85 >>> MONOGRAFÍA 4 Cultivos Agroenergéticos 1. Introducción Desde sus orígenes, el fin principal de la agricultura ha sido la producción de alimentos. El agricultor ha desempeñado la función agrícola, mientras que el resto de la sociedad se ha dedicado a otras actividades: a la defensa, a la búsqueda del agua o la conquista de tierras más fértiles. La investigación agrícola ha tenido durante el último siglo espectaculares avances, aumentando el rendimiento de su producción de tal forma que se han producido excedentes agrarios. Las políticas agrarias han obligado a la disminución de la superficie cultivada, subvencionando la retirada de tierras. Todo esto unido al deterioro del medioambiente y a la necesidad de la creación de alternativas en el mundo agrario y rural hace que los agrocultivos tomen una posición privilegiada en esta nueva etapa. fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6). Según un informe de la Convención de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (UNFCCC), España es uno de los países de la Unión Europea (considerando sólo 15 socios) que más incumple los compromisos contraídos con la firma del Protocolo de Kioto. Sus emisiones de CO2 aumentaron un 53% en el periodo 19902005 mientras que el aumento permitido durante ese periodo por el Protocolo es de tan sólo un 15%. España realizará la mayor parte del esfuerzo para cumplir el Protocolo de Kioto sobre reducción de gases contaminantes a partir de este año 2008, según figura en el plan de asignación de derechos de emisión presentado por el Gobierno. Se trata de un acuerdo internacional que surge de la necesidad de combatir el cambio climático, promoviendo el desarrollo sostenible. La mayor parte de los avances tecnológicos que sin duda han repercutido muy favorablemente en las condiciones de vida del ciudadano moderno en lo que a transporte, industria y confort se refiere, han supuesto un consumo creciente de energía pero también han llevado a crear una dependencia total de los combustibles fósiles, sobre todo de los países consumidores de este tipo de energía con respecto a los productores. El objetivo del Protocolo de Kioto es conseguir reducir un 5,2% las emisiones de gases de efecto invernadero globales, sobre los niveles de 1990, para el periodo 2008-2012. Este es el único mecanismo internacional para empezar a hacer frente al cambio climático y minimizar sus impactos. Por ello contiene objetivos legalmente obligatorios para que los países industrializados reduzcan las emisiones de los 6 gases de efecto invernadero de origen humano: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) El modelo de desarrollo basado principalmente en el consumo de combustibles importados hace vulnerables las economías de los países que los adoptan y que dependen del precio y las fluctuaciones del mismo. La tendencia natural de las reservas de petróleo es a reducirse, mientras que la demanda aumenta (caso de China, que ha hecho que aumente el valor del barril al ser un nuevo consumidor), principalmente por el desarrollo de países emergentes. Protocolo de Kioto y óxido nitroso (N2O), además de tres gases industriales <<< 86 Temas de Actualidad Agraria 2008 Europa y por tanto España, ha regulado la inclusión de porcentajes de biocombustibles en el consumo de sus automóviles en el curso de la próxima década, teóricamente, como contribución para disminuir las emisiones de dióxido de carbono. Para ello en España se crea, el Plan de Energías Renovables (PER) 2005-2010, el cual tiene como objetivo conseguir un ahorro de emisiones de 27,3 millones de toneladas de CO2 en el año 2010, a través del aumento del peso de las energías renovables en el balance energético nacional, aminorando la dependencia energética del exterior. motor diesel. Se obtiene a partir de aceites vegetales y/o grasas animales –Ej. colza, girasol, palma, soja, sebo, etc.-, permitiendo al campo y la industria aceitera otra posibilidad de comercialización y de diversificación de la producción. La producción total en 2007 fue de 7,9 millones de toneladas, situándose como principal productor Alemania con 2 millones de toneladas, seguido de Estados Unidos con 1,2 millones de toneladas e Italia con 550.000 toneladas. España ocupa el séptimo lugar entre los diez principales productores mundiales de biodiesel con 200.000 toneladas. Las tres energías renovables que se barajan son la eólica, los biocarburantes y el biogás. La energía eólica es la que presenta mayor nivel de desarrollo y mejores expectativas. En el caso de los biocarburantes, se podrían superar ampliamente los objetivos originales del PER, a la luz de la evolución registrada y la favorable reforma producida en la fiscalidad. En biogás, ya se han superado los objetivos fijados para 2010, si bien representan una contribución relativa bastante discreta al conjunto del PER. El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar o remolacha. De los 39,5 millones de producción de etanol para 2007, es Estados Unidos con 19,5 millones de toneladas el mayor productor, seguido de En este contexto es en el que toman importancia los cultivos energéticos (objeto de esta monografía). 2. Biocombustibles: Definición y tipos ¿Qué es un biocombustible? Según la etimología de la palabra sería un combustible de origen biológico. Así tal cual incluso el petróleo lo sería, pues procede de restos fósiles de seres que vivieron hace millones de años. Pero se tiende a definir como biocombustible a un combustible de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos. También se denomina biocombustible a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa, definiéndose ésta como “el conjunto de toda la materia orgánica, no fósil, de origen biológico”, siendo biomasa energética aquella utilizada con fines energéticos. La biomasa se puede originar a partir de residuos forestales o agrícolas, de sólidos urbanos, de animales y/o de industrias agrícolas. Tipos de biocombustibles El biodiesel es el combustible renovable que tiene el mayor potencial de desarrollo en todo el mundo. Se puede usar puro o mezclado con gasoil en diferente proporción, en cualquier Brasil, la Unión Europea y China con 14,9, 1,8 y 1,27 millones de toneladas, respectivamente. El ejemplo más visible de cómo este biocombustible puede llegar a ser más que rentable para nuestra maltratada naturaleza se encuentra en Brasil donde, desde hace muchos años, se produce etanol a gran escala a partir de melazas de caña de azúcar o pulpa de mandioca. Este biocombustible se mezcla al 20% con la gasolina que utilizan los automóviles, lo que supone un considerable ahorro en la factura de petróleo, además de una verdadera buena noticia para el medio ambiente, al ser éste un combustible que no emite residuos contaminantes a la atmósfera. El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. 