Carmen Lago, Yolanda Lechón Departamento de Energía Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos 2º Encuentro Red SUMAS CUERNAVACA – MÉXICO 21-25 Noviembre 2016 Cambio climático. Factores clave y estrategias de mitigación en agricultura. Experiencia con cultivos energéticos Carmen Lago CIEMAT- ASE
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Cambio climático. estrategias de mitigación en agricultura ...
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Carmen Lago, Yolanda Lechón Departamento de Energía
Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos
2º Encuentro Red SUMAS
CUERNAVACA – MÉXICO
21-25 Noviembre 2016
Cambio climático.
Factores clave y
estrategias de mitigación
en agricultura.
Experiencia con cultivos
energéticos
Carmen Lago
CIEMAT- ASE
2
1. Cambio climático
2. Emisiones óxido nitroso
3. Cambio de uso indirecto de la tierra (iLUC)
4. Practicas agrícolas - Estrategias de mitigación
5- Uso energías renovables en regadío
Contenidos
Cambio climático
1. Satisfacer las necesidades del presente, fomentando una actividad económica que suministre los bienes necesarios a toda la población mundial
2. Satisfacer las necesidades del futuro,
reduciendo al mínimo los efectos
negativos de la actividad económica
Informe Brundtland
Comisión Mundial sobre Ambiente y Desarrollo (1987)
Dimensión
económica
Dimensión social
Dimensión
medioambiental
D.S.
Desarrollo sostenible
Fuente: IPCC. AR4. 2007
Common name
Chemical Formula
GWP 100-yr
Carbon dioxide CO2 1
Methane CH4 28
Nitrous oxide N2O 268
Fuente: IPCC. AR5. 2013
Cambio climático
Cambio climático
Evolución emisiones GEI a nivel mundial
Smith, P., D. Martino, Z. Cai, D. Gwary, H. Janzen, P. Kumar, B. McCarl, S. Ogle, F. O’Mara, C. Rice, B. Scholes, O. Sirotenko, 2007: Agriculture. In Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, L.A. Meyer (eds)], Cambridge University
La biomasa, en sus vertiente de producción energética, sólo se podrá desarrollar si cumple, entre sus criterios de sostenibilidad, una reducción efectiva de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI)
2. Suelos como sumideros de N2O (Schlesinger en 2013 - 2%)
Kroece et al en 2007
Nuevas teorías: N2O
• Aplicación de fertilizantes orgánicos. • Aplicación de carbón ecológico y zeolitas. • Mínimo laboreo y no laboreo. • Gestión integrada de los residuos de la fertilización. • Aplicación de residuos de los cultivos. • Uso de fertilizantes de liberación controlada. • Uso de inhibidores de la nitrificación. • Fitomejoramiento. • Elaboración de guías adaptadas a la especificidad de la granja o explotación agrícola para los agricultores de la zona. • Desarrollo de programas de formación dirigidos a pequeños agricultores y cooperativas agrarias.
Mitigación emisiones N2O
Indirect Land Use iLUC
Cambio de uso directo - dLUC
Se produce cuando se modifica el uso que se le da a un suelo.
Incluye los cambios que se van a producir en las reservas de C del suelo y las
emisiones asociadas. Ejemplo : bosque a cultivo ó cultivo a bosque
Se puede medir experimentalmente
Cambio de uso indirecto - iLUC
Se refiere al cambio provocado por razones mercantiles o políticas que no
pueden ser atribuido a las decisiones de gestión del uso del suelo por parte
de individuos.
Ej. El cultivo alimentario que se destina a la producción de biocarburantes puede inducir a la deforestación en cualquier
otra parte del planeta para reemplazar la antigua producción de alimentos.
