede clasificarse en natural, residual y cultivos energéticos.

 

Desarrollo de procesos para la transformación de biomasa en energía

En las últimas dos décadas se ha registrado un crecimiento económico sostenido de los países asiáticos que han incrementado notablemente la demanda de energía (acelerando el proceso de agotamiento de los recursos energéticos fósiles), y de alimentos. Los países en vías de desarrollo se constituyeron en proveedores privilegiados frente a estas demandas ejerciendo una fuerte presión sobre los diferentes ecosistemas.

La humanidad se enfrentó con un cambio de paradigma que se impuso en forma extraordinariamente rápida en todo el mundo. El mismo radicó en la diversificación de las fuentes de energía juntamente con una concientización creciente de los efectos ambientales de las diferentes actividades productivas, plasmada en los compromisos asumidos con la firma del protocolo de Kyoto en 1992.

En este marco se ubica el aprovechamiento integral de la biomasa con fines energéticos. Este hecho establece dilemas éticos y ambientales, ya que la producción de cultivos con destino a bioenergía ejerce una fuerte y creciente presión sobre el recurso tierra compitiendo con la provisión de alimentos (FAO 2008) y obliga a la expansión de zonas de cultivo hacia áreas de mayor fragilidad medioambiental acelerando procesos de degradación de suelos y generando competencias por el uso del agua. Otro de los riesgos es el avance sobre ecosistemas de alta captura de CO2 (bosques, humedales, etc.) contribuyendo al aumento de emisiones de GHG responsables del calentamiento global.

Al tiempo que los países en vía de desarrollo se perfilaban como importantes de productos bioenergéticos, la administración de los países desarrollados trataron de garantizar las premisas de sustentabilidad para la producción de los mismos, imponiendo restricciones al ingreso de productos que no cumplan con las pautas preestablecidas de calidad y sustentabilidad agroecológica, ambiental y social.

La biomasa en la actualidad es responsable de suministrar un 10% de la energía a nivel mundial según los datos del IEA 2010/11, con 1200 Millones de toneladas equivalentes de petróleo. Con respecto a los combustibles líquidos del sector transporte, la participación de los de origen biológico (no fósiles) es del 2 % con mayoritaria relevancia del alcohol (90 %) y una participación del 10 % del biodiesel.

En este particular sector, la Argentina ha tenido un crecimiento muy importante constituyéndose hoy en día, en el primer exportador y tercer productor de biodiesel a nivel mundial. Este crecimiento inicial del biodiesel ha sido acompanado en los últimos anos, por una consolidación de emprendimientos de bioetanol a partir de cana de azúcar y maíz.

También son importantes los desarrollos de aplicación de biomasa sólida para la generación térmica y eléctrica, así como la degradación anaeróbica de residuos agrícolas y agroindustriales con la generación de biogás. De esta manera Argentina presenta un crecimiento sostenido de diversas fuentes de bioenergía a lo largo de todo su territorio con evoluciones asimétricas en cuanto a importancia y tamano relativo.

La investigación mundial, en los últimos anos ha reforzado aquellos aspectos ligados al desarrollo de biocombustibles de II generación, ya que los mismos no emplean granos o coproductos actualmente utilizados con otros destinos. Es así que uno de los temas en desarrollo, es el de la transformación de celulosa en diversos compuestos, entre ellos los energéticos.

La bioenergía per se, no es capaz de sostener económicamente los nuevos desarrollos más costosos y complejos, si no se asocia con otros coproductos de alto valor agregado, en lo que recientemente se ha dado en llamar biorefinerías, reforzando el concepto de la bioeconomía.

Las acciones propuestas en este proyecto tienen como principal objetivo el agregado de valor en las cadenas agropecuarias y forestales que caracterizan los diferentes territorios, potenciando la utilización de los residuos disponibles provenientes de las mismas, para generar productos bioenergéticos de I y II generación que ayuden al desarrollo social inclusivo, atenuando las falencias energéticas detectadas para mejorar la calidad de vida y potenciar el desarrollo de nuevas actividades industriales, sociales o educativas, creen puestos de trabajo y mejoren los índices de desarrollo social.