3. Cultivos Energéticos. Tipos y clasificación Los cultivos energéticos suelen ser plantas de crecimiento rápido destinadas únicamente a la obtención de energía o como materia prima para la obtención de otras sustancias combustibles. El desarrollo de estos cultivos energéticos suele ir acompañado del desarrollo paralelo de la correspondiente industria de transformación de la biomasa en combustible. Por eso la agroenergética constituye una verdadera agroindustria, 87 >>> donde hace falta que la producción y la transformación estén estrechamente relacionadas. Para la elección del cultivo, habrá que determinar aquel más adecuado, no sólo en cantidad y calidad del aceite o etanol que produzca, sino aquel que mejor se adapte a las condiciones edafoclimáticas de la zona. Dichas condiciones dependerán de la zona geográfica, el clima y las condiciones del suelo. La agroenergía, al implicar el uso de cultivos no alimentarios, necesita cultivos que han de desarrollarse en tierras poco dadas a la producción de alimentos para personas o animales, por lo que deben ser menos exigentes en condiciones de agua o nutrientes que los cultivos tradicionales, para competir en la menor medida posible con ellos. 3.1. Clasificaciones Los cultivos energéticos pueden clasificarse atendiendo a varios criterios, entre los que destacan: a) Dependiendo del tipo de biomasa que genera: - Cultivos productores de biomasa lignocelulósica: apropiados para producir calor mediante combustión directa en calderas, lo que permite utilizarlos en desecación y en generación de vapor. En el área mediterránea son las especies leñosas cultivadas en turnos de rotación cortos, o los cultivos de especies herbáceas, entre los que destaca el cardo. - Cultivos alcoholícenos: la cebada y el maíz son ejemplos de cultivos destinados a obtener alcoholes vegetales para la obtención de carburantes para motores de explosión, conocidos como bioetanol o biogasolina. - Cultivos oleaginosos: son cultivos de colza, soja y girasoles destinados a la obtención de aceites vegetales aptos para ser usados como carburantes en el sector de la automoción, y conocidos comúnmente como biodiesel. Este puede ser utilizado puro o en mezcla con combustible diesel fósil. Es biodegradable, no tóxico y reduce emisiones de gases efecto invernadero. - Otros cultivos energéticos: plantas y cultivos especializados considerados más recientemente para usos energéticos, tales como miscantus, retama, caña, avena, entre otros. b) Según el porte de la planta: - Leñosos: Olivo, frutales, viñedos, forestales (sauce, chopo, eucalipto, olmo de Siberia), entre otros. - Herbáceos: Cardo, caña común, plantas oleaginosas (colza, girasol, soja), plantas ricas en azúcares (remolacha azucarera, sorgo azucarero y pataca), etc. Aparte de la clasificación anterior, hay que mencionar el uso de los subproductos, derivados tanto de origen agrícola y ganadero, como agroindustrial. De los subproductos agrícolas destacan los derivados de restos de cosechas, de los subproductos ganaderos los estiércoles y otras excretas de ganado vacuno, caballar, porcino, ovino, etc. que se pueden secar y usar directamente como combustibles, o bien se pueden transformar en biogás. Y como subproductos agroindustriales, hay que destacar los productos que se generan a partir de la elaboración de alimentos, como el azúcar de caña, cáscaras de arroz, cáscaras de médula y fibra de coco, así como residuos de los procesos de la extracción del aceite de oliva, entre otros. En el Cuadro 1 se pueden observar las principales materias primas y sus aplicaciones energéticas, así como los productos que se obtienen de ellas. <<< 88 Temas de Actualidad Agraria 2008 Cuadro 1. Principales materias primas y sus aplicaciones en bioenergía Materias Primas Productos Residuos Forestales Domésticas Residuos Agrícolas Herbáceos Residuos Agrícolas Leñosos Residuos de Industrias Forestales Aplicaciones Redes de calefacción centralizada Biomasa Térmicas industriales Eléctricas Residuos de Industrias Agrícolas Cultivos Energéticos Residuos Ganaderos Residuos Biodegradables de Instalaciones Industriales Biogás Biocarburante Lodos de Depuradora Cultivos ricos en azúcares (cereal, maíz, remolacha…) Productos Lignocelulósicos Térmicas y eléctricas Bioetanol Mezclas con gasolina como biocarburante Biodiesel Mezclas con diesel como biocarburante Cultivos ricos en aceites (girasol, colza…) Aceites usados y grasas animales Fracción biodegradable de los residuos urbanos e industriales Fuente: Elaboración propia a partir de datos de Julio Montes, 2004. ICA-ITT. 3.2. Características botánicas y agronómicas de los principales cultivos energéticos en Andalucía Colza (Brassica napus): De la familia de las crucíferas la colza es conocida por el alto contenido de aceite de sus semillas. El tallo es de porte erecto y altura variable, desde los 90 cm que miden las variedades enanas hasta los 2 metros que pueden alcanzar las variedades de mayor tamaño. Su raíz es pivotante y muy profunda, por ello su sistema radicular está preparado para alcanzar profundidades a las que no llegan los cereales, mejorando la estructura del suelo. Las flores son de color amarillo y se agrupan en racimos terminales. Los frutos son silicuas de 5-8 cm de longitud, las silicuas maduras son dehiscentes, abriéndose las suturas con golpes o al secarse con el sol, cayendo los granos al suelo. Se están mejorando variedades que desgranan menos para no perder cosecha en el campo. La semilla de colza tiene una proporción importante de aceite, (39%). Aparte de los ácidos grasos (que se encuentran en otros aceites vegetales), hay una gran cantidad de ácidos grasos de cadena larga, entre los que cuantitativamente el más importante es el ácido erúcico. Por tanto, la