No se puede medir directamente, sino a través de modelos
Definición iLUC
Definición iLUC
Demanda adicional de biocarburante y la
respuesta del mercado kg/a por país
Demanda de tierra adicional y
desplazamiento debido a biocarburantes
ha/a por país
Emisiones de GEI de la producción desplazada g CO2 eq/ ha·a
Influencia de la materia prima y procesado del
biocarburante g CO2 eq/MJ
• Modelos generales de equilibrio económico
• Modelos deterministas
Cálculo del área total necesaria para producir el producto
determinado
Derivación de la participación
proporcional de cada país
Realización de supuestos sobre el
cambio específico de cada país
Obtención de factor específico de
emisión de GEI por superficie y año
• Productos exportados • Países relevantes
Predicción de cambios en el mercado inducidos por medidas de política agrícola
Modelos cálculo iLUC
75% riesgo ILUC
50% riesgo ILUC
25% riesgo ILUC
Estudios iLUC
Estudios iLUC
Estudios ILUC
van Renssen 2011
Estudios iLUC
Estudios ILUC
Estudio iLUC en España
Fuente: CNE, 2013 (Datos año 2011)
Cultivos para biodiesel Cultivos para bioetanol
Estudio iLUC en España
Fuente: CNE, 2013 (Datos año 2011)
Origen materia prima biodiesel Origen materia prima bioetanol
Estudio iLUC en España
Emisiones iLUC biodiesel
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0961953415301823 Fuente: Garraín et al, 2016CNE, 2013 (Datos año 2011)
Emisiones iLUC bioetanol
Los resultados muestran mayores emisiones iLUC en el caso del bioetanol que en el del biodiesel. Igualmente el rango de variabilidad según la procedencia de la materia prima es más elevado en el caso del bioetanol que en el biodiesel.
Propuesta Directiva iLUC 2015/1513 - 1ª generación biocarburantes
• Afectan a la primera generación, procedentes de cultivos alimentarios • Se incluyen a título informativo
• No computan en Inventarios Nacionales
Unión Europea - iLUC
Estado actual del arte
• Diferentes modelos - diferentes resultados
• Rango de variabilidad muy elevado entre
estudios
• Elevado grado de incertidumbre
Cálculo de iLUC
Mitigación cambio climático en cultivos energéticos
Mitigación en agricultura
Numerosos estudios muestran que existen diversas prácticas agrícolas que favorecen el secuestro de carbono en agricultura: • Barbechos • Uso de cultivos perennes • Agricultura ecológica • Mínimo laboreo • No laboreo • Enmiendas orgánicas
La FAO recomienda la agricultura de conservación para lograr una agricultura sostenible y rentable, sobre todo en países en vías de desarrollo y emergentes. Se basa en tres principios básicos: • Una perturbación mínima del suelo • Mantener una cobertura permanente del suelo • Realizar rotación de cultivos
Mitigación en cultivos energéticos Directiva 2009/28/CE de fomento del uso de energía procedente de energías renovables Metodología cálculo emisiones GEI biocarburantes.
Mitigación en cultivos energéticos
Mitigación laboreo reducido y no laboreo
El sistema de referencia es de inputs “medios” y laboreo convencional. El sistema actual aplica mínimo laboreo y no laboreo.
Los ahorros de emisiones en el laboreo reducido se sitúan entre el 10 y el 30% dependiendo del cultivo considerado. El no laboreo presenta mayores ahorros que fluctúan entre el 30 y el 85%. Los ahorros de emisiones son debidos a las labores menos intensivas del laboreo (8-18%) y principalmente a la acumulación de C en el suelo (82-92%) Por lo tanto, la agricultura de conservación ayuda a mitigar el cambio climático con reducciones significativas de GEI.
Reducción emisiones GEI en mínimo laboreo en secano.
Reducción emisiones GEI en mínimo laboreo en regadío
Mitigación reducción laboreo
Reducción emisiones GEI en no laboreo en secano.
Reducción emisiones GEI en no laboreo en regadío
Mitigación no laboreo
Mitigación fertilización orgánica
El sistema de referencia es de altos inputs sin fertilización orgánica (sólo aplicación de fertilización mineral) y arado convencional. El sistema actual aplica fertilización mineral y orgánica, con inputs medios y arado convencional..