Este PE aportará información sobre el material biomásico disponible para bioenergía en cada territorio y al desarrollo de procesos para la transformación de la biomasa en bioenergía, a través de la generación de conocimientos y articulación de capacidades para desarrollar, adaptar y transferir tecnologías organizando su acción en cuatro módulos de trabajo:

• Identificación, análisis de capacidad agroecológica y económica de la biomasa con potencial bioenergético, del que se espera obtener un SIG a nivel de cada territorio con la localización y cuantificación de cultivos y residuos agropecuarios, agroindustriales, forestales y forestoindustriales disponibles para bioenergía, con optimización de su destino y el Análisis de Ciclo de Vida (ACV), que contemple las fases de producción e industrialización del material biomásico disponible, detectando procesos que puedan mejorarse para la reducción de las emisiones o gasto energético.
• Caracterización físico-química, biológica y estructural de la materia prima biomásica y productos bioenergéticos, del que se espera obtener la caracterización y análisis de rendimiento de materias primas para la producción de biocombustibles de primera generación y el análisis de coproductos. Caracterización de material lignocelulósico para la producción de bioalcoholes.
• Obtención de insumos biológicos para el desarrollo agroindustrial, del que se espera obtener microorganismos y enzimas que sean de utilidad en los procesos de transformación de biomasa y genes de interés para la degradación de material lignocelulósico.
• Optimización y escalamiento de procesos de transformación de la biomasa en biocombustible líquido y de producción de insumos biológicos para la producción y protección en los sectores agropecuario, agroalimentario y agroindustrial, del que se espera obtener insumos microbianos para la producción y protección en los sectores agropecuario, agroalimentario y agroindustrial (bioplaguicidas microbianos, inoculantes y biofertilizantes tendientes a aumentar el suministro sustentable de macronutrientes en cultivos, biotransformadores a base de bacterias lácticas para el ensilado. Además se procurará la mejora de los procesos de transformación de la biomasa (residuos agrícola, forestal e industrial, microalgas, y cultivos energéticos) en combustibles de mayor densidad energética y física.

 

Estudio de caso producción de biodiesel a partir de aceite de soja en Argentina

La producción de soja está inserta en un complejo Sistema de producción y transformación agroindustrial que no puede ser analizada separadamente. Un conjunto de factores políticos y de Mercado explican el desarrollo y crecimiento de la producción de esta oleaginosa en todo el mundo.

En el caso de Argentina, la producción en su tapa agrícola se ha caracterizado por una permanente mejora tecnológica. Esto ha provocado un cambio marcado de todo el sistema agrícola extensivo y ha generado nuevas demandas de la sociedad sobre el cumplimiento de criterios de sustentabilidad ambiental y social.  Avances en las leyes regulatorias han permitido planificar el uso del suelo.

La industria argentina transformadora de soja es una de las más grandes y eficientes a nivel mundial con un fuerte dinamismo generando en conjunto casi un 30 % de los ingresos lo cual representa cerca del 30 % de PBI del sector agroindustrial.

Argentina es el país líder en exportación de aceite de soja, harinas y biodiesel y el tercero en granos. La futura expansión de esta industria depende de acciones de política interna y externa muy cambiantes en los últimos anos. Se presenta un completo estudio de análisis de ciclo de vida  siguiendo las metodologías avaladas internacionalmente a fin de calcular el ahorro real de emisiones.

Debido a la diversidad de zonas agroecológicas se realizaron estudios específicos para cada una de ellas. Los resultados indicaron valores de Gases de Efecto Invernadero (Kg CO2 eq/km), (0,0447 Kg CO2 eq/km). La reducción promedio de emisiones respecto al diesel de petróleo alcanzo el 75,5%.  Estudios más recientes sobre plantas regionales arrojaron valores del 70 %.

 

Emisiones de gases con efecto invernadero (GEI)

Existe preocupación a nivel mundial sobre los efectos del aumento de la concentración de gases con efecto invernadero (GEI) en la atmósfera (que se ha detectado desde la revolución industrial) sobre algunos parámetros climáticos, como la temperatura del aire, la ocurrencia de eventos extremos y las alteraciones en los regímenes de lluvias. Esta preocupación ha fomentado necesidad de contar con información sobre las emisiones generadas por las distintas actividades productivas, entre las cuales las actividades agropecuarias son relativamente muy importantes en los países como el nuestro.

Muchas de las economías de los países de América Latina se basan en la exportación de materias primas o productos elaborados hacia países desarrollados. Los mercados internacionales han empezado a solicitar el cálculo de las emisiones ocurridas como consecuencia del proceso productivo completo, lo que se denomina “huella de carbono” y “huella del agua” de cada producto. En poco tiempo, en algunos sectores el medio ambiente el cambio climático, las emisiones GEI y la huella de carbono se han convertido en elementos importantes de marketing de los productos y comunicación a todo nivel.