semilla es la parte de la colza, de la cual se extrae el aceite para la obtención de biocombustible. En España se siembra en otoño, aunque puede sembrarse también en primavera, no soporta temperaturas inferiores a 2ºC, son plantas que aguantan bien la falta de agua y se suelen desarrollar bien con pluviometría de 400 mm/ año. Tienen resistencia a la sequía invernal y sufren con los encharcamientos. Superficie y producción: con 1.329 hectáreas sembradas en Andalucía y una producción total para el año 2007 de 1.805 Tm, Sevilla es la provincia (con 800 ha sembradas) que mayor superficie posee de la región. Girasol (Helianthus annuus): Es una de las plantas herbáceas anuales, pertenecientes a la familia Asteraceae y de extracción de aceite para consumo humano, más cultivadas en el mundo. Formada por una raíz pivotante y un sistema de raíces secundarias de las que nacen las terciarias que exploran el suelo en sentido horizontal y vertical. Normalmente la longitud de la raíz principal sobrepasa la altura del tallo. La raíz profundiza 89 >>> poco, y cuando tropieza con obstáculos naturales o suelas de labor desvía su trayectoria vertical y deja de explorar las capas profundas del suelo, llegando a perjudicar el desarrollo del cultivo y por tanto el rendimiento de la cosecha. alrededor de 236.599 hectáreas (Sevilla concentra más del 50%). El rendimiento de este cultivo en secano es de unos 1.500 Kg/ha. Remolacha azucarera (Beta vulgaris) : Su tallo es de consistencia semileñosa y maciza en su interior, siendo cilíndrico, con un diámetro variable entre 2 y 6 cm, y una altura hasta el capítulo entre 40 cm y 2 m. La superficie exterior del tallo es rugosa, asurcada y vellosa, excepto en su base. En la madurez, el tallo se inclina en la parte terminal debido al peso del capítulo. Necesita de colmenas cercanas (2-3 por hectárea) para asegurar su polinización. El fruto es un aquenio (pipa) de tamaño comprendido entre 3 y 20 mm de largo; y entre 2 y 13 mm de ancho. Entre sus características agronómicas hay que destacar que se trata de un cultivo poco exigente en el tipo de suelo, aunque prefiere los arcillo-arenosos y ricos en materia orgánica, no soporta la salinidad y su contenido en aceite disminuye cuando ésta aumenta. Es una de las plantas con mayor capacidad para utilizar los residuos químicos aportados por las explotaciones anteriores, propiciando un mejor aprovechamiento del suelo, por tanto la rentabilidad de las explotaciones agrícolas se ve incrementada. Se adapta muy bien a un amplio margen de temperaturas que van desde 25-30 a 13-17ºC. Aprovecha el agua de forma mucho más eficiente en condiciones de escasez. Su sistema radicular extrae el agua del suelo a una profundidad a la que otras especies no pueden acceder. El girasol adapta muy bien su superficie foliar a la disponibilidad de agua en el medio. Es un cultivo de secano, pero responde muy bien al riego incrementando el rendimiento final. La época de siembra influye directamente en el contenido en aceite de los aquenios, siendo éste superior si las siembras son tempranas. El aceite de girasol es un aceite comestible que se obtiene del prensado de la semilla, conteniendo algunas variedades hasta un 45% de aceite. Superficie y producción: en 2007 se sembraron en Andalucía La remolacha azucarera es una planta bianual, perteneciente a la familia Quenopodiaceae. Durante el primer año la remolacha azucarera, constituyendo sus reservas, desarrolla una gruesa raíz napiforme y una roseta de hojas. Durante el segundo año, emite una inflorescencia ramificada en panícula, pudiendo alcanzar ésta hasta un metro de altura. Las flores son poco llamativas y hermafroditas. La fecundación es generalmente cruzada, al madurar sus órganos masculinos y femeninos en épocas diferentes. Posee una raíz pivotante, casi totalmente enterrada, de piel-amarillo verdosa y rugosa al tacto, constituyendo la parte más importante del órgano acumulador de reservas. Sus semillas están adheridas al cáliz y son algo leñosas. Un clima templado, soleado y húmedo contribuye a la producción de un elevado porcentaje de azúcar en la remolacha. En este cultivo es muy importante la intensidad de iluminación, ya que permite el buen ejercicio de la fotosíntesis y condiciona la mayor producción de azúcar. Necesita suelos profundos con un pH alrededor de 7, con elevada capacidad de retención de agua, poca tendencia a formar costras y buena aireación. Los suelos arcillosos, arenosos, calizos y secos no son propicios para este cultivo. El agua es el factor que más influye sobre el peso y la riqueza de la remolacha azucarera; a la vez es el más difícil de manejar, por depender de muchos otros parámetros como la climatología, el tipo de suelo, la profundidad de raíces, etc. El volumen de agua a emplear puede oscilar entre 50 y 70 l/m2, siendo aplicada desde mediados de agosto a principios de septiembre. Necesita aproximadamente 20 l/m2 para nacer, pero si en un plazo de 15-20 días no ha recibido de nuevo agua, puede perderse la siembra. Aunque la finalidad del cultivo de la remolacha es extraer el azúcar de la raíz (contiene entre un 13% y un 22% de sacarosa), y de ahí obtener bioetanol, también se obtienen subproductos de gran importancia a partir de la fabricación del azúcar, tales <<< 90 Temas de Actualidad Agraria 2008 como las melazas y pulpas. Finalmente, las hojas y los cuellos de la remolacha que resultan del deshojado constituyen un buen alimento para el ganado. Superficie y producción: 26.910 hectáreas en 2007 en Andalucía con una producción total de 1.743.450 Tm, lo que supone un rendimiento de 64,7 Tm/ha. 3.3. Principales ventajas e inconvenientes de los cultivos agroenergéticos La explotación de determinados cultivos agrícolas para la obtención de biocombustibles, lleva consigo una serie de ventajas e inconvenientes de los que es preciso citar los más importantes. Ventajas: - Adaptación para desarrollarse en tierras no utilizadas para producción de alimentos. - Elevados rendimientos con bajo consumo de agua. - Balance energético positivo y mejora del balance medioambiental con relación a los cultivos tradicionales. - Posibilidad de utilizar en el riego aguas residuales y eutrofizadas. - Reducción de las emisiones de CO2, debido a que emiten a la atmósfera el carbono que previamente han absorbido en el proceso de fotosíntesis. - Creación de empleo y fijación de la población rural, por tanto continuidad de la actividad agraria. - Reducción de la dependencia del exterior. 