Prospectiva del uso de la Prospectiva del uso de la Bioenergía en México Bioenergía en México Dr. Jorge M. Islas Samperio Dr. Jorge M. Islas Samperio Centro de Investigación en Energía, Centro de Investigación en Energía, UNAM UNAM Seminario: “Cambio Climático. El caso de Seminario: “Cambio Climático. El caso de México” México” Academia de Ingeniería Academia de Ingeniería S ti b d 2007 S ti b d 2007 Septiembre de 2007. Septiembre de 2007. www.cie.unam.mx
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Prospectiva del uso de la Bioenergía en México - … · Aplicaciones de la bioenergía en el Mundo ... Escenario futuro de biomasa en el mundo 25% Fuente: Nakicenovic, et al. 1998.
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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
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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)
• 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)
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
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