Los gases con efecto invernadero (GEIs) son aquellos gases que absorben la radiación infrarroja, atrapando calor y calentando la superficie de la tierra. Uno de los compromisos primarios que la República Argentina ha asumido, es la elaboración, actualización periódica, publicación y presentación a la Conferencia de las Partes de los inventarios nacionales de las emisiones antropogénicas por las fuentes y de la absorción por los sumideros de todos los gases de efecto invernadero no controlados por el Protocolo de Montreal.

Los principales gases del sector agropecuario son:

 

• Dióxido de carbono (CO2): La quema de rastrojos y la deforestación, desmonte, y roturación de pastizales y pasturas para utilizar con cultivos son las principales fuentes de este gas;

• Óxido nitroso (N2O): proviene de reacciones biológicas que utilizan el nitrógeno de los suelos que ingresa por los fertilizaciones o por la degradación de materiales vegetales residuales;

• Metano (CH4): Este gas es emitido por procesos fermentativos en cultivos de arroz inundados, en el rumen del ganado doméstico y en el estiércol de los animales que se maneja en condiciones anaeróbicas.

 

Hasta la fecha, la República Argentina ha elaborado y presentado oficialmente cuatro Inventarios Nacionales de GEI, correspondientes a los anos 1990, 1994, 1997 y 2000, sin diferenciación regional, como componentes de la Primera y Segunda Comunicación Nacional de Cambio Climático a la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático (CMNUCC). Todos los cálculos de emisiones presentados por nuestro país, han sido calculados teóricamente, siguiendo las directivas del IPCC.

Los cálculos se realizan, cuando no existen factores locales aceptados por el IPCC, con los valores por defecto propuestos por el IPCC. Estos factores de emisión han surgido de ensayos de medición llevados a cabo en países desarrollados, tienen un valor de incertidumbre muy alto y no siempre reflejan correctamente las circunstancias de los países en desarrollo.

En las dos últimas carteras de proyectos hemos estado trabajando en los ajustes metodológicos y en la realización de las primeras mediciones a campo de las tasas de emisión de los diferentes tipos de gases con efecto invernadero más importantes en las actividades agropecuarias con el objetivo de poder definir factores de emisión propios. La actual propuesta pretende avanzar sobre las experiencias pasadas y sistematizar la toma de datos de manera de poder comparar los diferentes sistemas en cuanto a sus emisiones GEI.

Se comenzó caracterizando algunos sitios, manejos y tipos de cultivos. Es objetivo de esta propuesta sistematizar la toma de datos y aumentar los sistemas evaluados, de manera de poder proponer nuestros propios factores de emisión, para tener una medida más precisa y exacta de las emisiones del sector agropecuario de Argentina.

El objetivo general de esta propuesta es contribuir a la cuantificación del balance de los principales gases con efecto invernadero en sistemas productivos y brindar opciones de mitigación. Las cuantificaciones se realizarán en la etapa de producción primaria y estarán disponibles para que puedan ser utilizadas en el cálculo de la huella de carbono que lo requieran.

La propuesta se ha estructurado en tres módulos según el sistema que se estudia: el módulo 1 propone estimar las emisiones en los sistemas agrícolas, el módulo 2 en los sistemas ganaderos y el módulo 3 propone caracterizar los sistemas más representativos de las regiones en cuanto a las variables relacionadas a la emisión de GEI, buscando proponer acciones de mitigación.

Los objetivos específicos son:

 

• En el modulo 1: Cuantificar las entradas y salidas de dióxido de carbono en sistemas agrícolas de nuestro país; Cuantificar las emisiones de óxido nitroso en sistemas agrícolas de nuestro país; Cuantificar las emisiones de metano proveniente de sistemas agrícolas de nuestro país.

• En el módulo 2: Cuantificar las emisiones de metano entérico en sistemas ganaderos extensivos y en sistemas de producción de leche; Cuantificar las emisiones de óxido nitroso en sistemas ganaderos extensivos; Cuantificar las entradas y salidas de carbono en sistemas ganaderos de nuestro país.

• En el módulo 3: Cuantificar las emisiones y captura de gases con efecto invernadero y evaluar medidas de mitigación, a nivel de sistemas integrados; Fortalecer las capacidades de investigación en gases con efecto invernaderos.