4. Situación en España La superficie dedicada a los cultivos energéticos en España ha pasado de 5.000 ha en 2004, a 25.610 ha en la campaña 2005-06, y a 223.4671 ha en la campaña 2006-07. Para cumplir con los objetivos del Protocolo de Kioto y poder abastecer todas sus necesidades de bioetanol y biodiesel, España necesitará una superficie cercana al millón de hectáreas dedicadas a la producción de estos cultivos. Los cultivos energéticos más utilizados en España son los cereales, caña de azúcar, colza y cardo. En el Plan de Energías Renovables (PER) se han considerado como zonas prioritarias de actuación aquellas donde la superficie agrícola destinada a cultivos supone un porcentaje importante del total de territorio regional. Estas zonas engloban las Comunidades Autónomas de Andalucía, Castilla - La Mancha, Castilla y León, y Aragón. Estas cuatro Comunidades reúnen el 80 % del potencial de recursos de producción con cultivos energéticos, superando los 4.600.000 tep/año. La Comunidad Autónoma que destaca por poseer la mayor producción es Castilla y León, seguida de Castilla-La Mancha, situándose en tercer lugar por importancia, Andalucía, con un 18,4% del total de España (Mapa 1). Mapa 1. Distribución de la producción de cultivos energéticos. España, 2004 -Inconvenientes: - Compiten con la alimentación humana. - La gran demanda de superficie que necesitan los cultivos energéticos (para fabricar el 10% de agrocombustibles que necesita la UE, sería necesario emplear el 70% de las tierras agrícolas de la misma). - Balance negativo de la energía, haría falta la cogeneración energética en cultivos como el trigo y la cebada. - Altos costes de producción. 29,5% 12,4% 12,4% 18,4% Fuente: PER, año 2004. 1 Datos recogidos de la guía de la bioenergía de la obra social de Caja Madrid. 91 >>> La industria de los biocombustibles en el año 2008, aún se encuentra en fase de desarrollo, estando en marcha 3 empresas de bioetanol y 10 plantas de producción de biodiesel en el ámbito nacional, con una capacidad total de 375.000 Tm/año de bioetanol y de 285.000 Tm/año de biodiesel. En 2008, existen 490 establecimientos expendedores de biocombustibles en España, de los cuales 484 dispensan biodiesel y 6 bioetanol. Andalucía con 79 biogasolineras representa el 16,22% del total nacional y cabe destacar la provincia de Sevilla, que con 29 establecimientos está a la cabeza de la región. En el año 2006 el consumo de biocarburantes en España era del 0,44% y las estimaciones del Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE) para el año 2010 se sitúan entre 1,4– 1,8%, lejos aún del objetivo fijado para la UE (el objetivo para 2010 es alcanzar una penetración de mercado del 5,75%). Estos cálculos se realizaron teniendo en cuenta que el bioetanol sería producido a partir de cereales nacionales, pagados al precio de garantía y con una exoneración total de impuestos. 5. Proceso de obtención de los biocombustibles 5.1. Proceso de obtención del biodiesel En la Unión Europea, España es el primer productor de bioetanol y el tercero en consumo, por detrás de Suecia y Alemania. Con respecto al biodiesel, a pesar de estar muy lejos del primer productor europeo, (Alemania con 1.035.000 Tm/año, según datos de 2004), actualmente se está apostando por la construcción de plantas para su producción. A partir de la obtención del aceite de origen vegetal, mediante procesos mecánicos, químicos o a través de la combinación de ambos, éste se somete a una reacción a temperatura determinada (60ºC) junto a un catalizador (sosa o potasa) y un alcohol (metanol); se produce una hidrólisis en la que se obtiene biodiesel y subproductos, glicerina y metanol. Diagrama de flujo 1. Pasos para la obtención del biodiesel Catalizador 9,2 Kg de KOH Aceite 1.000 Kg Metanol 156 Kg Reactor Biodiesel 965 Kg Glicerina 170 Kg Metanol 23 Kg Fuente: Elaboración propia a partir de datos recogidos de www.energias-renovables.com. 5.2. Proceso de obtención de bioetanol La producción de bioetanol se realiza a partir de jugos de productos agrarios ricos en azúcar (tallo de la caña de azúcar, raíz de remolacha, etc.) o de productos que contienen almidón (granos de cereales, caso principalmente de España), a los que previamente hay que hidrolizar para obtener glucosa. Una vez que se obtiene el mosto fermentable, rico en glucosa, las levaduras, en ausencia de oxígeno, transforman la glucosa en etanol. Por cada 100 g de glucosa se obtiene 51,1 g de etanol y 48,9 g de CO2. <<< 92 Temas de Actualidad Agraria 2008 Diagrama de flujo 2. Pasos para la obtención del bioetanol Biomasa azucarada Biomasa amilácea Biomasa celulosítica Hidrólisis Mosto fermentable (Glucosa) Fermentación Vinazas Destilación Bioetanol Fuente: Elaboración propia a partir de datos recogidos de www.energias-renovables.com. 6. Ventajas económicas y medioambientales del uso de los biocombustibles Según el informe del Ministerio de Medio Ambiente, elaborado por Arturo Gonzalo Aizipiri, Secretario General para la Prevención de la Contaminación y del Cambio Climático, las ventajas del uso de los biocombustibles puros o mezclados con derivados del petróleo pueden resumirse en: - Respecto a los sistemas estudiados con bioetanol, en comparación con la gasolina, se deriva que, el balance energético de la producción de las mezclas es tanto mejor cuanto mayor es el contenido de etanol. Comparando con la gasolina 95, la mezcla al 85% de etanol de cereales con gasolina permite un ahorro de energía primaria de un 17%, y la mezcla al 5% permite un ahorro de un 0,28%. La mezcla 85% permite un ahorro de energía fósil de un 36%, y la mezcla 5% permite un ahorro de un 1,12%. - En cuanto al biodiesel, y comparado con el diesel EN-590, los balances energéticos del ciclo de vida de las mezclas estudiadas son tanto mejores cuanto mayor es el contenido de biodiesel, especialmente biodiesel de aceites vegetales usados en la mezcla. El biodiesel de aceites vegetales crudos permite un ahorro de energía primaria de un 45% y un ahorro de energía fósil de un 75%, mientras el biodiesel de aceites vegetales usados permite un ahorro de un 