La fertilización orgánica en sustitución de la fertilización mineral permite el ahorro de emisiones GEI por 3 vías:
1) Incrementando los stocks de C en el suelo 2) Reduciendo las emisiones de N2O de los suelos agrícolas 3) Evitando la fabricación del fertilizante mineral.
Hacen falta medidas experimentales en campo sobre el contenido de C orgánico en el suelo y las emisiones in situ de N20 de los suelos españoles para obtener el necesario conocimiento para poder aplicar estrategias para combatir el cambio climático.
Mitigación fertilización orgánica
Reducción emisiones GEI en régimen de secano para trigo, cebada, colza y girasol
Fte.- Lago, et al , 2015. Congreso REMEDIA.
Mitigación fertilización orgánica
Reducción emisiones GEI en régimen de regadío para trigo, cebada, colza y girasol
Mitigación por riego solar
Ahorro emisiones por riego solar
Nº Comarca Provinica
Superficie
(ha)
Productividad
(t/ha)
Riego
(m3/ha)
1 Campiña de Cádiz Cádiz 4.844 31.6 4481,9
2 Costa Noroeste de Cádiz Cádiz 843 32.6 5021,1
3 De la Janda Cádiz 1.569 31.6 4120,6
4 Campiña Baja Córdoba 4.987 30.6 4489,1
5 De la Vega Granada 2.537 30.7 4467,0
6 Condado Litoral Huelva 1.468 33.0 5184,5
7 Guadalorce Málaga 715 30.3 4229,6
8 La Campiña Sevilla 10.43 31.1 4749,9
9 La Vega Sevilla 4.045 31.4 4731,2
10 Marismas Sevilla 4.129 32.3 5111,3
Comarca Aguas
superficiales
Aguas
subterráneas
1 80,10 77,73
2 79,53 77,31
3 80,55 78,07
4 80,09 77,73
5 80,12 77,75
6 79,37 77,20
7 80,41 77,96
8 79,80 77,51
9 79,82 77,53
10 79,44 77,25
Cultivo sorgo en Andalucía
Comparativa de emisiones GEI de los sistemas de regadío y tipo de agua
(kg CO2eq/ha)
Mitigación por riego solar
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
Surface water Underground water
Irrigation
Inputs transport
Seed
Fuel consumption
Biocides production
N2O emissions
Fertilizer production
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
Surface water Underground water
Irrigation
Inputs transport
Seed
Fuel consumption
Biocides production
N2O emissions
Fertilizer production
Emisiones GEI de la fase agrícola con riego convencional (kg CO2eq/ha)
Emisiones GEI de la fase agrícola con riego solar (kg CO2eq/ha)
Los ahorros de emisiones GEI gracias a la introducción del riego solar son significativos. El riego solar disminuye las emisiones totales entre 296 y 591 kg CO2eq/ha, cantidades nada despreciables en el contexto actual de subida de temperaturas .
Mitigación por riego solar
Emisiones GEI del ciclo de vida con riego convencional (g CO2eq/MJ)
Emisiones GEI del cilo de vida con riego solar (g CO2eq/MJ)
County Suface water Underground water 1 14,19 19,07
2 14,76 19,93
3 13,58 18,19
4 14,55 19,51
5 14,46 19,39
6 14,96 20,23
7 14,06 18,82
8 14,83 19,94
9 14,53 19,56
10 14,98 20,24
Ahorro emisiones a lo largo del ciclo por riego solar
Mitigación por riego solar
Comparativa de emisiones GEI atendiendo al tipo de sistema de regadío y tipo de agua
(g CO2eq/MJbiomasa)
El uso del riego con energías renovables como la energía solar fotovoltaica supone una buena práctica de gestión en las zonas rurales ayudando a la disminución de la huella de carbono. Las regiones con elevada insolación a lo largo de todo el año, deberían favorecer la introducción del riego solar como estrategia de mitigación del cambio climático ayudando a la reducción de las emisiones de GEI. Fte: Lago et al. Proceedings 24th Biomass Conference and Exhibition (EUBCE)