 

Los métodos que se utilizarán implican tomar mediciones a campo o en ensayos, de modo que permitan estimar tasas de emisión. Se propone tomar las mediciones en sitios representativos de diferentes sistemas productivos para tener variedad en la representatividad de los datos, a lo largo del ano, porque para calcular factores de emisión se necesita tener al menos 1 ano completo, y de varios anos para tener en cuenta la variabilidad interanual. Las técnicas que se utilizarán varían según el gas a determinar y si es un sistema agrícola o ganadero. Las emisiones de metano entérico se realizarán con la técnica del hexafloruro de azufre, técnica aceptada internacionalmente.

Las emisiones desde el suelo, de metano, nitroso o carbono, ya sea en ganadería o en agricultura, se realizan con cámaras estáticas, que brinda datos puntuales, y en general se toman mensualmente. Se deben tener varias réplicas en cada lote y en varios lotes para calcular el promedio mensual. Alternativamente, estas mediciones se complementan con las estimaciones utilizando la técnica de flujo turbulento, que permite tener un dato del intercambio de GEI (carbono o nitroso) a una escala temporal muy detallada (1 dato cada media hora) y continuo en el tiempo. Esto se realizará tanto en campos ganaderos como agrícolas.

El último módulo propone recopilar toda la información que hay hasta hoy dispersa en las distintas unidades de INTA, re pensar datos de encuestas, para conformar una base de datos que pueda utilizarse para calcular la huella de carbono en la etapa de producción primaria en distintas actividades que así lo requieran.

Productos:

- Valores de tasas y factores de emisión de óxido nitroso y dióxido de carbono producto de actividades agrícolas. El resultado esperado es contar con valores propios de tasas de emisión de óxido nitroso por hectárea, para distintos periodos de tiempo (estacional, por campana, anual), en diferentes campanas agrícolas (trigo, soja, maíz y cana de azúcar). Y cuantificar el balance de carbono en distintas campanas agrícolas.

- Valores de tasas de emisión de metano en lotes agrícolas. El resultado esperado es contar con valores propios de tasas de emisión de metano de distintas campanas agrícolas (arroz, soja, maíz, cana de azúcar).

- Valores de tasas y factores de emisión de metano entérico según la dieta, el tipo de animal y la región. El resultado esperado es disponer de registros de medición de metano generado por fermentación entérica en actividades ganaderas y obtener factores de emisión locales.

- Valores de tasas y factores de emisión de óxido nitroso en sistemas ganaderos. El resultado esperado es contar con valores de tasas de emisión de óxido nitroso y obtener factores de emisión locales en sistemas ganaderos.

- Balance de intercambio de carbono en sistemas ganaderos. El resultado esperado es tener cuantificado el carbono que se intercambia en las actividades ganaderas sobre pastizales y pasturas.

- Conformación de una red de investigadores interesados en la cuantificación de GEI, lo que permitirá mantener la base de datos actualizada y tener datos confiables respecto a las emisiones de nuestro país.

- Base de datos incluyendo las principales variables que determinan la emisión y captura de GEI, para los sistemas agropecuarios más representativos del país. El resultado esperado es tener a disposición del que lo requiera, conocimiento en relación a las emisiones de GEI y opciones tecnológicas para mitigarlas, en los principales sistemas productivos del país.

- Modelo para cuantificar las emisiones de GEI y evaluar medidas de mitigación, a nivel de sistemas integrados. Resultado esperado: disponer de un modelo que agilice los cálculos y permita el planteo de diferentes actividades de mitigación.

El conjunto de resultados esperados se orientan hacia el conocimiento del estado de situación de las emisiones de gases con efecto invernadero del sector agropecuario y la posibilidad de proponer métodos para disminuir las emisiones y de mitigar las mismas.

 

Bibiliografía:

• [RBA Ambiental – Qué es la bioenergía] http://www.rba-ambiental.com.ar/bioenergia/que-es-la-bioenergia/
• Jorge Antonio Hilbert “Desarrollo de procesos para la transformación de biomasa en energía” (INTA).
• Jorge Antonio Hilbert; Sofía Galligani; Sebastián Galbusera. “Estudio de caso producción de biodiesel a partir de aceite de soja en Argentina” (INTA).
• Jorge Antoni Hilbert. “Emisones de gases con efecto invernadero (GEI” (INTA).

Edición: Santiago Gasparini – Pasantías Aapresid