75%, siendo del 96% en lo que a energía fósil se refiere. Las mezclas con diesel al 10% permiten un ahorro de energía primaria entre un 4% y un 7%. - Los resultados sobre emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) expresados, en la mayoría de los casos, como emisiones evitadas por la utilización de las distintas mezclas de biocarburantes pueden resumirse en los siguientes términos: · Para las mezclas de bioetanol, las emisiones de CO2 y de gases de efecto invernadero son tanto menores 93 >>> cuanto mayor es el contenido de etanol en la mezcla. Comparando con la gasolina 95, siempre expresado “por cada kilómetro recorrido”, se ha obtenido que la mezcla de etanol al 85% evita que se emitan 170 g de CO2 (90%) y la mezcla al 5% de etanol evita la emisión obtenido que el biodiesel de aceites vegetales crudos evita que se emitan 120 g de CO2 (91%) y el biodiesel de aceites vegetales usados evita que se emitan 144 g de CO2 (84 %). El biodiesel de aceites vegetales crudos evita que se emitan 92 g de gases de efecto invernadero (CO2 equivalente, 57%). de 8 g de CO2 (4%). La mezcla de etanol al 85% evita que se emitan 144 g de gases de efecto invernadero (expresados en g de CO2 equivalentes) que supone un ahorro de un 70%, y la mezcla inferior evita la emisión de 7 g de CO2 equivalentes (3%) por cada km. 7. Situación actual del sector La energía es necesaria para el desarrollo de la industria, la agricultura y la vida en general, requiriendo un gasto energético la mayoría de los procesos que proporcionan bienestar y comodidad a la vida diaria. El sector primario y los servicios (residencial) son los que registran un mayor consumo de energía, registrándose 492,8 Mtep en la Unión Europea en 2005, siendo 29,5 Mtep el consumo de España en 2006, correspondiendo el 13,90% a Andalucía. · Para las mezclas con biodiesel, las emisiones de CO2 y de gases de efecto invernadero son tanto menores cuanto mayor es el contenido de biodiesel, especialmente biodiesel de aceites vegetales usados, en la mezcla. Comparando con el diesel EN-590, y también expresado “por cada kilómetro recorrido”, se ha Mapa conceptual 1. Distribución de la Energía Primaria y Final Energía Final Primaria No renovable Renovable Combustibles derivados del petroleo Petróleo Fósil Gas natural Carbón Nuclear Biocarburantes Térmica Bioetanol Biomasa Hidráulica Eólica Solar Biogás Fuente: Elaboración propia. Electricidad Biodiesel Gas natural Carbón <<< 94 Temas de Actualidad Agraria 2008 Energía Primaria Se consideran fuentes de Energía Primaria a las que se obtienen directamente de la naturaleza, transformándose mediante procesos de conversión energética en formas de energía más adecuadas, aptas para ser utilizadas en todas las aplicaciones que demanda la sociedad, denominándose Energía Final. El consumo de Energía Primaria continua aumentando a pesar de las restricciones derivadas del Protocolo de Kioto. En 2006 el consumo en España ascendió a 145 Mtep de los que el 13,7% corresponde a Andalucía (Cuadro 2). Asimismo, en la Unión Europea el consumo de petróleo supone el 37,27% del total de energía primaria consumida, mientras que en España y Andalucía este porcentaje alcanza el 48,9% y el 50,8%, respectivamente, confirmándose la mayor dependencia de esta fuente de energía. En el periodo 1995-2006 el consumo de energía primaria en Andalucía experimentó un crecimiento interanual del 4,24%. Este tipo de energía puede generarse tanto por la Energía no Renovable (fósil y nuclear), denominada como aquella que existe en una cantidad limitada y una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, como por la Energía Renovable, término empleado en una serie de fuentes de energía que, en teoría, no se agotarían con el paso del tiempo, produciendo un impacto ambiental mínimo. Cuadro 2. Consumo de Energía Primaria Fuente Unión Europea % España % Andalucía % 50,68 Petróleo 672,90 37,27 70,90 48,90 10,10 Gas Natural 440,80 24,41 30,30 20,90 6,20 31,11 Carbón 314,70 17,43 18,50 12,76 2,80 14,05 Nuclear 256,90 14,23 15,70 10,83 0,00 0 119,20 6,60 9,90 6,83 0,80 4,01 Otros 1,00 0,06 -0,30 -0,21 0,03 0,15 Total 1.805,50 100 145,00 100 19,93 100 Energías Renovables Nota: Los datos pertenecientes a la Unión Europea son de 2005, y los de España y Andalucía corresponden a 2006. Nota: Unidad Mtep (Millones de toneladas equivalentes de petróleo). Fuente: Elaboración propia a partir de datos del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. A principios del siglo XX aumentó el consumo de Petróleo de forma espectacular, siendo el combustible principal en el sector de transporte y uno de los más importantes en la generación eléctrica. La segunda fuente en importancia de Energía Primaria es el Gas Natural, considerado el combustible más adaptable y eficiente, con una casi nula producción de contaminantes. El Carbón es una energía en retroceso que está reduciendo su consumo a medida que van pasando los años, aunque su erradicación está todavía lejana, pues los gobiernos lo emplean como solución de emergencia para paliar los altos precios del petróleo. El resto de las fuentes de Energía Primaria se recogen en las llamadas Energías Renovables. Son una alternativa a las convencionales (no renovables) y contribuyen a solucionar muchos de los problemas ambientales, como el cambio climático, los residuos radiactivos, las lluvias ácidas y la contaminación atmosférica, entre otros. Además, supone nuevas oportunidades comerciales para el sector agrícola, propicia la reducción del coste del combustible y genera empleo rural, gracias a la implantación de las industrias necesarias. La biomasa, el biogás y las energías hidráulica, eólica y solar, son las fuentes generadoras de energías renovables. La energía Nuclear se utiliza para la generación de electricidad, encontrándose en la cuarta posición en la escala de Energías Primarias tanto en la Unión Europea como en España, mientras que en la Comunidad Andaluza no se genera este tipo de energía. La quinta Energía Primaria en importancia es la Biomasa, aunque se espera un crecimiento rápido de su empleo en los próximos años. El consumo de biomasa para uso doméstico ha tenido un descenso constante por la competencia del butano y otras energías domésticas, experimentando un crecimiento 95 >>> paulatino posterior. Recientemente, la biomasa está atrayendo un creciente interés. Su empleo se está diversificando, ya que además de su uso directo, está aumentando su conversión en electricidad o en biocarburantes, constituyendo estos últimos una alternativa a los combustibles tradicionales en el área del transporte. Entre los biocarburantes destacan el Bioetanol y el Biodiesel, cuyas principales aplicaciones van dirigidas a la sustitución de la gasolina y del gasóleo, respectivamente. La energía Hidráulica ocupa la sexta posición en las energías primarias, se obtiene mediante la transformación de la energía potencial de un salto de agua en energía eléctrica, su consumo varía en función del año, dependiendo de las lluvias. El viento genera la llamada energía Eólica utilizada para la producción de energía eléctrica o mecánica. Es la única energía renovable que crece a ritmo sostenido al ser inagotable, limpia y no contaminante. La instalación de aerogeneradores comenzó en firme hace una década, actualmente es una seria alternativa de energía, encontrándose en séptimo lugar dentro de las Energías Primarias. Un sistema de aprovechamiento de la energía Solar muy extendido es el Térmico, que transforma la energía solar en energía calorífica. También se puede utilizar para producir electricidad (energía Fotovoltaica). El crecimiento interanual experimentado en ambos tipos de energía Solar en el período 1995-2006 es del 14,15% en el caso de la Térmica y del 16,81% en la Fotovoltaica. El Biogás constituye una abundante y barata fuente de energía y de fácil obtención a partir de desechos animales, vegetales e industriales. Energía Final La energía primaria transformada, refinada y apta para ser utilizada directamente en todas las aplicaciones que demanda la sociedad se denomina Energía Final. Su consumo en la Unión Europea, España y Andalucía se muestra en el Cuadro 3, en el que se observa la fuerte dependencia de los combustibles derivados del petróleo, más acusada en Andalucía, donde supone el 62,54% del total de la energía final consumida en 2006. En contra de las restricciones del Protocolo de Kioto, el consumo de energía final sigue aumentando en todos los sectores de producción y en la vida diaria. Así, en Andalucía en el periodo 1995-2006 ha experimentado un aumento interanual del 3,99%. Por sectores de actividad, el de los transportes y el industrial son los que registran un mayor consumo de Energía Final en Andalucía en 2006, con 5.513,9 Ktep y 4.668,6 Ktep, respectivamente. Entre los combustibles derivados del petróleo el de más consumo es el gasóleo, seguido del fuel oil, los diferentes tipos de gasolinas y el queroseno. La Electricidad es la energía comercial más versátil, adaptable a casi cualquier uso y potencia, completamente limpia en el punto de consumo. El Gas Natural está siguiendo un camino inverso al del petróleo ya que cada vez se utiliza más para la producción de electricidad. El uso directo del Carbón está en descenso, reduciéndose a algunas aplicaciones industriales y calderas de calefacción anticuadas. Cuadro 3. Consumo de Energía Final Fuente Unión Europea % España % Andalucía % Combustibles derivados del petróleo 497,00 41,71 61,00 57,66 8,90 62,54 Electricidad 236,90 19,88 21,50 20,32 3,00 21,08 Gas Natural 272,20 22,85 16,90 15,97 1,80 12,65 Carbón 48,00 4,03 2,30 2,17 0,03 0,21 Otros 137,40 11,53 4,10 3,88 0,50 3,51 Total 1.191,50 100 105,80 100 14,23 100 Nota: Los datos pertenecientes a la Unión Europea son de 2005, y los de España y Andalucía corresponden a 2006. Nota: Unidad Mtep (Millones de toneladas equivalentes de petróleo). Fuente: Elaboración propia a partir de datos del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. <<< 96 Temas de Actualidad Agraria 2008 8. Potencialidad del sector de los biocombustibles El crecimiento de este sector está condicionado por el aumento de la rentabilidad, la mejora de sus redes logísticas así como por una serie de condicionantes externos. especies vegetales tienen distinto contenido energético, de humedad, de acidez, de cenizas… La trazabilidad es necesaria para garantizar un uso sostenible de los recursos y verificar la mezcla de combustible que finalmente se utiliza, evitando con ello los usos fraudulentos. Factores condicionantes externos Rentabilidad La Agencia Europea del Medio Ambiente (EEA), ha publicado recientemente un informe titulado “Cuánta bioenergía puede producir la Unión Europea sin dañar el medio ambiente”, en el que analiza el potencial y la evolución prevista de las biomasas en Europa durante las próximas décadas. Entre sus principales conclusiones destaca el enorme potencial que tienen los cultivos energéticos a largo plazo, que se debería conseguir en virtud del ascendente precio de los combustibles fósiles, la liberalización global de los mercados agrícolas, el incremento del rendimiento de los terrenos por la evolución tecnológica, el peso del mercado de derechos de emisión… La EEA cree que “los cultivos energéticos serán más competitivos que los cultivos destinados a la alimentación”. Con estas perspectivas en mente, la EEA pronostica que los cultivos de la UE pueden aportar 47 millones de tep en 2010 y 142 millones de tep en 2030, con el 85% de la producción agraria concentrada en siete países, entre los que se encuentra España. Los objetivos previstos exigen ocupar el 8% de las tierras de cultivo en 2010 y el 12% en 2030. En general, los cultivos de rotación larga sustituirán a los anuales, sobre todo cuando se puedan comercializar los biocarburantes de segunda generación, que se basan en materiales lignocelulósicos, como la madera o la hierba. La Unión Europea ha aprobado que en 2020 un 20% de la energía que se consuma en Europa tenga origen renovable, como uno de los principales medios para reducir las emisiones de CO2. Antes de llegar a ese objetivo, se debería cubrir un 12% en 2010, para lo que resulta necesario duplicar el peso de las biomasas, que hoy cubren un 4% de la energía bruta comunitaria y deben auparse hasta el 8% en esa fecha. Aunque alcanzar este objetivo inmediato va a resultar casi imposible, lograrlo implicaría crear unos 300.000 empleos, habida cuenta de que las biomasas generan muchos más puestos de trabajo en Europa que sus equivalentes fósiles: las térmicas el doble, las eléctricas entre 10 y 20 veces, y los biocarburantes entre 50 y 100 veces. Uno de los principales problemas que tienen los biocarburantes en la actualidad, es que sus precios son más elevados que los correspondientes a los derivados del petróleo, a pesar del incremento continuado de éstos. Evidentemente, en esas cuentas no se incluyen los costes “indirectos”, como los generados por la contaminación, la gestión de residuos, etc. En cualquier caso, mientras los biocarburantes no resulten una alternativa atractiva para el consumidor, el agricultor, que proporciona la materia prima, y el productor, que la transforma en carburante, su futuro presentará muchas incógnitas. Redes Logísticas Para conseguir el éxito de la implantación de estas fuentes de energía hay que establecer las redes de recogida y suministro de materias primas para las diversas instalaciones, ya sean centrales eléctricas, biorrefinerías u otras tecnologías. El campo ha demostrado sobradamente que no tiene problemas a la hora de hacer llegar sus productos a los mercados. Estos llegan clasificados por tamaños y calidades, siguiendo un exitoso modelo de trazabilidad que debe replicarse, debidamente adaptado, para la producción energética. Efectivamente, las En el Plan de Energías Renovables (PER) se han establecido estímulos fiscales para los biocarburantes que se cifran en 2.855 millones de euros hasta 2010. El bioetanol y el biodiesel se encuentran, de esta manera, eximidos del impuesto de hidrocarburos. Por otra parte, el Reglamento de Ayudas de la PAC establece que “se concederá una ayuda de 45 € por hectárea y por año a la superficie sembrada con cultivos energéticos”, con una superficie máxima en la Unión Europea de 1,5 millones de hectáreas. Para ello es preciso establecer un contrato entre el agricultor y la empresa de transformación, 97 >>> excepto en los casos en que sea el propio agricultor quien proceda a la transformación en su explotación. en los precios de estos residuos, marcados por los mercados alternativos existentes. En el caso de las tierras retiradas de la producción, “se autorizará a los Estados Miembros a pagar ayudas nacionales hasta un 50% de los costes asociados al establecimiento de cultivos plurianuales para la producción de biomasa...”. En general, los agricultores tienden a considerar que las ayudas actuales son escasas y no contribuyen a impulsar un cambio significativo en la orientación productiva de las explotaciones agrícolas. Residuos de industrias forestales y agrícolas - Disponibilidad limitada del recurso. Estos recursos están limitados a la actividad industrial que los genera, siendo estacional, como las podas, restos de cosecha, etc. Tampoco las superficies susceptibles de recibir ayuda parecen suficientes para que los cultivos energéticos puedan resultar una alternativa importante a la actual preponderancia del petróleo y sus derivados. 8.1. Barreras a tener en cuenta para el desarrollo del sector de los biocombustibles A) Barreras en la fase previa a la transformación Hay que distinguir las principales barreras o dificultades en el uso de los cultivos energéticos o biomasa como alternativa energética. Residuos agrícolas leñosos y/o forestales - Disponibilidad del recurso en cantidad, calidad y precio. La estacionalidad del recurso es la barrera principal, no disponiéndose en todas las épocas del año de forma continua, dependerá de las labores forestales o leñosas realizadas. - Dispersión y pequeña escala de las explotaciones agrícolas generadoras del recurso. Dificulta el transporte de los restos de poda, por ejemplo, ya que condiciona la logística de aprovisionamiento y obliga a establecer contactos con un gran número de productores. Residuos agrícolas herbáceos - Disponibilidad del recurso en cantidad, calidad y precio. La generación de estos residuos también es estacional, coincidiendo con los periodos de cosecha de los distintos productos agroalimentarios. Esto, unido a las variaciones anuales de la producción agrícola, dificulta la estabilidad en el suministro de las plantas de generación de energía. Además, la variación en la producción también da lugar a variaciones Cultivos energéticos - Necesidad de un marco legislativo y de ayudas. Es necesario dar una seguridad a los agricultores a la hora de incentivar el cambio del cultivo tradicional por uno energético. - Altos costes que comprometen la rentabilidad de su cultivo. Es necesario establecer unas ayudas cuya cuantía compense los costes derivados del desarrollo de nuevos equipos y los sobrecostes de los cultivos y la recolección de los mismos. - Actividad en fase de demostración. La falta de experiencia en este sector en España da lugar a inseguridades a la hora de realizar alguna inversión asociada al aprovechamiento de cultivos energéticos. Por ello, es necesaria la realización de proyectos piloto que sirvan de demostración para los futuros inversores. - Desde el punto de vista de la aplicación energética, el precio y el volumen de inversión asociado. El uso de este tipo de recurso no es viable económicamente aún, si tenemos en cuenta los altos costes de producción (pretratamiento, compactación, astillado) en comparación con los costes de las energías convencionales. B) Barreras en la fase de transformación energética del recurso Aplicación térmica doméstica - Competencia con otros combustibles. El uso de biomasa en el sector doméstico debe ofertar a los usuarios no sólo las mismas condiciones de precio y servicio, sino que este servicio debe realizarse con la misma calidad que en el caso de los combustibles convencionales utilizados habitualmente en el sector. - Necesidades de personal para manejo, atención y almacenamiento de la biomasa. <<< 98 Temas de Actualidad Agraria 2008 La biomasa es un combustible sólido de baja densidad, lo que significa que necesita más espacio para su almacenamiento, lo cual en edificios es complicado, por el alto valor del metro cuadrado edificable. Además necesita mano de obra cualificada para su manejo y transporte. - Falta de normativa y reglamentos específicos para el uso de biomasa térmica doméstica. De momento, la normativa existente está algo anticuada, como en el caso del carbón dentro de la edificación, y esto origina problemas a la hora de proyectar y ejecutar proyectos de legalización de este tipo de instalaciones en este sector. Para ello es necesario el desarrollo de un marco normativo sobre instalaciones de biomasa térmica en los edificios. Aplicación térmica industrial - Competencia con otros combustibles. En el sector industrial al igual que en el doméstico, el uso de la biomasa debe ofrecer al usuario las mismas condiciones de precio y bienestar. A su vez, este servicio debe realizarse con la misma calidad que en el caso de los combustibles convencionales. - Sobrecoste respecto a instalaciones similares alimentadas con combustibles fósiles. Los equipos de generación térmica con biomasa están menos desarrollados tecnológicamente que los utilizados para combustibles convencionales, en muchos casos se fabrican a la medida, lo que impide la reducción de costes de una fabricación en serie, y están compuestos por un mayor número de componentes móviles, como pueden ser tornillos sin fin, parrillas móviles, etc. - Necesidad de espacio e instalaciones auxiliares. Como ya se ha comentado, este tipo de instalaciones necesitan lugares de almacenamiento mayores debido a la baja densidad de la biomasa. Por otro lado, los equipos de generación para combustibles sólidos suelen ocupar un mayor espacio, hecho que se ve acentuado ante la necesidad de sistemas auxiliares de transformación de la biomasa en muchas ocasiones. Aplicación eléctrica - Bajo rendimiento energético. Las instalaciones específicas de biomasa requieren sistemas complejos que permitan la combustión de todos los componentes, incluidos los volátiles. Ello obliga a diseñar calderas con un mayor tamaño del hogar que, unido a los consumos energéticos derivados de los tratamientos de la biomasa y su transporte dentro de la planta, dan lugar a unos rendimientos de generación eléctrica inferiores a los obtenidos en centrales de energías convencionales. Este hecho, junto a los mayores costes de inversión asociados a este tipo de proyectos, implica una reducción de la rentabilidad económica de las inversiones, que no llega a la mínima requerida por los promotores del sector. - Necesidad de un tamaño mínimo para alcanzar el umbral de rentabilidad. Las plantas de generación eléctrica con potencias pequeñas sólo alcanzan niveles de rentabilidad suficientes cuando la biomasa es prácticamente gratuita. - Ausencia de primas a la co-combustión. Los sistemas de co-combustión de biomasa con carbón en instalaciones convencionales permiten elevar este rendimiento hasta los niveles de la central convencional donde se instalan. Esto posibilita pasar de rendimientos del 22% al 30% aproximadamente. Pero actualmente, de acuerdo con lo establecido en la Ley 54/1997 del Sector Eléctrico, este tipo de instalaciones no puede recibir primas ya que son instalaciones propiedad de grandes Compañías Eléctricas que se encuentran en el Régimen Ordinario. 9. Conclusiones Para asegurar el progreso social y el bienestar, es necesario un crecimiento económico, y para ello es imprescindible el acceso a la energía en unas condiciones favorables de calidad y precio. Hay que tener en cuenta que a menor diversificación energética, sumado a la fuerte dependencia de los combustibles fósiles (en España la dependencia exterior de estos combustibles superaba el 90% en 2007), las energías renovables van a constituir una opción eficiente de garantía de la oferta energética a largo plazo. Además la bioenergía cada vez va a resultar más competitiva cuanto más suba el precio del barril de petróleo, que alcanza más de 140 dólares en la actualidad. La mejora a la competitividad industrial de las energías renovables contribuye a la creación de empleo, siendo ésta otra razón de peso para potenciar las políticas de fomento a este tipo 99 >>> de energías. Estas nuevas oportunidades se localizan en zonas rurales, creando riqueza y asentamiento de la población rural evitando la emigración a zonas urbanas, haciendo recuperable el equilibrio entre ambas zonas. Además, por razones ambientales cada vez más importantes, se prefieren unos recursos energéticos a otros. La utilización de los combustibles fósiles puede dar lugar a serios problemas ambientales si no se aplican medidas de control de la contaminación, de sus emisiones de CO2 y de otros gases de efecto invernadero. La consecución del objetivo fijado por la U.E. sobre la participación creciente de las energías renovables en el balance energético comunitario, que pretende alcanzar el 12% en el año 2010, pasa necesariamente por incrementar considerablemente la producción y el empleo de biomasa con fines energéticos. Es preciso, en primer lugar, mejorar la logística de obtención del recurso, intensificando tanto el desarrollo de cultivos energéticos, como la recogida y utilización de los residuos agrícolas forestales y de las industrias del sector. Por otro lado, se necesita mejorar las líneas de financiación de las inversiones en equipos forestales y en instalaciones de aprovechamiento de la biomasa, que faciliten la rentabilización de estas instalaciones. Para ello es necesario promover subvenciones a fondo perdido para el desarrollo de proyectos piloto y de demostración, que permitan la puesta a punto de tecnologías incipientes, principalmente en el campo de la generación, tales como la cocombustión de carbón y biomasa. También hay que destacar la importancia del apoyo público para la puesta en marcha de los tres principales tipos de ayudas, la exención del impuesto sobre hidrocarburos, las ayudas que ofrece la PAC, en cuanto a lo que se refiere pagos por sembrar cultivos energéticos y producirlos, y las ayudas para la selección de nuevas especies de oleaginosas adaptadas a las características agronómicas de España. Por último, cabe mencionar el debate que se abre actualmente por el uso de oleaginosas y cereales, para la producción de biocombustibles en vez de su uso alimentario (tanto humano como para piensos animales). Los expertos advierten que el creciente uso de estas materias primas puede afectar, en un futuro no muy lejano, al abastecimiento de alimentos en el mundo. Según la Organización de Naciones Unidas FAO (Food and Agriculture Organization), “el objetivo es conseguir cultivar tanto el combustible como los alimentos necesarios y asegurarse de que todos se benefician de este proceso”. Juan José Aroca Gallardo UPA Sevilla